JP4139899B2 - Optical tilt measuring method and optical tilt sensor - Google Patents

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Description

本発明は、光学式傾斜計測方法、及び光学式傾斜センサに関する。   The present invention relates to an optical tilt measurement method and an optical tilt sensor.

模型航空機の操縦においては、その機体の姿勢を維持することが重要である。従来、風による外乱に対しては、操縦者が目視にて傾斜を読み当て舵を打っていた。この方法では、最終的には、操縦者の目視によって外乱による機体の姿勢の傾斜を修正することになるが、機体が遠方にある場合には、目視自体が非常に困難になり、当て舵の操作量に過不足があったり、操作が遅れることがある。   In maneuvering a model aircraft, it is important to maintain the attitude of the aircraft. Conventionally, the driver has read the inclination visually and hit the rudder against disturbance caused by wind. This method eventually corrects the inclination of the attitude of the aircraft due to disturbance by the operator's visual observation, but when the aircraft is far away, the visual observation itself becomes very difficult, and The operation amount may be excessive or insufficient, or the operation may be delayed.

一方、従来ジャイロセンサを傾斜に対する外乱を検出するために使用し、瞬間的な外力を打ち消す方向に舵を自動的に操作する手法がある。この方法では、瞬間的な傾斜の乱れに対しては有効であるが、ジャイロセンサは角加速度、すなわち回転させる外力の検出を行うものであり、これを2回積分することでどのくらい傾斜したかという回転角度の検出は可能であるが、その精度は極めて低い。さらに、ゆっくりとした(低周波)外乱に対しては誤差が累積し、有効に機能しないという欠点がある。このような問題に鑑み、光ファイバージャイロやリングレーザジャイロなどを使用することも検討されているが、これらは非常に高価であって、一般の模型航空機用センサとしては不適格である。   On the other hand, there is a method in which a conventional gyro sensor is used to detect a disturbance with respect to a tilt, and the rudder is automatically operated in a direction to cancel the instantaneous external force. This method is effective for momentary tilt disturbances, but the gyro sensor detects angular acceleration, that is, external force to be rotated, and how much it is tilted by integrating this twice. Although the rotation angle can be detected, its accuracy is extremely low. In addition, for slow (low frequency) disturbances, errors accumulate and have the disadvantage of not functioning effectively. In view of such a problem, use of an optical fiber gyroscope, a ring laser gyroscope, or the like has also been studied. However, these are very expensive and are not suitable as a general model aircraft sensor.

本発明は、模型飛行機などの物体の地上に対する絶対的な傾斜度合いを廉価な装置を用いて検出することを目的とする。   An object of the present invention is to detect the absolute inclination of an object such as a model airplane with respect to the ground using an inexpensive device.

上記目的を達成すべく、本発明は、
所定の物体に対して光学センサを取り付ける工程と、
前記光学センサを用いて、前記物体に対する太陽の位置を幾何学的に算出し、第1のパラメータベクトルとする工程と、
前記物体に対して参照軸を設け、第2のパラメータベクトルとする工程と、
地上に対する前記太陽の位置を第3のパラメータベクトルとする工程と、
地上に対する前記参照軸の位置を第4のパラメータベクトルとする工程と、
前記第1のパラメータベクトルから前記第4のパラメータベクトルまでの各パラメータベクトルと、前記第1のパラメータベクトル及び前記第3のパラメータベクトルの、前記光学センサの前記地上に対する所定の座標軸における回転行列による相関と、前記第2のパラメータベクトル及び前記第4のパラメータベクトルの、前記回転行列による相関とに基づいて、前記物体の地上に対する絶対的な傾斜度合いを導出する工程と、
を具えることを特徴とする、光学式傾斜計測方法に関する。
In order to achieve the above object, the present invention provides:
Attaching an optical sensor to a predetermined object;
Using the optical sensor to geometrically calculate the position of the sun with respect to the object, to provide a first parameter vector;
Providing a reference axis for the object to provide a second parameter vector;
Setting the position of the sun relative to the ground as a third parameter vector;
Setting the position of the reference axis with respect to the ground as a fourth parameter vector;
Correlation of each parameter vector from the first parameter vector to the fourth parameter vector , the first parameter vector, and the third parameter vector by a rotation matrix in a predetermined coordinate axis with respect to the ground of the optical sensor And deriving an absolute inclination degree of the object with respect to the ground based on the correlation between the second parameter vector and the fourth parameter vector by the rotation matrix ;
It is related with the optical inclination measuring method characterized by comprising.

また、本発明は、
所定の物体に対して取り付けられ、前記物体に対する太陽の位置を第1のパラメータベクトルとして幾何学的に算出するための光学センサと、
前記物体に対する参照軸を第2のパラメータベクトルとして規定するための参照軸規定手段と、
地上に対する前記太陽の位置を第3のパラメータベクトルとして導出するための太陽位置検出手段と、
地上に対する前記参照軸の位置を第4のパラメータベクトルとして導出するための参照軸検出手段と、
前記第1のパラメータベクトルから前記第4のパラメータベクトルまでの各パラメータベクトルと、前記第1のパラメータベクトル及び前記第3のパラメータベクトルの、前記光学センサの前記地上に対する所定の座標軸における回転行列による相関と、前記第2のパラメータベクトル及び前記第4のパラメータベクトルの、前記回転行列による相関とに基づいて、前記物体の地上に対する絶対的な傾斜度合いを導出する演算手段と、
を具えることを特徴とする、光学式傾斜センサに関する。
The present invention also provides:
An optical sensor attached to a predetermined object for geometrically calculating the position of the sun relative to the object as a first parameter vector ;
Reference axis defining means for defining a reference axis for the object as a second parameter vector ;
Solar position detecting means for deriving the position of the sun relative to the ground as a third parameter vector;
Reference axis detection means for deriving the position of the reference axis with respect to the ground as a fourth parameter vector;
Correlation of each parameter vector from the first parameter vector to the fourth parameter vector, the first parameter vector, and the third parameter vector by a rotation matrix in a predetermined coordinate axis with respect to the ground of the optical sensor And a calculation means for deriving an absolute inclination degree of the object with respect to the ground based on the correlation between the second parameter vector and the fourth parameter vector by the rotation matrix;
The present invention relates to an optical tilt sensor.

本発明者らは、傾斜度合いを計測すべき物体に対して光学センサ及び参照軸規定手段を設け、それぞれ前記物体に対する太陽の位置及び参照軸を導出し、さらに所定の位置検出手段で前記太陽及び前記参照軸の地上に対する位置を導出し、これらの相関関係を用いるという全く新規な方法で前記物体の地上に対する絶対的な傾斜度合いを計測することに成功した。   The present inventors provide an optical sensor and a reference axis defining means for an object whose degree of inclination is to be measured, derive the position of the sun and the reference axis with respect to the object, respectively, and further detect the sun and the reference position with a predetermined position detecting means. The position of the reference axis with respect to the ground was derived, and the absolute inclination of the object with respect to the ground was successfully measured by a completely new method using these correlations.

本発明によれば、従来のような高価なジャイロセンサを使用しないので、前記導出に基づいて、模型飛行機などの物体の絶対的な傾斜度合いをリアルタイムで検出することができる。   According to the present invention, since an expensive gyro sensor as in the prior art is not used, the absolute inclination of an object such as a model airplane can be detected in real time based on the derivation.

以下、本発明の詳細、並びにその他の特徴及び利点について、最良の形態に基づいて詳細に説明する。   The details of the present invention and other features and advantages will be described in detail below based on the best mode.

図1は、本発明の光学式傾斜センサに用いる光学センサの好ましい態様を示す分解構成図である。図1に示す光学センサ10は、二次元位置検出器11と、この上方に設けられたピンホール12Aを有するカバー12と、検出器11及びカバー12間において、凸部を下方にして検出器11の上面と接触するようにして設けられた半球レンズ13とを具えている。図1に示す光学センサ10は、傾斜を計測すべき物体に取り付けられ、前記物体に対する太陽の位置を幾何学的に算出するために用いられる。   FIG. 1 is an exploded configuration diagram showing a preferred embodiment of an optical sensor used in the optical tilt sensor of the present invention. The optical sensor 10 shown in FIG. 1 includes a two-dimensional position detector 11, a cover 12 having a pinhole 12 </ b> A provided thereabove, and a detector 11 between the detector 11 and the cover 12 with a convex portion downward. And a hemispherical lens 13 provided so as to be in contact with the upper surface. An optical sensor 10 shown in FIG. 1 is attached to an object whose inclination is to be measured, and is used for geometrically calculating the position of the sun with respect to the object.

具体的には、カバー12におけるピンホール12Aを介して太陽光を取り込み、二次元位置検出器11で受光し、その二次元的な受光位置に対する前記太陽光の方位角及び仰角を導出することによって、前記物体に対する前記太陽の位置を幾何学的に算出する。   Specifically, sunlight is taken in through the pinhole 12A in the cover 12, received by the two-dimensional position detector 11, and the azimuth angle and elevation angle of the sunlight with respect to the two-dimensional light receiving position are derived. The position of the sun with respect to the object is calculated geometrically.

なお、半球レンズ13は本発明においては必ずしも要求されるものではないが、光学センサ10に対する太陽光の入射角(仰角)θが小さい場合、図2(a)に示すように、半球レンズ13が存在しない場合においては、前記太陽光を二次元位置検出器11で受光することができず、その結果、前記物体に対する前記太陽の位置を幾何学的に算出することができなくなってしまう。   The hemispherical lens 13 is not necessarily required in the present invention, but when the incident angle (elevation angle) θ of sunlight with respect to the optical sensor 10 is small, as shown in FIG. If it does not exist, the sunlight cannot be received by the two-dimensional position detector 11, and as a result, the position of the sun relative to the object cannot be calculated geometrically.

一方、図2(b)に示すように、半球レンズ13が存在する場合においては、前記太陽光の入射角θが十分に小さい場合においても、前記太陽光の半球レンズ13による屈折の効果によって、半球レンズ13を透過後、前記太陽光は下方へ向けて屈折するようになるので、前記太陽光を二次元位置検出器11で受光できるようになる。この結果、前記物体に対する前記太陽光の位置を幾何学的に算出することができるようになる。   On the other hand, as shown in FIG. 2B, in the case where the hemispherical lens 13 is present, even when the incident angle θ of the sunlight is sufficiently small, due to the effect of refraction by the hemispherical lens 13 of the sunlight, After passing through the hemispherical lens 13, the sunlight is refracted downward, so that the sunlight can be received by the two-dimensional position detector 11. As a result, the position of the sunlight with respect to the object can be calculated geometrically.

次に、図1に示す光学センサ10を用いた太陽位置の幾何学的算出方法について説明する。図3は、図1に示す光学センサ10を用いた、前記太陽の、前記物体に対する方位角φを導出する方法を説明するための図である。なお、図3においては、光学センサ10を上方から見た様子を示している。また、方位角φは、光学センサ10の、ピンホール12Aを中心として互いに直交するXY座標に関して定義される。 Next, a method for geometrically calculating the solar position using the optical sensor 10 shown in FIG. 1 will be described. FIG. 3 is a diagram for explaining a method of deriving the azimuth angle φ of the sun with respect to the object using the optical sensor 10 shown in FIG. 1. FIG. 3 shows the optical sensor 10 as viewed from above. The azimuth angle φ is defined with respect to XY coordinates of the optical sensor 10 that are orthogonal to each other about the pinhole 12A.

方位角φと二次元位置検出器11における太陽光の検出位置(x,y)とが、図3(a)及び(d)に示すような関係にある場合、方位角φと検出位置(x,y)とは、

Figure 0004139899
なる関係式で表すことができる。 When the azimuth angle φ and the detection position (x, y) of sunlight in the two-dimensional position detector 11 are in a relationship as shown in FIGS. 3A and 3D, the azimuth angle φ and the detection position (x , Y)
Figure 0004139899
It can be expressed by the following relational expression.

一方、方位角φと二次元位置検出器11における太陽光の検出位置(x,y)とが、図3(b)及び(c)に示すような関係にある場合、方位角φと検出位置(x,y)とは、

Figure 0004139899
なる関係式で表すことができる。 On the other hand, when the azimuth angle φ and the detection position (x, y) of sunlight in the two-dimensional position detector 11 are in a relationship as shown in FIGS. 3B and 3C, the azimuth angle φ and the detection position (X, y) is
Figure 0004139899
It can be expressed by the following relational expression.

図4は、図1に示す光学センサ10を用いた、前記太陽の、前記物体に対する仰角θを導出する方法を説明するための図である。なお、図4においては、光学センサ10を側方から見た様子を示している。太陽光が図4に示すように、仰角θで光学センサ10に入射し、二次元位置検出器11で検出位置(x,y)で受光される場合、仰角θは

Figure 0004139899

なる関係式で表すことができる。ここで、hは半球レンズ13の厚さであり、n1は大気(空気)中の屈折率であり、n2は半球レンズ13の屈折率であり、r=(x+y1/2である。 FIG. 4 is a diagram for explaining a method of deriving the elevation angle θ of the sun with respect to the object using the optical sensor 10 shown in FIG. FIG. 4 shows the optical sensor 10 as viewed from the side. As shown in FIG. 4, when sunlight enters the optical sensor 10 at an elevation angle θ and is received at the detection position (x, y) by the two-dimensional position detector 11, the elevation angle θ is
Figure 0004139899

It can be expressed by the following relational expression. Here, h is the thickness of the hemispherical lens 13, n1 is the refractive index in the atmosphere (air), n2 is the refractive index of the hemispherical lens 13, and r = (x 2 + y 2 ) 1/2 is there.

このようにして、前記物体に対する前記太陽の位置が方位角φ及び仰角θによって定義され、前記物体に対する前記太陽のベクトル(第1のパラメータベクトル)

Figure 0004139899
を導出することができる。 In this way, the position of the sun relative to the object is defined by the azimuth angle φ and the elevation angle θ, and the sun vector (first parameter vector) relative to the object.
Figure 0004139899
Can be derived.

本発明の光学式傾斜センサは、図1に示す光学センサに加えて参照軸規定手段を具える。この参照軸規定手段は、前記物体に対して光学センサ10同様に取り付けられ、前記物体に対して参照軸を設定する。前記参照軸規定手段は、例えば加速度センサから構成することができ、この場合、前記参照軸としては前記物体に対する重力加速度の方向を規定することになる。また、前記参照軸規定手段は、例えば地磁気センサから構成することができ、この場合、前記参照軸としては前記物体に対する極方向を規定することになる。   The optical tilt sensor of the present invention includes reference axis defining means in addition to the optical sensor shown in FIG. The reference axis defining means is attached to the object in the same manner as the optical sensor 10, and sets a reference axis for the object. The reference axis defining means can be composed of, for example, an acceleration sensor. In this case, the reference axis defines the direction of gravity acceleration with respect to the object. Further, the reference axis defining means can be constituted by, for example, a geomagnetic sensor. In this case, the reference axis defines the polar direction with respect to the object.

なお、前記加速度センサ及び前記地磁気センサとしては、汎用のものを用いることができる。   A general-purpose sensor can be used as the acceleration sensor and the geomagnetic sensor.

このように、前記物体に対して、加速度センサ又は地磁気センサなどの参照軸規定手段を設けることにより、前記物体に対する重力加速度の方向又は極方向などの参照軸(第2のパラメータベクトル)

Figure 0004139899

を導出することができる。 Thus, by providing a reference axis defining means such as an acceleration sensor or a geomagnetic sensor for the object, a reference axis (second parameter vector) such as the direction of gravitational acceleration or the polar direction with respect to the object.
Figure 0004139899

Can be derived.

一方、地上を基準とした座標系XYZでの太陽の位置ベクトル(第3のパラメータベクトル)を

Figure 0004139899

とし、前記参照軸の位置ベクトル(第4のパラメータベクトル)を
Figure 0004139899

として、前記物体の、前記座標系XYZにおける各軸回りの回転角度をα、β、γとすると、前記第1のパラメータベクトル及び前記第3のパラメータベクトル、並びに前記第2のパラメータベクトル及び前記第4のパラメータベクトルの間には、
Figure 0004139899

Figure 0004139899

なる関係式が成立する。なお、Rは回転行列であり、
Figure 0004139899

なる関係式が成立する。 On the other hand, the sun position vector (third parameter vector) in the coordinate system XYZ based on the ground
Figure 0004139899

And the reference axis position vector (fourth parameter vector)
Figure 0004139899

Assuming that the rotation angles of the object around the respective axes in the coordinate system XYZ are α, β, and γ, the first parameter vector, the third parameter vector, the second parameter vector, and the second parameter vector Between the four parameter vectors,
Figure 0004139899

Figure 0004139899

The following relational expression holds. R is a rotation matrix,
Figure 0004139899

The following relational expression holds.

また、前記第1のパラメータベクトル及び前記第2のパラメータベクトルは、互いに重なり合うことなく、さらに前記第2のパラメータベクトルが不変であるとき、これらパラメータベクトルの外積ベクトル(I式)を考えると、

Figure 0004139899

なる関係式が成立し、これより、回転行列Rは、
Figure 0004139899

なる関係式で算出することができる。 In addition, when the first parameter vector and the second parameter vector do not overlap each other and the second parameter vector is invariant, when considering an outer product vector (Equation I) of these parameter vectors,
Figure 0004139899

From this, the rotation matrix R is
Figure 0004139899

It can be calculated by the following relational expression.

この場合、第1のパラメータベクトルから第4のパラメータベクトル、及び外積ベクトルは既知となるから、(8)式より回転行列Rを算出することができ、この結果、前記物体の、前記地上に設けた前記座標系XYZにおける各軸回りの回転角度α、β、γは以下のような関係式で算出することができるようになる。

Figure 0004139899
Figure 0004139899
Figure 0004139899
In this case, since the first parameter vector to the fourth parameter vector and the outer product vector are known, the rotation matrix R can be calculated from the equation (8). As a result, the object is provided on the ground. Further, the rotation angles α, β, γ around each axis in the coordinate system XYZ can be calculated by the following relational expressions.
Figure 0004139899
Figure 0004139899
Figure 0004139899

したがって、前記物体の、前記座標系XYZの各軸回りの回転角度、すなわち(9)〜(11)式より、前記物体の、前記地上に対する絶対的な傾斜度合いを導出することができるようになる。   Therefore, the absolute inclination degree of the object with respect to the ground can be derived from the rotation angle of the object around each axis of the coordinate system XYZ, that is, the equations (9) to (11). .

以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。   As described above, the present invention has been described in detail based on the embodiments of the present invention with specific examples. However, the present invention is not limited to the above contents, and all modifications and changes are made without departing from the scope of the present invention. It can be changed.

本発明は、模型航空機や無人ロボットの姿勢制御、自動航行に使用できる傾斜・方位センサなどとして好適に用いることができる。   The present invention can be suitably used as an inclination / orientation sensor that can be used for attitude control and automatic navigation of model aircraft and unmanned robots.

本発明の光学式傾斜センサに用いる光学センサの好ましい態様を示す分解構成図である。It is a disassembled block diagram which shows the preferable aspect of the optical sensor used for the optical inclination sensor of this invention. 半球レンズの有無による、太陽光の入射状態の相異を示す図である。It is a figure which shows the difference in the incident state of sunlight by the presence or absence of a hemispherical lens. 図1に示す光学センサを用いた、物体に対する太陽の方位角φを導出する方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the method to derive | lead-out the azimuth angle ( phi) of the sun with respect to an object using the optical sensor shown in FIG. 図1に示す光学センサを用いた、物体に対する太陽の仰角θを導出する方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the method to derive | lead-out the elevation angle (theta) of the sun with respect to an object using the optical sensor shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

10 光学センサ
11 二次元位置検出器
12 カバー
12A ピンホール
13 半球レンズ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Optical sensor 11 Two-dimensional position detector 12 Cover 12A Pinhole 13 Hemispherical lens

Claims (16)

所定の物体に対して光学センサを取り付ける工程と、
前記光学センサを用いて、前記物体に対する太陽の位置を幾何学的に算出し、第1のパラメータベクトルとする工程と、
前記物体に対して参照軸を設け、第2のパラメータベクトルとする工程と、
地上に対する前記太陽の位置を第3のパラメータベクトルとする工程と、
地上に対する前記参照軸の位置を第4のパラメータベクトルとする工程と、
前記第1のパラメータベクトルから前記第4のパラメータベクトルまでの各パラメータベクトルと、前記第1のパラメータベクトル及び前記第3のパラメータベクトルの、前記光学センサの前記地上に対する所定の座標軸における回転行列による相関と、前記第2のパラメータベクトル及び前記第4のパラメータベクトルの、前記回転行列による相関とに基づいて、前記物体の地上に対する絶対的な傾斜度合いを導出する工程と、
を具えることを特徴とする、光学式傾斜計測方法。
Attaching an optical sensor to a predetermined object;
Using the optical sensor to geometrically calculate the position of the sun with respect to the object, to provide a first parameter vector;
Providing a reference axis for the object to provide a second parameter vector;
Setting the position of the sun relative to the ground as a third parameter vector;
Setting the position of the reference axis with respect to the ground as a fourth parameter vector;
Correlation of each parameter vector from the first parameter vector to the fourth parameter vector , the first parameter vector, and the third parameter vector by a rotation matrix in a predetermined coordinate axis with respect to the ground of the optical sensor And deriving an absolute inclination degree of the object with respect to the ground based on the correlation between the second parameter vector and the fourth parameter vector by the rotation matrix ;
An optical tilt measuring method comprising:
前記光学センサは、二次元位置検出器と、この二次元位置検出器上に設けられた所定のピンホールを有するカバーとを具えることを特徴とする、請求項1に記載の光学式傾斜計測方法。   2. The optical tilt measurement according to claim 1, wherein the optical sensor includes a two-dimensional position detector and a cover having a predetermined pinhole provided on the two-dimensional position detector. Method. 前記光学センサは、前記二次元位置検出器及び前記カバーとの間に、凸面を下方にして設けられた半球レンズを具え、前記光学センサに対して低角度で入射する太陽光を受光するようにしたことを特徴とする、請求項2に記載の光学式傾斜計測方法。   The optical sensor includes a hemispherical lens provided with a convex surface downward between the two-dimensional position detector and the cover so as to receive sunlight incident on the optical sensor at a low angle. The optical tilt measuring method according to claim 2, wherein the optical tilt measuring method is performed. 前記光学センサによる前記太陽の位置の幾何学的算出は、前記光学センサに対する太陽光の方位角φ及び仰角θに基づいて行うことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一に記載の光学式傾斜計測方法。 4. The geometric calculation of the position of the sun by the optical sensor is performed based on an azimuth angle φ and an elevation angle θ of sunlight with respect to the optical sensor. 5. Optical tilt measurement method. 前記参照軸は、前記物体に対して取り付けた加速度センサによる重力加速度の方向であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一に記載の光学式傾斜計測方法。   The optical tilt measurement method according to claim 1, wherein the reference axis is a direction of gravitational acceleration by an acceleration sensor attached to the object. 前記参照軸は、前記物体に対して取り付けた地磁気センサによる極方向であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一に記載の光学式傾斜計測方法。   The optical tilt measurement method according to claim 1, wherein the reference axis is a polar direction by a geomagnetic sensor attached to the object. 前記物体の前記地上に対する前記絶対的な傾斜度合いは、前記座標軸の各軸回りの回転角度α、β、γで規定されることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一に記載の光学式傾斜計測方法。 The absolute inclination degree of the object with respect to the ground is defined by rotation angles α, β, and γ around each axis of the coordinate axes, according to any one of claims 1 to 6 . Optical tilt measurement method. 前記回転行列を
Figure 0004139899
で規定した場合において、前記物体の前記傾斜度合いを表す前記回転角度α、β及びγは、
Figure 0004139899
Figure 0004139899
Figure 0004139899
で表されることを特徴とする、請求項に記載の光学式傾斜計測方法。
The rotation matrix
Figure 0004139899
, The rotation angles α, β and γ representing the degree of inclination of the object are as follows:
Figure 0004139899
Figure 0004139899
Figure 0004139899
The optical tilt measurement method according to claim 7 , wherein:
所定の物体に対して取り付けられ、前記物体に対する太陽の位置を第1のパラメータベクトルとして幾何学的に算出するための光学センサと、
前記物体に対する参照軸を第2のパラメータベクトルとして規定するための参照軸規定手段と、
地上に対する前記太陽の位置を第3のパラメータベクトルとして導出するための太陽位置検出手段と、
地上に対する前記参照軸の位置を第4のパラメータベクトルとして導出するための参照軸検出手段と、
前記第1のパラメータベクトルから前記第4のパラメータベクトルまでの各パラメータベクトルと、前記第1のパラメータベクトル及び前記第3のパラメータベクトルの、前記光学センサの前記地上に対する所定の座標軸における回転行列による相関と、前記第2のパラメータベクトル及び前記第4のパラメータベクトルの、前記回転行列による相関とに基づいて、前記物体の地上に対する絶対的な傾斜度合いを導出する演算手段と、
を具えることを特徴とする、光学式傾斜センサ。
An optical sensor attached to a predetermined object for geometrically calculating the position of the sun relative to the object as a first parameter vector ;
Reference axis defining means for defining a reference axis for the object as a second parameter vector ;
Solar position detecting means for deriving the position of the sun relative to the ground as a third parameter vector;
Reference axis detection means for deriving the position of the reference axis with respect to the ground as a fourth parameter vector;
Correlation of each parameter vector from the first parameter vector to the fourth parameter vector, the first parameter vector, and the third parameter vector by a rotation matrix in a predetermined coordinate axis with respect to the ground of the optical sensor And a calculation means for deriving an absolute inclination degree of the object with respect to the ground based on the correlation between the second parameter vector and the fourth parameter vector by the rotation matrix;
An optical tilt sensor characterized by comprising:
前記光学センサは、二次元位置検出器と、この二次元位置検出器上に設けられた所定のピンホールを有するカバーとを具えることを特徴とする、請求項に記載の光学式傾斜センサ。 10. The optical tilt sensor according to claim 9 , wherein the optical sensor includes a two-dimensional position detector and a cover having a predetermined pinhole provided on the two-dimensional position detector. . 前記光学センサは、前記二次元位置検出器及び前記カバーとの間に、凸面を下方にして設けられた半球レンズを具え、前記光学センサに対して低角度で入射する太陽光を受光するようにしたことを特徴とする、請求項10に記載の光学式傾斜センサ。 The optical sensor includes a hemispherical lens provided with a convex surface downward between the two-dimensional position detector and the cover so as to receive sunlight incident on the optical sensor at a low angle. The optical tilt sensor according to claim 10 , wherein the optical tilt sensor is provided. 前記光学センサによる前記太陽の位置の幾何学的算出は、前記光学センサに対する太陽光の方位角φ及び仰角θに基づいて行うことを特徴とする、請求項9〜11のいずれか一に記載の光学式傾斜センサ。 Geometric calculation of the position of the sun by the optical sensor, and performing based on the azimuth angle φ and elevation θ of sunlight with respect to the optical sensor, according to any one of claims 9 to 11 Optical tilt sensor. 前記参照軸規定手段は、前記物体に取り付けられ、前記物体における参照軸としての重力加速度の方向を導出するための加速度センサであることを特徴とする、請求項9〜12のいずれか一に記載の光学式傾斜センサ。 The said reference axis prescription | regulation means is an acceleration sensor for deriving the direction of the gravitational acceleration as a reference axis in the said object attached to the said object, It is any one of Claims 9-12 characterized by the above-mentioned. Optical tilt sensor. 前記参照軸規定手段は、前記物体に取り付けられ、前記物体における参照軸としての極方向を導出するための地磁気センサであることを特徴とする、請求項9〜12のいずれか一に記載の光学式傾斜センサ。 The optical according to any one of claims 9 to 12 , wherein the reference axis defining means is a geomagnetic sensor attached to the object and for deriving a polar direction as a reference axis in the object. Tilt sensor. 前記物体の前記地上に対する前記絶対的な傾斜度合いは、前記座標軸の各軸回りの回転角度α、β、γで規定されることを特徴とする、請求項9〜14に記載の光学式傾斜センサ。 The optical inclination sensor according to claim 9 , wherein the absolute inclination degree of the object with respect to the ground is defined by rotation angles α, β, and γ around the respective axes of the coordinate axes. . 前記回転行列を
Figure 0004139899
で規定した場合において、前記物体の前記傾斜度合いを表す前記回転角度α、β及びγは、
Figure 0004139899
Figure 0004139899
Figure 0004139899
で表されることを特徴とする、請求項15に記載の光学式傾斜センサ。
The rotation matrix
Figure 0004139899
, The rotation angles α, β and γ representing the degree of inclination of the object are as follows:
Figure 0004139899
Figure 0004139899
Figure 0004139899
The optical tilt sensor according to claim 15 , characterized by:
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