JP2005274232A - 位置検出装置、被検出器および位置検出システム - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構成で対象物となる被検出器の位置を確実に検出することができる位置検出装置、被検出器およびこれらを組み合わせた位置検出システムを提供することである。
【解決手段】 制御コードを受信することによって反射状態を変更可能な位置検出用タグ１２が用いられるので、輝度画像処理部１４によって反射波３４の強度が変更指令に対応して変化する相対方位が特定される。相対方位からの反射波３４を反射した物体までの距離が、レーザ光３３と相対方位からの反射波３４とに基づいてＣＰＵ２４によって演算される。このように輝度画像処理部１４とＣＰＵ２４とによって、自機に対する位置検出用タグ１２の相対位置を検出することができる。このように反射状態を変更可能な位置検出用タグ１２を用いることによって、位置検出用タグ１２を除く残余の部位からの反射波３４と、位置検出用タグ１２からの反射波３４とを確実に峻別することができる。したがって位置検出用タグ１２の自機に対する相対位置を確実に検出することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、検出対象物となる被検出器、これを検出する位置検出装置およびこれらを組み合わせた位置検出システムに関する。

第１の従来の技術は、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載されているレーザ距離測定装置は、レーザ光を対象物に照射し、対象物からのレーザ光の反射波を検出し、検出した反射波に基づいて対象物までの距離を測定する。このレーザ距離測定装置では、予め定める１つの対象物までの距離だけしか測定することができないという問題がある。

この問題を解決する第２の従来の技術が、特許文献２に記載されている。図１２は、特許文献２に記載される無人車位置計測方式を用いる装置１の電気的構成を簡略化して示すブロック図である。特許文献２に記載される装置１では、レーザ光６を水平方向および垂直方向に走査するミラー２を備える。装置１は、レーザ光６を走査した領域（以下、単に「照射領域」ということがある）の各位置の距離を検出する。また照射領域からの反射波７が対象物３からの反射波７なのか、対象物３を除く残余の部位からの反射波７なのかを区別して、照射領域に配置される対象物３の位置を確実に検出するため、対象物３として円柱形の反射板が用いられる。レーザ受光部４は、照射領域からの反射波７の反射光量を検出する。ＣＰＵ（中央処理装置）５は、反射光量が予め定める閾値以上の場合は、反射板であると判断する。これによってＣＰＵ５は、反射光量に基づいて対象物３の位置を演算によって求めることができる。

また対象物の位置を確実に検出する第３の従来の技術として、特殊形状の反射板を対象物として利用し、既知の位置に複数の対象物を配置する。対象物の配置位置のデータと、照射領域からの反射波とをマッチングし、対象物の位置を特定する技術がある。

特開平７−９２２６８号公報 特開２００２−１８８９１８号公報

第２の従来の技術では、レーザ光が照射される領域に複数の対象物が配置される場合、特定の対象物の位置を検出することができず、また検出された対象物がどの対象物であるかを特定することができない。また対象物の近傍に対象物に類似する物体がある場合に、この物体を対象物として誤検出してしまう場合がある。

第３の従来の技術では、各対象物を個別に特定することは可能であるが、対象物の配置を示すマップを予め登録しておき、検出した対象物をマップにマッチングさせる必要があるので、検出作業が複雑になる。

したがって本発明の目的は、簡単な構成で対象物の位置を確実に検出することができる位置検出装置、対象物となる被検出器およびこれらを組み合わせた位置検出システムを提供することである。

本発明は、被検出器の位置を検出するための検出用電磁波を放射する放射手段と、
放射手段によって放射された検出用電磁波の反射波を検出する反射波検出手段と、
被検出器に、検出用電磁波の反射状態を変更する変更指令を表す指令信号を送信する送信手段と、
反射波検出手段によって検出される反射波の強度が、送信する指令信号の変更指令に対応して変化する相対方位を特定する方位特定手段と、
放射する検出用電磁波と、方位特定手段によって特定される相対方位からの反射波とに基づいて、方位特定手段によって特定される相対方位からの反射波を反射した物体までの距離を演算して求める演算手段とを含むことを特徴とする位置検出装置である。

本発明に従えば、指令信号を受信することによって反射状態を変更可能な被検出器を用いた場合、方位特定手段によって反射波の強度が変更指令に対応して変化する相対方位が特定される。このように方位特定手段によって特定される相対方位は、自機の被検出器に対する相対方位である。また相対方位からの反射波を反射した物体までの距離が、検出用電磁波と相対方位からの反射波とに基づいて演算手段によって演算される。このように方位特定手段と演算手段とによって、自機に対する被検出器の相対位置を検出することができる。このように反射状態を変更可能な被検出器を用いることによって、被検出器を除く残余の部位からの反射波と、被検出器からの反射波とを確実に峻別することができる。したがって被検出器の自機に対する相対位置を確実に検出することができる。被検出器に対する自機の相対位置を検出することができるので、被検出器の絶対位置を把握、たとえば予め記憶しておけば、被検出器の絶対位置から自機の絶対位置を求めることができる。

また本発明は、検出用電磁波は、指令信号を含むことを特徴とする。
本発明に従えば、検出用電磁波は、指令信号を含むので、送信手段を用いることなく、被検出器に指令信号を送信することができる。したがって構成を簡単にすることができ、製造コストを低減することができる。

さらに本発明は、送信手段は、被検出器毎に個別に付与されている識別コードを指定して、その識別コードを有する被検出器だけが、検出用電磁波の反射状態を変更する変更指令を表す指令信号を送信することを特徴とする。

本発明に従えば、被検出器毎に個別に付与されている識別コードを指定して、その識別コードを有する被検出器だけが、検出用電磁波の反射状態を変更する変更指令を表す指令信号が、送信手段によって送信される。したがって指令信号を受信することによって反射状態を変更可能な被検出器を用いた場合、指定された識別コードを有する被検出器の反射状態だけを変更することができる。これによって複数の被検出器が有る場合であっても、指定する被検出器の自機に対する相対位置を検出することができる。被検出器に対する自機の相対位置を検出することができるので、各識別コード毎に対応付けて各被検出器の絶対位置を把握、たとえば予め記憶しておけば、被検出器の絶対位置から自機の絶対位置を求めることができる。

さらに本発明は、位置検出装置から放射される検出用電磁波を反射する手段であり、検出用電磁波の反射状態を変更可能な反射手段と、
反射状態を変更するように反射手段を駆動する駆動手段と、
反射状態を変更する変更指令を表す指令信号を受信する受信手段と、
受信手段によって指令信号が受信されると、変更指令に応答して反射状態を変更するように、駆動手段を制御する制御手段とを含むことを特徴とする被検出器である。

本発明に従えば、受信手段によって反射状態を変更する変更指令を表す指令信号が受信されると、変更指令に応答して反射状態を変更するように、駆動手段が制御手段によって制御される。したがって駆動手段は、変更指令に基づいて、反射手段を駆動し、反射手段の検出用電磁波の反射状態を変更する。これによって変更指令に応答して、検出用電磁波の反射状態を変更することができる。したがって反射状態が変更した相対方位を検出する位置検出装置を用いることによって、被検出器の相対方位を検出することができる。

さらに本発明は、検出用電磁波は、指令信号を含むことを特徴とする。
本発明に従えば、指令信号を含む検出用電磁波によって、反射状態を変更することができる。したがって検出用電磁波を受信することによって、反射状態を変更することができる。

さらに本発明は、反射手段は、偏光板であり、
駆動手段は、偏光板の姿勢を変化させることを特徴とする。

本発明に従えば、反射手段である偏光板の姿勢を、駆動手段によって変化させるので、偏光板の姿勢によって検出用電磁波の反射状態を変更することができる。したがって反射状態を変更する構成を実現することができる。

さらに本発明は、反射手段は、画像を表示する表示手段であり、
駆動手段は、表示内容を変更することを特徴とする。

本発明に従えば、画像を表示する表示手段の表示内容が、駆動手段によって変更されるので、その表示内容によって検出用電磁波の反射状態を変更することができる。したがって反射状態を変更する構成を実現することができる。

さらに本発明は、表示手段は、表示領域内で反射特性が異なる画像を表示することを特徴とする。

本発明に従えば、表示領域内で反射特性が異なる画像が、表示手段によって表示されるので、表示領域内で検出用電磁波の反射状態をさらに変更することができる。したがって表示領域内の検出用電磁波の反射状態の変化を検出する位置検出装置を用いた場合、表示領域内の反射状態が変化する相対方位を、方位特定手段によって高精度に特定することができる。また演算手段によって演算される距離の精度を向上することができる。

さらに本発明は、表示手段は、位置検出装置に送信すべき情報を表す画像を表示することを特徴とする。

本発明に従えば、位置検出装置に送信すべき情報を表す画像が、表示手段によって表示される。したがって被検出器に位置検出装置に情報を送信する手段がなくとも、表示手段によって位置検出装置に送信すべき情報を送信することができる。これによって被検出器の部品点数を少なくして、構成を簡単にすることができる。

さらに本発明は、前記位置検出装置と、
前記被検出器とを含むことを特徴とする。

本発明に従えば、前述の位置検出装置と前述の被検出器とを含んで位置検出システムが構成されるので、被検出器の位置検出装置に対する相対位置を検出することができる。

本発明によれば、被検出器の自機に対する相対位置を確実に検出することができる。被検出器に対する自機の相対位置を検出することができるので、被検出器の絶対位置を把握、たとえば予め記憶しておけば、被検出器の絶対位置から自機の絶対位置を求めることができる。

また本発明によれば、構成を簡単にすることができ、製造コストを低減することができる。

さらに本発明によれば、複数の被検出器が有る場合であっても、指定する被検出器の自機に対する相対位置を検出することができる。被検出器に対する自機の相対位置を検出することができるので、各識別コード毎に対応付けて各被検出器の絶対位置を把握、たとえば予め記憶しておけば、被検出器の絶対位置から自機の絶対位置を求めることができる。

さらに本発明によれば、変更指令に応答して、検出用電磁波の反射状態を変更することができる。したがって反射状態が変更した相対方位を検出する位置検出装置を用いた場合、被検出器の相対方位を検出することができる。

さらに本発明によれば、指令信号を含む検出用電磁波によって、反射状態を変更することができる。

さらに本発明によれば、偏光板の姿勢によって検出用電磁波の反射状態を変更することができる。したがって反射状態を変更する構成を実現することができる。

さらに本発明によれば、画像を表示する表示手段の表示内容が、駆動手段によって変更されるので、その表示内容によって検出用電磁波の反射状態を変更することができる。したがって反射状態を変更する構成を実現することができる。

さらに本発明によれば、表示領域内の検出用電磁波の反射状態の変化を検出する位置検出装置を用いることによって、表示領域内の反射状態が変化する相対方位を、方位特定手段によって高精度に特定することができる。また演算手段によって演算される距離の精度を向上することができる。

さらに本発明によれば、被検出器に位置検出装置に情報を送信する手段がなくとも、表示手段によって位置検出装置に送信すべき情報を送信することができる。これによって被検出器の部品点数を少なくして、構成を簡単にすることができる。

さらに本発明によれば、前述の位置検出装置と前述の被検出器とを含んで位置検出システムが構成されるので、被検出器の位置検出装置に対する相対位置を検出することができる。

図１は、本発明の実施の一形態の位置検出システム１０の電気的構成を示すブロック図である。位置検出システム１０は、位置検出レーザ装置１１および位置検出用タグ１２を含んで構成される。位置検出レーザ装置１１は、位置検出装置であって、被検出器である位置検出用タグ１２の相対位置を検出する。位置検出レーザ装置１１は、距離演算部１３、輝度画像処理部１４および装置通信部１５を含んで構成される。位置検出用タグ１２は、被検出器であって、位置検出レーザ装置１１によって相対位置が検出される。位置検出用タグ１２は、タグ通信部１６、タグ中央処理装置（Central Processing Unit：略称ＣＰＵ）１７、タグ記憶部１８、反射機構制御部１９および反射機構部２０を含んで構成される。

先ず、位置検出レーザ装置の各構成部について説明する。距離演算部１３は、基本制御部２１、出力制御部２２および距離計測部２３を含んで構成される。基本制御部２１は、出力制御部２２および距離計測部２３を制御するとともに、輝度画像処理部１４および装置通信部１５を制御する。基本制御部２１は、ＣＰＵ２４、装置記憶部２５および制御部２６を含んで構成される。ＣＰＵ２４は、位置検出レーザ装置１０全体の計測および制御を行う。装置記憶部２５は、たとえばランダムアクセスメモリ（Random Access Memory：略称ＲＡＭ）またはリードオンリーメモリ（Read Only memory：略称ＲＯＭ）によって実現され、たとえば装置全体を制御するためのプログラムおよびデータを記憶する。

出力制御部２２は、レーザパルス制御部２７、レーザ出力部２８、垂直軸ミラー制御部２９、垂直軸ミラー機構部３０、水平軸ミラー制御部３１および水平軸ミラー機構部３２を含んで構成される。レーザパルス制御部２７は、制御部２６から与えられる指令に基づいて、レーザ出力部２８を制御する。レーザ出力部２８は、放射手段であって、位置検出用タグ１２の位置を検出するための検出用電磁波を放射する。レーザ出力部は、たとえば半導体レーザ素子によって実現される。検出用電磁波は、位置検出用タグによって反射し、かつ位置検出用タグの反射状態が変更されることによって反射波の状態が変化する電磁波であればよく、本実施の形態では、レーザ光３３によって実現される。レーザ出力部２８は、一定の波長を有する光を強く出力することができ、直進性が良く、レーザ光３３のビーム系を小さくすることができる。このようなレーザ光３３を放射する半導体レーザ素子を用いることによって、たとえば発光ダイオード（Light Emitting Diode：略称ＬＥＤ）などの発光素子に比べ、精度の高い測定をすることができる。レーザ出力部２８は、垂直軸ミラー機構部３０に向けて、レーザ光３３を放射する。

垂直軸ミラー制御部２９は、制御部２６から指令が与えられると、与えられた指令に基づいて垂直軸ミラー機構部３０を駆動するように制御する。垂直軸ミラー機構部３０は、垂直軸ミラー制御部２９によって駆動され、レーザ光３３を反射するミラーを、水平方向に略平行な回転軸線まわりに回転駆動する。これによって垂直軸ミラー機構部３０は、垂直軸ミラー機構部３０に導かれるレーザ光３３の進行方向を、垂直方向に関して角変位させて水平軸ミラー機構部３２に導く。

水平軸ミラー制御部３１は、制御部２６から指令が与えられると、与えられた指令に基づいて水平軸ミラー機構部３２を駆動するように制御する。水平軸ミラー機構部３２は、水平軸ミラー制御部３１によって駆動され、レーザ光３３を反射するミラーを、垂直方向に略平行な回転軸線まわりに回転駆動する。これによって水平軸ミラー機構部３２は、水平軸ミラー機構部３２に導かれるレーザ光３３の進行方向を、水平方向に関して角変位させてレーザ光３３を予め定める検出領域に導く。垂直軸ミラー機構部３０と水平軸ミラー機構部３２とは、各動作が同期するように制御される。垂直軸ミラー制御部２９および水平軸ミラー制御部３１を制御することによって、レーザ光３３を所望の検出領域の全域にわたって照射するように走査することができる。

距離計測部２３は、レーザ受光部３５、アンプ部３６、距離検出部３７、距離画像生成部３８および距離画像メモリ３９を含んで構成される。レーザ受光部３５は、反射波検出手段であって、レーザ出力部２８によって放射されたレーザ光３３の反射波３４を検出する。レーザ受光部３５は、検出領域からの反射波３４を受信し、受信した反射波３４に基づく受信信号をアンプ部３６に与える。アンプ部３６は、与えられた受信信号を増幅し、距離検出部３７に増幅した受信信号を与える。距離検出部３７は、演算手段であって、レーザ光３３と検出領域からの反射波３４に基づいて、反射波３４を反射した物体までの距離を演算して求める。距離検出部３７は、レーザパルス制御部２７で生成された送信信号と受信信号との位相差、つまり時間差を計測し、反射波３４を反射した物体までの距離を演算して求める。距離画像生成部３８は、求められる各照射位置における距離データを、検出領域における各位置の対応付けて、画像情報として距離画像メモリ３９に与える。

距離画像メモリ３９は、与えられる画像情報を記憶するとともに、画像情報をＣＰＵ２４に与える。距離画像メモリ３９は、たとえば画素数が水平方向に５１２個設定され、垂直方向に５１２個設定される。１画素は、たとえば８ビットで構成される。距離画像メモリ３９に記憶される画像の水平方向は、位置検出レーザ装置１１のレーザ光３３の光軸が水平方向に変位される方向であり、画像の垂直方向は、位置検出レーザ装置１１のレーザ光３３の光軸が垂直方向に変位される方向である。たとえば、1画素を０．１度と定義した場合、画像メモリ全領域に対応する位置検出レーザ装置１１の水平方向および垂直方向の変位角度は、５１．２度となる。１画素を８ビット構成とした場合、０〜２５５の値が設定できるので、距離画像メモリ３９の場合、最小測定可能距離を０に設定し、最大測定可能距離を２５５に設定することによって、距離画像メモリ３９に距離測定データを記憶することができる。

装置通信部１５は、送信手段であって、位置検出用タグ１２に、レーザ光３３の反射状態を変更する変更指令を表す指令信号を送信する。また装置通信部１５は、位置検出用タグ１２毎に個別に付与されている識別コードである識別(Identification：略称ＩＤ)ナンバを指定して、そのＩＤナンバを有する位置検出用タグ１２だけが、レーザ光３３の反射状態を変更する変更指令を表す指令信号を送信する。装置通信部１５は、無線受信入力部４０、復調器４１、シリアル通信処理部４２、無線送信出力部４３および変調器４９を含んで構成される。シリアル通信処理部４２は、ＣＰＵ２４から位置検出用タグ１２に指令信号である制御コードを送信するように指令が与えられる。シリアル通信処理部４２は、シリアル信号をパラレル信号に変換し、パラレル信号をシリアル信号に変換する。シリアル通信処理部４２は、ＣＰＵ２４から与えられる制御コードを表すパラレル信号をシリアル信号に変換して、変調器４９に与える。変調器４９は、与えられるシリアル信号を送信可能な信号に変調し、無線送信出力部４３に与える。無線送信出力部４３は、与えられた信号を無線通信で送信する。

無線受信入力部４０は、無線通信で与えられる信号を受信し、受信した信号を復調器４１に与える。復調器４１は、与えられる信号をデジタル変換して、復調し、復調した信号をシリアル通信処理部４２に与える。シリアル通信処理部４２は、復調器４１から与えられた信号であるシリアル信号をパラレル信号に変換し、変換した信号をＣＰＵ２４に与える。

輝度画像処理部１４は、方位特定手段であって、検出される反射波３４の強度が、送信する指令信号の変更指令に対応して変化する相対方位を特定する。輝度画像処理部１４は、輝度画像生成部４４、第１輝度画像メモリ４５、第２輝度画像メモリ４６、差分演算部４７および差分画像メモリ４８を含んで構成される。輝度画像生成部４４は、アンプ部３６から与えられる受信信号が示す反射波３４の強度、たとえば輝度値であって、各照射位置における輝度値を、検出領域における各位置の対応付けて、画像情報を生成する。第１輝度画像メモリ４５は、輝度画像生成部４４から与えられる輝度値の画像情報を記憶する。第２輝度画像メモリ４６、輝度画像生成部４４から与えられる輝度値の画像情報であって、位置検出用タグ１２のレーザ光３３の反射状態が変更された場合の輝度値の画像情報を記憶する。このように輝度画像メモリが２つ存在するのは、位置検出用タグ１２の反射機構部２０を制御して、異なる反射状態の反射光の輝度値を個別に記憶するために用いられる。

各輝度画像メモリ４５，４６は、前述の距離画像メモリ３９と同様に、たとえば画素数が水平方向に５１２個設定され、垂直方向に５１２個設定される。１画素は、たとえば８ビットで構成される。１画素を８ビット構成とした場合、０〜２５５の値が設定できるので、最小測定可能輝度値を０に設定し、最大測定可能輝度値を２５５に設定することによって、各輝度画像メモリ４５，４６に濃淡画像を記憶することができる。このように各輝度画像メモリ４５，４６の構成することによって、画像処理の手法を用いて計測処理を容易に実現できる。

差分演算部４７は、レーザ受光部３５によって検出される反射波３４が示す輝度値が、送信する指令信号の変更指令に対応して変化する相対方位を特定する。差分演算部４７は、第１輝度画像メモリ４５と第２輝度画像メモリ４６とに記憶される各輝度画像データに対して、画像間演算、たとえば差分フィルタ処理を行い、演算結果を差分画像メモリ４８に与える。このように画像間演算をすることによって、相対方位が求められる。差分画像メモリ４８は、与えられる画像情報を記憶するとともに、求められた相対方位である特定相対方位を示す情報をＣＰＵ２４に与える。ＣＰＵ２４は、差分画像メモリ４８から与えられる特定相対方位を示す情報と、距離画像メモリ３９から与えられる画像情報とに基づいて、特定相対方位からの反射波３４を反射した物体までの距離を求める。特定相対方位は、自機に対する位置検出用タグ１２の相対方位であるので、その特定相対方位からの反射波３４を反射した物体までの距離は、自機から位置検出用タグ１２までの距離である。

次に位置検出用タグ１２の各構成部について説明する。位置検出用タグ１２は、本実施の形態では複数用いられる。各位置検出用タグ１２は、個別に互いに異なるＩＤナンバが付与されている。タグ通信部１６は、受信手段であって、反射状態を変更する変更指令を表す指令信号を受信する。タグ通信部１６は、無線受信入力部４０、復調器４１、シリアル通信処理部４２、無線送信出力部４３および変調器４９を含んで構成される。タグ通信部１６は、前述の装置通信部１５と同様の構成であるので、対応する構成の符号に「ａ」を付し、説明を省略する。タグ通信部１６は、装置通信部１５と無線通信を介して、制御コードを示す信号を送受信する。シリアル通信処理部４２ａは、受信した制御コードをタグＣＰＵ１７に与える。

タグＣＰＵ１７は、与えられた制御コードが、自機のＩＤナンバを指定しているか否かを判断する。タグＣＰＵ１７は、制御コードが自機のＩＤナンバを指定している場合、与えられた制御コードが示す変更指令に応答して、反射状態を変更するように、反射機構制御部１９を制御する。タグＣＰＵ１７は、制御コードが自機のＩＤナンバを指定していない場合、与えられた制御コードが示す変更指令には応答しない。このように位置検出用タグ１２には、ＩＤナンバが割振られているので、位置検出用タグ１２が複数存在しても、位置検出レーザ装置は特定の位置検出用タグ１２の反射機構部２０を制御することができる。

反射機構制御部１９は、駆動手段であって、反射状態を変更するように反射機構部２０を駆動する。反射機構部２０は、反射手段であって、位置検出レーザ装置１１から放射されるレーザ光３３を反射する手段であり、レーザ光３３の反射状態を変更可能に構成される。反射機構部２０は、反射機構制御部１９に電気的に制御されて、レーザ光３３の反射状態を変更する。反射機構部２０は、たとえばレーザ光３３の反射角を変えるための反射板を、駆動源、たとえばモータで機構的に可動して実現される。反射機構制御部１９は、反射機構部２０を構成する反射板、たとえば鏡におけるレーザ光３３の入射角度を変更することによって、位置検出レーザ装置１１へのレーザ光３３の反射状態、たとえば反射波の強度を変更することができる。このような反射板の反射面は、完全に鏡面反射するものではなく、反射板の角度を変えても、位置検出レーザ装置１１に反射板からの乱反射光が照射される程度の反射面に構成される。

タグ記憶部１８は、たとえば自機に割振られるＩＤナンバ、タグＣＰＵ１７から与えられるデータおよび位置検出用タグ１２を制御するためのプログラムを記憶し、たとえばＲＡＭ、ＲＯＭおよびイー・イー・ピー・ロム(Electrically Erasable Programmable
Read-Only Memory：略称ＥＥＰＲＯＭ）によって実現される。

図２は、レーザ出力部２８が放射するレーザ光３３の強度およびレーザ受光部３５が検出する反射波３４の強度と、時刻との関係を示すグラフである。グラフの縦軸は、レーザ光３３の強度および反射波３４の強度を示し、グラフの横軸は、時刻を示す。レーザ出力部２８が放射するレーザ光３３の波形を実線で示し、レーザ光３３を放射した方位からの反射波３４の波形を破線で示す。レーザ出力部２８が放射したレーザ光３３の波形に対して、レーザ受光部３５で検出した反射波３４の波形は、時間差Ｔが生じる。光の速度は一定であるので、この時間差Ｔは、位置検出レーザ装置１１から反射波３４を反射した物体までの往復距離に応じて生じる。したがって時間差Ｔを計測することによって、反射波３４を反射した物体までの距離を求めることができる。

図３は、検出領域５５に位置検出用タグ１２が配置されている状態を示す斜視図である。検出領域５５は、レーザ光３３が走査されて、レーザ光３３が照射される領域である。位置検出用タグ１２は、たとえば検出領域５５内に配置される。レーザ光３３は、水平軸ミラー機構部３２が水平軸ミラー制御部３１に制御されることによって、たとえば実線で示す水平方向である走査方向Ｘに走査される。レーザ光３３は、走査方向Ｘ一端部から走査方向Ｘ他端部に走査され、照射位置が走査方向Ｘ他端部に配置されると、レーザ光３３の放射を停止した状態で、走査方向Ｘ他端部から走査方向一端部にレーザ光３３が照射される位置を変位させる。ここでレーザ光３３は、垂直軸ミラー機構部３０が垂直軸ミラー制御部２９に制御されることによって、走査方向に略直交する垂直方向である変位方向Ｙにレーザ光３３が照射される位置を変位させる。それから再び、レーザ出力部２８からレーザ光３３が放射され、照射位置が走査方向Ｘ一端部から走査方向Ｘ他端部に走査され、これらを繰返すことによって、検出領域５５全域にわたって、レーザ光３３を照射することができる。このようなレーザ光３３の走査方法は、一例であって、別の走査方法であってもよい。

図４は、輝度画像メモリ４５，４６および差分画像メモリに記憶される画像の一例を示す図である。図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）では、理解を容易にするため、各画素が有する輝度値が同じ所は、同じハッチングを用いて示す。位置検出レーザ装置１１は、位置検出用タグ１２に対して制御コードを送信し、位置検出用タグ１２の反射機構部２０を制御して、反射機構部２０の反射状態を第１反射状態に設定する。反射状態が第１反射状態の場合、検出領域の全域にわたってレーザ光３３を走査すると、検出領域全域にわたって距離および輝度を検出することができる。この測定結果は、距離画像メモリ３９に記憶される。図４（ａ）に示すように、測定結果である第１輝度画像４５ａが、第１輝度画像メモリ４５に記憶される。図４（ａ）では、輝度が予め定める閾値よりも高い領域が３カ所あり、それぞれ第１領域４５ｂ、第２領域４５ｃおよび第３領域４５ｄとする。

位置検出レーザ装置１１は、位置検出用タグ１２に対して制御コードを送信し、位置検出用タグ１２の反射機構部２０を制御して、反射機構部２０の反射状態を変更し、第１反射状態から、第１反射状態とは異なる第２反射状態に変更する。反射状態が第２反射状態の場合、前述と同様に、検出領域の全域にわたってレーザ光３３を走査すると、検出領域全域にわたって距離および輝度を検出することができる。この測定結果は、距離画像メモリ３９に記憶される。図４（ｂ）に示すように、測定結果である第２輝度画像４６ａが、第２輝度画像メモリ４６に記憶される。図４（ｂ）では、輝度が予め定める閾値よりも高い領域が３カ所あり、それぞれ第４領域４６ｂ、第５領域４６ｃおよび第６領域４６ｄとする。

差分演算部４７は、第１輝度画像４５ａと第２輝度画像４６ａの差分を演算する。差分演算部４７は、第１輝度画像４５ａと第２輝度画像４６ａとで輝度が異なる部位を求める。図４（ｃ）に示すように、第２領域４５ｃの輝度値は、第５領域４６ｃの輝度値と略同一であり、第３領域４５ｄの輝度値は、第６領域４６ｄの輝度値と略同一である。また第２領域４５ｃの位置は、第５領域４６ｃの位置と同一であり、第３領域４５ｄの位置は、第６領域４６ｄの位置と同一である。第１領域４５ｂの輝度値だけは、第４領域４６ｂの輝度値と異なる。また第１領域４５ｂの位置は、第４領域４６ｂの位置と同一である。

したがって差分演算部４７は、第１輝度画像４５ａの各画素における輝度値と第２輝度画像４６ａの各画素における輝度値との差分を演算することによって、第１領域４５ｂと第４領域４６ｂとに対応する領域５６を求めることができる。第１輝度画像４５ａと第２輝度画像４６ａとで輝度が異なる部位は、検出領域５５が同じであるので、反射機構部２０の反射状態を変更した領域である。したがって第１輝度画像４５ａと第２輝度画像４６ａとで輝度が異なる領域は、位置検出用タグ１２の相対方向に対応する。差分演算部４７は、演算結果の画像情報４８ａを差分画像メモリ４８に与える。このように位置検出用タグ１２に対応する部分５６は、反射状態を変更することによって輝度値に差が生じるため、簡単に位置検出用タグ１２の相対方向を特定することができる。

本実施の形態では、制御コードを受信することによって反射状態を変更可能な位置検出用タグ１２を用いた場合、輝度画像処理部１４によって反射波３４の強度が変更指令に対応して変化する相対方位が特定される。このように輝度画像処理部１４によって特定される相対方位は、自機の位置検出用タグ１２に対する相対方位である。また相対方位からの反射波３４を反射した物体までの距離が、レーザ光３３と相対方位からの反射波３４とに基づいてＣＰＵ２４によって演算される。このように輝度画像処理部１４とＣＰＵ２４とによって、自機に対する位置検出用タグ１２の相対位置を検出することができる。このように反射状態を変更可能な位置検出用タグ１２を用いることによって、位置検出用タグ１２を除く残余の部位からの反射波３４と、位置検出用タグ１２からの反射波３４とを確実に峻別することができる。したがって位置検出用タグ１２の自機に対する相対位置を確実に検出することができる。

また本実施の形態では、位置検出用タグ１２毎に個別に付与されているＩＤナンバを指定して、そのＩＤナンバを有する位置検出用タグ１２だけが、レーザ光３３の反射状態を変更する変更指令を表す制御コードが、装置通信部１５によって送信される。したがって制御コードを受信することによって反射状態を変更可能な位置検出用タグ１２を用いた場合、指定されたＩＤナンバを有する位置検出用タグ１２の反射状態だけを変更することができる。これによって複数の位置検出用タグ１２が有る場合であっても、指定する位置検出用タグ１２の自機に対する相対位置を検出することができる。位置検出用タグ１２に対する自機の相対位置を検出することができるので、各ＩＤナンバ毎に対応付けて各位置検出用タグ１２の絶対位置を把握、たとえば予め記憶しておけば、位置検出用タグ１２の絶対位置から自機の絶対位置を求めることができる。

また本実施の形態では、タグ通信部１６によって反射状態を変更する変更指令を表す制御コードが受信されると、変更指令に応答して反射状態を変更するように、反射機構制御部１９がタグＣＰＵ１７によって制御される。したがって反射機構制御部１９は、変更指令に基づいて、反射機構部２０を駆動し、反射機構部２０のレーザ光３３の反射状態を変更する。これによって変更指令に応答して、レーザ光３３の反射状態を変更することができる。したがって反射状態が変更した相対方位を検出する位置検出レーザ装置１１を用いた場合、位置検出用タグ１２の相対方位を検出することができる。

図５は、本実施の形態の位置検出レーザ装置１１を備える移動体５０が、移動経路５１に配置されている状態を簡略化して示す正面図である。移動体５０は、予め定める移動可能な移動経路５１に配置される。移動可能な経路と、移動不可能な領域との境界部分には、位置検出用タグ１２が複数配置される。移動体５０は、たとえば自動車などの車輌である。移動可能な経路は、たとえば交通道路であり、その交通道路と移動不可能な領域との境界部分は、たとえば交通道路の両端部である。

移動体５０は、位置検出レーザ装置１１を備えるので、指定する位置検出用タグ１２の相対方向および演算距離を検出することができる。換言すると、移動体５０は、指定する位置検出用タグ１２の相対位置を検出することができる。移動体５０は、たとえば指定する位置検出用タグ１２の絶対位置を把握、たとえば記憶しておけば、位置検出用タグ１２の絶対位置と検出される相対位置から、自機の絶対位置を検出することができる。移動体５０は、移動中であっても、予め定める時間間隔毎に、位置検出用タグ１２の相対位置を検出することによって、随時、自機の絶対位置を検出することができる。したがって移動体５０を制御する制御手段は、検出される絶対位置に基づいて。移動経路５１に沿って移動するように、移動体５０の移動方向を制御することができる。移動体５０は、予め定める移動経路５１からはずれるような場合、報知手段、たとえば音声発生手段を用いて操作者に報知することによって、操作者は移動体５０が移動経路５１からはずれていることを認識することができる。

図６は、本発明の実施の他の形態の位置検出用タグ６０の電気的構成を示すブロック図である。本実施の形態の位置検出用タグ６０は、前述の図１〜図５の位置検出システム１０に用いられる位置検出用タグ１２と類似しており、本実施の形態の構成には前述の位置検出用タグ１２における対応する構成と同一の参照符号を付し、異なる構成についてだけ説明し、同様の構成については説明を省略する。本実施の形態の位置検出用タグ６０は、偏光板制御部６１および偏光板駆動部６２を含んで構成される。偏光板制御部６１は、前述の位置検出用タグ１２を構成する反射機構制御部１９に対応し、偏光板駆動部６２は、前述の位置検出用タグ１２を構成する反射機構部２０に対応する。偏光板制御部６１は、駆動手段であって、偏光板６３の姿勢を変化させる。偏光板制御部６１は、偏光板６３の姿勢を変化させることによって、反射状態を変更するように偏光板駆動部６２を駆動する。偏光板駆動部６２は、偏光板６３および反射板６４を含んで構成される。偏光板駆動部６２は、偏光板制御部６１に電気的に制御されて、レーザ光３３の反射状態を変更する。

図７は、第１反射状態にある偏光板駆動部６２を示す斜視図である。図８は、第２反射状態にある偏光板駆動部６２を示す斜視図である。レーザ出力部２８は、たとえば半導体レーザ素子の発光素子によって実現される。これらの発光素子は、その構造から放射するレーザ光３３の振幅を水平方向、または垂直方向に出力することができる。位置検出レーザ装置１１から放射されたレーザ光３３は、位置検出用タグ６０の設置された偏光板６３に到達する。偏光板６３は、レーザ光３３の水平成分と垂直成分との振幅に対して、どちらか一方の成分のみを通過させる特徴がある。図７に示すように、たとえばレーザ光３３の垂直成分の振幅を透過させるよう偏光板６３を配置し、レーザ光３３の波形は偏光板６３を通過し、反射板６４に入射する。レーザ光３３は、反射板６４にて反射し、反射波３４として再び偏光板６３を通過する。

図８に示す偏光板６３は、図７に示す偏光板６３をその厚み方向を回転軸線方向として、この回転軸線まわりに９０度角変位させている。位置検出レーザ装置１１から放射されたレーザ光３３は、水平方向の振幅を遮る偏光板６３が配置されているので、偏光板６３を通過することができない。したがってレーザ光３３は、反射板６４に入射することが遮られる。反射板６４におけるレーザ光３３の反射率と、偏光板６３におけるレーザ光３３の反射率とは、異なるので、偏光板６３の姿勢を変化させることによって、反射状態を第１反射状態から第２反射状態に変更することができる。

このように本実施の形態では、偏光板６３の姿勢を変化させて、反射状態を変更する。反射板６４だけを用いた場合、レーザ光３３の反射状態を変更させるためには、反射板６４の姿勢を変化させる必要がある。したがって反射板６４の姿勢を変化することができる空間を形成する必要がある。本実施の形態では、偏光板６３の姿勢の変化は、偏光板６３の厚み方向を回転軸線方向として、回転軸線まわりに角変位するだけでよい。したがって偏光板６３の姿勢の変化前の配置領域と変化後の配置領域とを略同一にすることができる。したがって反射状態を変更するための空間を形成する必要がない。このように反射板６４だけを用いる場合に比べて、偏光板駆動部６２を小形化および薄型化することができる。したがってその他前記実施の形態と同様の効果を、達成することができる。

図９は、本発明の実施のさらに他の形態の位置検出システム７０の電気的構成を示すブロック図である。本実施の形態の位置検出システム７０は、前述の図１〜図８の位置検出システム１０と類似しており、本実施の形態の構成には前述の位置検出システム１０における対応する構成と同一の参照符号を付し、異なる構成についてだけ説明し、同様の構成については説明を省略する。本実施の形態の位置検出レーザ装置７１は、前述の位置検出レーザ装置１１から装置通信部１５を除く残余の構成要素によって構成される。また本実施の形態の位置検出レーザ装置７１を構成する距離演算部１３の構成が異なる。具体的には、距離演算部１３を構成する出力制御部２２は、コード生成部７２をさらに含んで構成される。

コード生成部７２は、前述の変調器４９に対応し、位置検出用タグ７３とレーザ光３３を用いて光通信を行うための制御コードを生成する機能を有する。コード生成部７２は、制御部２６から与えられる指令に基づいて、レーザパルス制御部２７を制御する。したがってレーザ出力部２８は、制御コードを含むレーザ光３３を放射することができる。

位置検出用タグ７３を構成する無線受信入力部４０ａは、光受光素子を用いることによって、レーザ光３３を受光することができる。したがってレーザ光３３に含まれる制御コードをタグＣＰＵ１７に与えることができる。前述の位置検出用タグ１２を構成する変調器４９および無線送信出力部４３は、タグ記憶部１８に記憶される情報を読取る場合に必要であるが、本実施の形態では、位置検出用タグ７３の反射機構部２０の制御を、外部から制御すればよいので、省略することができる。これによって位置検出用タグ７３の構成をさらに簡単にすることができる。

このようにレーザ光３３が制御コードを含み、位置検出用タグ６０は、レーザ光３３に含まれる制御コードの受信機能を備えることによって、位置検出レーザ装置７１内に位置検出用タグ６０に制御コードを送信する回路を省略することができる。したがって位置検出レーザ装置７１の部品点数を少なくすることができ、構成を簡略化することができる。したがって前述のその他実施の形態と同様の効果を、達成することができる。また位置検出レーザ装置７１の製造コストを低減することができる。

図１０は、本発明の実施のさらに他の形態の位置検出用タグ８０の電気的構成を示すブロック図である。本実施の形態の位置検出用タグ８０は、前述の図１〜図９の位置検出システム１０，７０に用いられる位置検出用タグ１２と類似しており、本実施の形態の構成には前述の位置検出用タグ１２における対応する構成と同一の参照符号を付し、異なる構成についてだけ説明し、同様の構成については説明を省略する。本実施の形態の位置検出用タグ８０は、液晶制御駆動部８１および液晶表示素子部８２を含んで構成される。液晶制御駆動部８１は、前述の位置検出用タグ１２を構成する反射機構制御部１９に対応し、液晶表示素子部８２は、前述の位置検出用タグ１２を構成する反射機構部２０に対応する。

液晶表示素子部８２は、反射手段であって、画像を表示する。液晶表示素子部８２は、その表示内容によって、レーザ光３３の反射率を変更することができる。液晶制御駆動部８１は、駆動手段であって、液晶表示素子部８２の表示内容を変更する。したがって反射状態を変更する構成を実現することができる。液晶表示素子部８２は、たとえば液晶表示素子を用いて実現される。したがって液晶表示素子を用いることによって、位置検出用タグ８０の集積回路(Integrated Circuit：略称ＩＣ)化が容易となる。また小形で薄い液晶表示素子を用いることによって、小形化および省電力化を実現することができる。したがってその他前述の他の実施の形態と同様の効果を、達成することができる。また液晶表示素子部８２は、機械的に制御、たとえば姿勢を変化させることなく、電気的に制御して表示内容を変化させることによって、反射状態を変更することができる。したがって位置検出用タグ８０を小形化することができる。

図１１は、液晶表示素子部８２が表示する画像の一例を示す図である。液晶表示素子部８２は、表示領域８３内で反射特性が異なる画像を表示する。図１１（ａ）は、液晶表示素子部８２が表示パターンを表示していない状態を示す。図１１（ｂ）は、液晶表示素子部８２の表示領域８３に水平方向および垂直方向に関して対象な画像８５であって、反射特性が残余の部位と異なる画像８５を表示している状態を示す。たとえば表示領域８３の一部の略長方形状の領域に、画像８５を表示する。このような画像８５を表示することによって、この画像８５を位置特定用のマークとして利用することができる。位置検出レーザ装置１１は、液晶表示素子部８２に表示する画像と、輝度画像および距離画像を用いることによって、液晶表示素子部８２の相対位置を高精度に検出することができる。たとえば液晶表示素子部８２に表示される画像の重心位置計算を行うことによって、高精度に相対位置を特定することができる。

図１１（ｃ）は、液晶表示素子部８２の表示領域８３の一部であって、水平方向および垂直方向に関して、非対象な画像８６を表示している状態を示す。表示される画像は、反射特性が残余の部位と異なる画像８６であって、たとえば液晶表示素子部８２の４つ角部のうち、３つの角部に互いに等しい画像８６を表示する。このように水平方向および垂直方向に関して、非対称な画像８６を表示することによって、位置検出用タグ８０の取付方向の検出、および特定の意味を持つ記号として使用することができる。このような表示パターンは、位置検出レーザ装置１１が位置検出用タグ８０に制御コードを送信して制御される。液晶表示素子は、たとえばドットマトリクス型によって実現される。

このように表示領域８３内で反射特性が異なる画像が、液晶表示素子部８２によって表示されるので、表示領域８３内でレーザ光３３の反射状態をさらに変更することができる。したがって表示領域８３内のレーザ光３３の反射状態の変化を検出する位置検出レーザ装置７１を用いた場合、表示領域８３内の反射状態が変化する相対方位を、輝度画像処理部１４によって高精度に特定することができる。またＣＰＵ２４によって演算される距離の精度を向上することができる。

また液晶表示素子部８２は、位置検出レーザ装置１１に送信すべき状態を表す画像を表示するように構成してもよい。位置検出用タグ８０は、位置検出レーザ装置１１から与えられる制御コード対する応答を、無線通信で行うのではなく、液晶表示素子部８２に応答用のパターンコードを表示することができる。これによって位置検出用タグ８０の無線通信機能を省略することができ、部品点数を少なくすることができる。また操作者が容易に視認することができる表示パターンの表示することができる。これによって位置検出用タグ８０のメンテナンス性を向上することができる。

位置検出用タグ８０に制御コードを送信し、位置検出用タグ８０を制御することが可能な構成であれば、必ずしも制御コードに対する応答を必要としない。したがってこのようなレスポンス機能を使用しない場合は、位置検出用タグ８０を構成する変調器４９および無線送信出力部４３を省略することができる。また液晶表示素子部８２に表示パターンを表示することができるので、応答用のパターンコードに対応した表示パターンを表示することができる。これによって位置検出用タグ８０を構成する変調器４９および無線送信出力部４３を省略しつつ、液晶表示素子部８２を用いて、応答することができる。これによって位置検出用タグ８０をさらに小形化および省電力化することができる。

本発明の実施の一形態の位置検出システム１０の電気的構成を示すブロック図である。 レーザ出力部２８が放射するレーザ光３３の強度およびレーザ受光部３５が検出する反射波３４の強度と、時刻との関係を示すグラフである。 検出領域５５に位置検出用タグ１２が配置されている状態を示す斜視図である。 輝度画像メモリ４５，４６および差分画像メモリに記憶される画像の一例を示す図である。 本実施の形態の位置検出レーザ装置１１を備える移動体５０が移動経路５１に配置されている状態を簡略化して示す正面図である。 本発明の実施の他の形態の位置検出用タグ６０の電気的構成を示すブロック図である。 第１反射状態にある偏光板駆動部６２を示す斜視図である。 第２反射状態にある偏光板駆動部６２を示す斜視図である。 本発明の実施のさらに他の形態の位置検出システム７０の電気的構成を示すブロック図である。 本発明の実施のさらに他の形態の位置検出用タグ８０の電気的構成を示すブロック図である。 液晶表示素子部８２が表示する画像の一例を示す図である。 特許文献２に記載される無人車位置計測方式を用いる装置１の電気的構成を簡略化して示すブロック図である。

符号の説明

１０，７０ 位置検出システム
１１，７１ 位置検出レーザ装置
１２，６０，８０ 位置検出用タグ
１３ 距離演算部
１４ 輝度画像処理部
１９ 反射機構制御部
２０ 反射機構部
２８ レーザ出力部
３３ レーザ光
３４ 反射波
３５ レーザ受光部
４７ 差分演算部
６１ 偏光板制御部
６２ 偏光板駆動部
６３ 偏光板
８１ 液晶制御駆動部
８２ 液晶表示素子部
８３ 表示領域

Claims (10)

1. 被検出器の位置を検出するための検出用電磁波を放射する放射手段と、
   放射手段によって放射された検出用電磁波の反射波を検出する反射波検出手段と、
   被検出器に、検出用電磁波の反射状態を変更する変更指令を表す指令信号を送信する送信手段と、
   反射波検出手段によって検出される反射波の強度が、送信する指令信号の変更指令に対応して変化する相対方位を特定する方位特定手段と、
   放射する検出用電磁波と、方位特定手段によって特定される相対方位からの反射波とに基づいて、方位特定手段によって特定される相対方位からの反射波を反射した物体までの距離を演算して求める演算手段とを含むことを特徴とする位置検出装置。
2. 検出用電磁波は、指令信号を含むことを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。
3. 送信手段は、被検出器毎に個別に付与されている識別コードを指定して、その識別コードを有する被検出器だけが、検出用電磁波の反射状態を変更する変更指令を表す指令信号を送信することを特徴とする請求項１または２記載の位置検出装置。
4. 位置検出装置から放射される検出用電磁波を反射する手段であり、検出用電磁波の反射状態を変更可能な反射手段と、
   反射状態を変更するように反射手段を駆動する駆動手段と、
   反射状態を変更する変更指令を表す指令信号を受信する受信手段と、
   受信手段によって指令信号が受信されると、変更指令に応答して反射状態を変更するように、駆動手段を制御する制御手段とを含むことを特徴とする被検出器。
5. 検出用電磁波は、指令信号を含むことを特徴とする請求項４記載の被検出器。
6. 反射手段は、偏光板であり、
   駆動手段は、偏光板の姿勢を変化させることを特徴とする請求項４または５に記載の被検出器。
7. 反射手段は、画像を表示する表示手段であり、
   駆動手段は、表示内容を変更することを特徴とする請求項４または５に記載の被検出器。
8. 表示手段は、表示領域内で反射特性が異なる画像を表示することを特徴とする請求項７に記載の被検出器。
9. 表示手段は、位置検出装置に送信すべき情報を表す画像を表示することを特徴とする請求項７に記載の被検出器。
10. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の位置検出装置と、
    請求項４〜９のいずれか１つに記載の被検出器とを含むことを特徴とする位置検出システム。

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