JPH0658713A

JPH0658713A - 光学的測定装置

Info

Publication number: JPH0658713A
Application number: JP16994692A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Tanaka; 宏和田中; Kiyomitsu Ishikawa; 清光石川
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 1992-06-05
Filing date: 1992-06-05
Publication date: 1994-03-04
Anticipated expiration: 2011-03-04
Also published as: JPH0820209B2

Abstract

(57)【要約】【目的】第１光源と第２光源とを光量制御して予め定
めた一定の光量比で投光される光学的測定装置におい
て、被測定物を測定する光を直接に検出して第１光源ま
たは第２光源を光量制御し、測定情報の精度を高めるこ
とを目的とする。【構成】２つの光源５０、５１からの光をハ−フミラ
−５２、５３で各々透過光と反射光とに分け、透過光を
光量制御用の受光素子５４、５５で受光し、これら受光
素子５４、５５の出力信号によって光源５０または光源
５１の光量を制御し、反射光は被測定物５６に投光さ
せ、この被測定物５６の反射光を信号処理用の受光素子
５８で受光し、この受光素子５８の出力信号から被測定
物を測定する構成となっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、被測定物の反射光を
利用した測定装置で、例えば、自動車の車高測定、スプ
リングの撓み量測定、カメラの距離測定などに利用する
ところの光学的測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】被測定物の反射光を利用した測定装置と
して様々な構成のものがあるが、その一例を図５に示
す。光路長に距離ｄの差をもって配置したＬＥＤなどの
第１光源１０と第２光源１１とで被測定物１２を照射す
る。これら第１光源１０と第２光源１１の近くには各光
源１０、１１に向けるように配置した受光素子１３、１
４が設けられている。

【０００３】被測定物１２は拡散反射面を備えており、
第１光源１０から距離Ｄ＋ｄだけ離れ、また、第２光源
１１から距離Ｄだけ離れている。また、受光レンズ１５
と受光素子１６からなる受光手段を設け、この受光手段
で被測定物１２からの反射光を受光するようになってい
る。上記した受光素子１３、１４及び１６にはフォトダ
イオ−ドが用いられている。

【０００４】２つの光源１０、１１より光が投光される
と、第１光源１０の光の一部を受光素子１３が受光し、
第２光源１１の光の一部を受光素子１４が受光する。そ
して、受光素子１３、１４は各々受光した光を電気信号
に変換して出力信号を発生する。

【０００５】この出力信号は測定装置に備えた光量制御
回路に取り込まれる。光量制御回路は、第１光源１０と
第２光源１１との光量の比を算出し、この光量の比が予
め定めた一定の比とならない場合、第１光源１０または
第２光源１１の光量を変化させて一定の比を保つように
制御する。

【０００６】図６は上記した光量制御回路を示し、この
光量制御回路１７は第１光源１０と第２光源１１との光
量の比を２：１と定めてある。受光素子１３、１４から
出力された光電変換信号Ｉｐ、Ｉｓは増幅器１８、１９
に送られて増幅された後、整流平滑回路２０、２１で整
流されて平滑される。

【０００７】第１光源１０の光電変換信号Ｉｐはポテン
ショメ−タ２２で１／２の信号となり差動増幅器２３に
入力され、第２光源１１の光電変換信号Ｉｓはそのまま
の信号として差動増幅器２３に入力される。そして、差
動増幅器２３は、この２つの光電変換信号からその差を
算出し、差信号を電流制御回路２４に送る。

【０００８】このとき、差動増幅器２３は上記した演算
結果が＋のときは、すなわち、第１光源１０の光量が第
２光源１１の光量の２倍以上のとき、＋の信号を電流制
御回路２４に送る。また、上記した演算結果が−のと
き、すなわち、第１光源１０の光量が第２光源１１の光
量の２倍以下のとき、−の信号を電流制御回路２４に送
る。

【０００９】電流制御回路２４は＋の信号を受けた場
合、第１光源１０の電力増幅器２５を駆動させて第１光
源１０の光量を減少させる。また、電流制御回路２４が
−の信号を受けた場合、第２光源１１の電力増幅器２６
を駆動させて第２光源１１の光量を減少させる。

【００１０】電流制御回路２４の制御は光源各々に供給
する電力の差がゼロとなるまで続けられる。これより、
２つの光源１０、１１から投光された光は常に２：１の
光量比となって被測定物１２を照射する。図中、２７は
後述する信号処理回路を含む主コントロ−ラである。

【００１１】被測定物１２の反射光は受光レンズ１５に
より集光され受光素子１６で受光される。受光素子１６
は受光した光を電気信号に変換して出力信号を発生し、
この出力信号は主コントロ−ラ２７に含まれた信号処理
回路に取り込まれ、被測定物１２の輝度比から測定距離
Ｄが算出される。

【００１２】すなわち、第１光源１０による被測定物１
２の照度Ｅ₁は、第１光源１０の放射強度をＩとする
と、Ｅ₁＝Ｉ／（ｄ＋Ｄ）²・・・・・・（１）となる。被測定物１２の反射率をρとすると、被測定物
１２の輝度Ｂ₁はρＥ₁に比例し、比例定数をＫとする
と、Ｂ₁＝ＫρＥ₁・・・・・・（２）となる。

【００１３】同様に、第２光源１１による発光では、Ｅ₂＝Ｉ／Ｄ²・・・・・・（３）Ｂ₂＝ＫρＥ₂・・・・・・（４）となる。

【００１４】次に、反射した光は受光レンズ１５、受光
素子１６により受光され、この測定された輝度Ｂ₁、Ｂ₂
の比より測定距離Ｄを求める。すなわち、

【数１】となる。これより、測定距離Ｄは反射率ρや比例定数Ｋ
に関係なく定数ｄと輝度比（Ｂ ₂／Ｂ₁）とにより求める
ことができる。

【００１５】図７はコントロ−ラ２７に含まれた信号処
理回路２８を示し、発振器２９の出力パルスは発光切換
回路３０によって第１光源１０の電力増幅器２５と第２
光源１１の電力増幅器２６とに交互に送られ、２つの光
源１０、１１を交互に発光させる。また、発光切換回路
３０は、上記した発振器２９の出力パルスにしたがって
受光のタイミングをとるための同期信号を受光切換回路
３１に送る。

【００１６】第１光源１０と第２光源１１との発光によ
り被測定物１２を照射し、被測定物１２の反射光が受光
素子１６で受光されると、この反射光が光電変換されて
その受光信号が増幅器３２で増幅され、受光切換回路３
１に送られる。この受光切換回路３１では、上記した発
光切換回路３０からの同期信号により第１光源１０また
は第２光源１１のどちらかが発光されたかを判別し、こ
れにしたがい、第１光源１０の光電変換信号を第１演算
回路３３に、第２光源１１の光電変換信号を第２演算回
路３４に各々送る。

【００１７】この光電変換信号にもとづき、これら第１
演算回路３３、第２演算回路３４で各々第１光源１０に
おける被測定物１２の輝度Ｂ₁と第２光源１１における
被測定物１２の輝度Ｂ₂を求める演算を行ない、この結
果を処理回路３５に伝えて輝度比（Ｂ₂／Ｂ₁）の演算処
理が行なわれ、測定距離Ｄに関する出力信号が出力端子
３６より出力される。

【００１８】上記した測定装置は、２つの光源１０、１
１の光量比を常に一定に保つので、測定された距離Ｄが
正確なものとなると共に、２つの光源１０、１１は、一
方の光源が暗くなった場合、この暗くなった光源に合わ
せて他方の光源の光量が制御されるので、光源の寿命を
延ばすことができ、装置の耐久性が向上する。

【００１９】一方、上記した測定装置の受光素子１３、
１４は図８、図９に示す如く１つの受光素子３７で構成
することもできる。第１光源１０と第２光源１１とは上
述した信号処理回路２８によって交互に発光される。そ
して、発光した各々の光の一部を図８に示す如く配置し
た受光素子３７が受光して電気信号に変換し、この変換
信号にもとづいて図９に示す光量制御回路３８が第１光
源１０と第２光源１１の光量の差を算出し、この差に応
じて第１光源１０または第２光源１１の光量を制御し
て、第１光源１０と第２光源１１の光量を予め定めた一
定の比とする。なお、この光量制御回路３８について
も、第１光源１０と第２光源１１との光量の比を２：１
と定めてある。

【００２０】受光素子３７から出力された光電変換信号
は増幅器３９で増幅された後、分離器４０によって第１
光源１０の発光による光電変換信号Ｉｐと、第２光源１
１の発光による光電変換信号Ｉｓとに分離され、各々整
流平滑回路４１、４２で整流平滑された後、第１光源１
０の光電変換信号Ｉｐはポテンショメ−タ４３で１／２
の信号となり差動増幅器４４に入力され、第２光源１１
の光電変換信号Ｉｓはそのままの信号として差動増幅器
４４に入力される。

【００２１】そして、差動増幅器４４はその差を算出
し、この差信号に基づいて電流制御回路４５が第１光源
１０の電力増幅器４６または第２光源１１の電力増幅器
４７を駆動し、光量の大きい光源を光量の小さい光源に
合わせるように制御する。

【００２２】このように光量制御された第１光源１０、
第２光源１１の光は被測定物１２に照射され、その反射
光が受光レンズ１５により集光されて受光素子１６で受
光される。そして、受光素子１６の出力信号にもとづい
て信号処理回路２８が測定距離Ｄを算出する。

【００２３】この測定装置は、上述した通り、１つの受
光素子３７で構成されているので、部品点数が減り装置
構成が簡素化される。

【００２４】上記した測定装置は、本発明者らによって
既に提案され特許出願されているが、第１光源１０と第
２光源１１とは照度特性が異なるように投光するもので
あればよいから、受光素子各々の出力信号を増幅する増
幅器のゲインを調整するようにすれば、これら光源１
０、１１の光量比を２：１或いは１：１のように定めな
くともよい。

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の測定装
置は、２つの光源１０、１１のうちどちらか一方の光源
が劣化等の原因によって投光の強さが変化した場合で
も、光量制御回路１７、３８が２つの光源１０、１１の
光量比を一定に保つので被測定物１２までの距離Ｄを正
確に算出することができる。

【００２６】しかしながら、この測定装置は、距離測定
に用いる光と光量測定に用いる光とが同一光でないため
に精度の面で問題があった。つまり、２つの光源１０、
１１から投光された光のうち、各々の光軸上にある光が
距離測定に用いられるのに対し、光量測定においては各
々の光軸から離れた光が用いられており、このため距離
測定に用いられる光の変化を正確に検出することができ
ない。

【００２７】そこで、本発明は、距離などの測定と光量
測定とに同一光を用いることのできるこの種の光学的測
定装置を開発することを目的とする。

【００２８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、第１の発明として、投光距離によって
変化する光特性が各々異なる２つの光源と、これら２つ
の光源の光軸上に配置して各光源の光を２分するミラ−
とを含み、２分された光のうちの一方の光を被測定物に
投光する投光手段と、２分された光のうちの他の一方の
光を光源別の光として受光して光電変換する第１の受光
手段と、被測定物の反射光を受光して光電変換する第２
の受光手段と、上記第１の受光手段が出力する光電変換
信号を処理してこれら２つの光源の光量が予め定めた一
定の比となるように少なくとも一方の光源の光量を制御
する光量制御手段と、第２の受光手段が出力する光電変
換信号を光源別の信号に分けて処理し測定情報を出力す
る信号処理手段とより構成したことを特徴とする光学的
測定装置を提案する。

【００２９】また、第２の発明として、上記２つの光源
を光軸が交わるように配置し、これら光軸の交点に第１
の受光手段を備えて構成したことを特徴とする光学的測
定装置を提案する。

【００３０】

【作用】２つの光源から光を投光すると、これら２つの
光源の光軸上に配置したミラ−によって各々の光が２分
される。２分された一方の光は第１の受光手段によって
光源別に受光されて光電変換される。そして、第１の受
光手段が出力する光電変換信号にもとづいて光量制御手
段が、これら２つの光源の光量比が予め定めた一定の比
となるように上記２つの光源のうち、少なくとも一方の
光源の光量を制御する。

【００３１】また、２分された他方の光は被測定物を投
光し被測定物の反射光として第２の受光手段によって受
光されて光電変換される。そして、第２の受光手段が出
力する光電変換信号にもとづいて信号処理手段が被測定
物の輝度比を算出して測定情報を出力する。

【００３２】この測定装置においては、被測定物測定用
の光と光量測定用の光が同一の光となっているので、２
つの光源は被測定物測定用の光量が一定となり、測定精
度が大きく向上する。

【００３３】また、上記した２つの光源を光軸が交わる
ように配置し、これらの光軸の交点に第１の受光手段を
設けることによって、受光手段として備える受光素子を
１つにすることができ、装置を簡素化することができ
る。

【００３４】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面に沿って
説明する。図１は、本発明の第１実施例を示し、この実
施例における投光手段と第１、第２の受光手段の簡略図
である。ＬＥＤで構成された２つの光源５０、５１の光
軸上に投光された光を２分するハ−フミラ−５２、５３
が光軸に対して所定の角度をもって配置されている。

【００３５】各々の光源５０、５１とハ−フミラ−５
２、５３とを結ぶ光軸線の延長位置には第１の受光手段
としての受光素子５４、５５が各々の受光面を各光源５
０、５１に対向させて設けられている。また、上記した
ハ−フミラ−５２、５３の反射光路上には拡散反射面を
備えた被測定物５６が設けられている。

【００３６】各光源５０、５１から被測定物５６までの
距離は、第１光源５０がｄ＋Ｄ₁＋Ｄ₂、第２光源５１が
Ｄ₁＋Ｄ₂となっており、Ｄ₁＋Ｄ₂＝Ｄとすると、Ｄが測
定距離となる。

【００３７】また、受光レンズ５７と受光素子５８から
なる第２の受光手段を設け、この第２の受光手段で被測
定物５６からの反射光を受光するようになっている。上
記した受光素子５４、５５及び５８はフォトダイオ−ド
が用いられている。

【００３８】２つの光源から投光された光がハ−フミラ
−５２、５３に入射すると、各々の光はこのハ−フミラ
−５２、５３によって透過光と反射光とに分けられる。
分けられた光のうち透過光を各々の光軸上に備えた受光
素子５４、５５が受光し光電変換する。

【００３９】そして、この測定装置は、受光素子５４、
５５の出力する光源別の光電変換信号を図６に示した従
来例と同様の光量制御回路に取り込み、この光量制御回
路が第１光源５０と第２光源５１との光量が予め定めた
一定の割合となるように上記第１光源５０、第２光源５
１のうち、少なくとも一方の光源の光量を制御する。

【００４０】また、ハ−フミラ−５２、５３で分離され
た光のうち、反射光は被測定物５６を照射する。被測定
物５６には、上記光量制御回路によって光量の比が一定
となった２つの光が光路長の差に応じて異なる照度特性
で照射される。

【００４１】被測定物５６に照射された２つの光はその
反射光が受光レンズ５７で集光されて受光素子５８で受
光され、光源別の光電変換信号が出力される。そして、
この光電変換信号に基づいて図７に示した従来例と同様
の信号処理回路が被測定物５６の輝度比を算出して測定
距離Ｄの出力信号を出力する。

【００４２】このように構成した測定装置は、２つの光
源５０、５１における各々の光軸上の光が距離測定光と
光量測定光とになるので、光量制御回路によって一定の
光量比となった２つの光で測定する距離Ｄは極めて精度
の高いものとなる。

【００４３】図２は本発明の第２実施例を示し、図１と
同様に投光手段と第１、第２の受光手段の簡略図であ
る。この実施例は、第１の受光手段を１つの受光素子５
９で構成して部品点数を削減し、装置構成を簡素化した
ものである。

【００４４】ＬＥＤで構成した２つの光源６０、６１は
光軸が交わるようにして配置されている。また、各々の
光軸上には投光された各々の光を２分するハ−フミラ−
６２が備えられている。ハ−フミラ−６２は、図に示す
如く、角錐形をなし、その側面をなす三角形状の面部６
２ａ、６２ｂがハ−フミラ−となっている。

【００４５】そして、２つの光源６０、６１の光軸の交
点Ｐには第１の受光手段としての受光素子５９が設けら
れている。また、上記したハ−フミラ−６２の反射光路
上には拡散反射面を備えた被測定物６３が設けられてい
る。

【００４６】第１光源６０と第２光源６１とは、ハ−フ
ミラ−６２に対して距離ｄの差を設けて設置され、これ
より、被測定物６３までの距離は、第１光源６０がｄ＋
Ｄ₁＋Ｄ₂、第２光源６１がＤ₁＋Ｄ₂となり、Ｄ₁＋Ｄ₂＝
Ｄとして測定距離Ｄを算出する。

【００４７】また、被測定物６３からの反射光を受光す
る第２の受光手段として受光レンズ６４と受光素子６５
とが設けられている。

【００４８】第１光源６０と第２光源６１とは図７に示
す従来例と同様の信号処理回路によって交互に発光す
る。第１光源６０の発光光はハ−フミラ−６２の面部６
２ａで反射光と透過光とに分けられ、第２光源６１の発
光光はハ−フミラ−６２の面部２６ｂで反射光と透過光
とに分けられる。

【００４９】そして、各々の透過光は受光素子５９によ
って受光されて光電変換される。この光電変換信号は図
９に示した従来例と同様の光量制御回路に取り込まれて
光別に処理され、第１光源６０と第２光源６１とが予め
定めた一定の光量比となるように制御される。

【００５０】また、各々の反射光は被測定物６３を照射
する。被測定物６３には、光量制御回路によって光量の
比が一定となった２つの光が光路長の差に応じて異なる
照度特性で照射される。

【００５１】被測定物６３に照射された２つの光は、そ
の反射光が、受光レンズ６４で集光されて受光素子６５
で受光され、光源別の光の光電変換信号となる。この光
電変換信号に基づいて信号処理回路が被測定物６３の輝
度比を算出して測定距離Ｄの出力信号を出力する。

【００５２】図３は本発明の第３実施例を示し、投光手
段と第１、第２の受光手段の簡略図である。この実施例
では、第１光源７０と第２光源７１から投光された光の
うち、ハ−フミラ−７２、７３で反射された光を光量制
御の受光素子７４に入射させ、ハ−フミラ−７２、７３
の透過光を被測定物７５に照射させる構成となってい
る。

【００５３】受光素子７４の光電変換信号によって第１
光源７０と第２光源７１との光量比を一定に制御するこ
と、また、被測定物７５の反射光を受光レンズ７６によ
り集光して受光素子７４に受光し、この光電変換信号か
ら被測定物までの距離Ｄを求めることについては上記し
た実施例と同様である。

【００５４】図４は本発明の第４実施例を示し、投光手
段と第１の受光手段を示した簡略図である。この実施例
は、光量制御用の一つの受光素子８３と、第１光源８０
及び第２光源８１が投光する光を一つのハ−フミラ−８
４によって２分することが特徴となっている。

【００５５】すなわち、第１光源８０から投光された光
のうち、ハ−フミラ−８４を透過した光が受光素子８３
に入射し、そのミラ−８４によって反射された光が被測
定物を照射する。また、第２光８１から投光された光の
うち、ハ−フミラ−８４で反射された光が受光素子８３
に入射し、このミラ−８４を透過した光が被測定物を照
射する。その他は上記した各実施例と変わりがない。

【００５６】上記第１、第２実施例で説明したハ−フミ
ラ−５２、５３及び６２は偏光分離ミラ−でも良く、ま
た、白熱電球等であれば波長分離ミラ−であってもよ
い。また、このハ−フミラ−５２、５３、６２は平面ミ
ラ−だけでなく、曲線を回転して得られる放物面ミラ
−、楕円面ミラ−、双曲面ミラ−等であってもよい。

【００５７】

【発明の効果】上記した通り、本発明に係る光学的測定
装置は、２つの光源の光量を制御する光量制御回路と、
被測定物の輝度比から測定結果を算出する信号処理回路
とが、上記２つの光源から投光される同じ光の受光信号
に応動する構成となっているので、算出された測定値が
極めて精度の高いものとなる。したがって、測定装置の
信頼性が大きく向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示し、この実施例の測定
装置に備えた投光手段と第１、第２の受光手段の簡略図
である。

【図２】本発明の第２実施例を示し、この実施例の測定
装置に備えた投光手段と第１、第２の受光手段の簡略図
である。

【図３】本発明の第３実施例を示し、この実施例の測定
装置に備えた投光手段と第１、第２の受光手段の簡略図
である。

【図４】本発明の第４実施例を示し、この実施例の測定
装置に備えた投光手段と第１の受光手段の簡略図であ
る。

【図５】従来例として示した光学的測定装置の投光手段
と第１、第２の受光手段の簡略図である。

【図６】従来例における光量制御回路を示すブロック図
である。

【図７】従来例における信号処理回路を示すブロツク図
である。

【図８】他の従来例として示した光学的測定装置の投光
手段と第１、第２受光手段の簡略図である。

【図９】他の従来例における光量制御回路を示すブロッ
ク図である。

【符号の説明】

５０、６０、７０、８０第１光源５１、６１、７１、８１第２光源５２、５３、６２、７２、７３、８４ハ−フミラ− ５４、５５、５８、５９、６５、７４、７７、８３受
光素子５６、６３、７５被測定物５７、６４、７６受光レンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】投光距離によって変化する光特性が各々
異なる２つの光源と、これら２つの光源の光軸上に配置
して各光源の光を２分するミラ−とを含み、２分された
光のうちの一方の光を被測定物に投光する投光手段と、
２分された光のうちの他の一方の光を光源別の光として
受光して光電変換する第１の受光手段と、被測定物の反
射光を受光して光電変換する第２の受光手段と、上記第
１の受光手段が出力する光電変換信号を処理してこれら
２つの光源の光量が予め定めた一定の比となるように少
なくとも一方の光源の光量を制御する光量制御手段と、
第２の受光手段が出力する光電変換信号を光源別の信号
に分けて処理し測定情報を出力する信号処理手段とより
構成したことを特徴とする光学的測定装置。
【請求項２】投光距離によって変化する光特性が各々
異なる２つの光源と、光軸が交わるように配置した上記
２つの光源の光軸上に配置して各光源の光を２分するミ
ラ−を含み、２分された光のうちの一方の光を被測定物
に投光する投光手段と、２分された光のうちの他方の光
を上記２つの光源の光軸交点で受光して光電変換する第
１の受光手段と、被測定物の反射光を受光して光電変換
する第２の受光手段と、上記第１の受光手段が出力する
光電変換信号を処理してこれら２つの光源の光量が予め
定めた一定の比となるように少なくとも一方の光源の光
量を制御する光量制御手段と、第２の受光手段が出力す
る光電変換信号を光源別の信号に分けて処理し測定情報
を出力する信号処理手段とより構成したことを特徴とす
る光学的測定装置。