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JPS6010243B2 - Attitude detection device using hologram - Google Patents
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JPS6010243B2 - Attitude detection device using hologram - Google Patents

Attitude detection device using hologram

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Publication number
JPS6010243B2
JPS6010243B2 JP15306476A JP15306476A JPS6010243B2 JP S6010243 B2 JPS6010243 B2 JP S6010243B2 JP 15306476 A JP15306476 A JP 15306476A JP 15306476 A JP15306476 A JP 15306476A JP S6010243 B2 JPS6010243 B2 JP S6010243B2
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JP
Japan
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hologram
angle
light
pitch angle
detection device
Prior art date
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JP15306476A
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幸一 後藤
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Komatsu Ltd
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Komatsu Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はホログラムを用いて姿勢角を検出するようにし
た装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a device that detects an attitude angle using a hologram.

小口蚤管埋設器或はトンネル掘削機等の姿勢角を検出す
る装置として従前の「姿勢検出装置」がある。
There is a conventional "attitude detection device" as a device for detecting the attitude angle of a small-mouth pipe burying machine, a tunnel excavator, etc.

これは第1図に示すように所定位置に設置したレーザラ
ンシット1から照射されたレーザビームLを検出装置2
のレンズ3で集光してポジションセンサ4上に結像させ
、検出装置2のレーザ光L‘こ対する姿勢角の変化によ
りポジシ・ョンセンサ4の中心位置4aからの光点Pの
位置変化に応じた出力信号に基いて当該検出装置2の方
位角、2ピッチ角を検出するようにしている。しかしな
がら、上記従前の検出装置においては集光レンズの収差
に厳しい制限があり、且つ装置の平行移動をカバーする
ために大口座のレンズが必要である。
As shown in FIG.
The lens 3 focuses the light and forms an image on the position sensor 4, and the laser beam L' of the detection device 2 responds to changes in the position of the light point P from the center position 4a of the position sensor 4 by changing the attitude angle relative to the laser beam L'. The azimuth angle and pitch angle of the detection device 2 are detected based on the output signal obtained by the detection device 2. However, in the conventional detection device described above, there are severe limitations on the aberration of the condenser lens, and a large lens is required to cover the parallel movement of the device.

かかる大口律しンズは制作上技術的に困難な問題が多く
、且つ相当な重量となる。しかも、価格的にも非常に高
価である。本発明は上述の点に鑑みて新規になされたも
ので上記従前の検出装置と検出原理を全く異にし、レン
ズの替りにホログラムを用い、レーザトランシット等か
ら放射された可干渉波を検知し、そのレーザビームに対
する姿勢角を検出するようにしたホログラムによる姿勢
検出装置を提供するものである。
Such large scale lenses are technically difficult to produce and are also quite heavy. Moreover, it is extremely expensive. The present invention has been newly developed in view of the above-mentioned points, and has a completely different detection principle from the above-mentioned conventional detection device, uses a hologram instead of a lens, and detects coherent waves emitted from a laser transit, etc. The present invention provides an attitude detection device using a hologram that detects an attitude angle with respect to the laser beam.

以下本発明を添附図面の一実施例に基いて詳述する。The present invention will be described in detail below based on one embodiment of the accompanying drawings.

先ず、本発明の原理を簡単に説明する。First, the principle of the present invention will be briefly explained.

第2図に示すように立体ホログラム6の手前所定位置に
ピンホールPHを設け、このピンホールP則こ平面波の
レーザ光LP。を照射すると、.このピンホールPHを
介したレーザ光Lは球面波Lsとなって立体ホログラム
5に照射される。尚、この立体ホログラム5は極めて高
感度の写真用フィルムである。一方、この立体ホログラ
ム5の手前から所定の姿勢角(方位角8、ピッチ角の)
の平面波のレーザ光LPを照射し、球面波Lsとこの平
面波LPとを同時に露光焼付けした後、現像処理する。
このようにしてホログラムを作成する。次に、上述のよ
うにして作成した立体ホログラム5に第3図に示すよう
に前と同じ姿勢角(方位角0、ピッチ角の)から平面波
レーザ光LPを照射すると、このレーザ光LPは立体ホ
ログラム5に対して前記ピンホールPHと面対称位置P
′に集東される。
As shown in FIG. 2, a pinhole PH is provided at a predetermined position in front of the three-dimensional hologram 6, and this pinhole P generates plane wave laser light LP. When irradiated with . The laser beam L passing through this pinhole PH becomes a spherical wave Ls and is irradiated onto the three-dimensional hologram 5. Note that this three-dimensional hologram 5 is an extremely sensitive photographic film. On the other hand, from the front of this three-dimensional hologram 5, a predetermined attitude angle (azimuth angle 8, pitch angle)
A plane wave laser beam LP is irradiated to expose and print the spherical wave Ls and the plane wave LP at the same time, followed by development processing.
In this way, a hologram is created. Next, when the three-dimensional hologram 5 created as described above is irradiated with a plane wave laser beam LP from the same attitude angle as before (azimuth angle 0, pitch angle) as shown in FIG. The pinhole PH and the plane-symmetrical position P with respect to the hologram 5
It is centered on '.

すなわち、立体ホログラム5はしンズと同じ様な作用を
する。このようにしてホログラムを再生することができ
る。このように或る角度で入射するレーザ光に対して1
つの光点(実像)が対応する。
In other words, the three-dimensional hologram 5 functions in the same way as lenses. In this way, the hologram can be reproduced. In this way, for a laser beam incident at a certain angle, 1
Two light spots (real images) correspond to each other.

従って、この光点位置にセンサを配設すれば、入射角度
を検出することができる。従って、前述のようなホログ
ラムの作成操作を繰返して行う(多重露光)ことにより
、多くの角度に対して多数の光点を任意に対応させるこ
とができ、これらの各光点位置に小さなフオトセル等の
受光素子を配設すれば、入射するし−ザ光の入射角度の
変化を検出することが可能である。
Therefore, by disposing a sensor at this light spot position, the angle of incidence can be detected. Therefore, by repeating the above-mentioned hologram creation operation (multiple exposure), it is possible to arbitrarily make many light points correspond to many angles, and a small photocell, etc. can be attached to each of these light spot positions. By disposing a light receiving element of 1, it is possible to detect a change in the angle of incidence of the incident laser light.

本発明は上記原理に基いてなされたもので、第4図にお
いて、受光素子例えばフオトセル6〜9は立体ホログラ
ム5の後方所定位置に配されている。これらのフオトセ
ル6〜9は立体ホログラム5と平行な平面上にあり、且
つ立体ホログラム5の中心○,を通る光軸Loに対し、
フオトセル6,7は上下対称位置に、フオトセル8,9
は左右対称位置に配設されている。勿論、フオトセル6
,7間及びフオトセル8,9間の間隔は立体ホログラム
5の大きさ、立体ホログラム5からこれらのフオトセル
6〜9までの距離及び検出する姿勢角の最大値等に基い
て設定される設計上の問題である。尚、立体ホログラム
5は例えば正方形状の写真乾板とする。フオトセル6〜
9は入射光の強度に応じて電圧V6〜V9を出力し演算
回路10,1 1に加える。
The present invention has been made based on the above principle, and in FIG. 4, light receiving elements such as photocells 6 to 9 are arranged at predetermined positions behind the three-dimensional hologram 5. These photocells 6 to 9 are on a plane parallel to the three-dimensional hologram 5, and with respect to the optical axis Lo passing through the center ○ of the three-dimensional hologram 5,
Photocells 6 and 7 are vertically symmetrical, and photocells 8 and 9 are
are placed in symmetrical positions. Of course, Photocell 6
, 7 and between the photocells 8 and 9 are designed based on the size of the stereoscopic hologram 5, the distance from the stereoscopic hologram 5 to these photocells 6 to 9, and the maximum value of the attitude angle to be detected. That's a problem. The three-dimensional hologram 5 is, for example, a square photographic plate. Photocell 6~
9 outputs voltages V6 to V9 according to the intensity of incident light and applies them to arithmetic circuits 10 and 11.

演算回路10は入力V6、V7の対数比logV6/V
7を演算し、対応するピッチ角信号Vのを出力する。演
算回路1 1は入力V8、V9の対数比logV8/V
9を演算し、対応する方位角信号V8を出力する。また
、検出する姿勢角の最大方位角を土8o、最大ピッチ角
を土の。とする。そして、立体ホログラム5に対して(
ピッチ角、方位角)=(のo、0)で照射した平面波L
Pがフオトセル6の位置に集光するように前述の第2図
に示す要領で球面波Lsと共に露光する。
The arithmetic circuit 10 calculates the logarithmic ratio logV6/V of inputs V6 and V7.
7 and outputs the corresponding pitch angle signal V. Arithmetic circuit 1 1 is the logarithmic ratio of inputs V8 and V9 logV8/V
9 and outputs the corresponding azimuth signal V8. Also, the maximum azimuth of the attitude angle to be detected is 8o, and the maximum pitch angle is 8o. shall be. Then, for the three-dimensional hologram 5 (
Pitch angle, azimuth angle) = plane wave L irradiated at (o, 0)
Exposure is performed together with the spherical wave Ls in the manner shown in FIG.

同様に、(ピッチ角、方位角)=(一のo、0)、(ピ
ッチ角、方位角)=(0、8。
Similarly, (pitch angle, azimuth angle) = (one o, 0), (pitch angle, azimuth angle) = (0, 8).

)、(ピッチ角、方位角)=(0、一8。), (pitch angle, azimuth angle) = (0, -8.

)で照射した平面波LPがフオトセル7,8,9の位置
に集光するように球面波Ls′と共に露光する。
) is exposed together with the spherical wave Ls' so that the plane wave LP irradiated with the photocells 7, 8, and 9 is focused on the positions of the photocells 7, 8, and 9.

このようにして合計4回多重露光した後現像処理してホ
ログラムを作成する。こうして姿勢角検出装置12を構
成する。さて、いま、平面波LPが立体ホログラム5に
対してピッチ角8(一8。<ひくoo)、方位角の(一
の。くのくのo)で入射したとする。このとき前述した
ようにフオトセル6〜9の間隔を適当に設定することに
より、ピッチ角−のo<のくのoからの光はフオトセル
6,7に或る比率で集光する。従って、このフオトセル
6,7は第5図aに示すような特性電圧V6,V7を出
力する。同様に方位角−8。〈ひく8。からの光はフオ
トセル8,9に或る比率で集光し、このフオトセル8,
9は第6図aに示すような特性の電圧V8,V9を出力
する。従って、その比logV6/V7、logV8/
V9をとれば、一の。<のくのo 、一8o<ひく8o
の範囲でピッチ角の、方位角8を知ることができる。か
くして、第5図b、第6図bに示す特性の演算回路10
,11の出力信号Vの,V8‘こ基いて平面波LPの入
射角すなわち、平面波LPに対する検出装置12の姿勢
角(の、8)を検出することができる。以上説明したよ
うに本発明によれば、レーザ光の強度の変動及びビーム
の太さに無関係であるために基準ビームの設定が容易で
あり、しかも、ホログラムの表面が汚れても検出するこ
とができる。
After multiple exposures are performed a total of four times in this way, a hologram is created by developing. In this way, the attitude angle detection device 12 is configured. Now, suppose that the plane wave LP is incident on the three-dimensional hologram 5 at a pitch angle of 8 (one eight. At this time, as described above, by appropriately setting the spacing between the photocells 6 to 9, the light from the pitch angle -o<o is focused on the photocells 6 and 7 at a certain ratio. Therefore, the photocells 6 and 7 output characteristic voltages V6 and V7 as shown in FIG. 5a. Similarly, the azimuth angle is -8. <minus 8. The light from the photocells 8, 9 is focused at a certain ratio,
9 outputs voltages V8 and V9 having characteristics as shown in FIG. 6a. Therefore, the ratio logV6/V7, logV8/
If you get V9, you'll get one. <nokunoo, one 8o<minus 8o
The pitch angle and azimuth angle 8 can be determined within the range of . Thus, the arithmetic circuit 10 with the characteristics shown in FIGS. 5b and 6b
, 11, the incident angle of the plane wave LP, that is, the attitude angle (of, 8) of the detection device 12 with respect to the plane wave LP can be detected. As explained above, according to the present invention, it is easy to set the reference beam because it is independent of fluctuations in the intensity of the laser beam and the thickness of the beam, and moreover, it is possible to detect even if the surface of the hologram is dirty. can.

また、大口径、軽量の装置を安価に提供することができ
る等の利点がある。
Further, there are advantages such as being able to provide a large-diameter, lightweight device at low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従前の姿勢検出装置を示す概略図、第2図及び
第3図は本発明の原理を示す図、第4図は本発明に係る
ホログラムによる姿勢検出装置の一実施例を示す図、第
5,6図は本装置の出力信号の一実施例を示すグラフで
ある。 5・・・…立体ホログラム、6〜9…・・・フオトセル
、10〜11・・・・・・演算回路、LP・・・・・・
平面波レーザ光、Ls・・・・・・球面波レーザ光。 第1図第2図 第3図 第4図 第5図 第6図
FIG. 1 is a schematic diagram showing a conventional attitude detection device, FIGS. 2 and 3 are diagrams showing the principle of the present invention, and FIG. 4 is a diagram showing an embodiment of the attitude detection device using a hologram according to the present invention. , and FIGS. 5 and 6 are graphs showing an example of the output signal of the present device. 5...Stereoscopic hologram, 6-9...Photocell, 10-11... Arithmetic circuit, LP...
Plane wave laser light, Ls... Spherical wave laser light. Figure 1 Figure 2 Figure 3 Figure 4 Figure 5 Figure 6

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 所定の方位角±θ_0、ピツチ角±ψ_0の4方向
から入射した平面波レーザ光を各別に2対の4点に集光
すべく予め多重露光焼付した立体ホログラムと、各集光
点に配され光の強さに応じた信号を出力する2対の受光
素子と、第1の対の各受光素子の信号に基いて方位角を
算出し対応する方位角信号を出力する第1の演算回路と
、第2の対の各受光素子の信号に基いてピツチ角を算出
し対応するピツチ角信号を出力する第2の演算回路とを
具え、方位角±θ_0、ピツチ角±ψ_0の範囲内の方
向から照射されたレーザ光の入射角を検出するようにし
たホログラムによる姿勢検出装置。
1 A three-dimensional hologram that has been printed with multiple exposures in advance in order to focus plane wave laser light incident from four directions with a predetermined azimuth angle ±θ_0 and pitch angle ±ψ_0 on two pairs of four points, and a three-dimensional hologram placed at each focusing point. two pairs of light-receiving elements that output signals according to the intensity of light, and a first arithmetic circuit that calculates an azimuth based on the signals of each light-receiving element of the first pair and outputs a corresponding azimuth signal. , a second arithmetic circuit that calculates a pitch angle based on the signal of each light receiving element of the second pair and outputs a corresponding pitch angle signal, and a direction within the range of azimuth angle ±θ_0 and pitch angle ±ψ_0. An attitude detection device using a hologram that detects the angle of incidence of laser light irradiated from the front.
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