(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発光部と２次元位置検出素子を備えたレーザ受光部とからなる探索捕捉手段を移動物体相互に設け、
各移動物体はレーザ受光部を旋回しながら待受け、他の移動物体側から設定された広さに拡大されて発射されたレーザ光を２次元位置検出素子により検出した場合にレーザ光を他の移動物体に向けて発振させ、
前記２次元位置検出素子の受光点位置と予め設定された定点位置との偏差により相手方移動物体の方向を特定し、
駆動手段を用いて前記特定した方向に位置検出手段の向きを随時変更駆動させることを特徴とする移動物体相互の捕捉方法。
【請求項２】
前記レーザ光には通信データ信号を随伴させて双方向通信可能としてなることを特徴とする請求項１に記載の移動物体相互の捕捉方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は移動物体相互の捕捉方法および装置に係り、特に、２漁船の魚追い込み時の誘導、２ヘリコプター間で立体写真作成時の誘導、飛行物体から飛翔体の誘導、自動車から模型飛行機の誘導、陸上及び漁船より無人船の誘導等に用いるのに好適な移動物体相互の捕捉方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、移動する２つの移動物体が近接して存在するときに、衝突の回避、漁業作業の効率向上、航空撮影作業の正確性等を求めるために相手の移動物体がどの方向に位置しているのかを知り、互いに緊密に連絡を取りながら運行することは重要なことである。特に、船舶、飛行物体等においては、霧、雨等の視界が不良である中を運行するとき、衝突を回避するため相手の移動物体がどの方向に位置しているのかを早期に、正確に知ることは重要なことである。このために、直進性の良いレーザが用いられており、このレーザ光はレーザ装置から発振され、その発振されたレーザ光を受光素子で検出し、移動物体がどの方向に位置するかを検出することが行われていることは一般的に知られている。このとき、受光素子は、図６に示すように、４個の素子６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄを接合して４分割素子の受光素子６１として用いており、受光された素子により位置を特定している。
【０００３】
また、別の方法として、レーダ装置を用いて、自ら電波を発射するとともに、反射されて戻ってくる電波を受信機で受信することにより、移動物体の検出および距離、方位、移動速度を検出することも知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記のようなレーザ装置を用いた方法では、受光素子は接合した４分割素子を用いているため、その特性上、素子を張り合わせる場所に不感帯域６３が存在する。このため、レーザ光の焦点がこの不感帯域内に結像した場合には、素子からの出力信号が発生しなくなるため、接合部は受光素子の機能がなくなり移動物体の位置の検出が不可能となっているいう問題がある。また、従来では二つの移動物体の一方側が他方側の位置を確認しても自動的に行う交信がないため、どちらかが相手を確認することがなく、悪天候下においては衝突等を起こし得るという問題があった。
【０００５】
また、レーダ装置を用いた方法では、移動物体までの距離が短いと、移動物体からのエコーを観測することは不可能になり、近距離では正確な検出が困難であるという問題がある。
【０００６】
本発明は、前記従来技術の欠点を解消するためになされたもので、移動物体には各々のレーザ受光部に２次元位置検出素子を使用し、二つの移動物体が近接し相手方のレーザ光を受光したときに自分からも受光した方向にレーザ光を発振しつつ、正確で迅速に捕捉動作させることができ、また捕捉動作に併せて移動物体相互間で交信できる移動物体相互の捕捉方法および装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る移動物体相互の捕捉方法は、移動物体相互に設けられたレーザ発光部と２次元位置検出素子を備えたレーザ受光部とからなる探索捕捉手段における前記２次元位置検出素子に対するレーザ光の受光点位置と、前記２次元位置検出素子に設定された定点との位置偏差に基づき、前記探索捕捉手段を旋回・揺動駆動させることにより移動物体相互の捕捉をなすようにしたものである。
【０００８】
すなわち、レーザ発光部と２次元位置検出素子を備えたレーザ受光部とからなる探索捕捉手段を移動物体相互に設け、各移動物体はレーザ受光部を旋回しながら待受け、他の移動物体側から発射されたレーザ光を２次元位置検出素子により検出した場合にレーザ光を他の移動物体に向けて発振させ、前記２次元位置検出素子の受光点位置と予め設定された定点位置との偏差により相手方移動物体の方向を特定し、駆動手段を用いて前記特定した方向に位置検出手段の向きを随時変更駆動させるように構成したものである。
これらの場合において、前記レーザ光には通信データ信号を随伴させて双方向通信可能とすることが望ましい。
【０００９】
本発明に係る移動物体相互の捕捉装置は、レーザ発光部および２次元位置検出素子を備えたレーザ受光部からなる探索捕捉手段をそれぞれ搭載して移動する二つの移動物体間で、レーザ光により相互位置を検出捕捉する装置であって、前記レーザ受光部には２次元位置検出素子を設け、前記移動物体に搭載された各々の探索捕捉手段を旋回・上下揺動駆動により待受け動作可能とする駆動手段を設け、前記２次元位置検出素子による受光点位置と定点位置との偏差に基づき、前記受光点位置が定点位置に一致させるよう前記駆動手段を制御する制御手段を設けてなることを特徴としている。この場合、前記レーザ発光部から出射されるレーザ光に通信データを付加する通信データコーディング手段と、前記レーザ受光部の光路からの分光路に設けられレーザ光に随伴した通信データ信号をデコードする通信データデコーディング手段とを備えた構成とすればよい。
【００１０】
【作用】
上記のごとく形成した本発明は、移動物体の各々にはレーザ受光部に２次元位置検出素子を使用し、その２次元位置検出素子が相手の移動物体からのレーザ光を受光したときにレーザ装置の回転、垂直方向の作動をその位置で停止し、自分からも受光した方向にレーザ光を発振するように作動する。この２次元位置検出装置は、図５のようなフローの構成となっている。これにより、移動する２物体間において、相手方の移動物体からレーザ光を受光したときに、レーザ装置をその位置で停止するとともに、レーザ光を受光した方向に自分からもレーザ光を発振するように制御して相手に自分の位置を把握できる。また、このときに、制御部は、相手の移動物体からのレーザ光を２次元位置検出素子の受光位置より相手の方向を特定し、その信号により駆動部を作動させて絶えず相手を捕捉するように駆動部に指令を出力する。また、制御部は、２次元位置検出素子の駆動部に指令を出力して、レーザ光が２次元位置検出素子の定点位置として例えば中心位置に来るように、レーザ装置を水平方向あるいは垂直方向に駆動して調整するようにすればよい。これにより、移動物体が動揺条件下においても連続して捕捉することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明に係る移動物体相互の捕捉方法および装置の好ましい実施の形態を、添付図面に従って詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る移動物体相互の捕捉装置の構成図、図２は同捕捉装置を構成する探索捕捉手段の外観概念図、図３は移動物体が相互位置を検出する作動を説明するための概念図、図４は受光部の概念図である。図３において、二つの移動物体は、例えば、船舶１１、１３を例とし、かつ、一方の移動物体を捜索局側船舶１１とし、他方の移動物体を待受け局側船舶１３としている。図３（ａ）は、待受け局側船舶１３がレーザ光を受光しようと作動している状態を示している。図３（ｂ）は、捜索局側船舶１１がレーザ光を発振して待受け局側船舶１３を捜索して作動している状態を示している。図３（ｃ）は、捜索局側船舶１１がレーザ光を発振して待受け局側船舶１３を捕捉完了した状態を示している。
【００１２】
また、二つの移動物体の捜索局側船舶１１および待受け局側船舶１３は同じ相互捕捉装置１５を搭載している。なお、上記の相互捕捉装置１５は、以下では説明を容易にするために、図１の左側に記載した（ｂ）捜索局側船舶１１の相互捕捉装置１５の部品には添付符号ａを、また、右側に記載した（ａ）待受け局側船舶１３の相互捕捉装置１５の部品には添付符号ｂを付して区別して説明するが、以下で記す図１および図４の相互捕捉装置１５の構成を説明する文章では、部品に添付符号のａ、ｂは省略している。
【００１３】
図１及び図２において、捜索局側船舶１１のレーザ発光部１７ａより発振した実線で示すレーザ光は捜索用レーザ光（Ｒｓ）を示し、待受け局側船舶１３のレーザ発光部１７ｂより発振した点線で示すレーザ光は待受け局側船舶１３の相互捕捉装置１５ｂが前記捜索用の捜索用レーザ光（Ｒｓ）を受光して応答した応答用レーザ光（Ｒｋ）を示している。
【００１４】
図１において、相互捕捉装置１５は、レーザ発光部１７より発振したレーザ光をレーザ受光部１９で受光し、その受光したレーザ光をレーザ受光部１９で電流に変換し信号として制御部２１に送信している。制御部２１は、レーザ受光部１９からの信号に応じて相手方の位置を検出している。レーザ発光部１７は、固体レーザや半導体レーザ等のレーザ発振器２３からのレーザ光を送信用凸レンズ２５で拡大して発振している。レーザ受光部１９は、受信用凸レンズ２７で集光して２次元位置検出器２９の２次元位置検出素子３１（図４に示す）の上に収斂している。２次元位置検出素子３１では、受けたレーザ光を電流に変換する共に、図４に示すように、受けた位置に応じた電流を制御部２１に送信している。
【００１５】
レーザ発光部１７およびレーザ受光部１９はレーザ本体部３３に収納され、このレーザ本体部３３は制御部２１からの指令を受けて駆動する駆動部３５に搭載されている。駆動部３５は、制御部２１からの指令により水平回転方向に駆動する水平回転部３７と、同じように制御部２１からの指令により垂直方向に揺動する垂直揺動部３９よりなっている。また、駆動部３５には、水平回転および垂直揺動を制動する制動部４１が設けられているが、図示しない駆動用モータで停止しても良い。
【００１６】
駆動部３５は、制御部２１からの指令を受けて、水平方向、垂直方向のそれぞれに指令に応じて作動される。これに伴って、レーザ本体部３３は、水平方向の回転、垂直方向の揺動、あるいは、斜め方向への揺動等、任意の方向に移動し、これにより、搭載しているレーザ発光部１７およびレーザ受光部１９を制御部２１からの指令に応じた所定の作動に従って変動している。制動部４１は、制御部２１からの指令にしたがって水平回転部３７および垂直揺動部３９の作動を迅速に停止している。制動部４１は、例えば、相互捕捉装置１５が相手からのレーザ光を受けたときに出力された信号を制御部２１が受けて、制御部２１から制動部４１に指令が出力されて、その位置で停止するときに用いられる。
【００１７】
図４において、２次元位置検出素子３１は、正方形形状により形成されるとともに、中央部にＸ軸、及びＹ軸の交点Ｏａを有している。また、２次元位置検出素子３１は、正方形の４隅にレーザ光が変換された電流を出力するための電極Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ、Ｔｄを有しており、この電極Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ、Ｔｄには、それぞれ電線Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄが接続されている。各々の電極Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ、Ｔｄは間隔Ｌ（長さＬ）を有して配置されている。また、電線Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄは、制御部２１に接続され、電極Ｔａは信号ＩX1を、電極Ｔｂは信号ＩY1を、電極Ｔｃは信号ＩX2を、および、電極Ｔｄは信号ＩY2を検出して制御部２１に送信している。例えば、図４に示すように、２次元位置検出素子３１が、受信用凸レンズ２７で集光されたのち、２次元位置検出素子３１の位置ＭX、yの上に収斂しているものとする。このとき、ＭX、Y点のＸａおよびＹａは、次の式１より求めることができる。
【式１】
0004621946.tif 000002
【００１８】
上記計算式より、ＸａおよびＹａの位置を求めることにより、２次元位置検出素子３１のＸ軸、及びＹ軸の交点Ｏａからレーザ光が収斂されている位置ＭX、Yの距離が判明する。この位置ＭX、Yの距離（Ｘａ、Ｙａ）と、船舶１１、１３に搭載されているレーザ発光部１７の船舶１１、１３の中心線Ｑｏに対する水平方向の旋回角度Θとから、互いの船舶１１、１３の位置を検出することができる。次に、制御部２１は、レーザ光が照射されている位置ＭX、Yが交点Ｏａ上に収斂するように、水平回転部３７および垂直揺動部３９に指令を出力して、水平回転部３７および垂直揺動部３９を駆動する。これにより、捜索局側船舶１１と待受け局側船舶１３とは、さらに正確に、迅速に相手の位置を検出することができる。
【００１９】
上記構成において、次に図３の捜索図および図５のフロチャート図を用いて、レーザ光を用いた移動物体間の相互位置検出の作動について説明する。
図３あるいは図５において、待受け局側船舶１３は駆動部３５ｂに搭載しているレーザ装置１５ｂを水平方向に回転あるいは旋回揺動させている。悪天候下においては、必要に応じて垂直方向に揺動させているが説明は省略する。待受け局側船舶１３のレーザ受光部１９ｂは水平方向に回転あるいは旋回揺動し、捜索局側船舶１１のレーザ発振器２３ａから所定の広さに拡大されて発振されたレーザ光を受信用凸レンズ２７ｂで集光し、２次元位置検出素子３１ｂの上に収斂するのを待受けている（ステップ１）。待受け局側船舶１３の制御部２１ｂは、２次元位置検出素子３１ｂが捜索局側船舶１１からのレーザ光を受光したか、否かを判定している（ステップ２）。
【００２０】
検出した場合（ＹＥＳ）にはステップ３に行き、検出していない場合（ＮＯ）にはステップ１に戻り、制御部２１ｂは駆動部３５ｂに指令を出力し、レーザ受光部１９ｂの回転あるいは旋回揺動を続行する。ステップ２で検出した場合（ＹＥＳ）には、制御部２１ｂは駆動部３５ｂに、レーザ受光部１９ｂの回転あるいは旋回揺動を停止する指令を出力する（ステップ３）。このとき、制御部２１ｂは制動部４１ｂに指令を出力してレーザ受光部１９ｂの回転あるいは旋回揺動を停止すると迅速に停止することができる（ステップ３）。また、制御部２１ｂは、駆動部３５ｂが停止したのを確認（ステップ４）したら、待受け局側船舶１３のレーザ発振器２３ｂにレーザ光を発振するように指令を出力する（ステップ５）。レーザ光が発振したか、否かを確認する（ステップ６）。
【００２１】
また、制御部２１ｂは、２次元位置検出素子３１ｂの上に収斂した位置ＭX、Yからの信号（電流信号ＩX1、ＩX2、ＩY1、ＩY2）と、待受け局側船舶１３に搭載されているレーザ発光部１７ｂの待受け局側船舶１３の中心線Ｑｏｂに対する水平方向の旋回角度Θｂとから、捜索局側船舶１１の位置を演算して求めることができる（ステップ７）。さらに、制御部２１ｂは、捜索局側船舶１１のレーザ発光部１７ａのレーザ光が収斂されている位置ＭX、Yが交点Ｏａ上に来るように、水平回転部３７ｂおよび垂直揺動部３９ｂに指令を出力する（ステップ８）。
【００２２】
なお、上記のステップ３からステップ７においては、ステップ２でレーザ光を受光したときに、駆動部３５に停止指令を出力し、駆動部３５が停止してからレーザ発光部１７にレーザ光を発振する指令を出力し、更に、発振後に捜索局側船舶１１を演算するよう各ステップを順序経過するように記載しているが、駆動部３５の停止と、レーザ発光部１７の発振および捜索局側船舶１１の演算を同時に行なっても良い。
【００２３】
次のレーザ発光部１７ａのレーザ光が交点Ｏａ上に来るように水平回転部３７ｂおよび垂直揺動部３９ｂを駆動する（ステップ９）。次の捜索局側船舶１１から来たレーザ光が交点Ｏａの近辺上に来たか、否かを検出する（ステップ１０）。レーザ光が交点Ｏａの近辺上に来ない場合には、ステップ８に戻り、レーザ光が交点Ｏａの上に来るように、水平回転部３７ｂおよび垂直揺動部３９ｂに指令を出力する（ステップ８）。ステップ１０で、レーザ光が交点Ｏａの近辺上に来た場合には、ステップ３０に行き、捜索局側船舶１１と待受け局側船舶１３とで緊密に交信を行う（ステップ３０）。
【００２４】
捜索局側船舶１１は、制御部２１ａが搭載しているレーザ発光部１７ａにレーザ光を発振するように指令を出力する（ステップ２１）。捜索局側船舶１１のレーザ発光部１７ａは、制御部２１ａからの指令に応じてレーザ発振器２３ａからのレーザ光を送信用凸レンズ２５ａで拡大して発振する（ステップ２２）。また、制御部２１ａは、レーザ発振器２３ａからレーザ光が発振されると、レーザ発振器２３ａを搭載している捜索局側船舶１１の駆動部３５ａに水平方向に回転あるいは旋回揺動するように指令を出力する（ステップ２３）。このとき、前記悪天候下の場合には必要に応じて垂直方向に揺動するように、ステップ２３で指令を出力する。
【００２５】
また、捜索局側船舶１１の制御部２１ａは、２次元位置検出素子３１ａに待受け局側船舶１３からのレーザ光を受光する指令を出力する（ステップ２４）。捜索局側船舶１１の制御部２１ａは、２次元位置検出素子３１ａが待受け局側船舶１３からのレーザ光を受光したか、否かを判定している（ステップ２５）。検出していない場合（ＮＯ）にはステップ２３に戻り、制御部２１ａは駆動部３５ａに指令を出力し、レーザ受光部１９ａの回転あるいは旋回揺動を続行する。捜索局側船舶１１の２次元位置検出素子３１ａが検出した場合（ＹＥＳ）、すなわち、待受け局側船舶１３のレーザ発振器２３ｂがステップ７でレーザ光を発振した場合には、制御部２１ａは駆動部３５ａに指令を出力し、レーザ受光部１９ａの回転あるいは旋回揺動を停止する（ステップ２６）。このとき、制御部２１ａは制動部４１ａに指令を出力してレーザ受光部１９ａの回転あるいは旋回揺動を停止すると迅速に停止することができる（ステップ２６）。
【００２６】
また、捜索局側船舶１１のレーザ発光部１７ａからのレーザ光は、ステップ１０に示すように、次に捜索局側船舶１１から来たレーザ光が交点Ｏａの近辺上に来たか、否かを検出するのに用いられている。
【００２７】
制御部２１ａは、２次元位置検出素子３１ａの上に収斂した位置ＭX、Yからの信号（電流信号ＩX1、ＩX2、ＩY1、ＩY2）と、捜索局側船舶１１に搭載されているレーザ発光部１７ａの捜索局側船舶１１の中心線Ｑｏａに対する水平方向の旋回角度Θａとから、待受け局側船舶１３の位置を演算して求めることができる（ステップ２７）。さらに、制御部２１ａは、待受け局側船舶１３のレーザ発光部１７ｂのレーザ光が収斂されている位置ＭX、Yが交点Ｏａ上に来るように、水平回転部３７ａおよび垂直揺動部３９ａに指令を出力する（ステップ２８）。
【００２８】
次のレーザ発光部１７ｂのレーザ光が交点Ｏａ上に来るように水平回転部３７ａおよび垂直揺動部３９ａを駆動する（ステップ２９）。このように、捜索局側船舶１１は、待受け局側船舶１３からのレーザ光を交点Ｏａの近辺上で受光することにより、待受け局側船舶１３と捜索局側船舶１１とが互いを確認されたことが判別でき、連続して捕捉できるとともに、お互いに確実に緊密に交信することができる（ステップ３０）。
【００２９】
なお、上記実施例では、一方が移動物体を捜索局側船舶１１としてレーザ光を送信するようにするとともに、他方の移動物体を待受け局側船舶１３としてレーザ光を受信するような構成で説明したが、両方の移動物体がレーザ光を送信するようにするとともに、両方の移動物体でレーザ光を受信するような構成としても良い。このようにすることにより、両方の移動物体の確認が迅速に出来るとともに、捜索範囲を広くすることができる。
【００３０】
以上では、移動物体は二つの船舶１１、１３を例として説明したが、２漁船での魚追い込み時の誘導、２ヘリコプター間での立体写真作成時の誘導、飛行物体から飛翔体の誘導、自動車から模型飛行機の誘導、陸上及び漁船より無人船の誘導等に本発明のレーザ光を用いた移動物体間の相互捕捉装置を用いることができる。
【００３１】
上述のような実施形態によれば、移動物体相互に設けられたレーザ発光部と２次元位置検出素子を備えたレーザ受光部とからなる探索捕捉手段における前記２次元位置検出素子に対するレーザ光の受光点位置と、前記２次元位置検出素子に設定された定点との位置偏差に基づき、前記探索捕捉手段を旋回・揺動駆動させることにより移動物体相互の捕捉をなすよう作動して、相手に自分の位置を容易に把握捕捉できる。レーザ光に通信データを随伴させることにより相手と通信して相手の存在を確認したことを知らせている。これにより、相手を確実に認識できるので、悪天候下においても、移動する２つの移動物体が近接して存在するときに、衝突の回避、漁業作業の効率向上、航空撮影作業の正確性等を求めるために相手の移動物体がどの方向に位置しているのかを知り、互いに連絡を取りながら運行することが確実にできるようになっている。また、制御装置は、相手の移動物体からのレーザ光を２次元位置検出素子の受光位置より相手の方向を特定し、その信号により駆動装置を作動させて絶えず相手を捕捉するとともに、２次元位置検出素子へのレーザ光が中心位置に来るように、レーザ装置を水平方向あるいは垂直方向に駆動して調整している。これにより、移動物体が悪天候の動揺条件下においても連続して捕捉することができるので、互いに連絡を取りながら運行することがさらに確実にできるようになっている。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、移動物体相互に設けられたレーザ発光部と２次元位置検出素子を備えたレーザ受光部とからなる探索捕捉手段における前記２次元位置検出素子に対するレーザ光の受光点位置と、前記２次元位置検出素子に設定された定点との位置偏差に基づき、前記探索捕捉手段を旋回・揺動駆動させることにより移動物体相互の捕捉をなすように構成したので、移動物体には各々のレーザ受光部に２次元位置検出素子を使用し、二つの移動物体が近接し相手方のレーザ光を受光したときに自分からも受光した方向にレーザ光を発振しつつ、正確で迅速に捕捉動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るレーザ光を用いた移動物体間の相互捕捉装置の概念図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るレーザ光を用いた移動物体間の相互捕捉装置の外観概念図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る移動物体が相互位置を検出する作動を説明するための概念図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るレーザ光を用いた移動物体間の相互捕捉装置における受光部の概念図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る移動物体が相互位置を検出する作動を説明するためのフローチャート図である。
【図６】従来のレーザ光を用いた移動物体間の相互捕捉装置における受光部の概念図である。
【符号の説明】
１１………捜索局側船舶、１３………待受け局側船舶、
１５………相互捕捉装置、１７………レーザ発光部、１９………レーザ受光部、２１………制御部、２３………レーザ発振器、２５………送信用凸レンズ、
２７………受信用凸レンズ、２９………２次元位置検出器、
３１………２次元位置検出素子、３３………レーザ本体部、３５………駆動部、３７………水平回転部、３９………垂直揺動部、４１………制動部
【図１】
0004621946.tif 000003
【図２】
0004621946.tif 000004
【図３】
0004621946.tif 000005
【図４】
0004621946.tif 000006
【図５】
0004621946.tif 000007
【図６】
0004621946.tif 000008