JPH0629727B2

JPH0629727B2 - レ−ザビ−ムを用いた移動体の追尾装置

Info

Publication number: JPH0629727B2
Application number: JP62028419A
Authority: JP
Inventors: 信雄小松
Original assignee: Hitachi Kiden Kogyo Ltd
Current assignee: Hitachi Kiden Kogyo Ltd
Priority date: 1987-02-10
Filing date: 1987-02-10
Publication date: 1994-04-20
Anticipated expiration: 2009-04-20
Also published as: JPS63196810A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明はレーザビームを用いた移動体の追尾装置に係
り、特に構成部品を少なくしコンパクト化を図った装置
に関する。

従来の技術従来のレーザビームを用いた移動体の追尾装置として、
レーザビーム発生手段とビーム走査手段と再帰反射手段
と受光検知手段と制御手段とを具備したものがある（例
えば特願昭61-007356 号公報）。

これはレーザビーム発生手段で発生したレーザビームを
コリメータレンズとビームスプリッタを通過させた後、
回転ミラーによって空間へ向け発射し走査せしめる。一
方、移動体にはコーナキューブ等の再帰反射手段を設け
てあり、前記走査されたレーザビームがこの再帰反射手
段によって反射されて帰還される。しかして、この帰還
レーザビームを前記ミラーで反射させ、さらに前記ビー
ムスプリッタにより光路を変更させた後、象限別４分割
レンズで集光し複数個の受光検知器に照射せしめ、この
受光検知器への入射光量により前記帰還レーザビームの
Ｘ軸、Ｙ軸方向の位置ずれを検出し、このずれ量を角度
に変換し、この角度を検出し回動せしめるロータリエン
コーダとこれに直結した駆動モータの作動により受光検
知器への入射光量が等しくなるように前記ミラーを回転
せしめ、再帰反射手段を追尾することにより移動体の追
尾を行うように構成されている。

発明が解決しようとする問題点しかしながら、上記の従来例による場合は、発射したレ
ーザビームと帰還レーザビームとが同一光路上を往復
し、帰還レーザビームのみをビームスプリッタで分離し
て、この帰還レーザビームのみを検出する構成となって
いるので、レーザビームとミラーとの間の光軸上にビー
ムスプリッタを配設する必要があり、したがってレーザ
ビーム発生器とミラーとの設置間隔が長くなる。また、
レーザビーム発生器とコリメータレンズとビームスプリ
ッタとミラーとの光軸が一直線上に配列されている。こ
のため、装置全体としての寸法が大きくなり、したがっ
て設置スペースが広くなる他、この装置の設置に際して
移動体に設けた再帰反射手段との位置を調整するために
は、ミラーの回転軸上でこの装置を回転させて行う必要
があるが、従来装置では前記設置間隔が長いため、この
装置の重心位置とミラー回転軸心との位置が遠いために
この装置の取付け調整のための手間がかかり過ぎるとい
う問題点があった。

本発明は上記事情にかんがみてなされたもので、レーザ
ビーム発生器とミラーとの設置間隔を短くするととも
に、構成を簡単にしコンパクト化したレーザビームを用
いた移動体の追尾装置を提供することを目的としてい
る。

問題点を解決するための手段この発明は、レーザビーム走査手段と、光集光照射手段
と、受光検知器と、制御装置および移動体に設けた再帰
反射手段とを備えたレーザビームを用いた移動体の追尾
装置であって、前記レーザビーム走査手段はレーザビー
ム発生器から発生したレーザビームを平行光となすコリ
メータレンズと、このコリメータレンズの光路前方に配
設され前記レーザビームの光路を９０゜変更させる第１
のプリズムと、この第１のプリズムによって変更された
光路をさらに９０゜変更させる第２のプリズムと、この
第２のプリズムによって変更された光路前方に回動可能
に設けられ第２のプリズムによって光路を変更されたレ
ーザビームを反射させ空間へ向けて走査させるととも
に、前記レーザビームが前記再帰反射手段によって反射
し再帰した帰還レーザビームを再反射させるミラーとを
具備しており、前記光集光照射手段は前記第２のプリズ
ムとミラーの間に設けられ中心部分にレーザビームおよ
び帰還レーザビームを通過せしめる通過孔が開設された
象限部４分割レンズであり、前記受光検知器は前記象限
別４分割レンズに対向してそれぞれの焦点位置に配置さ
れた４個の受光素子よりなるものであり、かつ、前記制
御装置は前記受光検知器の検知信号に基づいて前記ミラ
ーの回動角度を演算制御し、前記帰還レーザビームが常
に前記通過孔を通過するようにミラーの回動角度を制御
するようにしたことを特徴とするレーザビームを用いた
移動体の追尾装置である。

作用しかるときは、レーザビーム追尾装置から空間へ向け走
査されたレーザビームは移動体に設けられた再帰反射手
段によって前記レーザビーム追尾装置に帰還レーザビー
ムとして再帰し、象限別４分割レンズを通過する。しか
して、移動体の追尾動作が完全に行われている場合に
は、前記帰還レーザビームが前記象限別４分割レンズの
通過孔を通過し、受光検知しない。前記帰還レーザビー
ムが通過孔を外れた場合には、象限別４分割レンズのい
ずれかに入射しこの象限別４分割レンズに対向した受光
素子を照射し受光検知する。

この受光検知信号によって、レーザビーム追尾装置のミ
ラーを回転せしめ、移動体の再帰反射手段に当接するよ
うに制御が行われる。

実施例以下本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。

第１図は本発明に係るレーザビームを用いた移動体の追
尾装置を示す模式的斜視図である。

本装置10はレーザビーム走査手段と光集光照射手段と受
光検知器と制御装置および移動体に設けた再帰反射手段
とによって構成されている。

レーザビーム走査手段はレーザビームを発生させるレー
ザビーム発生器11と、このレーザビーム発生器11から発
し、コリメータレンズ12を通過し平行になったレーザビ
ームLBの光軸（矢印で図示）90゜変更させる第１のプリ
ズム13（以下プリズム13という）と、さらにこの光軸90
゜変更させる第２のプリズム14（以下プリズム14とい
う）と、プリズム14によって変更されたレーザビームLB
を反射させ、空間へ向けて発射し空間を走査させるスキ
ャナー20とによって構成されている。

そして、前記スキャナー20は、ミラー21、Ｘ軸パルスモ
ータ22、ＹＹ軸パルスモータ23、ミラー回動機構24とで
構成されている。

一方、移動体１にはコーナキューブ等の再帰反射手段２
（以下単にコーナキューブという）が設けられており、
前記走査されたレーザビームLBが入射すると入射方向と
同一方方向に再帰する帰還レーザビームRBを反射するよ
うになされている。

光集光照射手段は、プリズム14とミラー21の間に設けら
れ、このミラー21によって反射された前記帰還レーザビ
ームRB（矢印で図示）を集光して受光検知器40の受光素
子を一点照射或いは分散照射させる象限別４分割レンズ
31である。受光検知器40は前記帰還レーザビームRBの位
置ずれを検知するものである。

しかして、前記レーザビーム走査手段と光集光照射手段
と受光検知器40とは一体のケース内に収納され、前記ミ
ラー21の略外径部位には防塵ガラス板３で、その他の部
分はカバー４でもって内部を保護している。

光集光照射手段としての象限別４分割レンズ31を第２図
（ａ）に示し、以下説明する。

象限別４分割レンズ31はそれぞれ４個のプラスチックフ
レネルレンズからなり、前記フレネルレンズ311、312、
313、314を象限別に分担配設されており、またこの象限
別４分割レンズ31の中心部分には所要寸法の通過孔315
が開けられており、後記する追尾動作が完全に行われて
いる場合に帰還レーザビームRBが前記レンズを介せず前
記通過孔315内を通過し得るようになっている。なお、
前記プリズム14によって光路を変更されたレーザビーム
LBが前記ミラー21に達する間の光路は前記通過孔315を
通過するように予め設定されている。

また、受光検知器40は前記象限別４分割レンズ31に対向
してそれぞれの焦点位置に配設されている。第３図は光
集光照射手段としての象限別４分割レンズ31の動作を示
す説明図である。第３図に示すように、受光面41には前
記フレネルレンズ311、312、313、314の各焦点で帰還レ
ーザビームRBを受光するように４個の受光素子40U、40
D、40L、40Rが配設されている。この受光素子40U、40
D、40L、40Rは例えば応答速度を高めたPIN型フォトダイ
オード等が使用されている。

例えば、図示するように、有限の径を有する光束である
帰還レーザビームRBが象限別４分割レンズ31のフレネル
レンズ312に入射した場合、このフレネルレンズ312で集
光されて受光検知器40の受光素子40Lのみを照射する。

一方、象限別４分割レンズ31の中心部分に帰還レーザビ
ームRBが入射した場合には、図のようにレーザビームは
分散せず、象限別４分割レンズ31の通過孔315を通過し
て各受光素子40U、40D、40L、40Rのいずれをも照射せ
ず、したがって各受光素子はレーザビームを検出するこ
とができない。なお、象限別に配設されている各フレネ
ルレンズ311、312、313、314のいずれかに帰還レーザビ
ームRBが入射しても、その入射したレンズの焦点にある
受光素子のみを照射する。

なお、前記帰還レーザビームRBが象限別４分割レンズ31
の中心部分に入射し、分散される場合には、図示を省略
したスリットによりレーザビームLBの径を適宜調整して
帰還レーザビームRBの分散をなくするか、又は受光面41
の各受光素子への入射量が平均している場合における位
置ずれを零とするように予め設定してもよい。

次ぎに本装置10の動作について以下説明する。

レーザビーム発生器11から発生したレーザビームLBはコ
リメータレンズ12を通過し、プリズム13によってその光
軸を90゜変更され、さらにプリズム14によってその光軸
を90゜変更された後、象限別４分割レンズ31の中心部分
の通過孔315を通過し、ミラー21で反射して空間に発射
され空間を走査する。なお、これらの走査はＸ軸パルス
モータ22およびＹ軸パルスモータ23によってミラー回動
機構24を介してそれぞれの軸の回りに回動する前記ミラ
ー21によって行われる。

前記走査されたレーザビームLBは、移動体１に設けたコ
ーナキューブ２に入射すると、入射方向と同じ方向に反
射して帰還レーザビームRBとなり、レーザビームLBと同
一径路を経て再帰する。

即ち、前記帰還レーザビームRBは前記ミラー21に送り返
され、このミラー21で再び反射され、象限別４分割レン
ズ31の中心部分の通過孔315を通過直進し、受光面41を
照射する。しかし、受光面41の位置には受光素子が設け
られていないので、受光素子40U、40D、40L、40Rはいず
れも受光検知せず、したがってミラー21はその回動を停
止し、レーザビームLBは移動体１のコーナキューブ２に
当接した状態のままになる。

移動体１が前記の状態から移動しはじめると、帰還レー
ザビームRBは移動体１に追随して移動し、前記ミラー21
で再び反射された帰還レーザビームRBは象限別４分割レ
ンズ31のいずれかの象限面（フレネルレンズ311、312、
313、314）に入射して、帰還レーザビームRBが分散さ
れ、受光検知器40の受光面41を照射することになる。こ
こで、前記象限別４分割レンズ31に入射した帰還レーザ
ビームRBのフレネルレンズ311、312、313、314のいずれ
かへの入射光量が前記フレネルレンズ311、312、313、3
14に対応する各受光素子40U、40D、40L、40Rのいずれか
によって検知・比較されて帰還レーザビームRBの位置ず
れを検出し、前記各受光素子40U、40D、40L、40Rへの入
射光量が零になる如く、制御装置50を介してＸ軸パルス
モータ22、Ｙ軸パルスモータ23を制御してミラー21を動
かすことにより、移動体１のコーナキューブ２を追尾す
る。

ミラー21の回動角度は、、Ｘ軸方向の回動角度について
は、Ｘ軸パルスモータ22に出力するパルスをカウントす
ることにより、又Ｙ軸方向の回動角度については、Ｙ軸
パルスモータ23に出力するパルスをカウントすることに
より、予め設定されたパルスカウントと比較することに
よってそれぞれ検出される。

なお、上述の実施例では光集光照射手段としての象限別
４分割レンズ31は第２図（ａ）に示すような４個のフレ
ネルレンズ311、312、313、314を分担配設したものを使
用しているが、この発明はこれに限定されず、例えば第
２図（ｂ）に示すような４個の凸レンズを分担配設した
ものであってもよく、上述の実施例と同様の効果を奏す
るものである。

第４図は本実施例での制御装置50の主要部のブロック図
を示すものである。受光検知器40の信号は、制御装置50
の増幅回路51で増幅され、スキャンニングコントロール
回路52を介してマイクロコンピュータ53に入力される。

Ｘ軸パルスモータドライバ57への出力パルスをカウンタ
回路54に、Ｙ軸パルスモータドライバ58への出力パルス
をカウンタ回路55に入力し、カウンタ回路54および55を
介して角度入力回路56に入力する。角度入力回路56より
この角度信号はマイクロコンピュータ53に入力する。受
光検知器40よりの信号とＸ軸パルスモータ22およびＹ軸
パルスモータ23の信号により、コーナキューブ２とミラ
ー21との位置ずれを演算する。この演算結果により、マ
イクロコンピュータ53よりスキャンニングコントロール
回路52を介してＸ軸パルスモータドライバー57を駆動
し、Ｘ軸パルスモータ22を所定角度回動する一方、Ｙ軸
パルスモータドライバー58を駆動してＹ軸パルスモータ
23を所定角度回動して、ミラー21を所定位置とし、常に
レーザビームLBとコーナキューブ２とが一致するように
追尾する。

なお、前記帰還レーザビームRBが受光検知器40によって
受光検知されない場合、即ち、帰還レーザビームRBが象
限別４分割レンズ31の通過孔135を通過する場合、換言
すれば追尾動作が完全に行われていない場合には、前記
受光検知器40は信号を発せず、したがって前記制御装置
50は作動しない。

発明の効果以上説明したように、本発明によれば、象限別４分割レ
ンズ31（フレネルレンズ311、312、313、314）の中心部
分に通過孔を設け、発生したレーザビームLBと帰還レー
ザビームRBとを前記通過孔を通過するように構成されて
いるので、従来必要としていたビームスプリッタを必要
としないという効果がある。又、２個のプリズムによっ
てレーザビームLBの光軸を180゜変更せしめたので、本
装置内における相対的光路を短くすることができる。さ
らに、ミラー21の回動用モータとしてパルスモータを用
いることにより、角度検出用ロータリエンコーダを必要
としない。

以上により従来装置に比較して構成部品を少なくするこ
とができるほか、光路を短くすることが可能であるの
で、装置のコンパクト化が図れることになる。なお、本
装置内の相対的光路が一方向に且つコンパクトに纏めら
れるので、本装置の重心位置が近くなり、その取付けが
簡単になるという利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のレーザビームを用いた移動体の追尾装
置の斜視図、第２図は象限別４分割レンズの斜視図、第
３図は光集光照射手段としての象限別４分割レンズの動
作を示す説明図、第４図は制御装置およびレーザビーム
を用いた移動体の追尾装置のブロック図をそれぞれ示
す。１……移動体、２……コーナキューブ、10……レーザビ
ームを用いた移動体の追尾装置、11……レーザビーム発
生器、13、14……プリズム、21……ミラー、22……Ｘ軸
パルスモータ、23……Ｙ軸パルスモータ、31……象限別
４分割レンズ、40……受光検知器、LB……レーザビー
ム、RB……帰還レーザビーム。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザビーム走査手段と、光集光照射手段
と、受光検知器と、制御装置および移動体に設けた再帰
反射手段とを備えたレーザビームを用いた移動体の追尾
装置であって、前記レーザビーム走査手段はレーザビー
ム発生器から発生したレーザビームを平行光となすコリ
メータレンズと、このコリメータレンズの光路前方に配
設され前記レーザビームの光路を９０゜変更させる第１
のプリズムと、この第１のプリズムによって変更された
光路をさらに９０゜変更させる第２のプリズムと、この
第２のプリズムによって変更された光路前方に回動可能
に設けられ第２のプリズムによって光路を変更されたレ
ーザビームを反射させ空間へ向けて走査させるととも
に、前記レーザビームが前記再帰反射手段によって反射
し再帰した帰還レーザビームを再反射させるミラーとを
具備しており、前記光集光照射手段は前記第２のプリズ
ムとミラーの間に設けられ中心部分にレーザビームおよ
び帰還レーザビームを通過せしめる通過孔が開設された
象限部４分割レンズであり、前記受光検知器は前記象限
別４分割レンズに対向してそれぞれの焦点位置に配置さ
れた４個の受光素子よりなるものであり、かつ、前記制
御装置は前記受光検知器の検知信号に基づいて前記ミラ
ーの回動角度を演算制御し、前記帰還レーザビームが常
に前記通過孔を通過するようにミラーの回動角度を制御
するようにしたことを特徴とするレーザビームを用いた
移動体の追尾装置。