JPS60307A - 傾斜角計測システム - 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】 発明の分野 この発明は、傾斜角計測システムに関し、特にたとえば
移動体が予め定められた基準線に対してなす角度を５１
測するシステムに関する。

先行技術の説明 従来、土木機械や農業機械などのために種々の傾斜角検
出装置が提案されま・たは実現されている。

しかしながら、従来の傾斜角検出センサは、精度の低い
ものが多く、逆に精度の高いものは装置が人形かつ高価
であるという欠点があった。

発明の目的 それゆえに、この発明の主たる目的は、簡単な構成で精
度の高い計測が行なえる全く新規な傾斜角計測システム
を提供することである。

発明の構成 この発明は、要約すれば、入射した光を同一方向に反射
しかつその光反射鏡面の所定の領域にマスクが形成され
た光反射手段を設け、物体からは指向性の鋭い光ビーム
を回動走査し、光反射手段から反射された光を物体側で
゛受光し、その受光出力に基づいて、予め定められた基
準線に一致するように光ビームが形成する光走査面を変
位させ、そのとき変位手段が光走査面を変位した量を検
出することによって物体が基準線に対してなす角度を検
出するようにしたものである。

この発明の上述の目的およびその他の目的と特徴は、図
面を参照して行なう以下の詳細な説明から一層明らかと
なろう。

実施例の説明 第１図はこの発明に用いられる光反射手段の一例のコー
ナキューブを示す外観斜視図である。このコーナキュー
ブＣＣの内部には、たとえば第２図に示すように、３枚
の鏡１，２および３を立体的に組合わしたものが収納さ
れる。これら鏡１〜３は、それぞれの反射鏡面１ａ、２
ａおよび３ａが互いに直交するように組合わさイれる。

このような構成によって、コーナキューブＣＣは、以下
に説明するような光学的性質を有する。

すなわち、コーナキューブＣＣは入射した光を入射方向
と同一方向に反射する。今、コーノーキューブＣＣに入
射角度θ１で入射した光Ｌ１を考えてみる。この入射光
Ｌ１は、コーナキューブ１の内部の光反射側１８〜３ａ
で複数回〈２回）反射され、コーナキューブＣＣの光軸
Ｏに対して対称な位置から出射する。このとき、反射光
Ｌ１は入射光Ｌ１と平行であり、その反射角度は入射光
Ｌ１の入射角度と等しい。したがって、反射光Ｌ１は、
入射光Ｌ１が入射してきた方向と同一の方向に反射され
る。この関係は、入射光の入射角度にかかわらず成立す
る。たとえば、入射光Ｌ２と反射光Ｌ２とは互いに平行
であり、かつ入射光Ｌ２の入射角度と反射光Ｌ２の反射
角度は共に０２と等しい。

第３図はこの発明の一実施例を用いて移動体■の傾斜角
を測定している状態を示す図である。第４図は移動体■
の上方からビームスキャナＢＳを見た図であり、光ビー
ムの走査状態を示している。

第５図はコーナキューブＣＣに形成されるマスクＭＡと
その反射光との個係を示す図である。

まず、この発明の実施例の詳細を説明する前に第３図な
いし第５図を参照して実施例の原理について説明する。

第３図に示すように、コーナキューブＣＣが所定の位置
に固定される。一方、移動体Ｖの前部には、ビームスキ
ャナＢＳが設けられる。このビームスキャナＢＳは、た
とえばレーザ光のような指向性の鋭い光ビームを発生し
、第４図に示すごとくコーナキューブＣＣに向けて回動
走査する。

一方、コーナキューブＣＣの光反射鏡面の所定の領域に
は、たとえば塗・料や紙などでマスクＭＡが形成される
。第５図の例では、光反ｆＪＪＭ面３ａの一辺から中心
角４５度の扇状の領域（なＪ３、上面図では中心角６０
度の鱗状の領域）にマスクＭＡが形成されている。なお
、マスクＭＡは、コーナキューブＣＣの中心部および周
辺部が露出するように形成される。マスクＭＡが形成さ
れた部分に入射した光は、光反射鏡面３ａに当たらない
ため、入射方向と同一の方向には反射されない。

ところで、第５図において点線で示した領域ＭＡ′およ
びＭ　Ａ　″はマスクＭＡによって影となる領域である
。すなわち、これら領１ｉ１ｉＭＡ’およびＭ　Ａ　″
に入射した光は、一旦は光反射−面で反射されるが、２
回目あるいは３回目の反射のときにマスクＭＡに当たる
ため、入射光方向と同一方向には反射されない。

上述のごとくのコーナキューブＣＣは、第３図に示すよ
うに所定の位置に固定されるが、その際にマスクＭＡの
一辺が予め定められた基準線Ｘ−×（たとえば水平面に
沿う線）と一致するように調整される。

今、ビームスキャナＢＳからの光ビームが第５図に示す
Ａ−ＢあるいはＣ−＋ＤのようにコーナキューブＣＣの
光軸中心００を通ってコーナキューブ上を走査した場合
を考えてみる。光ビームがＡ→Ｂと走査される場合、す
なわちコーナキューブＣＣ上での走査線が基準線Ｘ−ｘ
に対して右上がり（第５図において）となっている場合
、その走査線はマスクＭＡ、領域ＭＡ’　およびＭ　Ａ
　″のいずれの部分も通過しない。したがって、このと
きコーナキューブＣＣからの反射光は、第５図に示すよ
うに、幅の広い１個のパルスを含むことになる。一方、
ビームスキャナからの光ビームがＣ→Ｄと走査される場
合、すなわちコーナキューブＣＣ上での走査線が基準線
Ｘ−Ｘに対して右下がり（第５図において）の場合、そ
の走査線は領域ＭＡ′およびマスクＭＡ上を通過する。

したがって、このときのコーナキューブＣＣからの反射
光は、第５図に示１ように、３個のパルスを含むことに
なる。

移動体■では、上述のようなコーナキューブＣＣからの
反射光を受光し、そのパルスの数を組数することによっ
て走査線が基準線ｘ−Ｘに対して右上がりであるか右下
がりであるかを判別する。

そして、その判別結果に基づいて、走査線が基準線Ｘ−
Ｘと一致するように、光ビームの走査面を回転させる。

そのときの光ビームの走査面の回転角度を検出すれば、
基準ａＸ−Ｘに対する移動体■の傾斜角度を測定するこ
とができる。なお、第３図では、移動体■の前方に向け
て光ビームを回動走査するようにしているため、基準線
Ｘ−ｘに対する移動体■の左右の傾きを計測することが
できる。もし、光ビームを移動体Ｖの右側方あるいは左
側方に向けて回動走査するようにすれば、基準線Ｘ−Ｘ
に対する移動体Ｖの前後方向の傾きが測定できる。

以下、第６八図ないし第１１図を参照してこの発明の一
実施例を詳細に説明する。

第６Ａ図および第６Ｂ図は、移動体■に設置プられるビ
ームスキャナＢＳを示す外観図であり、特に、第６Ａ図
はその側面図を示し、第６Ｂ図はその上面図を示す。図
において、ビームスキャナＢＳは、レーザ光源や受光素
子が収納された円筒４と、この円筒４に連結されたロー
タリエンコーダＥＣ１およびモータＭ１とを含む。モー
タＭ１は円筒４を回動することによって、レーザビーム
しＢを回動走査させる。〇−タリエンコーダＥＣＩはモ
ータＭ１の回動角度かつしたがってレーザ光Ｌ　Ｂの回
動角度を検出する。ロータリエンコーダＥＣ１，円筒４
およびモータＭ１は保持部材５によって保持される。こ
の保持部材５の側面中央部には、ロータリエンコーダＥ
Ｃ２およびモータＭ２が連結される。モータＭ２は保持
部材５を回動することによって、レーザビームＬＢで形
成される光走査面を回動させる。ロータリエンコーダＥ
Ｃ２はモータＭ２の回動角度かつしたがって上記光走査
面の回動角度を検出する。モータＭ２の外周側面には、
モータＭ３およびロータリエンコーダＥＣ３が連結され
る。モータＭ３はモータＭ２を回動することにより、レ
ーザビームＬ　Ｂで形成される光走査廁を第６Ａ図の上
下方向に回動させる。ロータリエンコーダＥＣ３はモー
タＭ３かつしたがって上記光走査面の上下方向の回動角
度を検出する。モータＭ３およびロータリエンコーダＥ
Ｃ３は保持部材６によって保持される。この保持部材６
は移動体Ｖに固定される。

第７図は第６Ａ図に示す円筒４の縦断面図である。図に
おいて、円筒１の内周壁には、たとえば半導体レーザな
どのレーザ光源５が設けられる。

このレーザ光源５から発射されたレーザビームＬＢは、
円筒４の側面に形成された孔６から外部へ出射される。

また、円筒４の内部には、レーザビームＬＢの光路上に
、ハーフミラ−７がほぼ４５度の角度で配置される。こ
のハーフミラ−７は、レーザ光源５からのレーザビーム
ＬＢを通過させるとともに、コーナキューブＣＣに反射
されて戻ってきた光を円筒４の底面４１の方向に反射す
る。

円筒４の底面４１には、ハーフミラ−７によって反射さ
れた光を受光するための受光素子ＢＤが配置される。こ
の受光素子ＢＤは、第８図に示すように、半円形の受光
素子ＢＤ１およびＢＯ２と、中心部に配置される小円形
の受光素子ＢＤＯからなる。

第９図はこの発明の一実施例の概略ブロック図である。

図において、ＣＰＵ１０には、ＲＯＭ１１およびＲＡＭ
１２が接続される。ＲＯＭ１１は、たとえば第１０図に
示すような動作プログラムを記憶し、ＣＰＵ１０はこの
動作プログラムに従って動作を行なう。ｃｐｕｉｏには
、さらにインターフェイス１３が接続される。このイン
ターフェイス１３には、受光素子８００．８ＤＩおよび
ＢＯ２からの受光出力が与えられる。また、これら受光
素子ＢＤＯ，ＢＤ１およびＢＯ２の出力は、ＯＲゲート
１４を介してインターフェイス１３に与えられる。さら
に、インターフェイス１３には、駆動回路１５，１６６
よび１７が接続される。各駆動回路１５〜１７は、イン
ターフェイス１３を介してＣＰＵ　１０から与えられる
制御信号に基づいて、モータＭ１〜Ｍ３を駆動する。さ
らに、インターフェイス１３には、エンコーダＥＣ１〜
ＥＣ３からの角度出力が与えられる。

第１０図は第９図に示すｃｐｕｉｏの動作を説明するた
めのフローチャートである。

以下、この発明の−＊施例の動作を説明する。

まず、第１０図に示すステップ（図示ではＳと略す）１
において、駆動回路１５が能動化され、モータＭ１によ
るレーザビームＬＢの回動走査が開始される。続いて、
ステップ２において、受光素子ＢＤの受光出力のパター
ンが読取られる。づなわら、ＯＲゲートの出力は、サン
プリングされてＲＡＭ１２に記憶されており、ＣＰＵ１
０は、モータＭ１によるレーザビームＬ　Ｂの１回の走
査が終了するごとに、そのとき記憶された受光出力のパ
ターンをＲＡＭ１２から読取る。続いて、ステップ３に
進み、コーナキューブＣＣ上の走査線がコーナキューブ
ＣＣの光軸中心ＯＯを通ったか否かが判断される。この
判断は、レーザビームｌ−Ｂの１回の走査の間に、受光
素子ＢＤＯが受光出力を導出したか否かによって判断さ
れる。すなわち、コーナキューブＣＣの光軸中心００（
第５図参照）付近に入射した光は、入射光と全（同一の
光路を辿ってビームスキャナＢＳに戻ってくる。

このようにして戻ってきたレーザ光は、ハーフミラ−７
ににって反射され、受光素子ＢＤの中心部に位置する受
光素子ＢＤに当たる。したがって、レーザビームＬＢの
１回の走査の間に受光素子ＢＤｏから受光出力が導出さ
れれば、コーナキューブＣＣ上の走査線が光軸中心ＯＯ
上を通過していることになる。

上述のステップ３において、コーナキューブＣＣ上の走
査線が光軸中心ＯＯ上を通過していないと判断された場
合は、ステップ４に進む。このステップ４では、走査線
が基準線Ｘ−ｘよりも上側（第５図において）にずれて
いるか否かが判断される。もし、走査線が基準ｍｘ−ｘ
よりも上側にずれていると判断ずれば、ステップ５に進
み、モータＭ３を第６Ａ図において時田方向（矢印Ｒの
方向）に回動させる。これによって、コーナキュー１Ｃ
Ｃ上の走査線が徐々に下がる。一方、ステップ４におい
て、走査線が基準線Ｘ−Ｘよりも下側にずれていると判
断されれば、ステップ６に進む。このステップ６では、
ステップ５とは逆に、モータＭ３を第６Ａ図にａ５いて
反時旧方向（矢印りの方向）に回動させる。これによっ
て、走査線が徐々に上がる。上述のステップ５および６
の後は、再びステップ２以下の動作が繰返される。

ここで、走査線が上側にずれているが否かは、１回の走
査において受光素子ＢＤＩとＢＯ２とのどちらがより長
く受光出力を導出したかによって判断されるが、その理
由を以下に説明する。第１図で説明したように、コーナ
キューブＣＣに入射した光は、同一の部分からは出射せ
ず、光軸Ｏを中心として点対称の位置から出射づる。し
たがって、たとえば第５図のコーナキューブＣＣにおい
て、基準線Ｘ−Ｘよりも上側の光反射鏡面に入射した光
は、内部で複数回反射された後、最終的には基準線Ｘ−
Ｘよりも下側の光反射鏡面で反射されて出射する。逆に
、基準線ｘ−Ｘよりも下側の光反射鏡面に入射した光は
、内部で複数回反射された後、最終的には基準線ｘ−ｘ
よりも上側の光反射鏡面で反射されて出射づる。これに
対して、受光素子ＢＤ１は基準線ｘ−Ｘよりも下側の反
射鏡面から出射した光を受光するように配置されている
。また、受光素子ＢＤ２は基準ａＸ−Ｘよりも上側の反
射鏡面から出射した光を受光するように配置されている
。今、コーナキューブＣＣ上の走査線が光軸中心ＯＯに
対して上側にずれている場合を考えると、この場合基準
線ｘ−ｘを境として上側の走査線の方が下側の走査線よ
りも長くなる。したがって、コーナキューブＣＣから出
射する反射光は、基準線ｘ−Ｘを境として下側の光反射
鏡面から出る時間の方が上側の光反射鏡面から出る時間
よりも長くなる。これに応じて、受光素子ＢＤでは、受
光素子ＢＤ１の受光時間が受光素子ＢＤ２の受光時間よ
りも長くなる。そこで、受光素子ＢＤ１からの受光出力
の導出時間が受光素子ＢＤ２からの受光出力の導出時間
よりも長いときは、走査線が光軸中心００に対して上側
にずれていると判断できる。上述とは逆に、受光素子Ｂ
Ｄ２からの受光出力の導出時間が受光素子ＢＤ１からの
受光出力の導出時間よりも長いとぎは、走査線が光軸中
心００に対して下側にずれていると判断できる。

ステップ２〜６の動作の繰返しによって、走査線がコー
ナキューブＣＣの光軸中心００上を通過するようになる
と、ステップ３でそのことが判断され、ステップ７に進
む。このステップ７では、ロータリエンコーダＥＣ３の
角１食出力がＲＡＭ１２に記憶される。なお、このとき
のロータリエンコーダＥＣ３の角度出力は、移動体Ｖに
対するコーナキューブＣＣの仰角を表わすものである。

次に、ステップ８に進み、エンコーダＥＣ２の角度出力
が記憶されるとともに、再び受光素子ＢＤの受光出力の
パターンが読取られる。そして、ステップ９に進み、今
回読取った受光出力のパターンと、前回および前々回の
走査終了時に読取った受光出力のパターンとが比較され
る。具体的には、受光出力に含まれるパルスの数が比較
される。もし、パルスの数が同じであれば、同じパター
ンとしで判断され、パルスの数が異なれば異なるパター
ンとして判断される。第５図に示すように、走査線が右
上がりの場合は受光出力は１つのパルスを含み、逆に右
下がりの場合は受光出力は３個のパルスを含む。続いて
、ステップ１０では、ステップ９における比較結果に基
づいて、コーナキューブＣＣ上の走査線が基準線ｘ−Ｘ
と一致したか否かが判断される。ここで、今回読取った
受光出力のパターンと前回読取った受光出力のパターン
とが異なり、かつ今回読取った受光出力と前々回に読取
った受光出力のパターンとが同じになるときは、走査線
が基準線Ｘ−Ｘと一致したと判断される。すなわち、こ
の実施例では、走査線が基準線ｘ−ｘの近傍で右上がり
の状態と右下がりの状態を交互に繰返しているとぎ基準
線Ｘ−Ｘと一致したと見なしている。

上述のステップ１０において、走査線が基準線ｘ−ｘと
一致してい６いと判断されれば、ステップ１１に進む。

このステップ１１では、コーナキューブＣＣ上の走査線
が基準線Ｘ−Ｘよりも右上がり（第５図において）の状
態か否かが判断される。この判断は、前述のステップ８
で読取った受光出力のパターンに基づいて行なわれる。

すなわち、受光出力が１個のパルスを含んでいれば、走
査線は右上がりと判断され、受光出力が３１１１ｉ１の
パルスを含んでいれば走査線は右下がりと判断される。

もし、走査線が右上がりと判断されれば、ステップ１２
に進み、走査線が右下がりとなる方向にモータＭ２が回
動される。一方、走査線が右下がりと判断されれば、ス
テップ１３に進み、走査線が右上がりとなる方向にモー
タＭ２が回動される。これらステップ１２および１３の
後は、再びステップ８以下の動作が繰返される。ステッ
プ８〜１３の動作の繰返しにＪ：って、走査線が基準線
Ｘ−ｘと一致したと判断されると、ステップ１４に進む
。このステップ１４では、今回読取ったロータリエンコ
ーダＥＣ２の角度出力と前回読取ったロータリエンコー
ダＥＣ２の角度出力との平均角度が計算される。そして
、その平均角度が基準ｍｘ−ｘに対する移動体Ｖの傾斜
角度としてＲＡＭ１２に記憶される。その後、再びステ
ップ２の動作に戻る。

第１１図はコーナキューブＣＣに形成されるマスクの他
の例を示す図である。図において、コーナキューブＣＣ
の反射鏡面３ａには複数列のマスクＭＡ１〜ＭＡ４が形
成されている。なお、コーナキューブＣＣに形成される
マスクは、第５図および第１１図に示すものに限定され
るものではなく、その他種々のものが考えられる。すな
わち、基準線に対して走査線が右上がりの状態と右下が
りの状態とで反射光のパターンが変わるようにマスクを
形成すればよい。

なお、上述の実施例では、基準線ｘ−ｘに対する移動体
■の傾斜角度を測るようにし１＝が、もちろん固定され
た物体の傾斜角度を測ることもできる。また、移動体■
は、地上を走行するものに限らず、飛行機のように空中
を飛行するものであってもよい。

発明の効果 以上のように、この発明によれば、入射光と同一の方向
に光を反射するという光反射手段の特殊ゐ光学的性質を
利用して物体の傾斜角度を測定するようにしたので、極
めて正確な傾斜角の測定が行なえ、しかも装置が簡単か
つ安価なものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図はコーナキューブの外観斜視図である。 第２図はコーナキューブの内部に収納される鏡の立体斜
視図である。第３図はこの発明の一実施例を用いて移動
体■の傾斜角を測定している状態を示す図である。第４
図は移動体Ｖの上方からビームスキャナＢＳを見た図で
あり、光ビームの走査状態を示している。第５図はコー
ナキューブＣＣに形成されるマスクＭＡとその反射光と
の関係を示す図である。第６Ａ図および第６Ｂ図はこの
発明の一実施例に用いられるビームスキャナＢＳを示す
外観図であり、特に、第６Ａ図はその側面図を示し、第
６Ｂ図はその上面図を示す。第７図は第６Ａ図に示す円
筒４の縦断面図である。第８図は第７図に示す受光素子
ＢＤの平面図である。第９図はこの発明の一実施例の概
略ブロック図である。第１０図は第９図に示すＣＰＵｌ
０の動作を示するためのフローチャートである。第１１
図はコーナキューブＣＣに形成されるマスクの他の例を
示す図である。 図において、ＣＣはコーナキューブ、■は移動体、ＢＳ
はビームスキャナ、１８〜３ａは光反射鏡面、ＭＡはマ
スク、ＭＡ’およびＭ　Ａ　”はマスクＭＡによってで
きた影、Ｍ１〜Ｍ３はモータ、ＥＣ１〜ＥＣ３はエンコ
ーダ、５はレーザ光源、ＢＤは受光素子、１０はＣＰＵ
、１１はＲＯＭ。 １２はＲＡＭを示す。 特許出願人　津　村　俊　弘 （ほか２名） 第５図 ヱ ＝４３− 手続補正内（方式） 特許庁長官殿 １、阜件の表示 昭和５８年特ｆｒ願第　１０８１３ｆ　号２、光重の名
称 仲斜角乳１測ジノ、ブーム ３、補正を覆る者 事「Ｆとの間係　特Ｗ［出願人 住所　大阪市住吉区我孫子３丁目７番２１号ツムラトシ
ヒ口 氏名　津　村　俊　弘　（ばか１名） ４、代理人 住　所　大阪市北区天神橋２丁目３番９＠　へｆ代第−
ビル昭和５８年９月２７日 ６、補正の対象 旧測田全文 ７、補正の内容 別紙のとＪ３す。 ただし、内容についての補正はありまヤん。 以上 手続補正内 昭和５９年６月１８日 ２、発明の名称 傾斜角計測システム ３、補正をする者 事件とのｌＰｌ係　特許出願人 住所　大阪市住吉区１５！孫子３丁目７番２１号ツムラ
トシヒ口 氏名　津村俊弘　（（人が１名］ ４、代理人 住　所　大阪市北区天神榎２丁目３番９ｊＪ　八千代第
一化ル自発補正 ６、補正の対象 図面の第１０図 ７、補正の内容 図面の第１０図を別紙添付の第１０図のように訂正する
。 以上

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　予め定められた基準線に対して物体がなす角度
   を計測するシステムであって、立体的に組合わされた複
   数の光反ＩＪｊＪ鏡面を有し、入射した光を同一方向に
   反射する光反射手段、前記光反射鏡面の所定の領域に形
   成されたマスク、 前記物体に設ｉノられ、指向性の鋭い光ビームを前記光
   反射手段に向けて回動走査する回動走査手段、 前記回動走査手段に関連して設けられ、前記光反射手段
   からの反射光を受光するための受光手段、前記回動走査
   手段に関連して設けられ、前記光ビームで形成される光
   走査面を変位させるための変位手段、 前記光走査面が前記基準線に一致するように、前記受光
   手段出力に基づいて前記変位手段を駆動する駆動手段、
   および 前記変位手段による前記光走査面の変位量を検出するこ
   とによって前記角度を検出する手段を備える、傾斜角計
   測システム。
2. （２）　前記変位手段は、 前記光走査面と直交する方向に該光走査面を変位させる
   第１の変位手段と、 前記光走査面を回転させる第２の変位手段とを含み、 前記駆動手段は、前記第１の変位手段を駆動して前記光
   走査面が前記光反射手段の光軸中心に当たるようにした
   後前記第２の変位手段を駆動して前記光走査面を回転さ
   せて前記基ｒＰ−線と一致させ、前記角度検出手段は前
   記第２の変位手段による前記光走査面の回転角度を検出
   する手段を含む、特許請求の範囲第１項記載の傾斜角計
   測システム。