JPH0481127B2 - - Google Patents
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- JPH0481127B2 JPH0481127B2 JP58211278A JP21127883A JPH0481127B2 JP H0481127 B2 JPH0481127 B2 JP H0481127B2 JP 58211278 A JP58211278 A JP 58211278A JP 21127883 A JP21127883 A JP 21127883A JP H0481127 B2 JPH0481127 B2 JP H0481127B2
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- JP
- Japan
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- azimuth angle
- light source
- rotating
- convex lens
- light
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- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 15
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 8
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000005469 synchrotron radiation Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C15/00—Surveying instruments or accessories not provided for in groups G01C1/00 - G01C13/00
- G01C15/002—Active optical surveying means
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は方位角度検出装置に係り、特に任意に
移動する無軌道走行ユニツトなどの方位を高い精
度で検出する場合に有用な方位角度検出装置に関
するものである。
移動する無軌道走行ユニツトなどの方位を高い精
度で検出する場合に有用な方位角度検出装置に関
するものである。
無軌道走行ユニツトのように走行支持面に沿つ
て任意の各方向に移動する物体の方位を正確に検
出するためには、例えば光学センサを角度センサ
として利用することが考えられる。すなわち、走
行ユニツトに発光器を搭載するとともに、基準位
置に複数の受光素子を並べておいて、光の到達の
有無によつて方位を検出する方法などである。し
かしながら、この例では受光素子の数が非常に多
くなり、かつ、その数によつて角度の分解能が影
響されて誤差が大きくなり易いなどの難点があ
る。また、例えば原子炉圧力容器の表面に沿つて
移動する走行ユニツトであると、その移動が広範
囲に及ぶから、受光素子を単純に並べる方法によ
つて方位検出を保証することが、技術的に困難と
なる問題を生じるものであつた。
て任意の各方向に移動する物体の方位を正確に検
出するためには、例えば光学センサを角度センサ
として利用することが考えられる。すなわち、走
行ユニツトに発光器を搭載するとともに、基準位
置に複数の受光素子を並べておいて、光の到達の
有無によつて方位を検出する方法などである。し
かしながら、この例では受光素子の数が非常に多
くなり、かつ、その数によつて角度の分解能が影
響されて誤差が大きくなり易いなどの難点があ
る。また、例えば原子炉圧力容器の表面に沿つて
移動する走行ユニツトであると、その移動が広範
囲に及ぶから、受光素子を単純に並べる方法によ
つて方位検出を保証することが、技術的に困難と
なる問題を生じるものであつた。
本発明はこのような背景に基づいてなされたも
ので、任意の位置を高速走行する走行ユニツトに
適用し得て、方位を高い精度で迅速に繰り返し検
出するとともに、検出範囲が大きく受光部を１個
とすることのできる方位角度検出装置の提供を目
的としている。
ので、任意の位置を高速走行する走行ユニツトに
適用し得て、方位を高い精度で迅速に繰り返し検
出するとともに、検出範囲が大きく受光部を１個
とすることのできる方位角度検出装置の提供を目
的としている。
このような目的を達成するため、本発明は、走
行ユニツトに搭載され高速回転させられる回転光
源と、該回転光源から離間した位置に配され低速
回転させられるターンテーブルと、該ターンテー
ブルに搭載され回転光源からの放射光の集光時に
ターンテーブルの回転角及び放射光の方向により
方位角度を検出するための方位角度センサを具備
し、該方位角度センサは、放射光を光スポツト化
する凸レンズと、該凸レンズの焦点付近に位置し
て光スポツトの移動による信号レベルの変化量の
中間点を検出するための光電変換素子とが配され
る構成の走行ユニツト等の方位角度検出装置とし
ている。
行ユニツトに搭載され高速回転させられる回転光
源と、該回転光源から離間した位置に配され低速
回転させられるターンテーブルと、該ターンテー
ブルに搭載され回転光源からの放射光の集光時に
ターンテーブルの回転角及び放射光の方向により
方位角度を検出するための方位角度センサを具備
し、該方位角度センサは、放射光を光スポツト化
する凸レンズと、該凸レンズの焦点付近に位置し
て光スポツトの移動による信号レベルの変化量の
中間点を検出するための光電変換素子とが配され
る構成の走行ユニツト等の方位角度検出装置とし
ている。
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明
すると、第１図は親機１と子機２とを使用して、
任意の方向に任意の速度で移動する熱軌道走行ユ
ニツト３の方位を検出する状態を示す概略平面図
である。親機１の上に回転自在に取り付けられた
ターンテーブル４には、その回転中心線と光学的
中心とを一致させて方位角度センサ５が設けられ
る。また、ターンテーブル４は駆動モータ６、ウ
オームギヤ７などからなる回転駆動機構により、
例えば揺動角270゜、2.5゜／秒で左右に往復回転し
得る機能を有している。そして、ターンテーブル
４にはその回転角を例えば0.01゜の分解能で検出
するためのロータリーエンコーダ８が設けられ
る。
すると、第１図は親機１と子機２とを使用して、
任意の方向に任意の速度で移動する熱軌道走行ユ
ニツト３の方位を検出する状態を示す概略平面図
である。親機１の上に回転自在に取り付けられた
ターンテーブル４には、その回転中心線と光学的
中心とを一致させて方位角度センサ５が設けられ
る。また、ターンテーブル４は駆動モータ６、ウ
オームギヤ７などからなる回転駆動機構により、
例えば揺動角270゜、2.5゜／秒で左右に往復回転し
得る機能を有している。そして、ターンテーブル
４にはその回転角を例えば0.01゜の分解能で検出
するためのロータリーエンコーダ８が設けられ
る。
一方、前記子機２には、ターンテーブル４の回
転面および方位角度センサ５の幅方向と平行な回
転面を有する回転光源９が設けられる。この回転
光源９は、内蔵されたレーザーダイオード（図示
略）で発生させたレーザービームを発光灯台１０
の頂部に取りつけられたトツプミラー１１から走
行ユニツト３の走行面に沿つて360゜全方向に放射
させるものであり、発光灯台１０には駆動モータ
１２、プーリ１３、ベルト１４などからなる高速
回転機構が連結されて、例えば3000r.p.m程度の
回転光を発生させるようになつている。
転面および方位角度センサ５の幅方向と平行な回
転面を有する回転光源９が設けられる。この回転
光源９は、内蔵されたレーザーダイオード（図示
略）で発生させたレーザービームを発光灯台１０
の頂部に取りつけられたトツプミラー１１から走
行ユニツト３の走行面に沿つて360゜全方向に放射
させるものであり、発光灯台１０には駆動モータ
１２、プーリ１３、ベルト１４などからなる高速
回転機構が連結されて、例えば3000r.p.m程度の
回転光を発生させるようになつている。
次いで回転光を受光する部分、すなわち、方位
角度センサ５の詳細について説明すると、方位角
度センサ５は光学的中心が前記ターンテーブル４
の回転中心線上に位置するように設定されるとと
もに前記回転光源９からの放射光を集光するため
の凸レンズ１５と、この凸レンズ１５の光軸上に
左右中心を有して焦点位置または光学的中心に若
干近い位置などに配されて光スポツトの移動を電
気信号に変換するための光電変換素子１６とから
構成される。そして、この光電変換素子１６は、
いわゆるリニアフオトセンサが適用され、直線的
に移動する光スポツトの位置を連続的に変化する
電気信号として出力し、受光素子両極の電極と光
スポツトとの距離に応じて光電流が按分されて、
光スポツトの位置を例えば34mmの範囲に亘つて検
出するものである。
角度センサ５の詳細について説明すると、方位角
度センサ５は光学的中心が前記ターンテーブル４
の回転中心線上に位置するように設定されるとと
もに前記回転光源９からの放射光を集光するため
の凸レンズ１５と、この凸レンズ１５の光軸上に
左右中心を有して焦点位置または光学的中心に若
干近い位置などに配されて光スポツトの移動を電
気信号に変換するための光電変換素子１６とから
構成される。そして、この光電変換素子１６は、
いわゆるリニアフオトセンサが適用され、直線的
に移動する光スポツトの位置を連続的に変化する
電気信号として出力し、受光素子両極の電極と光
スポツトとの距離に応じて光電流が按分されて、
光スポツトの位置を例えば34mmの範囲に亘つて検
出するものである。
また、親機３には、中央処理装置（CPU）な
どの演算手段が備えられて、方位角度センサ５の
光電変換素子１６の出力信号により、後述する方
法で凸レンズ１５および光電変換素子１６の光軸
の方向と光スポツトの位置とにより回転光源９の
方位角を演算検出するようにしている。
どの演算手段が備えられて、方位角度センサ５の
光電変換素子１６の出力信号により、後述する方
法で凸レンズ１５および光電変換素子１６の光軸
の方向と光スポツトの位置とにより回転光源９の
方位角を演算検出するようにしている。
以下、方位角を検出する方法について、第２図
および第３図に基づいて説明する。
および第３図に基づいて説明する。
まず、親機１と子機２とをそれぞれ運転状態と
して、子機２の回転光源９から360゜の各方向にレ
ーザービームを連続放射させると、レーザービー
ムの届く範囲、すなわち、基準位置の親機１から
子機２の回転光源９を臨み得る範囲であると、走
行ユニツト３の方位や距離、移動速度に関係な
く、レーザービームが方位角度センサ５を照射す
る瞬間が間欠的に（3000r.p.mとすると毎秒50回
ずつ）発生する。
して、子機２の回転光源９から360゜の各方向にレ
ーザービームを連続放射させると、レーザービー
ムの届く範囲、すなわち、基準位置の親機１から
子機２の回転光源９を臨み得る範囲であると、走
行ユニツト３の方位や距離、移動速度に関係な
く、レーザービームが方位角度センサ５を照射す
る瞬間が間欠的に（3000r.p.mとすると毎秒50回
ずつ）発生する。
このとき、方位角度センサ５の光軸Bmが第２
図に示すようにほゞ回転光源９の方向に向けられ
ていると、レーザービームが凸レンズ１５によつ
て集光されてスポツト状の結像が形成される。
図に示すようにほゞ回転光源９の方向に向けられ
ていると、レーザービームが凸レンズ１５によつ
て集光されてスポツト状の結像が形成される。
この結像距離Fiは、方位角度センサ５と回転光
源９との距離Ｌが有限（例えば３ｍ以内など）で
あるため凸レンズ１５の焦点距離Ｆよりも若干大
きくなる。したがつて、凸レンズ１５と光電変換
素子１６との距離を焦点距離Ｆと等しくするかあ
るいは若干小さくなるようにしておくと、第２図
に示すように回転光源９が移動することに基づい
て、光スポツトの位置がＡ、Ｇ、Ｂに順次移動す
る現象が生じる。
源９との距離Ｌが有限（例えば３ｍ以内など）で
あるため凸レンズ１５の焦点距離Ｆよりも若干大
きくなる。したがつて、凸レンズ１５と光電変換
素子１６との距離を焦点距離Ｆと等しくするかあ
るいは若干小さくなるようにしておくと、第２図
に示すように回転光源９が移動することに基づい
て、光スポツトの位置がＡ、Ｇ、Ｂに順次移動す
る現象が生じる。
すなわち、レーザービームの方向が第２図矢印
のように変化して、凸レンズ１５の上縁に交差し
たときの初期照射線Paに対応する初期スポツト
位置Ａから、凸レンズ１５の下縁に交差したとき
の終期照射線Pbに対応する終期スポツト位置Ｂ
までスポツトが移動すると、光電変換素子１６の
両電極Ao，Boにはスポツトの移動距離Ｘの範囲
にだけ、第３図Ａ，Ｂに示すような信号が現われ
る。
のように変化して、凸レンズ１５の上縁に交差し
たときの初期照射線Paに対応する初期スポツト
位置Ａから、凸レンズ１５の下縁に交差したとき
の終期照射線Pbに対応する終期スポツト位置Ｂ
までスポツトが移動すると、光電変換素子１６の
両電極Ao，Boにはスポツトの移動距離Ｘの範囲
にだけ、第３図Ａ，Ｂに示すような信号が現われ
る。
光電変換素子１６における有効長さSlの範囲を
光スポツトが移動したときの両電極Ao，Boの出
力信号の変化量は、それぞれ第３図Ａ，Ｂの破線
で示されるように連続したものとなるが、有効長
さSlの一部分にだけ光スポツトが当つたときの両
電極Ao，Boの出力信号の変化量は、第３図Ａ，
Ｂにそれぞれ実線で示される如くである。
光スポツトが移動したときの両電極Ao，Boの出
力信号の変化量は、それぞれ第３図Ａ，Ｂの破線
で示されるように連続したものとなるが、有効長
さSlの一部分にだけ光スポツトが当つたときの両
電極Ao，Boの出力信号の変化量は、第３図Ａ，
Ｂにそれぞれ実線で示される如くである。
光スポツトの移動距離Ｘと凸レンズ１５の口径
Ｄとの間に Ｘ＝Ｄ×Ｆ／Ｌ ……（） の関係がある。また、このときの光スポツトの中
心点Ｇと光軸Bmとのずれ＝光スポツトの移動中
心は、 ＝FtanΔθ ……（） したがつてレーザービームが光スポツトＡ点に
達しているときの光電変換素子１６の電極Aoの
信号出力Iaoは、 Iao＝C1Sl×１／２＋Ｘ／―＋Ｘ／２／Sl ……（） ただし、C1：ゲイン常数。また、光電変換素
子１６の電極Boの信号出力Iboは、 Ibo＝C1Sl−（Sl×１／２＋Ｘ／―−Ｘ／―／２）／S
l……（） である。
Ｄとの間に Ｘ＝Ｄ×Ｆ／Ｌ ……（） の関係がある。また、このときの光スポツトの中
心点Ｇと光軸Bmとのずれ＝光スポツトの移動中
心は、 ＝FtanΔθ ……（） したがつてレーザービームが光スポツトＡ点に
達しているときの光電変換素子１６の電極Aoの
信号出力Iaoは、 Iao＝C1Sl×１／２＋Ｘ／―＋Ｘ／２／Sl ……（） ただし、C1：ゲイン常数。また、光電変換素
子１６の電極Boの信号出力Iboは、 Ibo＝C1Sl−（Sl×１／２＋Ｘ／―−Ｘ／―／２）／S
l……（） である。
ここで、両電極Ao、Boの信号出力の差を求め
ると、 Iao−Ibo＝C1×２Ｘ／―／Sl＝C2tanΔθC2Δθ ……（） ただし、C2＝2C1／SlＦである。そして、両電極 Ao、Boの信号出力の和は光電変換素子１６の原
理上、第３図からも明らかなように光スポツトが
あるときはC1と等しくなる。
ると、 Iao−Ibo＝C1×２Ｘ／―／Sl＝C2tanΔθC2Δθ ……（） ただし、C2＝2C1／SlＦである。そして、両電極 Ao、Boの信号出力の和は光電変換素子１６の原
理上、第３図からも明らかなように光スポツトが
あるときはC1と等しくなる。
したがつて、
Iao−Ibo／Iao＋Ibo＝2F／SlΔθ……（）
Δθ＝Iao−Ibo／Iao＋Ibo×Sl／2F ……（）
で、光軸Bmと凸レンズ１５の光学的中心を通る
回転光源中心までの方向線Pgとのなす角Δθ、す
なわち、子機８の方位を求めることができる。
回転光源中心までの方向線Pgとのなす角Δθ、す
なわち、子機８の方位を求めることができる。
また、（）式から明らかなように、回転光源
９が１回転して凸レンズ１５と交差する（スキヤ
ンする）毎に、両電極Ao、Boの出力信号の変化
量と、予め知り得る凸レンズ１５の焦点距離（光
電変換素子１６の離間距離）Ｆおよび光電変換素
子１６の有効長さSlとによつて演算をして、子機
８の方位角を迅速に繰り返し検出することができ
る。
９が１回転して凸レンズ１５と交差する（スキヤ
ンする）毎に、両電極Ao、Boの出力信号の変化
量と、予め知り得る凸レンズ１５の焦点距離（光
電変換素子１６の離間距離）Ｆおよび光電変換素
子１６の有効長さSlとによつて演算をして、子機
８の方位角を迅速に繰り返し検出することができ
る。
一方、第２図からも明らかなように、光軸Bm
と方向線Pgとのなす角Δθが Δθ≦tan-1Sl／２／Ｆ の範囲であると、方位角度センサ５を回転光源９
に正確に対向させなくても、方位角の検出をする
ことができるものであるが、方位角の検出精度は
主として光軸Bmの向きを基準方向に設定するロ
ータリーエンコーダ７の精度などによつて左右さ
れ、式で表わされるように子機８までの距離な
どによつて左右されることがない。
と方向線Pgとのなす角Δθが Δθ≦tan-1Sl／２／Ｆ の範囲であると、方位角度センサ５を回転光源９
に正確に対向させなくても、方位角の検出をする
ことができるものであるが、方位角の検出精度は
主として光軸Bmの向きを基準方向に設定するロ
ータリーエンコーダ７の精度などによつて左右さ
れ、式で表わされるように子機８までの距離な
どによつて左右されることがない。
なお、方位角度センサ５を回転光源９に対向さ
せる場合、回転駆動機構によりターンテーブル４
を揺動させるようにして、回転光源９がその揺動
角内にあるときには、これを容易に検出すること
ができるものであるが、一度、回転光源の方位を
検出した後は、揺動を引き続き繰り返す方法以外
に、毎秒に数回検出される方位角に基づいて、少
しずつターンテーブル４の向きを修正し、正対す
る状態に維持するなどの方法によつて行なうこと
もできる。
せる場合、回転駆動機構によりターンテーブル４
を揺動させるようにして、回転光源９がその揺動
角内にあるときには、これを容易に検出すること
ができるものであるが、一度、回転光源の方位を
検出した後は、揺動を引き続き繰り返す方法以外
に、毎秒に数回検出される方位角に基づいて、少
しずつターンテーブル４の向きを修正し、正対す
る状態に維持するなどの方法によつて行なうこと
もできる。
以上説明したように本発明によれば、次のよう
な優れた効果を奏するものである。
な優れた効果を奏するものである。
回転光源の放射光の360度の範囲内に、方位
角度センサが存在していれば、その設置位置で
回転光源の方位角度を検出することができる。
角度センサが存在していれば、その設置位置で
回転光源の方位角度を検出することができる。
回転光源が高速しているために、その回転数
に応じて短時間間隔で方位角度を繰り返し検出
することができる。
に応じて短時間間隔で方位角度を繰り返し検出
することができる。
放射光に方位角度センサが対向した瞬間に方
位角度の検出が行なわれ、光スポツト化によつ
て検出精度を高めるとともに、光スポツトの移
動の中間点を求めて方位角度を検出することに
よつて、方位角度センサの検出範囲を拡大する
ことができる。
位角度の検出が行なわれ、光スポツト化によつ
て検出精度を高めるとともに、光スポツトの移
動の中間点を求めて方位角度を検出することに
よつて、方位角度センサの検出範囲を拡大する
ことができる。
図面は本発明の一実施例を示すもので、第１図
は親機と子機との関係の概略平面図、第２図は光
学系の関係説明図、第３図Ａ，Ｂはセンサの信号
出力状態の説明図である。 １……親機、２……子機、３……無軌道走行ユ
ニツト、４……ターンテーブル、５……方位角度
センサ、６……駆動モータ、８……ロータリーエ
ンコーダ、９……回転光源、１２……駆動モー
タ、１５……凸レンズ、１６……光電変換素子。
は親機と子機との関係の概略平面図、第２図は光
学系の関係説明図、第３図Ａ，Ｂはセンサの信号
出力状態の説明図である。 １……親機、２……子機、３……無軌道走行ユ
ニツト、４……ターンテーブル、５……方位角度
センサ、６……駆動モータ、８……ロータリーエ
ンコーダ、９……回転光源、１２……駆動モー
タ、１５……凸レンズ、１６……光電変換素子。
Claims (1)
- １ 走行ユニツトに搭載された高速回転させられ
る回転光源と、該回転光源から離間した位置に配
され低速回転させられるターンテーブルと、該タ
ーンテーブルに搭載され回転光源からの放射光の
集光時にターンテーブルの回転角及び放射光の方
向により方位角度を検出するための方位角度セン
サとを具備し、該方位角度センサには、放射光を
光スポツト化する凸レンズと、該凸レンズの焦点
付近に位置して光スポツトの移動による信号レベ
ルの変化量の中間点を検出するための光電変換素
子とが配されることを特徴とする走行ユニツト等
の方位角度検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58211278A JPS60102513A (ja) | 1983-11-10 | 1983-11-10 | 走行ユニツト等の方位角度検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58211278A JPS60102513A (ja) | 1983-11-10 | 1983-11-10 | 走行ユニツト等の方位角度検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60102513A JPS60102513A (ja) | 1985-06-06 |
| JPH0481127B2 true JPH0481127B2 (ja) | 1992-12-22 |
Family
ID=16603273
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58211278A Granted JPS60102513A (ja) | 1983-11-10 | 1983-11-10 | 走行ユニツト等の方位角度検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60102513A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62254007A (ja) * | 1986-04-04 | 1987-11-05 | Toshihiro Tsumura | 移動体の位置検出装置 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5244717B2 (ja) * | 1974-02-08 | 1977-11-10 | ||
| JPS557527B2 (ja) * | 1974-04-10 | 1980-02-26 | ||
| JPS5369066A (en) * | 1976-12-02 | 1978-06-20 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Detection system for optical posture angle displacement |
| JPS5594508A (en) * | 1979-01-11 | 1980-07-18 | Sumitomo Electric Industries | Method of laying of cable at high height difference route |
| JPS57116814U (ja) * | 1981-01-12 | 1982-07-20 |
-
1983
- 1983-11-10 JP JP58211278A patent/JPS60102513A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60102513A (ja) | 1985-06-06 |
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