JPH10170268A - 投光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 投光装置の装置構成を可及的に簡素化する。 【解決手段】 基体８０に対して回動体８１が回動自在
に支持されて、駆動手段８２により設定回動状態にて回
動駆動され、それの回動軸芯と交差する方向にビーム光
を投射する投光装置において、回動体８１の回動位置を
検出する回動位置検出手段ＲＰは、光源ＲＳと、その光
源ＲＳから投射された光を検出する受光器ＰＳとが備え
られて、受光器ＰＳが光源ＲＳから投射された光を検出
する受光状態と光源ＲＳから投射された光を検出しない
非受光状態との切り換わりによって、回動体８１が設定
回動位置にあることを検出し、その設定回動位置にある
ことを検出した時点からの経過時間情報と、予め記憶さ
れている前記設定回動状態における時間と回動位置との
関係を示す回動位置決定用記憶情報とに基づいて、回動
体８１の回動位置を検出するように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、静止状態で配置さ
れる基体と、その基体に対して回動自在に支持される回
動体と、その回動体を設定回動状態にて回動駆動する駆
動手段と、前記回動体の回動位置を検出する回動位置検
出手段とが設けられ、前記回動体から、それの回動軸芯
と交差する方向にビーム光を投射する投光装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】かかる投光装置は、基体に対して回動自
在に支持される回動体から、それの回動軸芯と交差する
方向にビーム光を投射するものであり、例えば、ビーム
光を回転走査して、その投射したビーム光を反射する物
体の存在方位を検出すること等の種々の用途に用いられ
る。従って、回動体の回動位置を検出する必要があり、
回動位置検出手段が設けられている。この回動位置検出
手段の具体構成としては、従来、例えばパルスエンコー
ダの回転軸を回動体に固定し、パルスエンコーダの出力
パルス数を計数することによって上記回動位置を検出す
ることが一般的に行われていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来構成では、パルスエンコーダの存在自体によって構成
が複雑化すると共に、基体と回動体とに亘る状態でパル
スエンコーダを設置する必要があり、パルスエンコーダ
を取り付けるための構成も複雑化して、投光装置が全体
として複雑化する不都合があった。本発明は、上記実情
に鑑みてなされたものであって、その目的は、投光装置
の装置構成を可及的に簡素化する点にある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記請求項１記載の構成
を備えることにより、回動体の回動位置を検出する回動
位置検出手段は、受光器が光源から投射された光を検出
する受光状態と、光源から投射された光を検出しない非
受光状態との切り換わりによって、回動体が設定回動位
置に位置することを検出し、この設定回動位置を基準と
して、その設定回動位置にあることを検出した時点から
の経過時間を計測する。一方、回動体は駆動手段にて設
定回動状態にて回転駆動されるので、時間と回動位置と
の関係を示す情報を求めて、これを回動位置決定用記憶
情報として記憶しておくことができる。そこで、上記の
ように経過時間情報が計測されれば、その回動位置決定
用記憶情報を利用して、回動体の回動位置を検出するこ
とができるのである。従って、主には、光源及び受光器
を備えて、回動体が設定回動位置にあることを検出でき
るための構成とするだけで、回動体の回動位置を検出す
ることが可能となり、もって、投光装置の装置構成を可
及的に簡素化できるに至った。

【０００５】又、上記請求項２記載の構成を備えること
により、回動位置検出手段の主要部である光源及び受光
器は基体側に設けられているので、回動体が設定回動位
置にあることを検出するために、光源からの光を受光器
に向けて反射する反射体を設けている。従って、光源と
受光器とを基体と回動体とに振り分け配置する構成で
は、基体と回転する回動体とを電気的に配線する必要が
あり、構成が複雑化するのに対して、光源及び受光器を
基体に側に設けることで、このような不都合がなく、構
成の複雑化を防止できる。

【０００６】又、上記請求項３記載の構成を備えること
により、回動体は、駆動手段により鉛直軸芯周りに回動
し、その回動は等速回転である。従って、投光装置をい
わゆるレーザレベラーとして用いることが可能となり、
しかも、回動体が等速回転することから、時間と回動位
置との関係を示す回動位置決定用記憶情報を単純化する
ことができて、回動体が設定回動位置にあることを検出
した時点からの経過時間情報から、簡単な演算処理で回
動体の回動位置を求めることができ、もって、投光装置
を一層便利なものとできる。

【０００７】又、上記請求項４記載の構成を備えること
により、回動位置検出手段の主要部を構成する光源が、
回動体から投射されるビーム光用の光源と兼用構成され
ているので、投光装置の装置構成を更に簡素化できる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の投光装置ＬＥを、
耕耘装置６を取り付けた農用トラクターＶ（以後、作業
車Ｖという）が、圃場Ｆ内に設けた複数個の作業行程Ｌ
に沿って自動走行しながら、耕耘作業等を行うときの、
作業車Ｖの測位に利用した場合の実施の形態について、
図面に基づいて説明する。

【０００９】圃場Ｆの外側には、図１及び図５に示すよ
うに、レーザ測位装置４０が、水平面内における位置が
判っている地上側の設定基準位置に設置されている。レ
ーザ測位装置４０は、作業車Ｖまでの距離を測定すると
共に、レーザ測位装置４０に対する作業車Ｖの存在方位
を測定して、作業車Ｖの存在位置を測定するものであ
り、このため、投光装置ＬＥにてビーム光を水平方向に
回転走査自在に構成され、そのビーム光が作業車Ｖに備
えられた回帰反射体５３にて反射されて戻ってきた光を
検出して、作業車Ｖまでの距離とビーム光が反射してき
たときのビーム光の走査角とから、作業車Ｖの水平面内
における位置測定を行う。

【００１０】回帰反射体５３は、いわゆるコーナーキュ
ーブの反射面に相当するものを円筒の周面に多数配列し
たものであり、ビーム光が飛来して来た方向にそのビー
ム光を反射する。回帰反射体５３は、後述する作業車側
受光器５４と共に二股状の支持アーム５１に取り付けら
れ、支持アーム５１は、図１及び図２等に示すように、
耕耘装置６側に取り付けられている支持筒３７ａに内嵌
状態で支持されネジ止め固定される。

【００１１】レーザ測位装置４０の投光装置ＬＥは、図
３に概略断面を示すように、静止状態で配置される基体
８０と、その基体８０に対して上下一対のベアリング８
０ａ，８０ａを介して回動自在に支持される回動体８１
と、基体８０内に回動体８１を回動駆動する駆動手段と
しての電動モータ８２とが設けられ、回動体８１から、
それの回動軸芯である鉛直軸芯と垂直に交差する方向、
具体的には水平方向にビーム光を投射する。電動モータ
８２の回転軸に固定された駆動スプロケット８２ａと、
回動体８１の下部の筒状回動部８１ａに外嵌状態で取り
付けられたスプロケット８１ｂとが、チェーン８２ｂに
よって連結され、電動モータ８２を一定速度で回転させ
ることで、回動体８１が一定方向に等速回転する。

【００１２】投光装置ＬＥの基体８０には、上記ビーム
光用の光源ＢＳと回動体８１の回動位置検出用の光源Ｒ
Ｓとを兼用する半導体レーザ素子６０と、半導体レーザ
素子６０の出射光を平行光にするコリメートレンズ６１
と、半導体レーザ素子６０の光軸方向に並ぶ第１ハーフ
ミラー６５ａ及び第２ハーフミラー６５ｂと、回動位置
検出用の光源ＲＳとして機能する半導体レーザ素子６０
から投射された光を受光する受光器ＰＳとしての回動位
置検出用受光素子６２とが設けられ、更に、半導体レー
ザ素子６０の出射光をハーフミラー６５ａにて９０度偏
向した光の通過を許容する開口８０ｂと、半導体レーザ
素子６０の出射光をハーフミラー６５ｂにて９０度偏向
した光の通過を許容する開口８０ｃとが形成されてい
る。又、投光装置ＬＥ自体を構成するものではないが、
回帰反射体５３で反射して投光装置ＬＥに戻って来たビ
ーム光を受光する距離検出用受光素子６３、及び、その
反射ビーム光を距離検出用受光素子６３に集光する集光
レンズ６４も基体８０内に備えられている。

【００１３】投光装置ＬＥの回動体８１には、開口８０
ｂの通過光を９０度偏向して水平方向にビーム光を投射
するための反射鏡８１ｃと、開口８０ｃの通過光をハー
フミラー６５ｂに向けてそのまま反射する反射体ＭＲと
しての回動位置検出用反射鏡８１ｄとが固定取り付けさ
れ、上部にビーム光を投射するための開口８１ｅが形成
されている。回動位置検出用反射鏡８１ｄは、平面視で
回動体８１の回動時における回動位置検出用反射鏡８１
ｄの移動軌跡上に基体８０に形成された開口８０ｃが位
置するように、且つ、その移動軌跡に沿って設定幅を有
するように構成されている。

【００１４】電動モータ８２の駆動により回転走査する
状態で投光装置ＬＥから投光され、作業車Ｖで反射され
て戻ってきたビーム光は、ハーフミラー６５ａを経由し
て距離検出用受光素子６３に導かれ、検出される。距離
検出用受光素子６３の検出信号は、図４に概略的に示す
基体８０内の信号処理回路にて処理され、作業車Ｖまで
の距離検出に利用される。図４に示す信号処理回路に
は、距離検出用受光素子６３の検出信号を処理する部分
の他に、半導体レーザ素子６０に対する変調回路及び回
動体８１の回動位置を検出するために回動位置検出用受
光素子６２の検出信号を処理する部分が含まれている。

【００１５】以下、図４の信号処理回路について説明す
る。先ず、上記処理回路による作業車Ｖまでの距離を求
める処理について説明する。半導体レーザ素子６０は、
パルス発振回路６７による数μｓ〜十数μｓ程度の繰り
返し周期のパルス信号で駆動され、この結果、半導体レ
ーザ素子６０の出射光は一定周期のパルス光となる。

【００１６】距離検出用受光素子６３の検出信号は、コ
ンパレータ６８に入力されて、計時手段としてのタイマ
６９に入力される。このタイマ６９には、パルス発振器
６７の出力信号も入力され、タイマ６９は、パルス発振
器６７からパルス信号が入力されると共に計時を開始
し、コンパレータ６８からパルス信号が入力されるまで
の計時時間ｔを演算装置７０へ出力する。上記パルス信
号の繰り返し周期は、作業車Ｖまでの距離として想定し
ている最大距離を光が往復する時間より長くなるように
設定してあるので、演算装置７０は、上記の計時時間か
ら、距離情報Ｄ（＝ｔ×ｃ／２）を求める（ｃは光の速
さ）。

【００１７】次に、図４に示す処理回路による回動体８
１の回動位置を求める処理について説明する。回動位置
検出用受光素子６２の検出信号はコンパレータ７６に入
力されて、回動位置検出用反射鏡８１ｄからの反射光を
受光しているか否かに対応するパルス信号に変換され
る。コンパレータ７６の出力信号は、タイマ７７に入力
されてパルス間の時間（具体的には、パルスの立ち上が
り時点間の間隔等）が計測される。すなわち、タイマ７
７では、回動体８１が一回転するのに要する時間を常時
計測しており、計測を行う度に、設定回動状態すなわち
等速回転における時間と回動位置との関係を示す回動位
置決定用記憶情報として演算装置７０に記憶される。
尚、タイマ７７による計測は、適当な時間間隔をおいて
実行しても良いし、装置の起動時に一度行うだけでも良
い。又、タイマ７７によらずに別途回動位置決定用記憶
情報を求めて記憶しておけば、タイマ７７は設けなくて
も良い。

【００１８】コンパレータ７６の出力信号は、もう一方
のタイマ７８にも入力されて、計時される。このタイマ
７８では、コンパレータ７６の出力信号に含まれるパル
スを検出した時点から計時を開始して、コンパレータ６
８の出力信号に含まれるパルスを検出した時点で計時を
終了する。すなわち、大まかに表現すると、タイマ７８
は、回動位置検出用受光素子６２が光源ＲＳから投射さ
れた光を受光する受光状態と光源ＲＳから投射された光
を受光しない非受光状態とが切り換わった時点で、回動
位置検出用反射鏡８１ｄが回動位置検出用受光素子６２
の直上を通過する設定回動位置にあることを検知でき、
その時点作業車Ｖからの反射光を検出した時点までの時
間を計測している。

【００１９】回動体８１は電動モータ８２の駆動により
等速回転しているので、演算装置７０は、タイマ７８の
計測時間の、回動位置決定用記憶情報として記憶してい
るタイマ７７の計測時間に対する比を求めることで、上
記受光状態と非受光状態との切り換わるときの回動体８
１の位置すなわち上記設定回動位置を基準として、回動
体８１の回動位置を求めることができる。従って、半導
体レーザ素子６０、回動位置検出用反射鏡８１ｄ、回動
位置検出用受光素子６２、コンパレータ７６、タイマ７
７，７８及び演算装置７０を主要部として、回動体８１
の回動位置を検出する回動位置検出手段ＲＰを構成して
いる。本実施の形態においては、作業車Ｖの存在方位の
測定を目的としているので、計時の終了したタイマ７８
の計測時間の、演算装置７０に記憶しているタイマ７７
の計測時間に対する比を求め、図５においてαで示すビ
ーム光の投射方位に換算する。この投射方位の情報と、
上述の距離情報とから、作業車Ｖの圃場Ｆにおける水平
面内の位置情報を求めて、スペクトラム拡散方式の無線
装置であるＳＳ無線装置５２にて作業車Ｖに送信する。

【００２０】次に、作業車Ｖの構成について説明する。
図１に示すように、車体５の後部側のミッションケース
２５に、３点リンク機構２７が支持され、３点リンク機
構２７を介して、ロータリー式の耕耘装置６が着脱自在
で、且つ、昇降用油圧シリンダ１３の駆動力により昇降
自在に連結されている。耕耘装置６には、上述のよう
に、作業車側受光器５４が、回帰反射体５３と共に、支
持筒３７ａに支持される状態で取り付けられている。作
業車側受光器５４は、図２に示すように、受光パネル５
４ａが支持部５４ｂの表裏両面に取り付けられて構成さ
れている。受光パネル５４ａは、多数の受光素子が上下
方向に配列されて構成され、高さ方向で受光位置が検出
可能となっており、レーザ測位装置４０のビーム光の投
射高さが一定であるので、そのビーム光が受光パネル５
４ａのどの位置に当たるかによって耕耘装置６の絶対的
な高さを検出できる。

【００２１】車体５に備えた左右一対の前輪３及び後輪
４は、図示しない油圧シリンダによって、左右を一対と
して各別に操向操作自在に構成され、前輪３のみを操向
する２輪ステアリング形式、前後輪３，４を逆位相で且
つ同角度に操向する４輪ステアリング形式の２種類のス
テアリング形式を選択使用できる。尚、各作業行程Ｌに
沿っての直進走行時には、前輪３のみを操向する２輪ス
テアリング形式で行う。

【００２２】上述のようにＳＳ無線装置５２にて送信さ
れた、作業車Ｖの水平面内での位置情報は、作業車Ｖに
備えられているＳＳ無線装置５０に受信され、図５に示
すように、作業車Ｖが圃場Ｆの作業行程Ｌに沿って走行
するのに利用される。具体的には、水平面内の位置情報
として記憶されている作業行程Ｌと、実際に検出した水
平面内における位置情報との偏差が、設定範囲内に収ま
るように、ステアリング制御される。

【００２３】このような操向制御によって、作業車Ｖ
は、図５で最右端側に位置する最初の作業行程Ｌのスタ
ート地点Ｓｔから走行開始して、２輪ステアリングで各
行程に沿って直進走行するとともに、各作業行程Ｌの終
端部から隣接する作業行程Ｌの始端部に向けて、終端地
点ｅから所定距離直進走行してから１８０度の旋回動作
を開始し、所定の旋回区間ｇを経て旋回動作の終点ｆに
至る経路ｅ〜ｆを所望の回向軌跡とする回向パターン
で、４輪ステアリングにて回向動作し、回向後は、逆方
向に走行する往復走行を繰り返して、圃場Ｆの全範囲を
走行する。そして、各作業行程Ｌにおける適正作業箇所
において、耕耘装置６の絶対的な高さが設定高さを維持
するように、耕耘装置６の高さ情報に基づいて、昇降用
油圧シリンダ１３が制御される。

【００２４】〔別実施形態〕以下、本発明の別実施形態
を列記する。 上記実施の形態では、回動体８１に反射体ＭＲとし
ての回動位置検出用反射鏡８１ｄを設けているが、図６
に示すように、基体８０の上面に鉛直方向に立設する状
態で、反射体ＭＲとして幅狭の回動位置検出用反射鏡９
０を設けても良い。尚、上記実施の形態と同符号を付し
てあるものは、上記実施の形態と共通のものである。こ
の場合、投光装置ＬＥから投射されたビーム光が上記回
動位置検出用反射鏡９０を横切った位置が、基準となる
設定回動位置であり、距離検出用受光素子６３の受光状
態と非受光状態との切り換わりにより、回動体８１がそ
の設定回動位置にあることを検出できる。従って、距離
検出用受光素子６２が回動位置の検出のための受光器Ｐ
Ｓを兼用するものとなる。このように兼用構成すると、
距離検出用受光素子６３は、作業車Ｖからの反射光と回
動位置検出用反射鏡９０からの反射光との両方を受光す
ることになるが、これは、作業車Ｖからの反射光を遮っ
た状態で回動位置検出用受光素子９０からの反射光を検
出し、その検出タイミングを記憶しておくことで区別す
ることができる。

【００２５】 上記実施の形態では、回動体８１に反
射体ＭＲを設けて、光源ＲＳ及び受光器ＰＳを基体８０
側に設けているが、例えば、光源ＲＳを回動体８１側
に、受光器ＰＳを基体８０側に振り分けて配置しても、
上記と同様にして回動位置の検出を行うことができる。 上記実施の形態では、回動体８１の回動位置検出用
の光源ＲＳとビーム光用の光源ＢＳとを半導体レーザ素
子６０にて兼用構成としているが、それらを別個に設け
てもよい。

【００２６】 上記実施の形態では、作業車Ｖの測位
を、作業車Ｖまでの距離の測定結果及び作業車Ｖの存在
方位の測定結果に基づいて行っているが、投光装置ＬＥ
を基準となる２箇所に配置し、夫々の箇所において作業
車Ｖの存在方位を検出して、いわゆる三角測量の原理
で、作業車Ｖの測位を行うようにしても良い。 上記実施の形態では、投光装置ＬＥは、ビーム光を
回転走査する構成としているが、作業車Ｖの走行予定範
囲内でビーム光を往復移動させるようにしても良い。こ
の場合における上記回動位置決定用記憶情報について
は、基準となる設定回動位置からの各時間と回動位置と
の関係のデータを予め計測して、データテーブルとして
演算装置に記憶しておけば良い。 上記実施の形態では、本発明を、農用トラクターＶ
が圃場Ｆ内で耕耘作業を行うときの農用トラクターＶの
測位に適用する場合を例示しているが、田植え機等の他
の農機やバックホー等の建機の測位にも適用できる。本
発明を建機に適用した場合の具体的な運用としては、例
えば、操作者が搭乗して、建機である作業車Ｖを操縦し
ながら土地のレベリング作業を行うような場合、操作者
が、レーザ測位装置４０にて測定した位置情報をもと
に、起伏の平滑化を重点的に行うべき位置を知ることが
できる。

【００２７】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構造に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態にかかる測位装置の側面図

【図２】本発明の実施の形態にかかる要部斜視図

【図３】本発明の実施の形態にかかる投光装置の概略断
面図

【図４】本発明の実施の形態にかかる測位装置のブロッ
ク構成図

【図５】本発明の実施の形態にかかる作業車の作業行程
を示す平面図

【図６】本発明の別実施形態にかかる投光装置の概略断
面図

【符号の説明】

ＰＳ 受光器 ８０ 基体 ８１ 回動体 ８２ 駆動手段 ＢＳ ビーム光用の光源 ＭＲ 反射体 ＲＰ 回動位置検出手段 ＲＳ 光源

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 静止状態で配置される基体（８０）と、
   その基体（８０）に対して回動自在に支持される回動体
   （８１）と、その回動体（８１）を設定回動状態にて回
   動駆動する駆動手段（８２）と、前記回動体（８１）の
   回動位置を検出する回動位置検出手段（ＲＰ）とが設け
   られ、 前記回動体（８１）から、それの回動軸芯と交差する方
   向にビーム光を投射する投光装置であって、 前記回動位置検出手段（ＲＰ）は、 光源（ＲＳ）と、その光源（ＲＳ）から投射された光を
   検出する受光器（ＰＳ）とが備えられて、前記回動体
   （８１）の回動に伴う、前記受光器（ＰＳ）が前記光源
   （ＲＳ）から投射された光を検出する受光状態と前記光
   源（ＲＳ）から投射された光を検出しない非受光状態と
   の切り換わりによって、前記回動体（８１）が設定回動
   位置にあることを検出し、 その設定回動位置にあることを検出した時点からの経過
   時間情報と、予め記憶されている前記設定回動状態にお
   ける時間と回動位置との関係を示す回動位置決定用記憶
   情報とに基づいて、前記回動体（８１）の回動位置を検
   出するように構成されている投光装置。
2. 【請求項２】 前記光源（ＲＳ）及び前記受光器（Ｐ
   Ｓ）が、前記基体（８０）側に設けられ、 前記回動体（８１）に、前記光源（ＲＳ）からの光を前
   記受光器（ＰＳ）に向けて反射する反射体（ＭＲ）が設
   けられている請求項１記載の投光装置。
3. 【請求項３】 前記回動体（８１）は、前記基体（８
   ０）に対して、鉛直軸芯周りに回動自在に支持され、前
   記駆動手段（８２）は、前記回動体（８１）を等速回転
   させるように構成されている請求項１又は２記載の投光
   装置。
4. 【請求項４】 前記回動位置検出手段（ＲＰ）に備えら
   れた光源（ＲＳ）が、前記回動体（８１）から投射され
   るビーム光用の光源（ＲＳ）と兼用構成されている請求
   項１〜３のいずれか１項に記載の投光装置。