JPH03116781A

JPH03116781A - 受光装置

Info

Publication number: JPH03116781A
Application number: JP1253221A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Maeda; 裕昭前田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-09-28
Filing date: 1989-09-28
Publication date: 1991-05-17

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は、ＣＣＤを用いた受光装置の改良に関する。

（従来の技術）ロボットや宇宙航行体等の移動体では、ある目標物に対
する自己の姿勢（向き）やその目標物を基準とする方位
方向でのずれを検知するのにＣＣＤ　（ｃｈａｒｇｅｄ
　ｃｏｕｐｌｅｄ　ｄｅｖｉｃｅ：電荷結合素子）を用
いた受光装置が使用されている。ＣＣＤを用いた受光装
置は、小形軽量となるため、この種移動体には多く採用
されている。

基準となる目標物は、地球の地平線等のように明るさの
明暗を分ける境界領域であったり、太陽や恒星等のよう
に点に近いものであったり、その目的によって種々選択
的に対象とされる。

従来の受光装置ｌは、第３図に示すように、２次元の直
角座標軸（Ｘ、　Ｙ軸）上の位置にＣＣＤ２が配置され
て構成される。レンズ等の光学系を介して導入される目
標物の影像がいずれかの位置のＣＣＤ　２（Ｐａｎ）の
受光面上に結像されるが、この結像位置Ｐｉｎの各Ｘ、
Ｙ軸上の位置（Ｘｍ　、　Ｙｎ）が中心（Ｘｏ、Ｙｏ）
からの偏位量として検出され、目標物に対する受光装置
ｌ（または受光装置ｌの搭載機器）の姿勢や方向のずれ
を知ることができる。

なお、受光装置１に目標像を導く光はレンズ等の光学系
を通過し、その光学系を経た光の照射断面は一般的に円
形を示す。これに対し受光装置１はＣＣＤ２が直角座標
軸上に縦横に配列され全体が矩形状となっているから、
この両者の不一致領域（第３図に斜線で示した部分）で
は目標からの情報が検出されることなく欠落する。

従来の受光装置１は、ＣＣＤ２の配列面が目標方向に直
角に向いているとして、各Ｃ０Ｄ２はその面上における
直角座標軸上の縦横の交差位置に配列されているから、
いずれかのＣＣＤ　２（Ｐｉｎ）で目標像が受光された
場合には、そのＸ、　Ｙ座標軸上に投影された位置（Ｘ
ｍ　、　Ｙｎ）が目標までのずれを示すものとなる。

そこで、自己の姿勢を修正して中心（Ｘｏ、Ｙｏ）に移
行させようとすれば、第３図に示すように、基準軸とす
るＹ軸までの角度（θ）とその距離（ｒ）を補正するよ
うに制御することとなる。

従って、直角座標軸上での受光位置（Ｘｍ、Ｙｎ）情報
から、修正すべき回転角度（θ）とその距離Ｄ）の値を
得るには、逆三角関数の計算やルートＣ！＞計算等の繁
雑で時間がかかる演算処理が必要となる。

このように従来の受光装置をロボットや人工衛星の宇宙
航行体等の姿勢センサーとして搭載使用した場合、その
目標位置情報から姿勢制御信号を求めるのに複雑な計算
を必要とすることは、それだけ演算処理装置が犬山りと
なるとともに、変換に伴い発生する計算上の誤差等から
制御精度も低下する欠点があった。

（発明が解決しようとする課８）従来の受光装置は、ＣＣＤが直交座標軸上の位置に矩形
状に配列されていたので、受光情報の欠落が生じるとと
もに、相手方の目標位置から、自己の姿勢方向等を知る
のに計算が複雑となり改善が要望されていた。

この発明は、簡単な構成により、目標位置情報から制御
すべき自己の姿勢を広範囲にわたって容易にまたより正
確に求め得る受光装置を提供することを目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）この発明は、複数のＣＣＤが面状に配列構成された受光
装置において、前記複数のＣＣＤは、径を異にした複数
の同芯円周上に、夫々各同芯円ごとに所定間隔をなして
配置されたことを特徴とする。

（作　用）この発明による受光装置は、ＣＣＤを同芯円周上に所定
間隔をなして配置して構成したので、受光ＣＣＤの位置
情報はそのまま極座標軸上での位置情報として捕えるこ
とができる。従って、ＣＣＤの位置がそのまま補正すべ
き方位（θ）量及び距離（ｒ）即ち傾き量φを表すので
、従来のように複雑な演算を必要とすることがない。

また、ＣＣＤを同芯円周上に配列され円形構成されるの
で、光学系による円形の照射断面と合致し冑効受光面積
が拡大する。

（実施例）以下、この発明による受光装置の一実施例を図面を参照
し詳細に説明する。なお、第３図と同一構成には同一符
号を付して、詳細な説明は省略する。

第１図はこの発明による受光装置１を示す平面図である
。

この発明による受光装置ｌは、０を中心とじ順次単位間
隔ｄを隔てた複数の同芯円Ｄ１〜Ｄ５の円周上にＣ０Ｄ
２が複数配列されている。

ＣＣＤ２は、中心０のＣＣＤ　２（Ｅ　００）を中心に
、順次同窓円上にＣＣＤ２（Ｅｌｆ−Ｅ１４．Ｅ２１〜
Ｅ２１２．・・・Ｅ５１−Ｅ５２４）が配置して構成さ
れるが、これらＣＣＤ２（Ｅ　１１〜Ｅ　５２４）は夫
々各同芯円ごとに定めた所定間隔をなして配置される。

従って、各ＣＣＤ２の占める位置は第２図に例示したよ
うに、基準軸Ｙからの偏位角ｎθ（ｎは１，２．・・・
の整数）そのものを表すこととなる。

同様に、ＣＣＤ２の占める位置は、中心Ｏからの距離ｍ
ｄ（ｍは１，２・・・の整数）となるから、基準位置か
らの傾き量φそのものを表す。

即ち、第２図に示すように、ＣＣＤ　２（Ｅ　３２）を
例にとれば、方位方向のずれθは２２．５度（−３８０
／１Ｂ）であり、中心０からの距離３ｄが傾き量φに対
応する。

このように、目標像が検出されたＣ０Ｄ２の極座標上で
の位置がそのまま、目標に対する方位θと距離ｒ（また
は傾き量φ）に直接対応するものとして得られるので、
従来のように複雑な計算を必要とすることがない。

勿論、方位θのステップの大きさは、各円周ごとのＣ０
Ｄ２の配置間隔によって決まるものでまり、また中心か
ら各円周に至る距離ｒも任意に部室することができる。

なお、受光装置において、各Ｃ０Ｄ２が制御ヰ心Ｏから
等距離からなる半球面上に配置されて（るとすれば、間
隔ｄはそのまま制御中心での補■すべき傾き量φの角度
に対応する。

また、上記実施例では、受光装置が１個の場合について
説明したが、仮に２個併設し目標物にえするステレオ視
差角度を求めれば、簡単な演算文理によりロボット等で
の立体視像をより簡単に褐ることができる。

以上のようにこの発明による受光装置は、受波座標軸上
から求める姿勢補正量が極めて簡単に斗め得るものであ
り、また同君円周上にＣＣＤＺ力配置されているので、
有効検出面積を広く使用することができる。

［発明の効果コこの発明による受光装置は、簡単な配置構成の改良によ
り、効率的な受光ができ、またＣＣＤの位置は極座標軸
上の位置に対応するので補正すべき基準位置からのずれ
の量を簡単に求め得るものであり、実用に際し顕著な効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による受光装置の一実施例を示す平面
図、第２図は第１図におけるＣＣＤの受光位置から補正
情報を得るための説明図、第３図は従来の受光装置を示
す平面図である。

Claims

【特許請求の範囲】

複数のＣＣＤが面状に配列構成された受光装置において
、前記複数のＣＣＤは、径を異にした複数の同芯円周上
に、夫々各同芯円ごとに所定間隔をなして配置されたこ
とを特徴とする受光装置。