JPH0413990A - ガイド光を用いた視準装置 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ガイド光を用いた規準装置に関し、特に対物
レンズの光軸を相手局に規準させる規準サーボ装置を備
える自動規準式光データ通信装置や自動規準式測距装置
（光波距離計）に用いて最適なものである。

〔従来の技術〕

土木工事、港湾工事、沿岸工事等において、プロドーザ
−１浚渫船、作業船台等の移動体の位置又は距離を固定
位置から計測するシステＪ、か求められている。

従来、固定位置及び移動体の一方に光波距離計、他方に
反射器（コーナキューブプリズム等）を設け、これらの
光軸をお互いに一致させる自動規準式にして、船台等の
移動体か揺動しても支障無く位置計測ができるようにし
たシステムが知られている（例えば実公昭５９−８２２
１号公報）。

公知の自動規準式光波距離計は、距離計と平行な規準サ
ーボ用光軸を有し、測定点からの規準ガイド光を４分割
受光素子（受光面を水平、垂直の４象限に分割したホト
ダイオード等）で受けて、その出力を水平、垂直の首振
りモータにフィードバックして、受光素子の原点にカイ
ト光を結像させるようなサーボ系を備えている。

距離計による測距データは船台側で使用されるので、通
常は船台側に距離計が置かれ、陸地側に反則器を置く構
成か採用されている。

反則器としてコーナキューブプリズムを用いると、プリ
ズムに３０°程の光軸変動が生じても、距離計と反則器
との間の放射光路及び反射光路は全く変化しない性質か
ある。従って船台側にコーナキューブプリズムを置き、
陸−にに距離計を置く構成であれば、船のピッチングや
ローリングに影響されない安定な測距ができる。ところ
がこの場合には陸上側の測距テークを船台側に伝送しな
げればならない。

更に測定データや気温、気圧等の気象状況補正データ等
を船台側から陸上へ又はその逆に伝送する必要もある。

また船台等の作業装置が無人の場合、位置測定値を基に
計算された位置制御や作業制御の指令データを無人装置
に伝送しなげればならない。

このように高度な海洋作業システムではデータ伝送シス
テムが不可欠になっているが、そのために通信路及び受
発信装置を専用に設けるのは非常にコスト高になる。そ
こで規準サーボ用の光路を光データ通信路として利用す
ることが考えられている（特願昭６２−４８５７８号）
。

規準サーボ用の光路を光データ通信路として使用する場
合、各光信号の周波数帯を分離する必要がある。例えば
、上述の特願昭６２−４８５７８号明細書では、サーボ
用のガイド光のキャリア周波数を５ＫＨｚ（ＡＭ）とし
、データ用のキャリア周波数（ＦＭ）を５ＭＨｚとして
、夫々に対応した発光源を設けている。サーボ用のキャ
リア周波数か低いのは上下左右の光軸ずれを検出する位
置センサの４チヤンネル出力の増幅系及び検波器の特性
を均一にすのが、高い周波数で困難であるからである。

一方、データ用にサーボ用のキャリア周波数を用いると
、伝送ビットレートが不足する。

このため周波数分離により、光路の共用を図っている。

〔発明が解決しようとする課題〕

帯域分離により単一の光チャンネルを共用するのは、変
復調回路の構成が複雑になって、コストの面で不利であ
る。

またザーホ用ガイド光のキャリア周波数が低いと、サー
ボ系の応答速及び精度の面で不利である。

本発明はこの問題にかんがみ、ガイド光のキャリア周波
数を高くしても受光系及びサーボ系が高精度で動作する
ようにし、これによりガイド光をデータ伝送に利用する
ことが可能で高いホーレートが得られるようにすること
を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のガイド光を用いた規準装置は、対物レンズ１３
の光軸上に配置されて、入射した規準ガイド光の結像点
の上下左右方向のずれを表す４象限の出力を得る受光素
子１５と、上記受光素子１５の４象限の出力を時分側多
重するマルチプレックス・スイッチ２２ａ〜２２ｄと、
」二記マルチプレンクス・スイッチ２２ａ〜２２ｄの出
力のレベルを検出する検出手段（アンプ２３、フィルタ
２４、検波器２５）と、上記検出手段の出力に基いて、
上記対物レンズ１３の光軸が」−記人鍜射した規準ガイ
ド光と合致するように、上下左右の各方向に時分割で光
軸偏向を行う規準ザーボ装置（水平架腕７、垂直架腕８
、Ｘ軸ギヤモーフ９、Ｙ軸ギヤモータ１０）とを備える
。

〔作用〕

受光素子１５の４象限出力がマルチプレックスにより１
チヤンネルのレヘル検出系で処理されるので、４チヤン
ネルのばらつきを考慮す必要が無い。従ってガイド光の
キャリア周波数を高くすることが可能であり、サーボ精
度及び応答性が良くなる。またガイド光をデータ送受の
チャンネルとして使用する場合には、データ伝送のボー
レートを高くすることができ、伝送効率が高まる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例を示す海洋作業側光測距シス
テムの全体のブロック図で、第２図及び第３図は陸上局
及び船台局の各測距装置の正面図である。各局は基台１
上に設けられた自動規準装置２を備え、各規準装置２と
平行光軸を成して陸上局には光波距離計３、船台局には
反射器４が夫々設けられている。光波距離計３は対物レ
ンズ５（送受光レンス）を備え、反射器４はコーナキュ
ーブプリスム６を備えている。

規準装置２は、水平面内で回動自在の水平架腕７及び垂
直面内で回動自在の垂直架腕８を備え、夫々Ｘ軸ギヤモ
ータ９及びＹ軸ギヤモータ１０によって駆動される。垂
直架腕８上には、送光レンズ１２及び受光レンズ１３を
備える送受光ユニット１１が取付けられている。送光レ
ンス１２の焦点にはＬＥＤ等の発光素子１４が配置され
、受光レンズ１３の焦点にはフォトダイオード等の受光
素子１５が配置されている。なお陸上局及び船台局の送
受光ユニット１１は全く同一の光学系を備えている。

受光レンズ１３は比較的大口径であり、その周囲の同心
円に沿って複数の送光レンズ１２が環状に配置されてい
る。従って非常に遠方からの弱い送信光を大口径の受光
レンズ１３により高感度で集光することができる。また
多数の小口径の送光レンズ１２から送光することにより
、送光量を容易に増強することができる。従って比較的
コンパクトな光学系でもってかなりの遠距離の送受光が
可能となる。

第１図において、送光レンズ１２の夫々の焦点に配置さ
れた発光素子１４には、ドライブ回路３５から数百ＫＨ
ｚ（例えば１００〜２００　Ｋｌ（ｚ）のサーボ用正弦
波信号が供給され、規準ガイド”光が送光レンズ１２を
介して船台側に放射される。この規準ガイド光は船台側
の規準光学系の受光レンズ１３に入射され、その焦点に
配置された受光素子１５に結像する。

一方、船台側の送受光ユニット１１における送光用発光
素子１４からは、同じ＜ＡＭ変調された規準サーボ光が
送光レンズ１２を通して陸上局に向けて放射され、陸上
局の受光レンズ１３を介して受光素子１５で受光される
。

なお陸上局の送受光ユニット１１から船台局へ送出これ
た規準ガイド光が、船台局の反射器４で反射されて自局
の受光系に戻って来て、サーボ系の妨害信号となる。こ
れを防ぐために、船台局の規準ガイド光の変調周波数を
例えば１５０ＫＨｚにして、陸上局のＡＭ変調周波数の
２００ＫＨｚと異ならせている。陸上局サーボ系は後述
のように受信ガイド信号の周波数選択を行って、船台局
からのガイド光（１５０ＫＨｚ）のみに応答し、自局の
戻り光（２００ＫＨｚ）による妨害を排除している。

受光素子１５は、例えば光スポットの原点からの位置を
検出する二次元（Ｘ−Ｙ平面）の半導体装置検出素子で
あってよい。この素子は方形受光面を持つフォＩ・ダイ
オードの四辺に４つの電極（Ｘ、Ｙ二対）を設けた構造
を有し、光スポットが当たった位置に生成された電荷が
、光電流として各電極までの距離に反比例して受光面の
抵抗層によって電圧分割されて各電極から取出されるよ
うに成されている。

第１図において、受光素子１５の各電極の出力は、同調
トランス２０ａ及び同調コンデンサ２０ｂから成る同調
回路２０で周波数選択（１５０ＫＨｚに同調）され、ア
ンプ２１ａ〜２１ｄを通り、マルチプレックス・スイッ
チ２２ａ〜２２ｄに供給される。これらのスイッチ２２
ａ〜２２ｄは、例えば１ｍ秒ごとに順番にオンにされ、
４チヤンネルの受光ガイド信号が時分割されて一本化さ
れる。スイッチ２２ａ〜２２ｄの共通接続された出力か
ら得られるサーボ信号は、アンプ２３、バンドパスフィ
ルタ２４を介して検波器２５に与えられ、受光素子１５
の受光位置に対応したレベルの４チヤンネル（上下、左
右）順次のＤＣ信号に変換される。このＤＣ信号はＡ／
Ｄ変換器２６でディジタル値に変換されてから、スイッ
チ２７ａ〜２７ｄを介して４チャンネル分のラッチ回路
２８ａ〜２８ｄ（メモリ）に順次記憶される。なおスイ
ッチ２７ａ　〜２７ｄはスイッチ２２ａ〜２２ｄと連動
して順次オンとなる。ラッチ回路２８ａ〜２８ｄの内容
は、ハス２９を介してシステムコントローラ３０内のマ
イクロプロセッサ内込まれる。

マイクロプロセッサ内では、上下左右（Ｕ、Ｄ、Ｌ、Ｒ
）の位置検出データから受光素子１５の受光面おける受
光スポットのＸ−”Ｙ座標位置が演算される。システム
コントローラ３０はこの座標位置データに基づいて各軸
のモータドライブ回路３１Ｘ、３１Ｙに駆動パルスを導
出し、これによりＸ軸、Ｙ軸のギヤモータ９．１０が夫
々駆動される。受光素子１５からモータ９．１０に至る
サーボループは、受光素子１５の受光スポットが受光面
のＸ−Ｙ座標の原点に位置するように動作する。

サーボが利いている状態では、陸上局及び船台局の規準
光学系光軸が一致する。この結果、陸上局の光波距離計
３の光軸が船台局の反射器４に正しく向けられて、測距
が可能となる。

なお船台局には同様の規準サーボ系が設けられているの
で、対向する三周でお互いに規準し合うことになる。

各局の規準装置２の光軸の向きを微調する手段が設けら
れている。第１図ではこの微調手段はジョイスティック
３２であるが、各Ｘ’−Ｙ軸のモータ９．１０のギヤ系
に微調つまみを設けてもよい。

ジョイスティック３２のＸ方向及びＹ方向の操作に対応
した電圧出力がＡ／Ｄ変換器３３を介してシステムコン
トローラ３０に送られ、コントローラ３０からモータド
ライブ回路３１Ｘ、３１Ｙに微調用駆動パルスが導出さ
れて各モータ９．１゜が微動される。従ってオペレータ
は例えば光波距離計３の規準望遠鏡を覗きながらジョイ
スティック３２を操作して相手局を規準する。規準が完
了した時点でサーボのスタート釦を押すと、上述の規準
サーボが始動し、その後は船台のゆれや移動に追従した
自動規準が行われる。

受光素子１５によって検出された光軸のずれ等は、シス
テムコントローラ３０のバス２９に連なる表示器３４に
よって表示される。表示器３４は例えばＣＲＴであって
、そのＸＹ座標表示におけるスボッ）３４ａが、Ｘ軸（
水平方向）及びＹ軸（垂直方向）の原点からのずれを示
す。ＣＲＴのパー表示３４ｂが受光素子１５の総合受光
レベル（受光強度）を示す。

規準状態で光波距離計３の回路部４０が作動すると、対
物レンズ５の焦点位置に置かれた送受光ユニット４１に
より、約１５ＭＨｚ（ＡＭ）の測距光の発信及び測定点
からの反射光の受信が行われる。これらの発信光と受信
光との位相差が回路部４１で測定されて、それに基づい
て局間距離が算出される。距離データは、インターフェ
ース４２、バス２９を通じてシステムコントローラ３０
に転送され、更にモデム４３を通じて船台局に送出され
る。

陸上局と船台局との間の自動規準用の送光光路及び受光
光路を双方向光通信路としても利用している。即ち、モ
デム４３の送信端子Ｓからの出力は、ＦＭ変調器４４に
導入され数ＭＨｚのキャリアが送信データでもって２Ｋ
Ｈｚ〜５ＫＨｚのデビエーションでＦＭ変調される。Ｆ
Ｍ変調出力は、周波数変換器４５（混合器）において発
振器４６の出力と混合され、例えば２００Ｋ）Ｉｚのデ
ータ信号に変換される。ＦＭデータ信号は、ＬＥＤドラ
イブ回路３５を介して発光素子１４に供給される。従っ
て発光素子１４から船台局へ向けてデータ光が送出され
る。このデータ光は既述のように規準用ガイド光として
も利用される。

一方、船台局は同様なモデム４３や送信用発光素子１４
等を備えていて、送信データ光を陸上局のザーボ用受光
光路に乗せて送信して来る。この際、既述の規準サーボ
系と同じ理由により、船台局からの送信光のキャリアを
１５０ＫＨｚにして、陸上局からの送信データのキャリ
ア周波数２００Ｈｚと異ならせている。これにより距離
計３の反射光路が存在することに起因する陸上局側の自
己漏話を無くしている。船台局からの送信データは例え
ば気圧、温度等の測距用の物理条件補正データである。

船台局から送られて来たデータ光（ガイド光）は、受光
素子１５で受光され、その４チヤンネルの出力は同調回
路２０及びアンプ２１ａ〜２１ｄを通り、更に抵抗Ｒａ
−Ｒｄ及び○Ｐアンプ５０から成る加算回路で加算され
る。加算出力はアンプ５１を介してＦＭ復調器５２に供
給され、復調されたデータ信号はモデム４３が受信端子
Ｒに供給される。モデム４３でデコード処理されたデー
タは、ハス２９を通じてシステムコントローラ３０に与
えられる。システムコントローラ３０では、船台局から
送信されたデータを用いて例えば深度、水温等の海図を
作成する。

以上のように、第１図に示した実施例によると、受光素
子１５の４チヤンネル出力がマルチプレックス・スイッ
チ２２ａ〜２２ｄにより、実質的に一チャンネルの信号
として処理されるので、増幅、検波による信号ゲインや
位相がチャンネルごとにばらつくことがなく、従ってガ
イド光のキャリア周波数を比較的高くすることができ、
送信用データ光のキャリアとして利用したときに、比較
的大きなボーレートが得られる。

第４図は送光レンス１２及び受光レンズ１３の配置の別
の例を示す図で、第４図Ａでは２つの同径のレンズ１２
．１３を送光及び受光に使用している。また第４図Ｂで
は、１つのレンズ半分ずつ送光レンズ１２及び受光レン
ズ１３として使用している。

〔発明の効果〕

請求項１の発明によれば、４象限受光素子の出力の処理
系がマルチプレックスにより１系統になるから、４系統
ごとのばらつきを考慮する必要がなく、従ってガイド光
のキャリア周波数を高くして、規準サーボ精度及び応答
性能を良くすることができる。

請求項２の発明によれば、規準ガイド光の光チャンネル
をデータ伝送路として使用するので、ガイド光のキャリ
ア周波数を高くすることにより、データ伝送のボーレー
トを高くすることができる。

また請求項３の発明によると、データ伝送のための送受
光系の構成が、規準サーボ系の送受光系を利用すること
により簡単になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す海洋作業周光測距シス
テムの全体ブロック図、第２図及び第３図は夫々陸上局
及び船台局の各測距装置の正面図、第４図Ａ、Ｂは送受
光レンズの配置の別の例を示す送受光学系の正面図であ
る。 なお、図面に用いた符号において、 ２−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
一自動規準装置光波距離計 反射器 対物レンズ コーナキューブプリズム 水平架腕 垂直架腕 Ｘ軸ギヤモータ Ｙ軸ギヤモータ 送受光ユニット 送光レンズ 受光レンズ 発光素子 一受光素子 マルチプレックス・スイッチ アンプ フィルタ 検波器 モデム ＦＭ変調器 である。 ＦＭ復調器 代 理 人 土 屋 勝 ■ 陸上局 第２図 送受光しシλ°“ 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、対物レンズの光軸上に配置されて、入射した規準ガ
   イド光の結像点の上下左右方向のずれを表す４象限の出
   力を得る受光素子と、 上記受光素子の４象限の出力を時分割多重するマルチプ
   レックス・スイッチと、 上記マルチプレックス・スイッチの出力のレベルを検出
   する検出手段と、 上記検出手段の出力に基いて、上記対物レンズの光軸が
   上記入射した規準ガイド光と合致するように、上下左右
   の各方向に光軸偏向を行う規準サーボ装置とを具備する
   ガイド光を用いた規準装置。 ２、上記規準ガイド光が送信データで変調されていると
   共に、 上記加算手段の出力に基いて受信データを得る復調手段
   とを具備する請求項１に記載の規準装置。 ３、相手局に上記規準ガイド光を送出する発光源と、こ
   の発光源に送信データ信号で変調した発光信号を与える
   変調手段とを具備する請求項１に記載の規準装置。