JPS63196810A - レ−ザビ−ムを用いた移動体の追尾装置 - 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】 産業上豊■且豆旦 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。

盗米坐弦止 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は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
ムスプリフ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クリエン
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。

Ｈ（η′シ゛　　る。占 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・ツ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
フタとミラーとの光軸が一直線上に配列さｔ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
この装置の取付は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。

ロ　占　　′　るための 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に配設され、前記レー
ザビームの光路を９００変更させるプリズムと、このプ
リズムによって変更された光路をさらに９００変更させ
るプリズムと、こ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、前記レーザビームを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、前記レーザビー
ムの光軸上にレーザビームおよび帰還レーザビームを通
過せしめる通孔を設けてある象限別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た
位置に設けられた４個の受光素子よりなるものであり、
且つ前記受光検知器の検出信号に基づき前記ミラーの回
転角度を演算制御する手段とを備え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。

産月 しかるときは、レーザビーム追尾装置から空間へ向は走
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腰別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。

爽立皿 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
受光検知手段と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）９００変更させる
プリズム１３と、さらにこの光軸を９０′変更させるプ
リズム１４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、Ｙ軸パルスモータ２３、ミラー回転機構
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、前記ミラー２１の上方に設けられ、
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と前記照射された帰還レーザビームＲＢの位置
ずれを検出・比較する受光検知器４０とによって構成さ
れている。

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の路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　ｉｖＡ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３
１１．３１２．３１３．３１４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は前記光集光照射手段と対向した
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４０Ｌｌ
　、４０Ｄ　、４０Ｌ　、４０Ｒが配設されている。こ
の受光素子４００　、４００．４０Ｌ　、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　、４０
Ｒ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δ
周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Ｂ１１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
てその先軸を９００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によってミラー回転機構２４を介してそれぞれ
の軸の回りに回転する前記ミラー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Ｌ
Ｂ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４００．４
００．４０Ｌ　、４０Ｒはいずれも受光検知せず、した
がってミラー２１はその回転を停止し、レーザビームＬ
Ｂ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３
１１．３１２．３１３．３１４　）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４
１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．
３１４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４０ｔ
ｌ　、　４００　、４０Ｌ　、　４０Ｒへの入射光量が
零になる如（、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の回転角度は、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（固
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
動じて、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Ｒ
Ｂ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。

１Ｊ廊υ九果 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３１１．３１２．３１３．３
１４　）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
ームスプリン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１８
０　　°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の回転
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（するこ
とができるほか、光路を短（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、２
１・・・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、Ｒ
Ｂ・・・帰還レーザビーム。 特許出願人　日立機電工業株式会社 代理人　弁理士　大　西　孝　治 第２図 （ａ） （ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （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に配設され、前記レーザビー
   ムの光路を９００変更させるプリズムと、このプリズム
   によって変更された光路をさらに９０°変更させるプリ
   ズムと、こ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
   記レーザビームを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、前記レーザビームの光
   軸上にレーザビームおよび帰還レーザビームを通過せし
   める通孔を設けてある象限別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た位置に
   設けられた４個の受光素子よりなるものであり、且つ前
   記受光検知器の検出信号に基づき前記ミラーの回転角度
   を演算制御する手段とを備え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。