JP2002527729A - 光送信機及び光送信方法 - Google Patents

光送信機及び光送信方法

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JP2002527729A JP2000576237A JP2000576237A JP2002527729A JP 2002527729 A JP2002527729 A JP 2002527729A JP 2000576237 A JP2000576237 A JP 2000576237A JP 2000576237 A JP2000576237 A JP 2000576237A JP 2002527729 A JP2002527729 A JP 2002527729A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】位置決定システム又は位置測定システムに用いる光送信器に関し、点、線、平面、距離、面積、体積、方位、高度、範囲、角度又は他の位置或いは空間に関する変数を決定することを可能にする。また、例えば、測量、建設、及び仮想又は現実の環境の創作等に広く適用されることを可能にする。 【解決手段】（ｉ）第１の平面及び第２の平面上で既知の方向に発散するとともに直交平面上にあり幅が狭い２つの光ビームを発生する２つの光源を含む部分と、（ｉｉ）前記光源部分の回転中に、一定速度又は所定パターンで変化する速度で前記光源部分を回転させる部分に、駆動力を供給する回転力供給源と、（ｉｉｉ）前記光源部分の所定の回転位置で同期信号を出力する信号出力装置とを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光送信機に関し、更に詳しくは、位置決めシステムに用いることが
できる少なくとも１つの回転光ビームを発生する光送信機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本出願は、本出願に先行して１９９８年１０月１３日に出願され、本譲受人に
譲渡された米国仮出願番号第６０／１０４，１１５号、同じく、１９９９年３月
２２日に出願され、本譲請人に譲渡された米国仮出願番号第６０／１２５，５４
５号に基づく優先権を主張し、両先出願の内容は全て、ここにその全てを述べる
のと同等に本明細書に盛り込まれる。
【０００３】 三次元位置データを迅速且つ正確にデジタル化して生成する局所位置測定装置
が開発されている。例えば、米国特許第５，１００，２２９号、第５，１１０，
２０２号、第５，２４７，４８７号及び第５，２９４，９７０号は、このような
位置測定装置を開示しており、これら米国特許に開示される内容は参照により本
出願に盛り込まれる。これらの位置測定装置はそれぞれ、実質的に平面のレーザ
ビームを発する１又は複数の光送信機を有する。斯かる位置測定装置はまた、レ
ーザビームを検出する可搬の位置センサも有する。上述の米国特許に詳細に開示
される通り、位置センサの位置を示すデジタル化された三次元位置データは、位
置センサでレーザビームを検出することによって特定される時間間隔に基づき生
成される。
【０００４】 これらのシステムを用いて位置測定を正確に行うためには、光ビームの発生に
精度が要求される。具体的に言えば、駆動装置が固着された軸を中心にレーザビ
ームを空間中で回転させる際、光ビームはそれぞれその各回転を通して形状が一
定及び既知であり且つその角速度が一定であるか、或いは、角速度の変化が既知
のパターンであるかでなければならない。従って、光送信機の設計及び製造には
細心の注意を払う必要がある。レーザビームの形状又は回転速度に少しでも未知
の変化があると、位置決めシステムの精度を低下させることになる。
【０００５】 米国特許第５，４６１，４７３号、及び第５，５７９，１０２号に開示される
内容は参照により本出願に盛り込まれるが、これらの米国特許は上記の位置測定
システムに用いられる光ビームを発生する光送信機を開示する。図４に示す通り
、レーザエミッタ１１２はスピンドルシャフト１１８の中心を通過するようにコ
リメートされたレーザビームを発し、このコリメートされたレーザビームを２つ
に分割するプリズムアセンブリ１０８に入射する。分割されたレーザビームはそ
れぞれ平面に沿って発散するが、該平面に直交する方向においては極めて狭いま
まである。よって、この２つのレーザビームは実質的に平面であるといえる。ド
ライブモータ１１６はスピンドルシャフト１１８及びプリズムアセンブリ１０８
を回転させてレーザビームを回転させる。これらのレーザビームはルーフミラー
１２２によって反射されるので、レーザビームはプリズムアセンブリ１０８の回
転軸に対し垂直な軸を中心に回転する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の光送信機の製造は経済的でなく、消費者市場用としては
現実的でない。このような光送信機の設計には、高価で且つ製造が困難な精密光
学部材が数多く必要である。その上、係る光送信機は複雑な光路を有するため、
これらの光学部材の取り付け及び整合を精密に行って回転時のレーザビームの形
状にばらつきが生じるのを防ぐ必要がある。又、このような光送信機はどちらか
と言えば大型且つ重量である。更に、可搬の用途に用いる際には、大型で重量の
電池を必要とする。
【０００７】 本発明は、上記の問題の少なくとも１つにより生じる影響を低減することを目
的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】 前記課題を解決するための本発明の一面によれば、１の光送信器が提供される
。この光送信器は、回転ヘッド部、回転力供給源、信号出力装置を含む。回転ヘ
ッド部は、第１の平面上にあり幅が狭く直交平面上で既知の方向に発散する第１
の光ビームを発生する第１の光源を含む。回転力供給源は、１又は複数の既知の
角速度で前記回転ヘッド部分を回転させるための駆動力を供給する。信号出力装
置は、前記回転ヘッド部の所定の回転位置で同期信号を出力する。
【０００９】 また、本発明の他の一面によれば、他の光送信器が提供される。この光送信器
は、回転ヘッド部と回転力供給源とを含む。回転ヘッド部は、第１の狭い平面上
にあり幅が狭く第１の直交平面で第１の既知の方向に発散する第１の光ビームを
発生する第１の光源を含む。回転ヘッド部は、更に、第２の狭い平面上にあり幅
が狭く第２の直交平面上で第２の既知の方向に発散する第２の光ビームを発生す
る第２の光源を含む。回転力供給源は、１又は複数の既知の角速度で回転ヘッド
部を回転させる駆動力を供給する。
【００１０】 また、本発明の他の一面によれば、光信号を送信する方法が提供される。この
方法は、（ｉ）第１の光源を有する回転ヘッド部を設けることと、（ｉｉ）第１
の光源により、第１の平面上にあり幅が狭く直交平面上で既知の方向に発散する
第１の光ビームを発生することと、（ｉｉｉ）回転ヘッド部を回転させることと
、そして、（ｉｖ）回転ヘッド部の所定の位置で同期信号を出力することとを含
む。
【００１１】 また、本発明の他の一面によれば、光信号を送信する他の方法が提供される。
この方法は、（ｉ）第１の光源と第２の光源とを有する回転ヘッド部を設けるこ
とと、（ｉｉ）前記第１の光源により、第１の平面上にあり幅が狭く直交する平
面上で第１の既知の方向に発散する第１の第１の光ビームを発生することと、（
ｉｉｉ）前記第２の光源により、第２の平面上にあり幅が狭く、第２の直交平面
上で第２の既知の方向に発散する第２の光ビームを発生することと、（ｉＶ）前
記回転ヘッド部を回転させることと、を含む。
【００１２】 また、本発明の他の側面によれば、更に他の光送信器が提供される。この光送
信器は、第１の平面上にあり幅が狭く第２の平面上で既知の方向に発散する光ビ
ームを発生する機構と、前記光ビームを回転させる機構とを含む。この光送信器
は、更に、光ビームの所定の回転位置で同期信号を出力する機構を含む。
【００１３】 また、本発明の他の側面によれば、更に他の光送信器が提供される。この光送
信器は、第１の平面上にあり幅が狭く直交平面上で第１の既知の方向に発散する
第１の光ビームを発生する機構と、第２の平面上にあり幅が狭く第２の直交平面
上で第２の既知の方向に発散する第２の光ビームを発生する機構とを含む。この
光送信器は、更に、前記第１の光ビームと前記第２の光ビームとが所定の空間的
関係を保持した状態で、前記第１の光ビーム及び第２の光ビームを回転させる機
構を含む。
【００１４】 上記の概略的な記載及び下記の詳細な記載は、例示及び説明のためになされて
おり、発明の範囲を限定するものではないことは、理解されるべきである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下の説明は、例えば位置決めシステム又は位置測定システムに用いることの
できる光送信機に関するものである。この「位置決めシステム」という用語は、
三次元空間における点、線、平面の位置を特定できるシステムに言及する際にし
ばしば用いられる用語であり、「位置測定システム」という用語は、空間におけ
る点の位置を特定できるシステムに言及する際にしばしば用いられる用語である
。しかしながら、この開示においてはこれらの用語はもっと広く一般的に用い、
光送信機を用いるあらゆるシステムに言及するものであって、本発明の適用範囲
を限定すると受け取られるべきではない。光送信機を用いるシステムには、例え
ば、点、線、平面、距離、面積、体積、角度、或いは、空間的又は位置的変数を
測定するシステムが含まれる。
【００１６】 これより、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。尚、参照により
この説明に盛り込まれる添付図面は、本発明の実施例を図解し、この説明と共に
本発明の原理を説明するものである。同一の或いは類似の部材には、全ての図面
を通じて可能な限り同一の符号が付してある。
【００１７】 図１及び図２は、本発明に係る光学トランスミッタ１０を示す。一般的には、
光学トランスミッタ１０は、回転ヘッドアセンブリ１２、ロータリー電源１６、
及び電気的システム４０を備える。 回転ヘッドアセンブリ１２は、一又は複数の光源２２を備えており、これらは
、光学保持部材２０に取り付けられている。釣り合わせ孔４４を光学保持部材２
０に取り付けることにより、回転ヘッドアセンブリ１２は、そのバランスが保た
れ、振動から防御されるようになっている。釣り合わせ孔４４は、また、光学保
持部材２０の内部に入り組ませることができ、これにより、光源２２の取付が容
易となっている。
【００１８】 各光源２２は、実質的には、平面ビームを放射するもの、即ち、平面に沿って
広がり、且つ、平面に対して直角の方向に非常に狭い（”平らな”）状態を維持
するものであればよい。このようなビームを発する好ましい光源２２は、例えば
、一又は複数のレンズ２４と一体化された固体赤外レーザ２３（波長７８０ｎｍ
）を備える。コリメートされた光学ビームが好適であるが、他のビームを使用し
てもよい。例えば、発光ダイオードは、レーザ２３に代えて使用可能である。本
実施形態における回転ヘッドアセンブリ１２は、第１及び第２の光源２２を備え
、これらの光源２２は、各々、第１及び第２の実質的な平面ビームを生成する。
上述したように、ビーム形状の制御は重要であり、ビームは精密に制御された形
状であることが望ましい。また、精密に制御された形状を有する付加ビームを生
成する一又は複数の付加光源を回転ヘッドアセンブリ１２に組み込んでもよい。
【００１９】 位置決めシステムにおける光学トランスミッタ１０を容易に使用すべく、第１
及び第２のビームの各々は、回転ヘッドアセンブリ１２の回転軸Ａを回転角度３
０度で交わる平面を決定するが、他の傾き角度を採用することも可能である。第
１及び第２ビームにより決定される平面は、反対側に傾斜していることが望まし
い。更に、光源２２は、回転ヘッドアセンブリ１２の回転軸方向から見た場合に
、分離角αでオフセットされている（図２参照）。分離角αは、好ましくは、６
０度より大きいことが望ましく、更に、好ましくは、９０度であることが望まし
いが、これに限定されるものではない。
【００２０】 平面レーザビームの広がり角は、扇形角とも称されるが、この広がり角は、位
置決めシステムへの応用に好適である。測定がトランスミッタから離れた距離の
ところでなされる場合には、垂直なトランスミッタ回転軸を備えたトランスミッ
タを通過する水平面内又はこれに近いところにおいて、水平面のまわりのレーザ
ビームのエネルギーを凝縮した狭い広がり角を使用することができる。測定が、
広い範囲において段階的に行われる場合には、広い広がり角を使用することがで
き、トランスミッタを取り囲む大容量の範囲にわたりレーザビームエネルギーを
及ぼすことが可能である。また、ビームの傾き角度を調整することにより空間内
の光学ビームのエネルギー分布を制御することもできる。
【００２１】 周知のように、実際的には、あらゆる広がり角で到達し得る。１度未満の広が
り角は、離れたところでスポットを生成するために多くの位置決めシステムで使
用される。概ね１０度と９０度との範囲にある、より大きな広がり角は、本実施
形態に好適であり、ほぼ７０度の広がり角が最も好適である。周知のように、ビ
ームは種々の方法で広げることができる。
【００２２】 改良したトランスミッタ１０の回転ヘッドアセンブリ１２は、２組の光源２２
を備えることができ、一方の組は、長期間の使用のために小さな広がり角のビー
ムを発し、他方の組は、段階的に変化する広範囲の角度での短期間の使用のため
に大きな広がり角のビームを発する。トランスミッタ１０のコントロール電気素
子を用いて、ユーザは、どの組のビームを点灯させるかを選択することができる
、換言すれば、ビームは、位置決めシステムの光学センサによって認識可能な異
なった光学波長を利用するものであればよい。
【００２３】 ロータリー電源１６は、ロータリーパワーを生成し、回転ヘッドアセンブリ１
２を回転させる。ロータリー電源１６は、モータ１７とトランスミッション１９
とを備え、このトランスミッション１９は、ロータリーパワーをモータ１７から
回転ヘッドアセンブリ１２まで伝送する。電源１６は、一定の角速度で回転ヘッ
ドアセンブリ１２を駆動させる。あるいは、電源１６は、既知且つ予測可能に変
動する各回転に応じて変化する速度で、回転ヘッドアセンブリ１２を駆動させる
。
【００２４】 モータ１７は、固定子３０とロータ１４とを備えたブラシレス直流モータであ
るとよく、交流波形、好ましくは、モータのトルクリプルを最小化させるために
サイン波によって駆動されるものであることが望ましい。回転ヘッドの各速度は
、このトルクリプルによって変化させられる。モータ１７は、そのベアリング内
で最小限の自由度を有する必要があり、高品質なボールレース又は空気ベアリン
グ（図示略）を用いたものが望ましい。これにより、位置決めシステムの正確さ
を損なわせるロータ１４のすりこぎ運動を回避することができる。
【００２５】 本実施形態において、モータ１７は下側ハウジング６２に取り付けられている
。下側ハウジング６２は、埋込支持プレート６３と、周縁部６９と、埋込ポイン
ト６６を備えた基板６８とを備える。この埋込ポイント６６は、いわばネジ孔で
あり、光学トランスミッタ１０を所定の位置に確実に埋込むためのものである。
モータ１７のケーシング６５は、プレート６３に埋め込まれている。
【００２６】 ロータ１４から広がったフランジ部１５は、下側ハウジング６２から伸張しト
ランスミッション１９を形成し、このトランスミッション１９は、ロータリーパ
ワーをモータ１７から回転ヘッドアセンブリ１２へ伝送する。フランジ部１５は
、光学保持部材２０にプレスばめされている。
【００２７】 電気的システム４０は、電力を電源４７（バッテリー又は低電圧力の外部電源
等）からモータ１７及び光源２２へ転送する。図１に示したように、電気的シス
テム４０は、制御システム４１と、電力転送デバイス２７と、電力供給電気的ユ
ニット４５とを備える。
【００２８】 制御システム４１は、電気的に電源４７に接続され、電気的システム４０の電
力流れを制御する。制御システム４１は、他の部材に混じって、モータ１７への
電力流れを制御するモータ制御部４９を備え、これにより、モータ及び回転ヘッ
ドを一定の角速度又は少なくとも既知の各速度で作動させることができる。制御
システム４１は、更に、光源２２への電力流れを制御する光源制御部５１を備え
ることが望ましい。制御システムは、更に、あるいは、これに代えて、光学ビー
ムの発光パワーを変調することもできる。
【００２９】 モータ制御部４９は、エンコーダ６０からの角速度情報を受信するが、角速度
情報の他の情報源として、例えば、回転計を用いてもよい。エンコーダ６０は、
光学保持部材２０に埋め込まれる反射型ディスク等の光学エンコーダディスク６
１と、プレート６３に埋め込まれるディスク読出電気的ユニット１１１とを備え
たものでもよい。モータ制御部４９の従来の閉ループフィードバック制御回路は
、エンコーダ６０から受信した角速度情報に基づいて、モータ１７への電力供給
を制御することにより、ロータ１４を一定の角速度に維持する。
【００３０】 光源制御部５１は、光源２２への電力流れを制御する従来の回路を備えること
によって、光源２２のオペレーションを制御し、これにより、放射された光学パ
ワーを一定レベルに維持することができる。
【００３１】 電気的システム４０においては、電力転送デバイス２７が制御システム４１の
光源制御部５１からの電力を回転光源２２に送る。ここでは、電力転送デバイス
２７は回転変圧器２８を備えることが望ましく、フェライト材で作られたポット
コアタイプの回転変圧器が更に望ましい。
【００３２】 図１に示す回転変圧器２８は、モータ１７のケーシング６５に取り付けられた
固定部２８ａ、及び回転ヘッドアセンブリ１２に固着され、該回転ヘッドアセン
ブリ１２と共に回転する回転部２８ｂを有する。固定部２８ａ及び回転部２８ｂ
は互いに同心円状に取り付けられており、間をエアギャップによって仕切られて
いる。
【００３３】 制御システム４１の光源制御部５１は、周知の電気接続を介して固定部２８ａ
に交流を高周波で供給する。固定部２８ａに供給された交流は、回転変圧器２８
の円柱状のコア部２８ｃのフェライト材を介して磁気結合により回転部２８ｂの
交流に変換される。
【００３４】 回転部２８ｂが回転しても、回転部２８ｂが円柱状のコア部２８ｃの軸を中心
に回転するため磁気結合は変動しない。従って、回転によるトルクリップル或い
は出力電圧に変動は生じない。トルクリップルは、シャフト１４の角速度にばら
つきを生じさせるため、位置決めに用いられる光送信機にとって極めて不都合で
ある。この他にも、回転変圧器の代わりに、スリップリング、小型の電力発電器
などの電力転送装置を用いても良い。しかしながらこれらの装置はトルクリップ
ルを生じさせる傾向が高い。
【００３５】 光学トランスミッタ１０の実施形態では、回転ヘッドアセンブリ１２に設けら
れる光源２２として、様々な周知の技術及び／又は装置を用いることが可能であ
る。この様な技術及び／又は装置とは、例えばスリップリング、回転ヘッドアセ
ンブリ１２の回転を利用した誘導、静電結合、無線周波伝達による回転ヘッドア
センブリ１２への電力の直接伝達、回転ヘッドアセンブリ１２での日光又はその
他の光の受光、回転ヘッドアセンブリ１２の外部又は内部に電池を備えることな
どである。もちろん、電力転送デバイス２７及び／又は光源制御部５１は、必要
に応じ回転ヘッドアセンブリ１２に一体的に設けても良い。
【００３６】 電力供給電気的ユニット４５は、回転変圧器２８の回転部２８ｂから交流電圧
を受け取り、これを光源２２に供給するために適切な直流電圧に変換する。電力
供給電気的ユニット４５は回転ヘッドアセンブリ１２内に納められていることが
望ましい。
【００３７】 位置決め装置における光学トランスミッタ１０の使用を容易にするため、回転
ヘッドアセンブリ１２の回転位置に基づいて同期信号を発する信号発信ユニット
４２を設けても良い。例えば、エンコーダ６０の指標から受けた信号に基づいて
、信号発信ユニット４２が同期信号を発することができる。制御システム４１の
信号発信ユニット制御部７０が、信号発信ユニット４２に命令を出し同期信号を
発生させる。
【００３８】 エンコーダの指標は、１回転につき１度だけ同期信号を発生させる。エンコー
ダは、同期信号をもっと高い頻度で発生させるこれ以外のタイプの構成としても
良い。また、送信機は１回転につき１度発せられる信号を分割し１回転につき１
度よりも低い頻度で同期信号を発生させるような構成としても良い。例えば、同
期信号を２回転につき１度発生させる２分割、３回転につき同期信号を１度発生
させる３分割などである。１回転に１度、或いは２回転に２度発せられる同期信
号は、円弧角の１０秒オーダーでの測定可能にすることが証明されている。
【００３９】 本実施形態では、信号発信ユニット４２は、下側ハウジング６２の周縁部６９
に取り付けられた複数の赤外発光ダイオード（ＬＥＤ）４３（例えば波長８９０
ｎｍ）を含む。ＬＥＤ４３は、周辺環境を通じて伝達される光同期信号の生成に
用いられるが、下側ハウジング６２の所期する円弧角をカバーし、所期する運用
距離及び体積に渡って同期信号を送信するのに充分なＬＥＤ４３が備られること
が望ましい。
【００４０】 しかしながら、信号発信ユニット４２は、別の光信号源、電気信号源、又は、
無線周波信号源を使って同期信号を生成することも可能である。又、同期信号は
、例えばストロボ、非同期通信信号及び／又は、同期通信信号などの様々な形態
とすることが可能である。加えて、同期信号をこれらの周辺環境を通じて送信す
る代わりに、光同期信号は光ファイバーを介して、或いは、電気同期信号は電線
を介して図３に示す可搬式検出ユニット４６送信することも可能である。
【００４１】 図３は、本発明の光学トランスミッタ１０を用いた位置測定システムを示す図
である。図に示す実施例では、２つの光学トランスミッタ１０が測定フィールド
内に配置されている。各光学トランスミッタ１０は測定フィールドを掃引する２
つの実質的に平面の光ビームを発射し、この２つの光ビームを光検出器４８を備
える可搬式検出ユニット４６により検出する。光検出器４８は又、光学トランス
ミッタ１０が有する信号発信ユニット４２により発信された同期信号を検出する
。光ビームの検出の結果、光検出器４８が生成した検出信号は処理ユニット５０
に送られるが、この処理ユニットは可搬式検出ユニット４６に直接接続されてい
るか、或いは、遠隔地に位置する可搬式検出ユニット４６に通信リンクで接続さ
れている。処理ユニット５０は、検出信号に基づき三次元位置データを生成する
。
【００４２】 本発明は、位置決めシステムに用いられる既存の光送信機に比べ性能を劇的に
向上させ製造コストを削減するように改良された光送信機を提供するものである
。以下の段落において、本発明の利点の幾つかを、既存の送信機の実施例に比較
して説明する。
【００４３】 図１及び図２に示す通り、１乃至複数の光源２２、及びこれに関連する光学部
品が光学トランスミッタ１０の回転ヘッドアセンブリ１２内に固着されている。
光源２２及び光学部品は、ビームの回転ヘッドアセンブリ１２に対する空間的関
係を常に保つ扇形ビームを発生させる。光学トランスミッタ１０が固着されてお
り、モータの軸受けに高品質のものが用いられているとすれば、改良された光学
トランスミッタ１０は、光ビームが回転されても変動しない一定のパターンの光
エネルギーを空間に生成する。これにより、位置決めシステムによる位置決定測
定を高い精度で行えるようになる。
【００４４】 光ビームが通過するように設定され、光ビームに対して固定されていない窓は
設けられていない。窓があると、光ビームの回転の際、位置決めシステムの精度
を下げる原因となるゆがみやばらつきが生かねない。ゆがみを生じさせないよう
な窓の製造、設置は回転ビームを有する光送信機のコストの著しい増大につなが
る。
【００４５】 改良された光学トランスミッタ１０の回転ヘッドアセンブリ１２の光学部品は
、既存の実施例の構成部材に比較してその数が格段に少なくて済み、これにより
本光学トランスミッタ１０にかかる製造及び光学素子の整合のためのコストを低
減できる。光路も、改良された光学トランスミッタ１０においては既存の光送信
機に比べ格段に単純化されている（図４参照）。特に、改良された光学トランス
ミッタ１０は鏡を全く用いておらず、これにより、先行例に比べ、製造コストの
低減及び送信機のハウジングの小型化、軽量化が実現される。
【００４６】 回転ヘッドアセンブリ１２の光学部品は気密に密閉されるユニットを構成する
。このため、光学トランスミッタ１０の残りの部分を周知のケーシングを用いて
構成することが可能である。先行例においては、大型の密封ケーシングが必要で
あったが、これは結果として本発明の製造コストの増大につながる。更なる利点
は、光源２２を含む全ての光学素子が好ましくは互いに固定されていることであ
る。この構成により、光源又は鏡を回転させることに伴う問題、及び時間と共に
変化する可能性を有する光ビームに伴う問題の多くを解決される。また、例えば
、好ましくはないが、窓、鏡、レンズ又は光源等の光学素子が互いに固定されて
いない実施例でも意義があることは、当業界には容易に認識されるものである。
【００４７】 改良された光学トランスミッタ１０の有する回転部材の総質量は、先行例より
も少ないので、モータが必要とする電力を小さくすることができ、従って可搬式
の用途に用いる際に必要な電池を小型及び軽量なものとすることができる。
【００４８】 ここまで、２つの光ビームと同期信号を用いる光学トランスミッタ１０の一実
施例を説明してきたが、この他の実施例として、例えば、光ビームをただ１つと
同期信号とを用いる送信機、２つの光ビームを用いるが同期信号を生成しない送
信機などがある。これら追加の実施例はそれぞれ、高度及び／又は方角を２つの
送信、即ち、２つの光ビームの送信、或いは、１つの光ビームと１つの同期信号
の送信のいずれかの送信により伝達する。典型的に、２つの光ビームは高度情報
を伝達し、１つの同期信号と１つの光信号は方角情報を伝達する。この為、同期
信号は方角基準信号と称されることもある。
【００４９】 本発明は、本発明の範囲又は精神から逸脱することなく種々の変容及び変形が
可能なことは当業者には明らかである。例えば、回転ヘッドアセンブリ内に設け
る光源の数及びその配置は変更可能である。更に、他の例としては、回転ヘッド
アセンブリは、光源を１つとこの１つの光源から発せられるレーザビームを分割
する光学部品とを備えても良い。更に、他の例としては、光送信機を１つ用いて
、該送信機と２以上の光センサを有する光受信機との間の距離を測定しても良い
。また、１つの送信機を３以上のセンサを有する光受信機と共に用いて構造物に
取り付けられた受信システムの方向を測定することも可能である。更に、他の例
としては、複数の光源２２を回転ヘッドアセンブリ１２の中心点で交差するよう
に配置すると、回転ヘッドアセンブリ１２を小径のものとすることが可能である
。更なる例としては、エンコーダ６０をモータ１７の下方に移動しても良い。
【００５０】 これ以外の実施例も、明細書及びここに開示する発明の実施の考察から当業者
にとっては明らかである。明細書及び実施例はあくまでも例示のためのものであ
り、本発明の範囲及び精神は請求の範囲により定義される。
【００５１】
【発明の効果】
本発明によれば、一定の回転速度で回転し、回転させられる際に一定の形状を
有する光ビームを発生させる位置決定システム用の光送信器を提供することがで
きる。 本発明によれば、効率的かつ経済的に製造することができる位置測定又は位置
決定システム用の光送信器を提供することができる。 本発明によれば、比較的小型で軽量の光送信器を提供することができる。 本発明によれば、小型で軽量な形態可能な電源を使用することができるために
十分な動作効率を有する光送信器を提供することができる。 本発明の実施の形態の他の特徴及び利点は、上記の記載から明らかになるであ
ろう。また、本発明の実施により、更なる利点が学習されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る光送信機の部分断面図である。
【図２】 図１に示す光送信機の回転ヘッドアセンブリの上面図である。
【図３】 図１に示す光送信機を用いた位置測定システムの斜視図である。
【図４】 従来の光送信機を示す。
【符号の説明】
１０ 回転トランスミッタ １２ 回転ヘッドアセンブリ １４ ロータ １５ フランジ部 １６ ロータリー電源 １７ モータ １９ トランスミッション ２０ 光学保持部材 ２２ 光源 ２３ 固体赤外レーザ ２４ レンズ ２７ 電力転送デバイス ２８ 回転変圧器 ２８ａ 固定部 ２８ｂ 回転部 ２８ｃ コア部 ３０ 固定子 ４０ 電気的システム ４１ 制御システム ４２ 信号発信ユニット ４３ ＬＥＤ ４４ 釣り合わせ孔 ４５ 電力供給電気的ユニット ４６ 可搬式検出ユニット ４７ 電源 ４８ 光検出器 ４９ モータ制御部 ５０ 処理ユニット ５１ 光源制御部 ６０ エンコーダ ６１ 光学エンコーダディスク ６２ 下側ハウジング ６３ 埋込支持プレート ６５ ケーシング ６６ 埋込ポイント ６８ 基盤 ６９ 周縁部 ７０ 信号発信ユニット制御部 １１１ ディスク読出電気的ユニット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｒ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ， ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，Ｋ Ｚ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ， ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，Ｓ Ｌ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ヘッジス トーマス エム アメリカ合衆国、バージニア州 20166、 スターリング、ファルコン プレイス 44880、スート 100 (72)発明者 トッド ドナルド アメリカ合衆国、バージニア州 20166、 スターリング、ファルコン プレイス 44880、スート 100 Ｆターム(参考） 5H550 AA20 BB04 DD06 GG03 MM09

Claims (41)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 位置決定システムに用いる光送信器であって、 第１の平面上にあり幅が狭く前記第１の平面に直交する直交平面上の既知の方
    向に発散する第１の光ビームを発生する第１の光源を含む回転ヘッド部と、 １又は複数の既知の角速度で前記回転ヘッド部分を回転させるための駆動力を
    供給する回転力供給源と、 前記回転ヘッド部の所定の回転位置で同期信号を出力する信号出力装置と、 を有する。
  2. 【請求項２】 請求項１の光送信器であって、更に、前記回転ヘッド部の第
    １の光源に電力を伝達する電力伝達装置を有する。
  3. 【請求項３】 請求項２の光送信器であって、前記電力伝達装置は、回転変
    圧器、スリップリング、容量性結合器、誘導性結合器、無線受信機、光受信機又
    はバッテリのうち少なくとも１つを有する。
  4. 【請求項４】 請求項１の光送信器であって、前記第１の光ビームは前記第
    １の平面に平行にされる。
  5. 【請求項５】 請求項１の光送信器であって、前記第１の光源は、発光ダイ
    オードを有する。
  6. 【請求項６】 請求項１の光送信器であって、前記第１の光源は、レーザを
    有する。
  7. 【請求項７】 請求項１の光送信器であって、前記信号出力装置は、光源と
    電波源と電源とのうち少なくとも１つを有する。
  8. 【請求項８】 請求項１の光送信器であって、前記信号出力装置は、電線、
    光ファイバ又は自由空間のうち少なくとも１つに同期信号を発信する。
  9. 【請求項９】 請求項１の光送信器であって、前記信号出力装置は、前記同
    期信号を発する発光ダイオードを少なくとも１つ有する。
  10. 【請求項１０】 請求項１の光送信器であって、前記信号出力装置は、前記
    回転ヘッド部の１回転毎に１回、前記回転ヘッド部の２回転毎に１回及び前記回
    転ヘッド部の３回転毎に１回からなる群から選択される何れかの間隔で同期信号
    を発する。
  11. 【請求項１１】 請求項１の光送信器であって、前記光送信器に含まれ前記
    第１の光ビームが当たる全ての光学素子は、相互に対し空間的に固定されている
    。
  12. 【請求項１２】 請求項１の光送信器であって、更に、前記第１の光源への
    電力量を制御する光源制御部を有する。
  13. 【請求項１３】 請求項１の光送信器であって、前記回転ヘッド部は、第２
    の光ビームを発生する第２の光源を含む。
  14. 【請求項１４】 請求項１の光送信器であって、更に、信号出力装置を制御
    する信号出力装置制御部を有する。
  15. 【請求項１５】 請求項１の光送信器であって、更に、モータ制御部を有し
    、回転力供給源は電気駆動モータを含み、前記モータ制御部は電気駆動モータを
    制御する。
  16. 【請求項１６】 請求項２の光送信器であって、回転ヘッド部は、前記電力
    伝達装置を有する。
  17. 【請求項１７】 請求項２の光送信器であって、前記電力伝達装置は、固定
    部と回転可能部を含み、前記電力伝達装置は、固定部から回転可能部へ電力を伝
    達する。
  18. 【請求項１８】 請求項１７の光送信器であって、電力伝達装置は回転変圧
    器を含む。
  19. 【請求項１９】 請求項１３の光送信器であって、前記第２の光ビームは、
    第２の平面上の第２の既知の方向に発散するとともに前記第２の平面に直交する
    第２の直交平面上にあり幅が狭い。
  20. 【請求項２０】 請求項１３の光送信器であって、前記第１及び第２の光源
    は、回転ヘッド部の回転軸に関し６０度よりも大きい分離角でオフセットされる
    。
  21. 【請求項２１】 請求項１５の光送信器であって、前記モータ制御部は、回
    転ヘッド部が回転中には前記回転ヘッド部が一定の角速度で回転するように、電
    気駆動モータを制御する。
  22. 【請求項２２】 請求項１５の光送信器であって、前記モータ制御部は、回
    転ヘッド部が回転中には前記回転ヘッド部が既知の変化をする速度で回転するよ
    うに、電気駆動モータを制御する。
  23. 【請求項２３】 位置決定システムに用いる光送信器であって、 第１の狭い平面上にあり幅が狭く、前記第１の狭い平面に直交する第１の直交
    平面上の第１の既知の方向に発散する第１の光ビームを発生する第１の光源と、
    第２の狭い平面上にあり幅が狭く、前記第２の狭い平面に直交する第２の直交平
    面上の第２の既知の方向に発散する第２の光ビームを発生する第２の光源と、を
    含む回転ヘッド部と、 １又は複数の既知の角速度で前記回転ヘッド部分を回転させるための駆動力を
    供給する回転力供給源と、 を有する。
  24. 【請求項２４】 請求項２３の光送信器であって、更に、前記回転ヘッド部
    の第１の光源及び第２の光源に電力を伝達する電力伝達装置を有する。
  25. 【請求項２５】 請求項２３の光送信器であって、更に、前記回転ヘッド部
    の所定の回転位置で同期信号を出力する信号出力装置を有する。
  26. 【請求項２６】 光信号を送信する方法であって、該方法は、 第１の光源を有する回転ヘッド部を設けることと、 前記第１の光源により、第１の平面上にあり幅が狭く、前記第１の平面に直交
    する直交平面上の既知の方向に発散する第１の光ビームを発生することと、 前記回転ヘッド部を回転させることと、 前記回転ヘッド部の所定の回転位置で同期信号を出力することと、 を含有する。
  27. 【請求項２７】 請求項２６の方法であって、前記第１の光ビームは、前記
    第１の平面に平行にされる。
  28. 【請求項２８】 請求項２６の方法であって、更に、電源から前記回転ヘッ
    ド部の前記第１の光源に電力を伝達することを含有する。
  29. 【請求項２９】 請求項２６の方法であって、更に、 前記回転ヘッド部に第２の光源を設けることと、 前記第２の光源によって、第２の平面上にあり幅が狭く、前記第２の平面に直
    交する第２の直交平面で第２の既知の方向に発散する第２の光ビームを発生する
    ことと を含有する。
  30. 【請求項３０】 請求項２６の方法であって、前記第２の光ビームは前記第
    ２の平面に平行にされる。
  31. 【請求項３１】 請求項２６の方法であって、前記第１の光ビームが発散す
    る前記直交平面は０ではない傾斜角を有する。
  32. 【請求項３２】 請求項３１の方法であって、前記傾斜角は約３０度である
    。
  33. 【請求項３３】 請求項２８の方法であって、電力を伝達することには、電
    力伝達装置の固定部から回転可能部に電力を伝達することを含有する。
  34. 【請求項３４】 請求項２９の方法であって、前記第１の光源及び前記第２
    の光源は前記回転ヘッド部の回転軸に関し６０度よりも大きな分離角でオフセッ
    トされる。
  35. 【請求項３５】 請求項２９の方法であって、前記直交平面は第１の傾斜角
    を有し、前記第２の直交平面は第２の傾斜角を有し、前記第１の傾斜角は前記第
    ２の傾斜角と等しくない。
  36. 【請求項３６】 光信号を送信する方法であって、該方法は、 第１の光源及び第２の光源を有する回転ヘッド部を設けることと、 前記第１の光源により、第１の平面上にあり幅が狭く、前記第１の平面に直交
    する直交平面上の第１の既知の方向に発散する第１の光ビームを発生することと
    、 前記第２の光源により、第２の平面上にあり幅が狭く、前記第２の平面に直交
    する第２の直交平面上の第２の既知の方向に発散する第２の光ビームを発生する
    ことと、 前記回転ヘッド部を回転させることと、 を含有する。
  37. 【請求項３７】 請求項３６の方法であって、更に、前記回転ヘッド部の所
    定の回転角位置で同期信号を出力することを含有する。
  38. 【請求項３８】 位置決定システムに用いる光送信器であって、 第１の平面上にあり幅が狭く前記第１の平面に直交する第２の平面上で既知の
    方向に発散する光ビームを発生する手段と、 前記光ビームを回転させる手段と、 前記光ビームの所定の回転位置で同期信号を出力する手段と、 を有する。
  39. 【請求項３９】 請求項３８の光送信器であって、 光源を有する光ビーム発生手段と、 １又は複数の既知の角速度で光源を回転させるための回転力供給源を有する光
    ビーム回転手段と、 複数の発光ダイオードを有する同期信号出力手段と、 を有する。
  40. 【請求項４０】 請求項３９の光送信器であって、前記回転力供給源は、時
    間により変化する既知の速度パターンで前記光源を回転させる。
  41. 【請求項４１】 位置決定システムに用いる光送信器であって、 第１の平面上にあり幅が狭く、前記第１の平面に直交する第２の平面上の第１
    の既知の方向に発散する第１の光ビームを発生する手段と、第３の平面上にあり
    幅が狭く、前記第３の平面に直交する第４の平面上の第２の既知の方向に発散す
    る第２の光ビームを発生する手段と、 第１の光ビームと第２の光ビームとが所定の空間的関係を保持した状態で、前
    記第１の光ビームと前記第２の光ビームとを回転させる手段と、 を有する。
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