JP2011227494A - 位置検出用反射体 - Google Patents

Abstract

【課題】遠隔地にある対象物の位置及び移動量を知るために、レーザーを用いた位置計測システムが存在するが、対象物が移動したときの姿勢に依存しない反射体が必要である。
【解決手段】入射光に対して入射方向に光を反射する小型のコーナーキューブを球面あるいは多面体の表面に多数配置して反射体を構成する。この球面あるいは多面体は硬くても柔らかくてもよい。コーナーキューブは入射光と同じ方向に光を反射させるので、単純な球面や擬似球面に比べて再帰する光量が大幅に向上する。これにより、該反射体を設置した遠隔地の装置が姿勢を変えて移動しても位置検出用反射体によって入射光を反射しやすくなり、より遠方の位置検出用反射体からの反射光を受光することが可能になる。
【選択図】図３

Description

本発明は、遠隔地に設置した装置の位置及び移動量を知るために、その遠隔地の装置に取り付ける位置検出用反射体に関するものである。

位置を計測する方法は、GPSを用いる方法や、ロラン、最近まで使用されていたオメガのような船舶・航空機が用いてきた電波航法システムが存在する。これらの方法は受信装置がある場所でのみ位置を知ることができるものである。この受信装置には電源が必要となり、設置出来る場所も限定されてくる。対象物までの距離を計測するのであれば変調したレーザー光を用いたレーザー距離計が存在し、土木工事や建設現場などで利用されている測量器でも用いられている。また位置・角度の計測もレーザートラッカーという装置が存在する。

特許第４２９１９２１号公報 特開２００９−２３６６６３号公報

本発明は、遠隔地において電源を使用せず、位置検出用反射体を取り付けた複数の遠隔地装置の位置情報を確定し、時間をおいて再び位置情報を得ることで、遠隔地装置の変位量を計測することを考えたときの、位置検出用反射体に関するものである。

遠隔地の位置を知るには、何らかの方法で位置情報が確定している場所から計測光を遠隔地装置に照射し、計測光を反射する手段が取り付けられた遠隔地装置からの反射光を検知することで遠隔地装置までの距離および方向を知り、計測光照射装置の位置情報から遠隔地装置の位置情報を確定する。さらに時間を置いて再び測定することで、遠隔地装置の変位量を知るシステムを想定する。

このような計測システムにおいて、遠隔地装置が移動したとき、何らかの原因で姿勢が崩れ、反射光がうまく戻らないという問題が考えられる。

そこで、表面が鏡状の球（ミラーボール）を反射体として使用した場合、取り付けた遠隔地装置が傾くなど、姿勢が変わっても反射光を得ることができる。しかしその場合の反射光は計測光照射装置とミラーボールの中心とを結んだ線がミラー表面と交差する一点からのみの反射しか期待できず、光量が非常に少なくなる。

また、白球のようなものを反射体として使用した場合も、計測光はその表面で乱反射するので検知できる光量が少なくなり、計測可能距離が短くなってしまう。

遠隔装置の姿勢が崩れたときにも反射光が計測光照射装置へ戻ることを考え、位置検出用反射体を遠隔装置に取り付ける。

請求項１記載の発明は、小さなコーナーキューブの構造を球の表面に隙間無く彫るといった処理をした球形の位置検出用反射体で、ミラーボールや白球より数倍の反射光があり、遠隔地装置が傾くなど、姿勢が変わっても高い反射光量を得ることができる。

請求項２記載の発明は、板状のコーナーキューブアレイを辺の長さが同じ5角形や6角形に加工し、それらを組み合わせることで、多面体となっている位置検出用反射体で、遠隔地装置が傾くなど、姿勢が変わっても高い反射光量を得ることができる。

請求項３記載の発明は、個々に分かれている小さなコーナーキューブを、柔らかい素材で出来た球形や疑似球形あるいは請求項２のような多面体の表面に配置している位置検出用反射体で、射出あるいは投てきなどの設置方法をとっても変形して衝撃を吸収し、姿勢や形状が変わっても高い反射光量を得ることができる。

急な斜面・崖などの工事を行う場合あるいは工事後に、斜面へ位置検出用反射体を装備した遠隔地装置を複数個配置し、あらかじめ位置が確定している離れた観測場所から計測光によって遠隔地装置までの距離および角度を測定、その位置を確定する。また複数回測定することで、遠隔地装置の間隔の変化量・移動量を計測できる。

この移動によって遠隔地装置の姿勢が崩れても位置検出用反射体から安定した反射があり、常に位置・変位量を計測することができる。よって定期的に計測することで、危険を事前に察知する効果がある。

このほか、災害時における崖などの変位測定、ビルの傾き、沿岸での波消しブロックの移動、などの監視も安定に行うことが可能である。一度遠隔地装置を設置すれば安定した反射が得られるので、無人化も容易である。

図１は本発明の位置検出用反射体を用いた位置計測システムに係るシステムブロック線図である。 図２は半導体レーザーを用いた位置計測システムの例である。 図３は位置検出用反射体である。 図４は図２で使用した半導体レーザーを方向情報取得のみに利用したものである。 図５は軟性位置検出用反射体を射出して用いる例である。

以下、本発明を実施するための最良の形態の実施例について説明する。

図１は本発明の位置検出用反射体を用いた位置計測システムに係るシステムブロック線図である。

位置計測システムはレーザー部、変調部、光学系、照射方向制御部、反射光検知部、位置検出用反射体、遠隔地装置、GPSから構成される。

各構成部には図２のような以下の装置を用いる。

レーザー部には半導体レーザーを用いる。

変調部には、半導体レーザーの励起用電源の変調装置・あるいは光学変調素子を用いる。

照射方向制御部には自動回転テーブルを組み合わせ、その上に光学系と反射光検知部を設置する。

光学系を通ったレーザー光は自動回転テーブルによってその照射方向を変更することが可能である。

光学系は変調されたレーザー光が導入される。

光学系から射出されたレーザー光は対象物付近で直径数m程度のスポット径にするため、光学系はアクチュエーターを用いてレンズの位置あるいはレーザーの射出部分を可変にできる。

反射光検知部は照射方向制御部に搭載され、位置検知体からの反射光を検知する。４分割のフォトダイオードと反射光集光用レンズから構成される。

位置検出用反射体はコーナーキューブアレイの板を5角形及び6角形に加工し、図３のようなサッカーボール状に配置することで球形に成形したもので、どの方向からの入射光も反射可能である。

遠隔地装置は位置検出用反射体が設置される装置である。

まず位置検出用反射体が搭載された遠隔地装置を複数個目的の場所に設置する。

GPSなどで位置情報が確定している場所からレーザーを目標の方向に照射する。

レーザー光は目標付近で直径数ｍのレーザースポット径になるように光学系によって制御される。

この拡がっているレーザー光を目標領域にまんべんなく照射（走査）するため照射方向制御部を制御する。

走査する過程で位置検出用反射体にレーザー光が入射する。

入射した光はレーザー光の照射された方向に反射し、照射方向制御部に搭載されている反射光検知部に反射光が入射する。

レーザー光は変調されているので他の光なのか、位置検出用反射体からの反射光なのかをフィルターを通すことで判断できる。

位置検出用反射体からの反射ならば、そこで走査を中断し、レーザースポット径を位置検出用反射体程度の大きさまで集光する。

反射光検知部に到達した反射光は４分割フォトダイオード上に集光される。

この集光点がフォトダイオードの中心に来るように照射方向制御部を制御し、そのときの照射方向制御部の向いている方向情報を取得する。

さらにレーザー光は距離計測用にも変調されているので、照射前の変調データと反射光検知部でのレーザー光の変調を比較し、反射装置までの距離情報を取得する。

これらの方向情報と距離情報から対象物の緯度経度及び高度などを算出する。

方向情報と位置情報を取得後、レーザースポット径を元の数ｍ程度に戻し、再び走査を開始する。

目標領域を走査し終わり、複数個の反射装置の位置を保存する。

この作業を時間を置いて複数回行い、対象物の位置情報を複数回取得することで、その間の対象物の移動量を計測することができる。

図４は実施例１で使用した半導体レーザーを方向情報取得のみに利用したものである。

距離測定には距離測定用のレーザー距離計を用いる。

光学系から出た方向情報取得用レーザーの光軸の中央にハーフミラーを配置し、距離測定用レーザーを導入、対象物からの反射光もこのハーフミラーを通して検知することで測定を行う。

このほか方向情報取得用レーザーの光軸に導入しない方法として光軸と並行に距離測定用レーザーを照射するという設置も可能である。

そのほかの部分は実施例１と同じである。

図５は請求項３に記載した、軟性位置検出用反射体を射出装置から発射した様子である。

射出された軟性位置検出用反射体は崖などに到達し、変形して衝撃を和らげ、設置される。

そのほかの部分は実施例１と同じである。

この反射体はどの方向からの光も効率良く反射するので、人が近づきにくい遠隔地の位置、例えば危険な崖の変位・波消しブロックの移動量・建築物の振動及び移動量の計測などに利用可能である。

１ レーザー部
２ 変調部
３ 光学系
４ 対象物用反射部
５ 反射光検知部
６ 取得情報処理部
７ 照射方向制御部
８ GPS
９ レーザー距離計
１０ 反射体射出装置
１１ 軟性位置検出用反射体
１２ 変形した軟性位置検出用反射体
１３ 崖

Claims (3)

1. 光を入射方向に反射するコーナーキューブアレイから構成される反射体で、形状を球にすることで、取り付けた装置の姿勢に依存せず入射光の反射が可能な位置検出用反射体。
2. 請求項１記載の発明において、球状の反射体の代わりにコーナーキューブアレイを辺の長さが同じ5角形と6角形にしたものから構成され、それらを組み合わせて多面体になっていることで、取り付けた装置の姿勢に依存せず入射光の反射が可能な位置検出用反射体。
3. コーナーキューブが個々に分かれており、それを柔らかい表面に多数配置している変形可能な球体あるいは多面体になっていることで、その球体あるいは多面体の形や、それらを取り付けた装置の姿勢に依存せず入射光の反射が可能な軟性位置検出用反射体。