JP4187372B2 - 移動体の測角方法およびその装置とこの測角装置を使用した移動体の位置検出設備 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定エリア内を移動する移動体において、その位置を検出するに際し、平面座標が既知である所定エリア内の複数位置にそれぞれ再帰反射体を設け、前記移動体より回転しながら全周に渡って光線を照射し、前記再帰反射体からの再帰反射光を検出したときの前記光線の回転角度を測定する移動体の測角方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、移動体の測角方法としては、例えば、特開平１１−２３０７４６号公報に開示されているように、光線を回転しながら全周に渡って照射する回転ミラーの回転軸に、エンコーダを取付け、このエンコーダのカウント値より回転ミラーの回転角度を計測している。すなわち再帰反射体の角度を計測している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記エンコーダを使用した測角方法では、
１．エンコーダ自体が高価なこと、
２．回転ミラーとエンコーダをバックラッシュなどの回転誤差無しに結合させる必要があるため、機械部品による光の遮光が避けられないこと、
３．光の遮光を避けるためには、大型の中空エンコーダ（高価で起動トルクが大きい）を使用したり、投光と受光を回転ミラーの上下に分離する必要があること、
４．エンコーダは内部に光学スリットがあり、埃などに弱く、これを改善するためにシールを施すと起動トルクが大きくなること、
などの問題があった。
【０００４】
そこで、本発明は、エンコーダを使用しないで、それに伴う機械的制約のない移動体の測角方法およびその装置とこの測角装置を使用した移動体の位置検出設備を提供することを目的としたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、所定エリア内に再帰反射体を設け、前記エリア内を移動する移動体に、光線照射手段と、前記光線照射手段から照射された前記光線を上方へ垂直に導くミラー、前記ミラーにより導かれた前記光線を水平方向に反射し前記移動体の外方へ導く反射ミラーおよび前記反射ミラーを回転させるモータを備えた回転照射手段とを設け、前記回転照射手段により前記移動体より回転しながら全周に渡って前記光線を照射し、前記再帰反射体からの再帰反射光を検出したときの前記光線の回転角度を測定する移動体の測角方法であって、
前記再帰反射体に偏光フィルムを貼りつけ、前記光線照射手段より照射する光線を、一方向に偏光された光線から形成し、この光線を前記ミラーにより上方へ垂直に導き、前記ミラーに導かれた光線を前記反射ミラーの回転により偏光方向を変化して、水平に移動体の全周へ照射し、前記再帰反射体からの前記偏光フィルムの偏光面と一致した成分の再帰反射光のピーク強度により、前記回転角度を求めることを特徴とするものである。
【０００６】
上記方法によれば、偏光された光線が、偏光フィルムが貼り付けられた再帰反射体へ回転しながら照射され、この照射された光線は、偏光フィルムの偏光面と一致した光線の成分のみが再帰反射体により反射されて戻り、この再帰反射体からの再帰反射光のピーク強度により、回転角度が求められる。
また請求項２に記載の発明は、所定エリア内に再帰反射体を設け、前記エリア内を移動する移動体に、光線照射手段と、前記光線照射手段から照射された前記光線を上方へ垂直に導くミラー、前記ミラーにより導かれた前記光線を水平方向に反射し前記移動体の外方へ導く反射ミラーおよび前記反射ミラーを回転させるモータを備えた回転照射手段とを設け、前記回転照射手段により前記移動体より回転しながら全周に渡って前記光線を照射し、前記再帰反射体からの再帰反射光を検出したときの前記光線の回転角度を測定する移動体の測角方法であって、
前記再帰反射体に偏光フィルムを貼りつけ、前記照射する光線を、偏光面が異なる２本以上の光線から形成し、前記ミラーの上方にハーフミラーを配置し、前記ミラーおよびハーフミラーによりそれぞれ、前記２本以上の光線を上方へ垂直に導き、前記ミラーおよびハーフミラーに導かれた前記２本以上の光線を前記反射ミラーの回転により、偏光方向を変化して、水平に移動体の全周へ照射し、前記再帰反射体からの前記偏光フィルムの偏光面と一致した成分の再帰反射光を前記形成した光線に分離し、前記分離された光線の強度の比により、前記回転角度を求めることを特徴とするものである。
【０００７】
上記方法によれば、偏光面が異なる２本以上の光線が、偏光フィルムが貼り付けられた再帰反射体へ回転しながら照射され、この照射された光線は、偏光フィルムの偏光面と一致した光線の成分のみが再帰反射体により反射されて戻り、この再帰反射体からの再帰反射光は前記光線に分離され、分離された光線の強度の比により、回転角度が求められる。
【０００８】
また請求項３に記載の発明は、上記請求項２に記載の発明であって、照射する光線を、偏光面が９０゜ずれた２本の光線から形成したことを特徴とするものである。
上記方法によれば、偏光面が９０゜ずれた第１光線と第２光線は、偏光フィルムが貼り付けられた再帰反射体へ回転しながら照射され、この照射された光線は、偏光フィルムの偏光面と一致した光線の成分のみが再帰反射体により反射されて戻り、この再帰反射体の再帰反射光は前記第１光線と第２光線に分離され、分離された第１光線と第２光線の強度の比により、回転角度が求められる。
【０００９】
また請求項４に記載の発明は、上記請求項２に記載の発明であって、照射する光線を、鉛直方向に偏光された第１光線と水平方向に偏光された第２光線から形成したことを特徴とするものである。
この方法によれば、たとえば偏光フィルムの偏光面を垂直とし、第１光線と第２光線が正面（回転角度０゜）より照射されると、第１光線の戻りは１００％、第２光線の戻りは０％となり、よって回転角度０゜であることが、再帰反射体の再帰反射光が第１光線と第２光線に分離され、分離された第１光線と第２光線の強度の比により求められる。
【００１０】
また請求項５に記載の発明は、上記請求項２〜請求項４のいずれかに記載の発明であって、照射する光線は、それぞれの強度変調の周波数を異なる周波数に設定し、光線を分離可能としたことを特徴とするものである。
上記方法によれば、第１光線と第２光線は強度変調の周波数によって分離され、分離された第１光線と第２光線の強度の比により回転角度が求められ、また外乱との分離も可能となる。
【００１１】
また請求項６に記載の発明は、上記請求項２〜請求項４のいずれかに記載の発明であって、照射する光線は、それぞれの波長を異なる波長に設定し、光線を分離可能としたことを特徴とするものである。
上記方法によれば、第１光線と第２光線は波長によって分離され、分離された第１光線と第２光線の強度の比により回転角度が求められ、また外乱との分離も可能となる。
【００１２】
また請求項７に記載の発明は、平面座標が既知である所定エリア内の複数位置にそれぞれ再帰反射体を設け、前記エリア内を移動する移動体に、光線照射手段と、前記光線照射手段から照射された前記光線を上方へ垂直に導くミラー、前記ミラーにより導かれた前記光線を水平方向に反射し前記移動体の外方へ導く反射ミラーおよび前記反射ミラーを回転させるモータを備え、前記光線照射手段より照射された光線を回転しながら全周に渡って照射する回転照射手段とを設け、前記再帰反射体からの再帰反射光を検出したときの前記光線の回転角度を測定する移動体の測角装置であって、
前記再帰反射体にそれぞれ、偏光フィルムを貼りつけ、前記光線照射手段を、一方向に偏光された光線を照射する照射手段により構成し、この光線を前記ミラーにより上方へ垂直に導き、前記ミラーに導かれた光線を前記反射ミラーの回転により偏光方向を変化して、水平に移動体の全周へ照射し、前記移動体に、前記再帰反射体からの前記偏光フィルムの偏光面と一致した成分の再帰反射光のピーク強度により、前記回転照射手段の回転角度を計測する演算手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
上記構成によれば、偏光された光線は、偏光フィルムが貼り付けられた再帰反射体へ回転しながら照射され、この照射された光線は、偏光フィルムの偏光面と一致した光線の成分のみが再帰反射体により反射されて戻り、この再帰反射体の再帰反射光のピーク強度により、回転角度が求められる。
また請求項８に記載の発明は、平面座標が既知である所定エリア内の複数位置にそれぞれ再帰反射体を設け、前記エリア内を移動する移動体に、光線照射手段と、前記光線照射手段から照射された前記光線を上方へ垂直に導くミラー、前記ミラーにより導かれた前記光線を水平方向に反射し前記移動体の外方へ導く反射ミラーおよび前記反射ミラーを回転させるモータを備え、前記光線照射手段より照射された光線を回転しながら全周に渡って照射する回転照射手段とを設け、前記再帰反射体からの再帰反射光を検出したときの前記光線の回転角度を測定する移動体の測角装置であって、
前記再帰反射体にそれぞれ、偏光フィルムを貼りつけ、前記光線照射手段を、偏光された第１光線を照射する第１光線照射手段と、第１光線と偏光面が異なる第２光線を照射する第２光線照射手段とから構成し、前記回転照射手段に、前記ミラーの上方に配置され、前記第２光線照射手段から照射された第２光線を上方へ垂直に導くハーフミラーを備え、前記ミラーおよびハーフミラーに導かれた前記第１光線および第２光線を前記反射ミラーの回転により、偏光方向を変化して、水平に移動体の全周に渡って照射し、前記移動体に、前記再帰反射体からの前記偏光フィルムの偏光面と一致した成分の再帰反射光を前記第１光線と第２光線に分離する分離手段と、前記分離手段により分離された第１光線と第２光線の強度の比により、前記回転照射手段の回転角度を計測する演算手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１４】
上記構成によれば、偏光面が異なる第１光線と第２光線は、偏光フィルムが貼り付けられた再帰反射体へ回転しながら照射され、この照射された光線は、偏光フィルムの偏光面と一致した光線の成分のみが再帰反射体により反射されて戻り、この再帰反射体の再帰反射光は前記第１光線と第２光線に分離され、分離された第１光線と第２光線の強度の比により、回転角度が求められる。
【００１５】
また請求項９に記載の発明は、上記請求項８に記載の発明であって、第１光線照射手段と第２光線照射手段のそれぞれの強度変調の周波数を、異なる周波数に設定し、分離手段を、バンドパスフィルタで構成したことを特徴とするものである。
上記構成によれば、再帰反射光はバンドパスフィルタにより第１光線と第２光線の異なる強度変調の周波数によって第１光線と第２光線に分離され、また外乱との分離も可能となる。
【００１６】
また請求項１０に記載の発明は、上記請求項８に記載の発明であって、第１光線照射手段と第２光線照射手段のそれぞれの波長を、異なる波長に設定し、分離手段を、プリズムまたは回折格子により構成したことを特徴とするものである。上記構成によれば、再帰反射光はプリズムまたは回折格子により第１光線と第２光線の異なる波長によって光学的に第１光線と第２光線に分離され、また外乱との分離も可能となる。
【００１７】
さらに請求項１１に記載の発明は、上記請求項７〜請求項１０のいずれかに記載の移動体の測角装置を備え、計測した回転角度および再帰反射体の平面座標データにより現在位置の平面座標を計測する測定手段を備えたことを特徴とするものである。
上記構成によれば、測角装置により計測された回転角度および再帰反射体の平面座標データにより現在位置の平面座標が計測される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
［実施の形態１］
図１は本発明の実施の形態１における移動体の測角方法を使用する移動体の位置検出設備を設けたエリアの平面図である。
【００１９】
図１において、１は移動体（たとえば、フォークリフトや無人搬送車など）２が移動するエリア（たとえば、倉庫や工場や港湾など）であり、このエリア１には平面座標データが既知の複数位置（図１ではエリア１の中心から４５゜毎に８箇所）に、所定方向、たとえば鉛直方向の偏光フィルムが貼られた再帰反射体（再帰型の反射体）３が設けられている。再帰反射体３は、たとえばコーナキューブ（コーナレフレクター）や再帰反射シートから形成されている。なお、全ての再帰反射体３における偏光フィルムの偏光の方向は同一としている。
【００２０】
また移動体２は、回転しながら全周に渡って水平にレーザ光線を照射し、少なくとも３カ所（Ａ点、Ｂ点、Ｃ点）の再帰反射体３から再帰した光（再帰反射光）を検出したときの水平回転光線（レーザ光線）の照射回転角度θを検出して記憶し、これら記憶した回転角度θ１，θ２，θ３、および既知の再帰反射体３の平面座標データ（Ｘ１，Ｙ１）、（Ｘ２，Ｙ２）、（Ｘ３，Ｙ３）により、移動体２（水平回転光線照射位置）の平面座標（Ｘｍ，Ｙｍ）を計測している。この計測方法は公知である（たとえば、「システムと制御」第29巻第８号（1985）ｐ．553 〜560 参照）。
【００２１】
本発明は、上記水平回転光線（レーザ光線）の照射回転角度θをエンコーダを使用しないで計測することを要部としている。
上記移動体２の構成を図２を参照しながら説明する。
一方向へ偏光された光線（レーザ光線）を発生する光線発生手段と、この光線を回転しながら全周に渡って水平に照射する水平回転光線照射手段（以下、回転照射手段と略す）と、前記回転照射手段より照射され再帰反射体３から再帰した光（偏光フィルムの偏光面と一致した光線の成分のみが再帰反射体３により反射されて戻る：再帰反射光）を検出する受光手段と、前記受光手段により検出された再帰反射体３の再帰反射光から前記光線を分離する分離手段と、前記分離手段により分離された光線のピーク強度により、前記回転照射手段の回転角度θを計測する演算手段と、前記演算手段により計測された回転角度θを記憶し、３箇所の記憶した回転角度θ１，θ２，θ３、および既知の再帰反射体３の平面座標データ（Ｘ１，Ｙ１）、（Ｘ２，Ｙ２）、（Ｘ３，Ｙ３）により、移動体２（回転照射手段の水平照射位置）の平面座標（Ｘｍ，Ｙｍ）を計測する位置計測手段により構成されている。
【００２２】
上記光線発生手段は、一方向として、たとえば鉛直方向に偏光されたレーザ光線ａを包絡線の周波数（強度変調の周波数）ｆ１（図３参照）で照射する半導体レーザ装置11から構成されている。
また上記回転照射手段は、半導体レーザ装置11から水平に照射された第１レーザ光線ａを上方へ垂直に導くミラー31と、レーザ光線ａと再帰反射体３からの再帰反射光の通路となる垂直な筒状の導管33と、この導管33が中心下方に接続され、リング状の軸受34上に載置された筒体35と、この筒体35内に配置された、導管33から導かれたレーザ光線ａを水平方向に反射させ、筒体35の側面に設けた窓部35Ａへ導き、また再帰反射体３からの再帰反射光を導管33へ導く反射ミラー36と、前記導管33を中心に嵌合して導管33を回転する第１プーリ37と、ＤＣモータ38と、ＤＣモータ38の回転軸に連結された第２プーリ39と、第２プーリ39の駆動力を第１プーリ37へ伝達するベルト40から構成されている。
【００２３】
この構成により、半導体レーザ装置11から水平に照射されたレーザ光線ａはミラー31により上方へ導かれる。ＤＣモータ38が駆動されると、ＤＣモータ38の回転力は第２プーリ39、ベルト40、第１プーリ37を介して導管33へ伝達され、導管33が回転し、よって筒体35とともに反射ミラー36が回転し、導管33内に導かれたレーザ光線ａは、反射ミラー36の回転により、導管33（筒体35）の中心位置を中心として移動体２の全周に水平に照射される。
【００２４】
また上記受光手段は、ミラー31（図２参照）より上方に配置され、反射ミラー36および導管33を介して導かれた再帰反射体３の再帰反射光を水平に導く孔空きミラー41（孔はレーザ光線ａが通過する）と、このミラー41により導かれた再帰反射光を集光する凸レンズ42と、この凸レンズ42により集光された再帰反射光が入射する受光センサ（受光素子）43と、この受光センサ43の光電流信号を増幅するアンプ44から構成されている。
【００２５】
上記構成により、導管33の回転によって反射ミラー36が回転し、反射ミラー36を介して導かれた再帰反射体３からの再帰反射光は、導管33と孔空きミラー41と凸レンズ42を介して受光センサ43へ入射され、この受光センサ43の光電流信号はアンプ44により増幅され、再帰反射体３の再帰反射光が検出され、受光信号が出力される。
【００２６】
上記分離手段は、受光信号からレーザ光線ａの信号のみをその変調周波数ｆ１により取り出すフィルタ（バンドパスフィルタ）51とから構成されている。
上記構成により、再帰反射体３からの再帰反射光の受光信号は、レーザ光線ａの受光信号と外乱の光線の受光信号に分離され、レーザ光線ａの受光信号のみが取り出される。よって外乱の影響が排除される。
【００２７】
上記演算手段は、フィルタ51の出力信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器61と、コンピュータからなり、Ａ／Ｄ変換器61より入力したフィルタ51の出力信号、すなわちレーザ光線ａの受光信号のピーク強度から、再帰反射体３の再帰反射光を検出したときの回転ミラー36の回転角度、すなわち再帰反射体３の検出角度を演算する回転角度演算部63から構成されている。
【００２８】
回転角度演算部63による演算式（１）を下記に示す。この式（１）において、Ｉはレーザ光線ａのピーク受光強度、ｇはハーフミラー31へ入射後受光までの減衰係数、θは再帰反射体３の検出角度である。
Ｉ＝ｇ・ｃｏｓθ
∴θ＝ａｃｏｓ（Ｉ／ｇ） ・・・（１）
上記構成により、レーザ光線の受光信号のピーク強度により、再帰反射体３の再帰反射光を検出したときの回転ミラー36の回転角度θ、すなわち再帰反射体３の検出角度θが計測される。
【００２９】
なお、この式（１）を満足する角度θとして１８０゜異なる２値が得られるが、位置検出設備として使用し、前回の計測角度は得られているので、２値のいずれかは判断することができる。
上記位置計測手段は、コンピュータからなり、回転角度演算部63により演算された回転角度θを記憶し、３箇所の記憶した回転角度θ１，θ２，θ３、および既知の再帰反射体３の平面座標データ（Ｘ１，Ｙ１）、（Ｘ２，Ｙ２）、（Ｘ３，Ｙ３）により、回転ミラー（水平回転光線照射位置）36の平面座標、すなわち移動体２の平面座標（Ｘｍ，Ｙｍ）を計測する位置計測部71により構成されている。
【００３０】
この構成により、移動体２の平面座標（Ｘｍ，Ｙｍ）が計測される。
上記設備の構成によれば、平面座標が既知のエリア１の複数位置に、偏光フィルムが貼り付けられた再帰反射体３を設け、移動体２より回転しながら全周に渡って水平に、一方向に偏光され、かつ強度変調されたレーザ光線ａを照射し、偏光フィルムの偏光面と一致した再帰反射体３からの再帰反射光の受光信号を、変調周波数によりレーザ光線ａのみを外乱の受光信号と分離して取り出し、レーザ光線ａのピーク強度を求めて、回転ミラー36の回転角度、すなわち再帰反射体３の検出角度θを計測し、３箇所の記憶した回転角度θ１，θ２，θ３、および既知の再帰反射体３の平面座標データ（Ｘ１，Ｙ１）、（Ｘ２，Ｙ２）、（Ｘ３，Ｙ３）により、回転ミラー（水平回転光線照射位置）36、すなわち移動体２の平面座標（Ｘｍ，Ｙｍ）を計測する。
【００３１】
このように、従来のようなエンコーダを使用せずに、回転ミラー36の回転角度θを計測することができ、この回転角度、すなわち再帰反射体３の検出角度θにより移動体２の平面座標（Ｘｍ，Ｙｍ）を計測することができる。
またエンコーダを不要となることにより、安価に構成でき、また機械的構成が簡素となり、よって受光特性を改善でき、外乱光線を除去でき、またエンコーダの精密なスリットが不要となるので、耐環境性を向上させることができる。
【００３２】
なお、実施の形態１では、再帰反射体３としてコーナキューブを使用することが望ましい。
［実施の形態２］
図４は本発明の実施の形態２における移動体の位置検出装置の構成図である。
上記実施の形態１（図２）の移動体の位置検出装置では、光線発生手段を、鉛直方向に偏光されたレーザ光線ａを強度変調の周波数ｆ１で照射する半導体レーザ装置11のみで構成しているが、実施の形態２では、偏光面が異なる２本の光線を発生する構成としている。すなわち、鉛直方向に偏光された第１レーザ光線ａを包絡線の周波数（強度変調の周波数）ｆ１（図５参照）で照射する第１半導体レーザ装置11と、水平方向に偏光された第２レーザ光線ｂを包絡線の周波数（強度変調の周波数）ｆ２（図５参照）で照射する第２半導体レーザ装置12から構成している。なお、両半導体レーザ装置11，12の発振周波数とレーザ光線ａ，ｂの最大振幅は同一である（これに限られるものではない）。
【００３３】
また前記第２半導体レーザ装置12から水平に照射された第２レーザ光線ｂを垂直に導くために、ミラー31の上方に配置され、第２半導体レーザ装置12から水平に照射された第２レーザ光線ｂを第１レーザ光線ａと同軸で上方へ垂直に導くハーフミラー32を設けている。
また分離手段して、前記第１フィルタ（バンドパスフィルタ）51に加えて、受光信号から第２レーザ光線ｂの信号のみをその変調周波数ｆ２により取り出す第２フィルタ（バンドパスフィルタ）52を設けている。
【００３４】
上記構成により、再帰反射体３からの再帰反射光の受光信号は、第１レーザ光線ａの受光信号と第２レーザ光線ｂの受光信号に分離され、また外乱が分離され、よって外乱の影響が排除される。
また演算手段として、第１フィルタ51の出力信号をディジタル信号に変換する第１Ａ／Ｄ変換器61に加えて、第２フィルタ52の出力信号をディジタル信号に変換する第２Ａ／Ｄ変換器62を設けており、回転角度演算部63を、第１Ａ／Ｄ変換器61より入力した第１フィルタ51の出力信号、すなわち第１レーザ光線ａの受光信号のピーク強度と、第２Ａ／Ｄ変換器62より入力した第２フィルタ52の出力信号、すなわち第２レーザ光線ｂの受光信号のピーク強度の比から、再帰反射体３の再帰反射光を検出したときの回転ミラー36の回転角度、すなわち再帰反射体３の検出角度を演算する構成としている。
【００３５】
回転角度演算部63による演算式（２）を下記に示す。この式（２）において、Ｉ１は第１レーザ光線ａのピーク受光強度、Ｉ２は第２レーザ光線ｂのピーク受光強度、ｇはハーフミラー32へ入射後受光までの減衰係数、θは再帰反射体３の検出角度である。
また第１半導体レーザ装置11とハーフミラー32間と、第２半導体レーザ装置12とハーフミラー32間の光路は異なるので、減衰係数ｇを式（３）に示す補正定数ｋをかけることにより補正する。なお、ミラー31の反射率ｋ２、第１半導体レーザ装置11と第２半導体レーザ装置12の発光強度比ｋ１は一定値である。この補正定数ｋは、実験的に測定して求めることもできる。
【００３６】
Ｉ１＝ｇ・ｋ・ｃｏｓθ
Ｉ２＝ｇ・ｓｉｎθ
∴θ＝ａｔａｎ（ｋ・Ｉ２／Ｉ１） ・・・（２）
ｋ＝ｋ１・ｋ２ ・・・（３）
上記構成により、分離手段により分離された第１レーザ光線ａと第２レーザ光線ｂの受光信号のピーク強度の比により、再帰反射体３の再帰反射光を検出したときの回転ミラー36の回転角度θ、すなわち再帰反射体３の検出角度θが計測される。
【００３７】
なお、この式（１）を満足する角度θとして１８０゜異なる２値が得られるが、位置検出設備として使用し、前回の計測角度は得られているので、２値のいずれかは判断することができる。また４５゜、１３５゜、２２５゜、３１５゜では、４値が得られるが同様の方法で１値に限定できる。
上記回転角度演算部63により演算された回転角度θは位置計測部71に記憶され、３箇所の記憶した回転角度θ１，θ２，θ３、および既知の再帰反射体３の平面座標データ（Ｘ１，Ｙ１）、（Ｘ２，Ｙ２）、（Ｘ３，Ｙ３）により、回転ミラー（水平回転光線照射位置）36の平面座標、すなわち移動体２の平面座標（Ｘｍ，Ｙｍ）が計測される。
【００３８】
上記設備の構成によれば、平面座標が既知のエリア１の複数位置に、偏光フィルムが貼り付けられた再帰反射体３を設け、移動体２より回転しながら全周に渡って水平に、偏光面が９０゜ずれ、かつ強度の変調周波数が異なる第１レーザ光線ａおよび第２レーザ光線ｂを照射し、偏光フィルムの偏光面と一致した再帰反射体３からの再帰反射光の受光信号を、変調周波数により第１レーザ光線ａの受光信号と第２レーザ光線ｂの受光信号に分離し、これら第１レーザ光線ａの受光信号と第２レーザ光線ｂの受光信号の強度の比を求めて、回転ミラー36の回転角度、すなわち再帰反射体３の検出角度θを計測し、３箇所の記憶した回転角度θ１，θ２，θ３、および既知の再帰反射体３の平面座標データ（Ｘ１，Ｙ１）、（Ｘ２，Ｙ２）、（Ｘ３，Ｙ３）により、回転ミラー（水平回転光線照射位置）36、すなわち移動体２の平面座標（Ｘｍ，Ｙｍ）を計測する。
【００３９】
このように、従来のようなエンコーダを使用せずに、回転ミラー36の回転角度θを計測することができ、この回転角度、すなわち再帰反射体３の検出角度θにより移動体２の平面座標（Ｘｍ，Ｙｍ）を計測することができる。
またエンコーダを不要となることにより、安価に構成でき、また機械的構成が簡素となり、よって受光特性を改善でき、外乱光線を除去でき、またエンコーダの精密なスリットが不要となるので、耐環境性を向上させることができる。
【００４０】
また実施の形態１の場合と比較して、レーザ発振強度と使用雰囲気の光の減衰率が同じの場合、広い範囲に使用することができる。
［実施の形態３］
図６は本発明の実施の形態３における移動体の位置検出装置の構成図である。上記実施の形態２（図４）の移動体の位置検出装置では、光線発生手段を、鉛直方向に偏光された第１レーザ光線ａを強度変調の周波数ｆ１で照射する第１半導体レーザ装置11と水平方向に偏光された第２レーザ光線ｂを強度変調の周波数ｆ２で照射する第２半導体レーザ装置12から構成し、第１レーザ光線ａと第２レーザ光線ｂの分離を強度変調の周波数により電気的に行っているが、実施の形態３では、第１半導体レーザ装置と第２半導体レーザ装置の発振周波数を変え、光学的に第１レーザ光線ａ’と第２レーザ光線ｂ’の分離を行っている。
【００４１】
すなわち、光線発生手段を、鉛直方向に偏光された第１レーザ光線ａ’を第１発振周波数ｆ３（図７参照）で照射する第１半導体レーザ装置21と、水平方向に偏光された第２レーザ光線ｂ’を第２発振周波数ｆ４（図７参照）で照射する第２半導体レーザ装置22から構成している。なお、第１レーザ光線ａ’と第２レーザ光線ｂ’の振幅は同一としている。
【００４２】
また受光手段を、上記孔空きミラー41と、ミラー41により導かれた再帰反射光において、異なる波長の光の方向を変える、すなわち第１レーザ光線ａ’の再帰反射光と第２レーザ光線ｂ’の再帰反射光に分離するプリズム（回折格子でもよい）45と、このプリズム45により分離された第１レーザ光線ａ’の再帰反射光と第２レーザ光線ｂ’の再帰反射光を集光する凸レンズ42と、この凸レンズ42により集光された第１レーザ光線ａ’の再帰反射光が入射する第１受光センサ（受光素子）43Ａと、第２レーザ光線ｂ’の再帰反射光が入射する第２受光センサ（受光素子）43Ｂと、第１受光センサ（受光素子）43Ａの光電流信号を増幅する第１アンプ44Ａと、第２受光センサ43Ｂの光電流信号を増幅する第２アンプ44Ｂから構成している。
【００４３】
この受光手段の構成により、再帰反射体３からの再帰反射光はプリズム45によりその波長によって第１レーザ光線ａ’の再帰反射光と第２レーザ光線ｂ’の再帰反射光に分離され、また外乱が分離され（外乱の影響が排除され）、それぞれ受光センサ43Ａ，43Ｂへ入射され、これら受光センサ43Ａ，43Ｂの光電流信号はアンプ44Ａ，44Ｂにより増幅され、受光信号として出力される。
【００４４】
よって、実施の形態２と同様に、第１レーザ光線ａ’の再帰反射光と第２レーザ光線ｂ’の再帰反射光の受光強度により、回転ミラー36の回転角度θを得ることができる。
このように、実施の形態３においても、従来のようなエンコーダを使用せずに、回転ミラー36の回転角度θを計測することができ、この回転角度、すなわち再帰反射体３の検出角度θにより移動体２の平面座標（Ｘｍ，Ｙｍ）を計測することができる。
【００４５】
またエンコーダを不要となることにより、安価に構成でき、また機械的構成が簡素となり、よって受光特性を改善でき、外乱光線を除去でき、またエンコーダの精密なスリットが不要となるので、耐環境性を向上させることができる。
なお、上記実施の形態２，３においては、第１半導体レーザ装置11または21と、第２半導体レーザ装置12または22により、鉛直方向と水平方向に偏光されたレーザ光線を照射しているが、偏光面はずれていればよく、鉛直方向と水平方向に限定されるものではない。なお、偏光面は９０゜ずれていることが好ましい。
【００４６】
また上記実施の形態２，３においては、２本の偏光された光線を照射しているが、２本に限定されることはく、さらに偏光面の角度が他の２本とは異なる第３レーザ光線を照射すれば、式（２）で求められた回転角度θの２値あるいは４値の内、第３レーザ光線の受光強度をＩ３とすると、
Ｉ３＝ｇ・ｋ’・ｃｏｓθ
から、たとえばＩ１とＩ２，Ｉ２とＩ３で求められたθのうち共通である角度に絞り込むことができる。またＩ１とＩ２，Ｉ２とＩ３で求め特定したθの平均を回転角度としてもよい。このように、測角装置、測角方法（つまりセンサのみ）だけでθを特定することができる。なお、ｋ’は上記ｋの考え方と同じである。
【００４７】
また、たとえばＩ１とＩ２の偏光面のずれが９０゜である場合、Ｉ３の偏光面とＩ１とＩ２それぞれの偏光面のずれは４５゜付近とさせることが望ましい。
このとき、第３半導体レーザ装置により、第１半導体レーザ装置11または21と第２半導体レーザ装置12または22と異なる強度変調周波数あるいは発振周波数により第３レーザ光線を照射し、再帰反射体３からの再帰反射光から第３レーザ光線を分離し、その強度Ｉ３を得ることにより実現できる。
【００４８】
なお、レーザ光線が４本以上の場合も同様である。
【００４９】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、従来のようなエンコーダを使用せずに、再帰反射光を検出したときの回転角度を計測することができる。またエンコーダが不要となることにより、安価に構成でき、また機械的構成が簡素となり、よって受光特性を改善でき、外乱光線を除去でき、またエンコーダの精密なスリットが不要となるので、耐環境性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における移動体の測角方法を使用する移動体の位置検出設備を備えたエリアの平面図である。
【図２】同移動体の位置検出設備の構成図である。
【図３】同移動体の位置検出設備において照射されるレーザ光線の特性図である。
【図４】本発明の実施の形態２における移動体の位置検出設備の構成図である。
【図５】同移動体の位置検出設備において照射されるレーザ光線の特性図である。
【図６】本発明の実施の形態３における移動体の測角方法を使用する移動体の位置検出設備の構成図である。
【図７】同移動体の位置検出設備において照射されるレーザ光線の特性図である。
【符号の説明】
１ エリア
２ 移動体
３ 再帰反射体
11，12，21，22 半導体レーザ装置
31 ミラー
32 ハーフミラー
33 導管
34 軸受
35 筒体
35Ａ 窓部
36 反射ミラー
37，39 プーリ
38 ＤＣモータ
40 ベルト
41 孔空きミラー
42 凸レンズ
43，43Ａ，43Ｂ 受光センサ
44，44Ａ，44Ｂ アンプ
45 プリズム
51，52 バンドパスフィルタ
61，62 Ａ／Ｄ変換器
63 回転角度演算部
71 位置計測部
ａ，ａ’ 第１レーザ光線
ｂ，ｂ’ 第２レーザ光線
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定エリア内を移動する移動体において、その位置を検出するに際し、平面座標が既知である所定エリア内の複数位置にそれぞれ再帰反射体を設け、前記移動体より回転しながら全周に渡って光線を照射し、前記再帰反射体からの再帰反射光を検出したときの前記光線の回転角度を測定する移動体の測角方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、移動体の測角方法としては、例えば、特開平１１−２３０７４６号公報に開示されているように、光線を回転しながら全周に渡って照射する回転ミラーの回転軸に、エンコーダを取付け、このエンコーダのカウント値より回転ミラーの回転角度を計測している。すなわち再帰反射体の角度を計測している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記エンコーダを使用した測角方法では、
１．エンコーダ自体が高価なこと、
２．回転ミラーとエンコーダをバックラッシュなどの回転誤差無しに結合させる必要があるため、機械部品による光の遮光が避けられないこと、
３．光の遮光を避けるためには、大型の中空エンコーダ（高価で起動トルクが大きい）を使用したり、投光と受光を回転ミラーの上下に分離する必要があること、
４．エンコーダは内部に光学スリットがあり、埃などに弱く、これを改善するためにシールを施すと起動トルクが大きくなること、
などの問題があった。
【０００４】
そこで、本発明は、エンコーダを使用しないで、それに伴う機械的制約のない移動体の測角方法およびその装置とこの測角装置を使用した移動体の位置検出設備を提供することを目的としたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、所定エリア内に再帰反射体を設け、前記エリア内を移動する移動体に、光線照射手段と、前記光線照射手段から照射された前記光線を上方へ垂直に導くミラー、前記ミラーにより導かれた前記光線を水平方向に反射し前記移動体の外方へ導く反射ミラーおよび前記反射ミラーを回転させるモータを備えた回転照射手段とを設け、前記回転照射手段により前記移動体より回転しながら全周に渡って前記光線を照射し、前記再帰反射体からの再帰反射光を検出したときの前記光線の回転角度を測定する移動体の測角方法であって、
前記再帰反射体に偏光フィルムを貼りつけ、前記光線照射手段より照射する光線を、一方向に偏光された光線から形成し、この光線を前記ミラーにより上方へ垂直に導き、前記ミラーに導かれた光線を前記反射ミラーの回転により偏光方向を変化して、水平に移動体の全周へ照射し、前記再帰反射体からの前記偏光フィルムの偏光面と一致した成分の再帰反射光のピーク強度により、前記回転角度を求めることを特徴とするものである。
【０００６】
上記方法によれば、偏光された光線が、偏光フィルムが貼り付けられた再帰反射体へ回転しながら照射され、この照射された光線は、偏光フィルムの偏光面と一致した光線の成分のみが再帰反射体により反射されて戻り、この再帰反射体からの再帰反射光のピーク強度により、回転角度が求められる。
また請求項２に記載の発明は、所定エリア内に再帰反射体を設け、前記エリア内を移動する移動体に、光線照射手段と、前記光線照射手段から照射された前記光線を上方へ垂直に導くミラー、前記ミラーにより導かれた前記光線を水平方向に反射し前記移動体の外方へ導く反射ミラーおよび前記反射ミラーを回転させるモータを備えた回転照射手段とを設け、前記回転照射手段により前記移動体より回転しながら全周に渡って前記光線を照射し、前記再帰反射体からの再帰反射光を検出したときの前記光線の回転角度を測定する移動体の測角方法であって、
前記再帰反射体に偏光フィルムを貼りつけ、前記照射する光線を、偏光面が異なる２本以上の光線から形成し、前記ミラーの上方にハーフミラーを配置し、前記ミラーおよびハーフミラーによりそれぞれ、前記２本以上の光線を上方へ垂直に導き、前記ミラーおよびハーフミラーに導かれた前記２本以上の光線を前記反射ミラーの回転により、偏光方向を変化して、水平に移動体の全周へ照射し、前記再帰反射体からの前記偏光フィルムの偏光面と一致した成分の再帰反射光を前記形成した光線に分離し、前記分離された光線の強度の比により、前記回転角度を求めることを特徴とするものである。
【０００７】
上記方法によれば、偏光面が異なる２本以上の光線が、偏光フィルムが貼り付けられた再帰反射体へ回転しながら照射され、この照射された光線は、偏光フィルムの偏光面と一致した光線の成分のみが再帰反射体により反射されて戻り、この再帰反射体からの再帰反射光は前記光線に分離され、分離された光線の強度の比により、回転角度が求められる。
【０００８】
また請求項３に記載の発明は、上記請求項２に記載の発明であって、照射する光線を、偏光面が９０゜ずれた２本の光線から形成したことを特徴とするものである。
上記方法によれば、偏光面が９０゜ずれた第１光線と第２光線は、偏光フィルムが貼り付けられた再帰反射体へ回転しながら照射され、この照射された光線は、偏光フィルムの偏光面と一致した光線の成分のみが再帰反射体により反射されて戻り、この再帰反射体の再帰反射光は前記第１光線と第２光線に分離され、分離された第１光線と第２光線の強度の比により、回転角度が求められる。
【０００９】
また請求項４に記載の発明は、上記請求項２に記載の発明であって、照射する光線を、鉛直方向に偏光された第１光線と水平方向に偏光された第２光線から形成したことを特徴とするものである。
この方法によれば、たとえば偏光フィルムの偏光面を垂直とし、第１光線と第２光線が正面（回転角度０゜）より照射されると、第１光線の戻りは１００％、第２光線の戻りは０％となり、よって回転角度０゜であることが、再帰反射体の再帰反射光が第１光線と第２光線に分離され、分離された第１光線と第２光線の強度の比により求められる。
【００１０】
また請求項５に記載の発明は、上記請求項２〜請求項４のいずれかに記載の発明であって、照射する光線は、それぞれの強度変調の周波数を異なる周波数に設定し、光線を分離可能としたことを特徴とするものである。
上記方法によれば、第１光線と第２光線は強度変調の周波数によって分離され、分離された第１光線と第２光線の強度の比により回転角度が求められ、また外乱との分離も可能となる。
【００１１】
また請求項６に記載の発明は、上記請求項２〜請求項４のいずれかに記載の発明であって、照射する光線は、それぞれの波長を異なる波長に設定し、光線を分離可能としたことを特徴とするものである。
上記方法によれば、第１光線と第２光線は波長によって分離され、分離された第１光線と第２光線の強度の比により回転角度が求められ、また外乱との分離も可能となる。
【００１２】
また請求項７に記載の発明は、平面座標が既知である所定エリア内の複数位置にそれぞれ再帰反射体を設け、前記エリア内を移動する移動体に、光線照射手段と、前記光線照射手段から照射された前記光線を上方へ垂直に導くミラー、前記ミラーにより導かれた前記光線を水平方向に反射し前記移動体の外方へ導く反射ミラーおよび前記反射ミラーを回転させるモータを備え、前記光線照射手段より照射された光線を回転しながら全周に渡って照射する回転照射手段とを設け、前記再帰反射体からの再帰反射光を検出したときの前記光線の回転角度を測定する移動体の測角装置であって、
前記再帰反射体にそれぞれ、偏光フィルムを貼りつけ、前記光線照射手段を、一方向に偏光された光線を照射する照射手段により構成し、この光線を前記ミラーにより上方へ垂直に導き、前記ミラーに導かれた光線を前記反射ミラーの回転により偏光方向を変化して、水平に移動体の全周へ照射し、前記移動体に、前記再帰反射体からの前記偏光フィルムの偏光面と一致した成分の再帰反射光のピーク強度により、前記回転照射手段の回転角度を計測する演算手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
上記構成によれば、偏光された光線は、偏光フィルムが貼り付けられた再帰反射体へ回転しながら照射され、この照射された光線は、偏光フィルムの偏光面と一致した光線の成分のみが再帰反射体により反射されて戻り、この再帰反射体の再帰反射光のピーク強度により、回転角度が求められる。
また請求項８に記載の発明は、平面座標が既知である所定エリア内の複数位置にそれぞれ再帰反射体を設け、前記エリア内を移動する移動体に、光線照射手段と、前記光線照射手段から照射された前記光線を上方へ垂直に導くミラー、前記ミラーにより導かれた前記光線を水平方向に反射し前記移動体の外方へ導く反射ミラーおよび前記反射ミラーを回転させるモータを備え、前記光線照射手段より照射された光線を回転しながら全周に渡って照射する回転照射手段とを設け、前記再帰反射体からの再帰反射光を検出したときの前記光線の回転角度を測定する移動体の測角装置であって、
前記再帰反射体にそれぞれ、偏光フィルムを貼りつけ、前記光線照射手段を、偏光された第１光線を照射する第１光線照射手段と、第１光線と偏光面が異なる第２光線を照射する第２光線照射手段とから構成し、前記回転照射手段に、前記ミラーの上方に配置され、前記第２光線照射手段から照射された第２光線を上方へ垂直に導くハーフミラーを備え、前記ミラーおよびハーフミラーに導かれた前記第１光線および第２光線を前記反射ミラーの回転により、偏光方向を変化して、水平に移動体の全周に渡って照射し、前記移動体に、前記再帰反射体からの前記偏光フィルムの偏光面と一致した成分の再帰反射光を前記第１光線と第２光線に分離する分離手段と、前記分離手段により分離された第１光線と第２光線の強度の比により、前記回転照射手段の回転角度を計測する演算手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１４】
上記構成によれば、偏光面が異なる第１光線と第２光線は、偏光フィルムが貼り付けられた再帰反射体へ回転しながら照射され、この照射された光線は、偏光フィルムの偏光面と一致した光線の成分のみが再帰反射体により反射されて戻り、この再帰反射体の再帰反射光は前記第１光線と第２光線に分離され、分離された第１光線と第２光線の強度の比により、回転角度が求められる。
【００１５】
また請求項９に記載の発明は、上記請求項８に記載の発明であって、第１光線照射手段と第２光線照射手段のそれぞれの強度変調の周波数を、異なる周波数に設定し、分離手段を、バンドパスフィルタで構成したことを特徴とするものである。
上記構成によれば、再帰反射光はバンドパスフィルタにより第１光線と第２光線の異なる強度変調の周波数によって第１光線と第２光線に分離され、また外乱との分離も可能となる。
【００１６】
また請求項１０に記載の発明は、上記請求項８に記載の発明であって、第１光線照射手段と第２光線照射手段のそれぞれの波長を、異なる波長に設定し、分離手段を、プリズムまたは回折格子により構成したことを特徴とするものである。上記構成によれば、再帰反射光はプリズムまたは回折格子により第１光線と第２光線の異なる波長によって光学的に第１光線と第２光線に分離され、また外乱との分離も可能となる。
【００１７】
さらに請求項１１に記載の発明は、上記請求項７〜請求項１０のいずれかに記載の移動体の測角装置を備え、計測した回転角度および再帰反射体の平面座標データにより現在位置の平面座標を計測する測定手段を備えたことを特徴とするものである。
上記構成によれば、測角装置により計測された回転角度および再帰反射体の平面座標データにより現在位置の平面座標が計測される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
［実施の形態１］
図１は本発明の実施の形態１における移動体の測角方法を使用する移動体の位置検出設備を設けたエリアの平面図である。
【００１９】
図１において、１は移動体（たとえば、フォークリフトや無人搬送車など）２が移動するエリア（たとえば、倉庫や工場や港湾など）であり、このエリア１には平面座標データが既知の複数位置（図１ではエリア１の中心から４５゜毎に８箇所）に、所定方向、たとえば鉛直方向の偏光フィルムが貼られた再帰反射体（再帰型の反射体）３が設けられている。再帰反射体３は、たとえばコーナキューブ（コーナレフレクター）や再帰反射シートから形成されている。なお、全ての再帰反射体３における偏光フィルムの偏光の方向は同一としている。
【００２０】
また移動体２は、回転しながら全周に渡って水平にレーザ光線を照射し、少なくとも３カ所（Ａ点、Ｂ点、Ｃ点）の再帰反射体３から再帰した光（再帰反射光）を検出したときの水平回転光線（レーザ光線）の照射回転角度θを検出して記憶し、これら記憶した回転角度θ１，θ２，θ３、および既知の再帰反射体３の平面座標データ（Ｘ１，Ｙ１）、（Ｘ２，Ｙ２）、（Ｘ３，Ｙ３）により、移動体２（水平回転光線照射位置）の平面座標（Ｘｍ，Ｙｍ）を計測している。この計測方法は公知である（たとえば、「システムと制御」第29巻第８号（1985）ｐ．553 〜560 参照）。
【００２１】
本発明は、上記水平回転光線（レーザ光線）の照射回転角度θをエンコーダを使用しないで計測することを要部としている。
上記移動体２の構成を図２を参照しながら説明する。
一方向へ偏光された光線（レーザ光線）を発生する光線発生手段と、この光線を回転しながら全周に渡って水平に照射する水平回転光線照射手段（以下、回転照射手段と略す）と、前記回転照射手段より照射され再帰反射体３から再帰した光（偏光フィルムの偏光面と一致した光線の成分のみが再帰反射体３により反射されて戻る：再帰反射光）を検出する受光手段と、前記受光手段により検出された再帰反射体３の再帰反射光から前記光線を分離する分離手段と、前記分離手段により分離された光線のピーク強度により、前記回転照射手段の回転角度θを計測する演算手段と、前記演算手段により計測された回転角度θを記憶し、３箇所の記憶した回転角度θ１，θ２，θ３、および既知の再帰反射体３の平面座標データ（Ｘ１，Ｙ１）、（Ｘ２，Ｙ２）、（Ｘ３，Ｙ３）により、移動体２（回転照射手段の水平照射位置）の平面座標（Ｘｍ，Ｙｍ）を計測する位置計測手段により構成されている。
【００２２】
上記光線発生手段は、一方向として、たとえば鉛直方向に偏光されたレーザ光線ａを包絡線の周波数（強度変調の周波数）ｆ１（図３参照）で照射する半導体レーザ装置11から構成されている。
また上記回転照射手段は、半導体レーザ装置11から水平に照射された第１レーザ光線ａを上方へ垂直に導くミラー31と、レーザ光線ａと再帰反射体３からの再帰反射光の通路となる垂直な筒状の導管33と、この導管33が中心下方に接続され、リング状の軸受34上に載置された筒体35と、この筒体35内に配置された、導管33から導かれたレーザ光線ａを水平方向に反射させ、筒体35の側面に設けた窓部35Ａへ導き、また再帰反射体３からの再帰反射光を導管33へ導く反射ミラー36と、前記導管33を中心に嵌合して導管33を回転する第１プーリ37と、ＤＣモータ38と、ＤＣモータ38の回転軸に連結された第２プーリ39と、第２プーリ39の駆動力を第１プーリ37へ伝達するベルト40から構成されている。
【００２３】
この構成により、半導体レーザ装置11から水平に照射されたレーザ光線ａはミラー31により上方へ導かれる。ＤＣモータ38が駆動されると、ＤＣモータ38の回転力は第２プーリ39、ベルト40、第１プーリ37を介して導管33へ伝達され、導管33が回転し、よって筒体35とともに反射ミラー36が回転し、導管33内に導かれたレーザ光線ａは、反射ミラー36の回転により、導管33（筒体35）の中心位置を中心として移動体２の全周に水平に照射される。
【００２４】
また上記受光手段は、ミラー31（図２参照）より上方に配置され、反射ミラー36および導管33を介して導かれた再帰反射体３の再帰反射光を水平に導く孔空きミラー41（孔はレーザ光線ａが通過する）と、このミラー41により導かれた再帰反射光を集光する凸レンズ42と、この凸レンズ42により集光された再帰反射光が入射する受光センサ（受光素子）43と、この受光センサ43の光電流信号を増幅するアンプ44から構成されている。
【００２５】
上記構成により、導管33の回転によって反射ミラー36が回転し、反射ミラー36を介して導かれた再帰反射体３からの再帰反射光は、導管33と孔空きミラー41と凸レンズ42を介して受光センサ43へ入射され、この受光センサ43の光電流信号はアンプ44により増幅され、再帰反射体３の再帰反射光が検出され、受光信号が出力される。
【００２６】
上記分離手段は、受光信号からレーザ光線ａの信号のみをその変調周波数ｆ１により取り出すフィルタ（バンドパスフィルタ）51とから構成されている。
上記構成により、再帰反射体３からの再帰反射光の受光信号は、レーザ光線ａの受光信号と外乱の光線の受光信号に分離され、レーザ光線ａの受光信号のみが取り出される。よって外乱の影響が排除される。
【００２７】
上記演算手段は、フィルタ51の出力信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器61と、コンピュータからなり、Ａ／Ｄ変換器61より入力したフィルタ51の出力信号、すなわちレーザ光線ａの受光信号のピーク強度から、再帰反射体３の再帰反射光を検出したときの回転ミラー36の回転角度、すなわち再帰反射体３の検出角度を演算する回転角度演算部63から構成されている。
【００２８】
回転角度演算部63による演算式（１）を下記に示す。この式（１）において、Ｉはレーザ光線ａのピーク受光強度、ｇはハーフミラー31へ入射後受光までの減衰係数、θは再帰反射体３の検出角度である。
Ｉ＝ｇ・ｃｏｓθ
∴θ＝ａｃｏｓ（Ｉ／ｇ） ・・・（１）
上記構成により、レーザ光線の受光信号のピーク強度により、再帰反射体３の再帰反射光を検出したときの回転ミラー36の回転角度θ、すなわち再帰反射体３の検出角度θが計測される。
【００２９】
なお、この式（１）を満足する角度θとして１８０゜異なる２値が得られるが、位置検出設備として使用し、前回の計測角度は得られているので、２値のいずれかは判断することができる。
上記位置計測手段は、コンピュータからなり、回転角度演算部63により演算された回転角度θを記憶し、３箇所の記憶した回転角度θ１，θ２，θ３、および既知の再帰反射体３の平面座標データ（Ｘ１，Ｙ１）、（Ｘ２，Ｙ２）、（Ｘ３，Ｙ３）により、回転ミラー（水平回転光線照射位置）36の平面座標、すなわち移動体２の平面座標（Ｘｍ，Ｙｍ）を計測する位置計測部71により構成されている。
【００３０】
この構成により、移動体２の平面座標（Ｘｍ，Ｙｍ）が計測される。
上記設備の構成によれば、平面座標が既知のエリア１の複数位置に、偏光フィルムが貼り付けられた再帰反射体３を設け、移動体２より回転しながら全周に渡って水平に、一方向に偏光され、かつ強度変調されたレーザ光線ａを照射し、偏光フィルムの偏光面と一致した再帰反射体３からの再帰反射光の受光信号を、変調周波数によりレーザ光線ａのみを外乱の受光信号と分離して取り出し、レーザ光線ａのピーク強度を求めて、回転ミラー36の回転角度、すなわち再帰反射体３の検出角度θを計測し、３箇所の記憶した回転角度θ１，θ２，θ３、および既知の再帰反射体３の平面座標データ（Ｘ１，Ｙ１）、（Ｘ２，Ｙ２）、（Ｘ３，Ｙ３）により、回転ミラー（水平回転光線照射位置）36、すなわち移動体２の平面座標（Ｘｍ，Ｙｍ）を計測する。
【００３１】
このように、従来のようなエンコーダを使用せずに、回転ミラー36の回転角度θを計測することができ、この回転角度、すなわち再帰反射体３の検出角度θにより移動体２の平面座標（Ｘｍ，Ｙｍ）を計測することができる。
またエンコーダを不要となることにより、安価に構成でき、また機械的構成が簡素となり、よって受光特性を改善でき、外乱光線を除去でき、またエンコーダの精密なスリットが不要となるので、耐環境性を向上させることができる。
【００３２】
なお、実施の形態１では、再帰反射体３としてコーナキューブを使用することが望ましい。
［実施の形態２］
図４は本発明の実施の形態２における移動体の位置検出装置の構成図である。
上記実施の形態１（図２）の移動体の位置検出装置では、光線発生手段を、鉛直方向に偏光されたレーザ光線ａを強度変調の周波数ｆ１で照射する半導体レーザ装置11のみで構成しているが、実施の形態２では、偏光面が異なる２本の光線を発生する構成としている。すなわち、鉛直方向に偏光された第１レーザ光線ａを包絡線の周波数（強度変調の周波数）ｆ１（図５参照）で照射する第１半導体レーザ装置11と、水平方向に偏光された第２レーザ光線ｂを包絡線の周波数（強度変調の周波数）ｆ２（図５参照）で照射する第２半導体レーザ装置12から構成している。なお、両半導体レーザ装置11，12の発振周波数とレーザ光線ａ，ｂの最大振幅は同一である（これに限られるものではない）。
【００３３】
また前記第２半導体レーザ装置12から水平に照射された第２レーザ光線ｂを垂直に導くために、ミラー31の上方に配置され、第２半導体レーザ装置12から水平に照射された第２レーザ光線ｂを第１レーザ光線ａと同軸で上方へ垂直に導くハーフミラー32を設けている。
また分離手段して、前記第１フィルタ（バンドパスフィルタ）51に加えて、受光信号から第２レーザ光線ｂの信号のみをその変調周波数ｆ２により取り出す第２フィルタ（バンドパスフィルタ）52を設けている。
【００３４】
上記構成により、再帰反射体３からの再帰反射光の受光信号は、第１レーザ光線ａの受光信号と第２レーザ光線ｂの受光信号に分離され、また外乱が分離され、よって外乱の影響が排除される。
また演算手段として、第１フィルタ51の出力信号をディジタル信号に変換する第１Ａ／Ｄ変換器61に加えて、第２フィルタ52の出力信号をディジタル信号に変換する第２Ａ／Ｄ変換器62を設けており、回転角度演算部63を、第１Ａ／Ｄ変換器61より入力した第１フィルタ51の出力信号、すなわち第１レーザ光線ａの受光信号のピーク強度と、第２Ａ／Ｄ変換器62より入力した第２フィルタ52の出力信号、すなわち第２レーザ光線ｂの受光信号のピーク強度の比から、再帰反射体３の再帰反射光を検出したときの回転ミラー36の回転角度、すなわち再帰反射体３の検出角度を演算する構成としている。
【００３５】
回転角度演算部63による演算式（２）を下記に示す。この式（２）において、Ｉ１は第１レーザ光線ａのピーク受光強度、Ｉ２は第２レーザ光線ｂのピーク受光強度、ｇはハーフミラー32へ入射後受光までの減衰係数、θは再帰反射体３の検出角度である。
また第１半導体レーザ装置11とハーフミラー32間と、第２半導体レーザ装置12とハーフミラー32間の光路は異なるので、減衰係数ｇを式（３）に示す補正定数ｋをかけることにより補正する。なお、ミラー31の反射率ｋ２、第１半導体レーザ装置11と第２半導体レーザ装置12の発光強度比ｋ１は一定値である。この補正定数ｋは、実験的に測定して求めることもできる。
【００３６】
Ｉ１＝ｇ・ｋ・ｃｏｓθ
Ｉ２＝ｇ・ｓｉｎθ
∴θ＝ａｔａｎ（ｋ・Ｉ２／Ｉ１） ・・・（２）
ｋ＝ｋ１・ｋ２ ・・・（３）
上記構成により、分離手段により分離された第１レーザ光線ａと第２レーザ光線ｂの受光信号のピーク強度の比により、再帰反射体３の再帰反射光を検出したときの回転ミラー36の回転角度θ、すなわち再帰反射体３の検出角度θが計測される。
【００３７】
なお、この式（１）を満足する角度θとして１８０゜異なる２値が得られるが、位置検出設備として使用し、前回の計測角度は得られているので、２値のいずれかは判断することができる。また４５゜、１３５゜、２２５゜、３１５゜では、４値が得られるが同様の方法で１値に限定できる。
上記回転角度演算部63により演算された回転角度θは位置計測部71に記憶され、３箇所の記憶した回転角度θ１，θ２，θ３、および既知の再帰反射体３の平面座標データ（Ｘ１，Ｙ１）、（Ｘ２，Ｙ２）、（Ｘ３，Ｙ３）により、回転ミラー（水平回転光線照射位置）36の平面座標、すなわち移動体２の平面座標（Ｘｍ，Ｙｍ）が計測される。
【００３８】
上記設備の構成によれば、平面座標が既知のエリア１の複数位置に、偏光フィルムが貼り付けられた再帰反射体３を設け、移動体２より回転しながら全周に渡って水平に、偏光面が９０゜ずれ、かつ強度の変調周波数が異なる第１レーザ光線ａおよび第２レーザ光線ｂを照射し、偏光フィルムの偏光面と一致した再帰反射体３からの再帰反射光の受光信号を、変調周波数により第１レーザ光線ａの受光信号と第２レーザ光線ｂの受光信号に分離し、これら第１レーザ光線ａの受光信号と第２レーザ光線ｂの受光信号の強度の比を求めて、回転ミラー36の回転角度、すなわち再帰反射体３の検出角度θを計測し、３箇所の記憶した回転角度θ１，θ２，θ３、および既知の再帰反射体３の平面座標データ（Ｘ１，Ｙ１）、（Ｘ２，Ｙ２）、（Ｘ３，Ｙ３）により、回転ミラー（水平回転光線照射位置）36、すなわち移動体２の平面座標（Ｘｍ，Ｙｍ）を計測する。
【００３９】
このように、従来のようなエンコーダを使用せずに、回転ミラー36の回転角度θを計測することができ、この回転角度、すなわち再帰反射体３の検出角度θにより移動体２の平面座標（Ｘｍ，Ｙｍ）を計測することができる。
またエンコーダを不要となることにより、安価に構成でき、また機械的構成が簡素となり、よって受光特性を改善でき、外乱光線を除去でき、またエンコーダの精密なスリットが不要となるので、耐環境性を向上させることができる。
【００４０】
また実施の形態１の場合と比較して、レーザ発振強度と使用雰囲気の光の減衰率が同じの場合、広い範囲に使用することができる。
［実施の形態３］
図６は本発明の実施の形態３における移動体の位置検出装置の構成図である。上記実施の形態２（図４）の移動体の位置検出装置では、光線発生手段を、鉛直方向に偏光された第１レーザ光線ａを強度変調の周波数ｆ１で照射する第１半導体レーザ装置11と水平方向に偏光された第２レーザ光線ｂを強度変調の周波数ｆ２で照射する第２半導体レーザ装置12から構成し、第１レーザ光線ａと第２レーザ光線ｂの分離を強度変調の周波数により電気的に行っているが、実施の形態３では、第１半導体レーザ装置と第２半導体レーザ装置の発振周波数を変え、光学的に第１レーザ光線ａ’と第２レーザ光線ｂ’の分離を行っている。
【００４１】
すなわち、光線発生手段を、鉛直方向に偏光された第１レーザ光線ａ’を第１発振周波数ｆ３（図７参照）で照射する第１半導体レーザ装置21と、水平方向に偏光された第２レーザ光線ｂ’を第２発振周波数ｆ４（図７参照）で照射する第２半導体レーザ装置22から構成している。なお、第１レーザ光線ａ’と第２レーザ光線ｂ’の振幅は同一としている。
【００４２】
また受光手段を、上記孔空きミラー41と、ミラー41により導かれた再帰反射光において、異なる波長の光の方向を変える、すなわち第１レーザ光線ａ’の再帰反射光と第２レーザ光線ｂ’の再帰反射光に分離するプリズム（回折格子でもよい）45と、このプリズム45により分離された第１レーザ光線ａ’の再帰反射光と第２レーザ光線ｂ’の再帰反射光を集光する凸レンズ42と、この凸レンズ42により集光された第１レーザ光線ａ’の再帰反射光が入射する第１受光センサ（受光素子）43Ａと、第２レーザ光線ｂ’の再帰反射光が入射する第２受光センサ（受光素子）43Ｂと、第１受光センサ（受光素子）43Ａの光電流信号を増幅する第１アンプ44Ａと、第２受光センサ43Ｂの光電流信号を増幅する第２アンプ44Ｂから構成している。
【００４３】
この受光手段の構成により、再帰反射体３からの再帰反射光はプリズム45によりその波長によって第１レーザ光線ａ’の再帰反射光と第２レーザ光線ｂ’の再帰反射光に分離され、また外乱が分離され（外乱の影響が排除され）、それぞれ受光センサ43Ａ，43Ｂへ入射され、これら受光センサ43Ａ，43Ｂの光電流信号はアンプ44Ａ，44Ｂにより増幅され、受光信号として出力される。
【００４４】
よって、実施の形態２と同様に、第１レーザ光線ａ’の再帰反射光と第２レーザ光線ｂ’の再帰反射光の受光強度により、回転ミラー36の回転角度θを得ることができる。
このように、実施の形態３においても、従来のようなエンコーダを使用せずに、回転ミラー36の回転角度θを計測することができ、この回転角度、すなわち再帰反射体３の検出角度θにより移動体２の平面座標（Ｘｍ，Ｙｍ）を計測することができる。
【００４５】
またエンコーダを不要となることにより、安価に構成でき、また機械的構成が簡素となり、よって受光特性を改善でき、外乱光線を除去でき、またエンコーダの精密なスリットが不要となるので、耐環境性を向上させることができる。
なお、上記実施の形態２，３においては、第１半導体レーザ装置11または21と、第２半導体レーザ装置12または22により、鉛直方向と水平方向に偏光されたレーザ光線を照射しているが、偏光面はずれていればよく、鉛直方向と水平方向に限定されるものではない。なお、偏光面は９０゜ずれていることが好ましい。
【００４６】
また上記実施の形態２，３においては、２本の偏光された光線を照射しているが、２本に限定されることはく、さらに偏光面の角度が他の２本とは異なる第３レーザ光線を照射すれば、式（２）で求められた回転角度θの２値あるいは４値の内、第３レーザ光線の受光強度をＩ３とすると、
Ｉ３＝ｇ・ｋ’・ｃｏｓθ
から、たとえばＩ１とＩ２，Ｉ２とＩ３で求められたθのうち共通である角度に絞り込むことができる。またＩ１とＩ２，Ｉ２とＩ３で求め特定したθの平均を回転角度としてもよい。このように、測角装置、測角方法（つまりセンサのみ）だけでθを特定することができる。なお、ｋ’は上記ｋの考え方と同じである。
【００４７】
また、たとえばＩ１とＩ２の偏光面のずれが９０゜である場合、Ｉ３の偏光面とＩ１とＩ２それぞれの偏光面のずれは４５゜付近とさせることが望ましい。
このとき、第３半導体レーザ装置により、第１半導体レーザ装置11または21と第２半導体レーザ装置12または22と異なる強度変調周波数あるいは発振周波数により第３レーザ光線を照射し、再帰反射体３からの再帰反射光から第３レーザ光線を分離し、その強度Ｉ３を得ることにより実現できる。
【００４８】
なお、レーザ光線が４本以上の場合も同様である。
【００４９】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、従来のようなエンコーダを使用せずに、再帰反射光を検出したときの回転角度を計測することができる。またエンコーダが不要となることにより、安価に構成でき、また機械的構成が簡素となり、よって受光特性を改善でき、外乱光線を除去でき、またエンコーダの精密なスリットが不要となるので、耐環境性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における移動体の測角方法を使用する移動体の位置検出設備を備えたエリアの平面図である。
【図２】同移動体の位置検出設備の構成図である。
【図３】同移動体の位置検出設備において照射されるレーザ光線の特性図である。
【図４】本発明の実施の形態２における移動体の位置検出設備の構成図である。
【図５】同移動体の位置検出設備において照射されるレーザ光線の特性図である。
【図６】本発明の実施の形態３における移動体の測角方法を使用する移動体の位置検出設備の構成図である。
【図７】同移動体の位置検出設備において照射されるレーザ光線の特性図である。
【符号の説明】
１ エリア
２ 移動体
３ 再帰反射体
11，12，21，22 半導体レーザ装置
31 ミラー
32 ハーフミラー
33 導管
34 軸受
35 筒体
35Ａ 窓部
36 反射ミラー
37，39 プーリ
38 ＤＣモータ
40 ベルト
41 孔空きミラー
42 凸レンズ
43，43Ａ，43Ｂ 受光センサ
44，44Ａ，44Ｂ アンプ
45 プリズム
51，52 バンドパスフィルタ
61，62 Ａ／Ｄ変換器
63 回転角度演算部
71 位置計測部
ａ，ａ’ 第１レーザ光線
ｂ，ｂ’ 第２レーザ光線
Claims (11)
- 所定エリア内に再帰反射体を設け、前記エリア内を移動する移動体に、光線照射手段と、前記光線照射手段から照射された前記光線を上方へ垂直に導くミラー、前記ミラーにより導かれた前記光線を水平方向に反射し前記移動体の外方へ導く反射ミラーおよび前記反射ミラーを回転させるモータを備えた回転照射手段とを設け、
前記回転照射手段により前記移動体より回転しながら全周に渡って前記光線を照射し、前記再帰反射体からの再帰反射光を検出したときの前記光線の回転角度を測定する移動体の測角方法であって、
前記再帰反射体に偏光フィルムを貼りつけ、
前記光線照射手段より照射する光線を、一方向に偏光された光線から形成し、この光線を前記ミラーにより上方へ垂直に導き、前記ミラーに導かれた光線を前記反射ミラーの回転により偏光方向を変化して、水平に移動体の全周へ照射し、
前記再帰反射体からの前記偏光フィルムの偏光面と一致した成分の再帰反射光のピーク強度により、前記回転角度を求めること
を特徴とする移動体の測角方法。 - 所定エリア内に再帰反射体を設け、前記エリア内を移動する移動体に、光線照射手段と、前記光線照射手段から照射された前記光線を上方へ垂直に導くミラー、前記ミラーにより導かれた前記光線を水平方向に反射し前記移動体の外方へ導く反射ミラーおよび前記反射ミラーを回転させるモータを備えた回転照射手段とを設け、
前記回転照射手段により前記移動体より回転しながら全周に渡って前記光線を照射し、前記再帰反射体からの再帰反射光を検出したときの前記光線の回転角度を測定する移動体の測角方法であって、
前記再帰反射体に偏光フィルムを貼りつけ、
前記照射する光線を、偏光面が異なる２本以上の光線から形成し、
前記ミラーの上方にハーフミラーを配置し、
前記ミラーおよびハーフミラーによりそれぞれ、前記２本以上の光線を上方へ垂直に導き、前記ミラーおよびハーフミラーに導かれた前記２本以上の光線を前記反射ミラーの回転により、偏光方向を変化して、水平に移動体の全周へ照射し、
前記再帰反射体からの前記偏光フィルムの偏光面と一致した成分の再帰反射光を前記形成した光線に分離し、
前記分離された光線の強度の比により、前記回転角度を求めること
を特徴とする移動体の測角方法。 - 照射する光線を、偏光面が９０゜ずれた２本の光線から形成したこと
を特徴とする請求項２記載の移動体の測角方法。 - 照射する光線を、鉛直方向に偏光された第１光線と水平方向に偏光された第２光線から形成したこと
を特徴とする請求項２に記載の移動体の測角方法。 - 照射する光線は、それぞれの強度変調の周波数を異なる周波数に設定し、光線を分離可能としたこと
を特徴とする請求項２〜請求項４のいずれかに記載の移動体の測角方法。 - 照射する光線は、それぞれの波長を異なる波長に設定し、光線を分離可能としたこと
を特徴とする請求項２〜請求項４のいずれかに記載の移動体の測角方法。 - 平面座標が既知である所定エリア内の複数位置にそれぞれ再帰反射体を設け、前記エリア内を移動する移動体に、光線照射手段と、前記光線照射手段から照射された前記光線を上方へ垂直に導くミラー、前記ミラーにより導かれた前記光線を水平方向に反射し前記移動体の外方へ導く反射ミラーおよび前記反射ミラーを回転させるモータを備え、前記光線照射手段より照射された光線を回転しながら全周に渡って照射する回転照射手段とを設け、
前記再帰反射体からの再帰反射光を検出したときの前記光線の回転角度を測定する移動体の測角装置であって、
前記再帰反射体にそれぞれ、偏光フィルムを貼りつけ、
前記光線照射手段を、一方向に偏光された光線を照射する照射手段により構成し、この光線を前記ミラーにより上方へ垂直に導き、前記ミラーに導かれた光線を前記反射ミラーの回転により偏光方向を変化して、水平に移動体の全周へ照射し、
前記移動体に、
前記再帰反射体からの前記偏光フィルムの偏光面と一致した成分の再帰反射光のピーク強度により、前記回転照射手段の回転角度を計測する演算手段
を備えたこと
を特徴とする移動体の測角装置。 - 平面座標が既知である所定エリア内の複数位置にそれぞれ再帰反射体を設け、前記エリア内を移動する移動体に、光線照射手段と、前記光線照射手段から照射された前記光線を上方へ垂直に導くミラー、前記ミラーにより導かれた前記光線を水平方向に反射し前記移動体の外方へ導く反射ミラーおよび前記反射ミラーを回転させるモータを備え、前記光線照射手段より照射された光線を回転しながら全周に渡って照射する回転照射手段とを設け、
前記再帰反射体からの再帰反射光を検出したときの前記光線の回転角度を測定する移動体の測角装置であって、
前記再帰反射体にそれぞれ、偏光フィルムを貼りつけ、
前記光線照射手段を、
偏光された第１光線を照射する第１光線照射手段と、
第１光線と偏光面が異なる第２光線を照射する第２光線照射手段と
から構成し、
前記回転照射手段に、前記ミラーの上方に配置され、前記第２光線照射手段から照射された第２光線を上方へ垂直に導くハーフミラーを備え、前記ミラーおよびハーフミラーに導かれた前記第１光線および第２光線を前記反射ミラーの回転により、偏光方向を変化して、水平に移動体の全周に渡って照射し、
前記移動体に、
前記再帰反射体からの前記偏光フィルムの偏光面と一致した成分の再帰反射光を前記第１光線と第２光線に分離する分離手段と、
前記分離手段により分離された第１光線と第２光線の強度の比により、前記回転照射手段の回転角度を計測する演算手段
を備えたこと
を特徴とする移動体の測角装置。 - 第１光線照射手段と第２光線照射手段のそれぞれの強度変調の周波数を、異なる周波数に設定し、
分離手段を、バンドパスフィルタで構成したこと
を特徴とする請求項８に記載の移動体の測角装置。 - 第１光線照射手段と第２光線照射手段のそれぞれの波長を、異なる波長に設定し、
分離手段を、プリズムまたは回折格子により構成したこと
を特徴とする請求項８に記載の移動体の測角装置。 - 請求項７〜請求項１０のいずれかに記載の移動体の測角装置を備え、
計測した回転角度および再帰反射体の平面座標データにより現在位置の平面座標を計測する測定手段を備えたこと
を特徴とする移動体の位置検出設備。
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