JPS60308A - 傾きの有無判別システム - 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、傾きの有無判別システムに関し、特にたと
えば予め定められた基準線に対して物体が傾きを有して
いるか否かを判別するシステムに関する。

先行技術の説明 従来、物体の傾きの有無を検出する装置としてジャイロ
スコープや水準器等があった。Ｌノかし、これらの装置
はいずれも水平面に対する物体の傾きの有無を判別する
装置である。これに対し、傾斜面あるいはその傾斜面に
沿う線に対する傾きの有無も判別できるような装置もあ
るが、いずれも複雑かつ高価なものであった。また、正
確な判別が行なえないようなものもあった。

発明の目的 それゆえに、この発明の主たる目的は、簡単かつ安価な
構成でしかも正確に物体の傾きの有無を判別できる′よ
うな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
するという特殊な光学的性質を有する光反射手段の光反
射鏡面の所定の領域にマスクを形成し、傾きの有無を判
別すべき物体からこの光反射手段に向けて指向性の鋭い
光ビームを回動走査し、光反射手段によって反射されて
物体に戻ってくる反射光を受光し、その受光出力に基づ
いて光ビームで形成される光走査面が予め定められた基
準線に対して傾きを有しているか否かを検出するように
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ｆｉｌ　１〜３は、それぞれの反ｔＩＪ
１１面ｉａ、２ａおよび３ａが互いに直交するように組
合わされる。このような填成によって、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、コーナキューブ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Ｌ
１は、コーナキューブ１の内部の光反射鏡面１８〜３８
″ｒ：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１−２と反射光Ｌ２とは互い
に平行であり、かつ入射光し２の入射角度と反射光Ｌ２
の反則角度は共に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
その反射光との関係を示す図である。

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■の前部には、ビームスキ
ャナＢＳが３３０すられる。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、光反射鏡面３ａの一辺から中心角４５
度の扇状の領域（なお、上面図では中心角６０度の扇状
の領域に見える）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、入射ガ自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Ｎ１Ａ′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、これら領域ＭＡ’およびＭ　Ａ　″に入
射した光は、一旦は光反射鏡面で反射されるが、２回目
あるいは３回目の反射のときにマスクＭ　Ａ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−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ＯＯ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ＦＡＸ−
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図に示すように、３個のパルスを含むことに
なる。

移動体Ｖ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、そのパルスの数を計数することによっ
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
、゛基準線Ｘ−＞＜に対する移動体Ｖ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Ｖ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Ｖ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ａ
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Ｖに設けられるビー
ムスキャナ８８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Ｌ
Ｂを回動走査させる。ロークリエンコーダＥＣＩはモー
タＭ１の回動角度かっしたがってレーザ光ＬＢの回動角
度を検出する。ロータリエンコーダＥＣＩ　、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ＥＣ
２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ＥＣ
２はモータ〜１２の回動角度かっ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ＬＢで形成される光走査面を第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かっ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ＥＣ
３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１５から発射されたレーザビームし８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Ｌ　Ｂ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８０１およびＢＤ２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、ＲＯＭ　１１およびＲＡ
Ｍ１２が接続される。ＲＯＭＩＩ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。ＣＰＵ１０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ＢＤＯ，ＢＤ１およ
びＢＤ２からの受光出力が与えられる。また、これら受
光素子ＢＤ０．８ＤＩＰＪよびＢＤ２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１５．１
６および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ｃｐｕｉ　ｏ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ＥＣ
１〜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、この発明の一実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、受光索子８Ｄの受光出力のパタ
ーンが読取られる。すなわち、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、ＣＰＬ
ｌｌｏは、モータＭ１によるレーザビームＬＢの１回の
走査が終了するごとに、そのとき１ｉｉｌ！憶された受
光出力のパターンをＲＡＭ１２から読取る。読いて、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、レーデビームＬＢの１回の走査の間
に、受光素子Ｂ−Ｄｏ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
全く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
によって反射され、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
いるが否かが判断される。もし、走査線が基準ａＸ−Ｘ
よりも上側にずれていると判断すれば、ステップ５に進
み、モータＭ３を第６Ａ図において時計方向く矢印Ｒの
方向）に回動させる。これによって、コーナキューブＣ
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図において反
時計方向（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か否かは、１回の走
査において受光素子ＢＤＩとＢＤ２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する。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ａＸ−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する。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は基準線ｘ−ｘよりも上側の
反射ａＩｒｒＪ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Ｃ
Ｃ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（なる。これに応じて、受光素子ＢＤ
では、受光素子ＳＤＩ’の受光時間が受光素子ＢＤ２の
受光時間よりも長（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ＢＤ２からの受光出力の導出時間が受光素子Ｂ
Ｄ１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ＯＯ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
角度出力がＲＡＭＩ２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８０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
として判断され、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ｌ＝
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ａＸ−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き基
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と一致していないと判断されれば、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ｔＩＡＸ−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３個の
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の動作の繰返しによって、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線Ｘ−Ｘに対する移動体Ｖの傾斜
角度としてＲＡＭ１２に記憶される。次に、ステップ１
５に進み、移動体Ｖの傾斜の有無が判別される。すなわ
ち、ステップ１４でめられた傾斜角度がほぼＯのときは
、移動体Ｖは基準線ｘ−Ｘに対して傾斜していないと判
別される。逆に、ステップ１４でめられた傾斜角度がＯ
でないときは、移動体Ｖが傾斜していると判Ｓすされる
。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、％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たが、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な光学的性質を
利用して物体の傾斜の有無を判別するようにしたので、
極めて正確に傾斜の有無の判別が行なえ、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Ｖ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ｓｌｌ部面図ある。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筋例の
概略ブロック図である。第１０図は第９図に示ｔｃｐｕ
”ｔｏの動作を示するためのフローチャー１・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ＭＡ″ｔｔ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
１１１はＲＯＭ。 １２はＲＡＭを示す。 特許出願人　津　村　俊　弘 （ほか２名） 第３図 心４図 １．６Ａ図 め６８図 手続補正書 昭和５９年６月１）（Ｓ ２、発明の名、弥 ＦＲきの有無判別シス子ム ３、補正をする者 事件との関係　特許出顎人 住所　大阪市住吉区ａ孫子３丁目７１２１号ツムラトシ
ヒ口 氏名　津　村　俊　弘　（ほか１名） ４、代理人 住　所　人Ｅ市北区天神＋４２］目３石９号　へＦ代第
−ビル電話　大阪（０６）３５１−６２３９　（代）６
、補正の対象 ！２１面の第１０図 ７、？ｌＩｌ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 (1)

1. 【特許請求の範囲】 予め定められた基準線に対して物体が傾きを有している
   か否かを判別するシステムであって、立体的に組合わさ
   れた複数の光反射鏡面を有し、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、 前記物体に設けられ、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、および 前記受光手段の出力に基づいて、前記光ビームで形成さ
   れる光走査面が前記基準線に対して傾きを有しているか
   否かを判別する手段を備える、傾きの有無判別システム
   。