JPH0654238B2 - 移動体の方位測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、移動体の方位測定装置に関し、特に、光の
反射を利用して基準方位に対する移動体の進行方位のず
れを測定するための装置に関する。

［従来の技術］ たとえば、空港において航空機を滑走路から誘導路へ案
内したり、自動車や工場内の無人移動搬送車やゴルフカ
ート等を所定のコース上で走行させる場合、これら移動
体の進行方位を測定できれば、それに基づいて自動誘導
等が可能となり、大変便利に利用されよう。

そこで、本願出願人は、上記のような移動体の進行方位
測定装置を、特願昭６０−９７２８号（特開昭６１−１
６７８１４号）において提案した。この出願に開示され
た発明を以下に簡単に説明する。この発明は、移動体が
移動すべき経路の右側と左側とに、それぞれ、第１の光
反射手段と第２の光反射手段とを設けておく。これら第
１および第２の光反射手段は、入射した光を同じ方向へ
反射するような光学的性質を有するものであり、たとえ
ばコーナキューブ等が用いられる。一方、移動体には、
移動体の進行方向の左右方向へ光を投射する投光手段
と、この投光手段に関連して第１および第２の光検知器
を設ける。第１の光検知器は、投光手段から投射されて
第１の光反射手段に反射された光を受光するためのもの
である。第２の光検知器は、投光手段から投射されて第
２の光反射手段に反射された光を受光するためのもので
ある。そして、第１および第２の光検知器の一方が反射
光を検知してから他方が反射光を検知するまでの間に移
動体が走行した距離を測定し、この測定結果と、第１お
よび第２の光反射手段の間の距離（この距離は予めわか
っている）とに基づいて、予め定められた基準方位に対
する移動体の進行方向のずれ角度を演算するようにした
ものである。

上記発明によれば、光の反射を利用して移動体の進行方
位を測定するようにしているので、たとえば従来の電波
を用いて進行方位を測定する方法に比べて、構造が簡単
でありかつ装置も安価となり、また電波法の規制を受け
ることもなく、さらに電波雑音の影響を受けることもな
い。また、移動体が移動すべき経路の路面の状態が悪く
ても光反射手段を容易に設置することができ、反射光の
検知感度が低下することもない。さらには、光反射手段
の保守および点検を行なう必要がほとんどなく、そのた
めの時間および経費を大幅に節減することができる。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記のごとく、本願出願人が提案した発明は種々の効果
を奏するものであるが、その一方で解決すべき問題点を
含む。すなわち、上記発明では、移動体の進む道路が１
車線の場合は何ら問題なく正確にその進行方位を測定す
るとができるが、道路が複数車線の場合は移動体から発
射される光ビームが他の車線を走る移動体に遮られて光
反射手段に届かないことがあり、このような場合は進行
方位の測定が不可能となる。

この発明は、上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、移動体の走行するコースが複数車線の場合
であっても、他の移動体に遮られることなく確実に移動
体の進行方位を測定し得るような移動体の方位測定装置
を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この発明にかかる移動体の方位測定装置は、移動体の移
動コースの上方に基準方位と直交するように、かつ移動
体を見下ろすように少なくとも第１と第２の光反射手段
を設けておく。これら第１および第２の光反射手段は、
入射した光を同じ方向へ反射する光学的性質を有する。
一方、移動体には、その進行方向と直交する面状の光束
を上方に向けて発射する面光束発射手段と、この面光束
発射手段から発射されて上記光反射手段に反射された光
を検知するための光検知器と、光検知器が第１の光反射
手段の反射光を検知してから第２の光反射手段の反射光
を検知するまでの間に移動体が走行した距離を測定する
ための走行距離測定手段と、第１および第２の光反射手
段の間の距離を予め設定記憶している設定手段と、基準
方位に対する移動体の進行方位のずれ角度を演算する演
算手段とが設けられる。

［作用］ この発明においては、上記走行距離測定手段によって測
定された走行距離と、設定手段に設定記憶されている距
離情報とに基づいて、上記演算手段が基準方位に対する
移動体の進行方位のずれ角度を演算することにより、移
動体の進行方位が求められる。また、光反射手段は移動
体の上方に設けられるため、たとえ併走する他の移動体
が存在しても、光ビームが他の移動体によって遮られる
ことなく、進行方位の測定を可能にする。

［実施例］ 第１図はこの発明の一実施例を示す外観斜視図である。
図において、複数車線を有する道路１の左右の側部の所
定の位置には、ポール２および３が立設される。このポ
ール２および３の間には、梁４が設けられる。この梁４
には、第１の光反射手段５と、第２の光反射手段７と、
第３の光反射手段６とが設けられる。これら光反射手段
は、入射した光をその入射方向と同じ方向に反射する光
学的性質を有しており、たとえばコーナキューブ等が用
いられる。ここで、梁４の高さはその下を通過する移動
体８の背の高さよりも十分高く選ばれている。また、光
反射手段５〜７は、第２図に示す基準方位Ｘと直交する
線上に配置される。なお、この基準方位Ｘは、たとえば
道路１と平行に選ばれてもよく、また道路の延びる方向
とは無関係にたとえば東西南北等に選ばれてもよい。ま
た、第３の光反射手段６は第１の光反射手段５と第２の
光反射手段７との間に設けられるが、その配置位置は第
１の光反射手段と第２の光反射手段７との中央の位置
（第２図では道路１のセンターライン付近）よりも左右
のいずれかの方向へずれるように選ばれている。

一方、道路１上を走行する移動体８の上部には、光発射
手段９が設けられる。この光発射手段９は、移動体８の
進行方向Ｙに対して直交する面状の光束（以下、面ビー
ムと称す）１０を発射する。この面ビーム１０の拡がり
角度は、移動体８が梁４の下を通過したとき、必ず面ビ
ームの一部が第１〜第３の光反射手段５〜７に当たるよ
うな角度に選ばれる。

以上のような構成において、この実施例は基準方位Ｘに
対する移動体９の進行方位Ｙのずれ角度θ（第２図参
照）を測定する。

第３図は第１図に示す光発射手段９の詳細を示す断面図
である。図において、筺体９１の内部には鏡筒９２が収
納される。この鏡筒９２の内部には、半導体レーザ９３
と、ビームスプリッタ９４と、レンズ９５とが収納され
る。また、鏡筒９２の光の出口には１／４波長板９６が
設けられる。さらに、筺体９１の内側側面において、ビ
ームスプリッタ９４と対向する部分には受光器９７が取
付けられる。

上記のような構成において、半導体レーザ９３から出射
した直線光はビームスプリッタ９４を通過してレンズ９
５に入射する。このレンズ９５は直線光を拡げて面ビー
ム１０に変換する。この面ビーム１０は１／４波長板９
６を透過した後、外部へと出射される。ところで、面ビ
ーム１０が光反射手段５〜７のいずれかに当たると、そ
の光反射手段は光の入射方向と同一方向へ光を反射す
る。したがって、その反射光は再び光発射手段９へと戻
る。そのため、この反射光は１／４波長板９６を通過し
た後レンズ９５で直線光に戻され、ビームスプリッタ９
４へ入射する。このとき、ビームスプリッタ９４へ入射
する光は１／４波長板９６を２回通過しているので、そ
の波長が半導体レーザ９３の出射光に対して半波長だけ
ずれている。したがって、ビームスプリッタ９４は光反
射手段５〜７からの反射光を透過させることなく反射す
る。このビームスプリッタ９４の反射光は、鏡筒９２の
側部に設けられた孔を通って受光器９７へ入射する。受
光器９７は入射した光を電気信号に変換する。

第４図はこの発明の一実施例を示す概略ブロック図であ
る。図において、受光器９７の出力はパルス選択回路１
１を介してフリップフロップ１２に与えられる。パルス
選択回路１１は、受光器９７から得られる３つの受光パ
ルスのうち、第１の光反射手段５からの反射光に基づく
受光パルスと、第２の光反射手段７からの反射光に基づ
く受光パルスとを選択して通過させるものである。フリ
ップフロップ１２のセット出力（Ｑはアンドゲート１３
の一方入力に与えられるとともに、その極性が反転され
てアンドゲート１４の一方入力に与えられる。アンドゲ
ート１３の他方入力には、パルス発生器１５の出力が与
えられる。このパルス発生器１５は、移動体８の走行距
離に対応するパルスを発生するものである。アンドゲー
ト１３の出力はカウンタ１６に与えられる。このカウン
タ１６の計数値はアンドゲート１４の他方入力に与えら
れる。また、フリップフロップ１２のリセット出力
（）はタイマ１８に与えられる。このタイマ１８の出
力はリセット出力としてカウンタ１６に与えられる。ア
ンドゲート１４の出力は除算回路１７の一方入力に与え
られる。この除算回路１７の他方入力には、間隔設定部
１９の出力が与えられる。この間隔設定部１９には、第
１の光反射手段５と第２の光反射手段７との間の距離に
相当するパルス数が予め設定されている。除算回路１７
の出力は換算回路２０を介して極性付加回路２１に与え
られる。一方、受光器９７の出力は正負判別回路２２に
与えられる。この正負判別回路２２は、換算回路２０に
よって求められたずれ角度θの正負を判別するためのも
のである。正負判別回路２２の出力は極性付加回路２１
に与えられる。極性付加回路２１は正負判別回路２２の
出力に応答して、換算回路２０の出力に正または負の極
性を付加する。極性付加回路２１の出力は移動体８の方
位情報として、種々の利用回路（図示せず）に与えられ
る。

第５図は第４図に示すパルス選択回路１１の詳細を示す
ブロック図である。図において、パルス選択回路１１は
リングカウンタ２３と、オアゲート２４とにより構成さ
れる。リングカウンタ２３には受光器９７の出力が与え
られる。このリングカウンタ２３は、最初の受光パルス
が与えられると、その第１ビットのみが論理“１”とな
り、２番目の受光パルスが与えられるとその第２ビット
のみが論理“１”となり、３番目の受光パルスが与えら
れるとその第３ビットのみが論理“１”となる。第１ビ
ットおよび第３ビットの論理出力はそれぞれオアゲート
２４を介してフリップフロップ１２へ与えられる。ま
た、第３ビットの論理出力はリセット信号としてリング
カウンタ２３に与えられる。このような構成において、
パルス選択回路１１は２番目の受光パルスをキャンセル
して１番目の受光パルスと３番目の受光パルスとを通過
させる。また、３番目の受光パルスが出力されると、リ
ングカウンタ２３がリセット（オール０）される。

第６図は第４図に示す正負判別回路２２の詳細を示すブ
ロック図である。図において、この正負判別回路２２
は、リングカウンタ２５と、第１および第２の計時回路
２６および２７と、比較回路２８とによって構成され
る。リングカウンタ２５は第５図に示すリングカウンタ
２３と同様の構成であり、受光器９７の受光パルスが入
力される。また、リングカウンタ２５の第１ビットの論
理出力は第１の計時回路２６の一方入力が与えられる。
また、その第２ビットの論理出力は第１の計時回路２６
の他方入力および第２の計時回路２７の一方入力に与え
られる。また、その第３ビットの論理出力は第２の計時
回路２７の他方入力に与えられるとともに、リセット信
号としてリングカウンタ２５に与えられる。第１の計時
回路２６は、リングカウンタ２５から与えられる２つの
論理出力間の時間幅を計時する。第２の計時回路２７も
同様である。第１の計時回路２６の出力は比較回路２８
の一方入力に与えられる。第２の計時回路２７の出力は
比較回路２８の他方入力に与えられる。比較回路２８は
第１および第２の計時回路２６および２７のいずれの出
力が大きいかを比較し、その比較結果に基づいて、正ま
たは負の極性信号を出力する。この極性信号は極性付加
回路２１へ与えられる。

第７図は受光器９７からの受光パルスを示すタイミング
チャートである。第８図はこの発明の一実施例の測定原
理を説明するための幾何学的配置図である。以下、これ
ら第７図および第８図を参照して、上記実施例の動作を
説明する。

今、第２図に示すように、移動体８の進行方位Ｙが基準
方位Ｘに対してθだけずれている場合を想定する。この
場合、光発射手段９からの面ビーム１０は最初に第１の
光反射手段５に当たる。第１の光反射手段５は入射した
光を入射方向と同じ方向へ反射するため、その反射光は
光発射手段９に戻り、１／４波長板９６を透過した後レ
ンズ９５で偏向されてビームスプリッタ９４へと入射す
る。この入射光は半導体レーザ９３の出射光と半波長だ
けずれているので、ビームスプリッタ９４はその入射光
を反射して受光器９７へ入射させる。応じて、受光器９
７は１番目の受光パルスを導出し、その受光パルスをパ
ルス選択回路１１および正負判別回路２２へ与える。

前述のようにパルス選択回路１１は１番目の受光パルス
を通過させるので、フリップフロップ１２に受光パルス
が与えられる。このフリップフロップ１２は、最初の入
力でセット出力を導出しかつ次の入力でリセット出力を
導出するものが用いられるため、パルス選択回路１１を
通過した１番目の受光パルスでセットされる。フリップ
フロップ１２のセット出力（ハイレベル）がアンドゲー
ト１３に与えられ、このアンドゲート１３を能動化させ
るとともにローレベルに反転されてアンドゲート１４に
与えられ、このアンドゲート１４を不能動化させる。応
じて、パルス発生器１５から発生されるパルスがアンド
ゲート１３を介してカウンタ１６に与えられるため、カ
ウンタ１６は与えられるパルス数を計数する。ここで、
パルス発生器１５は移動体８が予め定められた単位距離
進むごとにパルスを発生するものであり、たとえば移動
体８の車輪の回転を検出するロータリエンコーダ等が用
いられる。したがって、このパルス発生器１５の出力パ
ルス数を計数することにより、移動体８の走行距離を測
定することができる。

移動体８が少し走行して面ビーム１０が第３の光反射手
段６に当たると、受光器９７からは２番目の受光パルス
が出力される。パルス選択回路１１はこの２番目の受光
パルスを通過させないので、フリップフロップ１２は反
転せず、カウンタ１６はそのままパルスの計数を継続す
る。

さらに、移動体８が走行して面ビーム１０が第２の光反
射手段７に当たると、受光器９７からは３番目の受光パ
ルスが出力される。この３番目の受光パルスはパルス選
択回路１１を通過してフリップフロップ１２をリセット
させる。そのため、フリップフロップ１２はそのセット
出力がローレベルとなり、そのリセット出力がハイレベ
ルとなる。応じて、アンドゲート１３が不能動化され、
かつアンドゲート１４が能動化される。したがって、カ
ウンタ１６は受光器９７が第１の光反射手段５の反射光
を検知してから第２の光反射手段７の反射光を検知する
までの間に移動体８が走行する距離ｌに相関するパルス
数n を計数し、その計数値n をアンドゲート１４を介し
て除算回路１７の一方入力に与える。また、フリップフ
ロップ１２のリセット出力がタイマ１８で定まる一定時
間遅れてカウンタ１６のリセット信号として与えられ
る。

前記除算回路１７の他方入力には、間隔設定部１９の設
定値nwが与えられる。この間隔設定部１９には、第１の
光反射手段５と第２の光反射手段７との間の距離 dｌに
相関する値nwが予め設定される。すなわち、間隔設定部
１９には、上記距離 dｌをもし移動体８が走行したであ
ればパルス発生器１５から得られるであろうパルス数が
予め設定される。したがって、除算回路１７はカウンタ
１６の計数値n を第１および第２の光反射手段５および
７の取付間隔に相関する設定値nwで除算（n ／nw）し、
sin θ′を求める。この角度θ′は第８図に示すよう
に、光反射手段５および７を結ぶ線分d に対して面ビー
ム１０がなす角度であるが、基準方位Ｘに対して移動体
８の進行方位Ｙがなす角度θと等しい。したがって、除
算回路１７はsin θを算出する。除算回路１７の出力は
換算回路２０に与えられ、sin θが角度θに換算され
る。この換算回路２０は、図示しないが、たとえば各番
地にsin θ（０≦θ＜９０゜）のそれぞれの真数（正弦
値）設定されたＲＯＭを含み、除算回路１７からの除算
値（n ／nw）に等しい真数に相当する角度θを読出すよ
うに構成されている。換算回路２０から導出される角度
θは、絶対値であり、基準方位Ｘに対してその極性が正
負どちらであるかが明らかでない。そのため、角度θの
正負の判別を行なう目的で、正負判別回路２２が設けら
れる。

次に、この正負判別回路２２の動作を説明する。第２図
に示すように、移動体８が基準方位Ｘに対して右側に傾
いている場合、受光器９７からは、第７図に示すような
受光パルスが得られる。すなわち、１番目と２番目の受
光パルスとの間隔taは２番目と３番目の受光パルスの間
隔tbよりも長くなる。これは、第３の光反射手段６が第
２図に示すごとく、中心位置よりも右側にずれて設けら
れていることに基づく。第１の計時回路２６は、１番目
の受光パルスと２番目の受光パルスとの時間間隔taを検
出する。一方、第２の計時回路２７は２番目の受光パル
スと３番目の受光パルスとの時間間隔tbを検出する。比
較回路２８は第１および第２の計時回路２６および２７
のいずれの出力が大きいかを比較する。この場合、第１
の計時回路２６の出力の方が大きいので、比較回路２８
はたとえば正の極性信号を出力し、極性付加回路２１へ
与える。応じて、極性付加回路２１は換算回路２０から
出力される絶対値角度θに正の極性を付加する。

一方、移動体８の進行方位Ｙが基準方位Ｘに対して左側
にずれている場合を考えると、第１の計時回路２６は第
２の光反射手段７の反射光に基づく受光パルスと第３の
光反射手段６の反射光に基づく受光パルスとの間の時間
間隔を検出し、第２の計時回路２７は第３の光反射手段
６の反射光に基づく受光パルスと第１の光反射手段５の
反射光に基づく受光パルスとの間の時間間隔を検出する
ことになる。したがって、この場合は第２の計時回路２
７の出力の方が第１の計時回路２６の出力よりも大きく
なるため、比較回路２８は負の極性信号を導出し、極性
付加回路２１へ与える。応じて、極性付加回路２１は換
算回路２０からの絶対値角度θに負の極性を付加する。

以上説明した実施例によって得られる方位情報は、たと
えば表示器上に表示させて運転者の注意を促すようにす
ることもできるし、またずれ角度を自動的に修正するよ
うな装置に入力すれば自動誘導のために利用することも
できる。

なお、上記実施例では、説明の便宜上第１〜第３の光反
射手段が１組だけ設けられたものを説明したが、この発
明を自動誘導等に利用する場合は、移動体８が通過する
経路の適宜の箇所に同じような光反射手段を複数組設け
るようにしてもよい。

また、この発明は、自動車のみならずゴルフ場における
ゴルフカートや、空港の誘導路上の移動する航空機や、
構内の各種運搬車や、盲人を自動的に誘導するための誘
導ワゴンや、自動掃除機や、各種農業機器や、建設機器
等にも応用できることはもちろんである。すなわち、平
面上を移動するような移動体すべてのものに適用するこ
とができる。

さらに、上記実施例では、ずれ角度の正負を判別するた
めに第３の光反射手段６を設けたが、この第３の光反射
手段６はこの発明の必須構成要件ではなく、ずれ角度の
正負を判別する必要がない場合は省略されてもよい。

さらに、上記実施例では、移動体８の走行距離を検出す
るために、車輪の回転に応じてパルスを発生するパルス
発生器１５を用いたが、その他の方法によって移動体８
の走行距離を検出することもできる。たとえば、移動平
面上に超音波または電磁波あるいは光を投射する超音波
発振器または電磁波発生器あるいは赤外線発生装置を移
動体８に設け、その反射波を検出し、ドップラ効果等に
より移動体８の走行距離を演算測定するようにしてもよ
い。

さらに、上記実施例では、光源として半導体レーザ９３
を用いたが、その他の光源を用いることももちろん可能
である。但し、指向性の鋭い光源を用いる方が好まし
い。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、光反射手段は移動体
を見下ろすような高い位置に設けられているので、たと
え併走する他の移動体が存在しても、光がそれによって
遮られることなく確実に各光反射手段に当たり、方位測
定が可能となる。したがって、この発明は複数車線を有
するコース上を移動体が走行する場合に特に有効なもの
となる。

また、簡単かつ安価な構成で正確に移動体の進行方位を
測定でき、また保守や点検がほとんど必要なくそのため
の時間や経費を大幅に節減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す外観斜視図である。
第２図は光反射手段の設置状態と移動体の走行状態との
関係を示す図である。第３図は光反射手段の詳細を示す
断面図である。第４図はこの発明の一実施例を示す概略
ブロック図である。第５図はパルス選択回路の詳細を示
すブロック図である。第６図は正負判別回路の詳細を示
すブロック図である。第７図は受光器の受光パルスを示
すタイミングチャートである。第８図はこの発明の一実
施例の測定原理を説明するための幾何学的配置図であ
る。 図において、１は道路、５は第１の光反射手段、６は第
３の光反射手段、７は第２の光反射手段、８は移動体、
９は光発射手段、９３は半導体レーザ、９４はビームス
プリッタ、９５はレンズ、９６は１／４波長板、９７は
受光器、１１はパルス選択回路、１５はパルス発生器、
１６はカウンタ、１７は除算回路、１９は間隔設定部、
２０は換算回路、２１は極性付加回路、２２は正負判別
回路を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光の反射を利用して基準方位に対する移動
   体の進行方位のずれを検出するための装置であって、 前記移動体の移動コースの上方には、前記基準方位と直
   交するように、かつ前記移動体を見下ろすように、少な
   くとも第１と第２の光反射手段が設けられ、 前記光反射手段は入射した光を入射方向と同じ方向へ反
   射する特性を有しており、 前記移動体は、 その進行方向と直交する面状の光束を上方に向けて発射
   する面光束発射手段と、 前記面光束発射手段から発射されて前記光反射手段に反
   射された光を検知するための光検知器と、 前記光検知器が前記第１の光反射手段の反射光を検知し
   てから前記第２の光反射手段の反射光を検知するまでの
   間に前記移動体が走行した距離を測定するための走行距
   離測定手段と、 前記第１および第２の光反射手段の間の距離を予め設定
   記憶している設定手段と、 前記走行距離測定手段によって測定された走行距離と、
   前記設定手段に設定記憶されている距離情報とに基づい
   て、前記基準方位に対する前記移動体の進行方位のずれ
   角度を演算する演算手段とを備える、移動体の方位測定
   装置。
2. 【請求項２】前記走行距離測定手段は、 前記移動体の移動に応じて動作し、かつ移動体が予め定
   める単位距離を移動するごとにパルスを発生するパルス
   発生手段と、 前記光検知器が前記第１および第２の光反射手段の反射
   光のうちいずれか早く入射してきたものを検知したこと
   に応答して前記パルスを計数開始し、いずれか遅く入射
   してきたものを検知したことに応答して計数を終了する
   パルス計数手段とを含み、 前記設定手段は、前記第１および第２の光反射手段の間
   の距離に対応する前記パルス数を設定記憶している、特
   許請求の範囲第１項記載の移動体の方位測定装置。
3. 【請求項３】前記第１と第２の光反射手段の間には、そ
   の中心位置をずれて第３の光反射手段が設けられ、 前記第１の光反射手段の反射光の受光タイミングと前記
   第３の光反射手段の反射光の受光タイミングとの間の時
   間幅と、第３の光反射手段の反射光の受光タイミングと
   前記第２の光反射手段の反射光の受光タイミングとの間
   の時間幅との大小に基づいて、前記演算手段で演算され
   たずれ角度の正負を判定する正負判定手段をさらに備え
   る、特許請求の範囲第１項または第２項記載の移動体の
   方位測定装置。