JPH0660818B2

JPH0660818B2 - 光学的測定装置

Info

Publication number: JPH0660818B2
Application number: JP24351789A
Authority: JP
Inventors: 宏和田中; 清光石川
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 1989-09-21
Filing date: 1989-09-21
Publication date: 1994-08-10
Anticipated expiration: 2009-08-10
Also published as: JPH03107709A

Description

【発明の詳細な説明】「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。

「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、その一例を第９図に示す。

この従来例は、写真撮影用カメラに採用されている距離
測定装置で、図示するように三角測量の原理となってい
る。この測定装置では、発光ダイオードなどの光源１の
光を投光レンズ２で集光して被写体３に投光する。

また、被写体３の反射光は受光レンズ４で集光されてＰ
ＳＤ（ポジションセンシングデバイス）或いはＣＣ
Ｄなどの受光素子５の特定部に結像する。この結果、被
写体３の位置にしたがって受光角θ₁が定まり、この受
光角θ₁と予め設定されている投光角θ₂及びレンズ間距
離ｌによって被写体３までの距離Ｄを求める構成となっ
ている。

「発明が解決しようとする課題」上記した距離測定装置の場合、受光素子５に結像させる
光点を可能なるかぎり小さくすることが好ましく、その
ため、光源１、投光レンズ２、受光レンズ４などの各部
品に高い光学性能が要求される。

また、近距離から測定するためには受光角θ_１を大きく
変えるため、この受光各θ₁が小さくなるが、この場合
にも被写体３の光像を受光素子５上に良好に結像させる
必要があるので、受光レンズ４としてイメージサークル
の大きい広角レンズを備えなければならず、コスト高の
要因となり、その上、受光角θ₁と、投光角θ₂、レンズ
間距離ｌなどに高い機械的精度が必要となる。

さらに、光源１の光像を被写体３に良好に結像させるた
めに光源１と投光レンズ２との間隔を調整し、同様に、
被写体３の光像を受光素子５に良好に結像させるために
受光レンズ４と受光素子５との間隔を調整するが、この
ような調整の構成が複雑となる。

本発明は上記した実情にかんがみ、高い光学性能の部品
や高い機械的精度を要せずに構成簡単にして測定可能な
光学的測定装置を開発することを目的とする。

「課題を解決するための手段」上記した目的を達成するため、本発明では、投光距離に
したがって変化する光特性が各々異なる２つの光源と、
これら光源の光による被測定物の反射光を各光源の光別
に受光する光電変換部材と、２つの光源の光による上記
光電変換部材の出力信号を受光面照度に対する対数とし
てその出力信号差を算出し測定情報を出力する信号処理
回路とから構成したことを特徴とする光学的測定装置を
提案する。

「作用」２つの光源から被測定物に投光され、被測定物の反射光
が光電変換部材により電気信号に変換される。この光電
変換部材は各光源の光による反射光を別々に光電変換し
て出力信号を発生する。

このように発生した出力信号は信号処理回路によって対
数信号として２つの光源の光に対応する出力信号差が算
出され、この算出結果が測定情報として出力される。

「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。

第１図は測定装置の原理を示した説明図であり、１１は
面光源１２の一角に配置した点光源である。点光源１１
の光は距離の二乗に反比例して減少するため、第２図に
Ｅｐをもって示した光特性となる。

面光源の光は二乗則にしたがわず、面積の大きさによっ
て距離に対する光の減少率が様々に変り、この実施例の
面光源１２の場合は第２図にＥｓをもって示す光特性と
なる。

なお、面光源１２はａ×ｂが５００ｍｍ×１００ｍｍの
長方形をなした拡散面光源である。

一方、面光源１２の一角より垂直方向にｄ_１cm離れた位
置にある被測定物１３は点光源１１と面光源１２との投
光により、その照度Ｅｐ₁、Ｅｓ₁となるから、被測定物
１３の反射率をＫとすると、被測定物１３の面輝度（ニ
ット）がＫＥｐ₁、ＫＥｓ₁に対応したものとなる。

ここで、これら面輝度の比を求めると、Ｅｐ₁／Ｅｓ₁と
なり被測定物１３の反射率に無関係な値となる。

第３図はこのように求めた面輝度の比を表わした特性を
示し、その特性図より分かる如く、この面輝度の比は処
理の関数となり、この比を求めることにより比測定物１
３の距離情報を得ることができる。

上記した距離情報は、比測定物１３の面輝度を測定し、
その測定値をデジタル変換し計算機によって数値計算す
ることができるが、装置構成が複雑になる他、アナログ
情報として求めることができない等の不便さがある。

そこで、本発明では半導体光電変換素子の短絡電流が受
光面の入射光に対し直線的な特性を示すことに着目し、
次の如く構成する。

すなわち、被測定物１３の反射光をファトダイオードな
どの光電変換素子によって受光し、点光源１１の投光に
よる反射光の光電変換電流Ｉｐと、面光源１２の投光に
よる反射光の光電変換電流Ｉｓとを出力させる。

そして、これら２系統の光電変換電流Ｉｐ、Ｉｓを適当
な手段で電圧に変換することによって、被測定物１３の
面輝度に相応した電圧Ｖｐ、Ｖｓとなる。

つまり、Ｅｐ／Ｅｓ∞Ｖｐ／Ｖｓの関係が成立するの
で、Ｖｐ／Ｖｓ＝Ｒとして両辺の対数をとり、ｌｏｇ（Ｖｐ／Ｖｓ）＝ｌｏｇＲ、ｌｏｇＶｐ−ｌｏｇＶｓ＝ｌｏｇＲの式に変形してｌｏｇＲを算出する。

ｌｏｇＲは距離の関数であるから、これより、被測定物
１３までの距離ｄ₁をアナログ情報として求めることが
できる。

第４図及び第５図は上記した原理にもとづく本発明の一
実施例を示した簡略的な光学系図と回路図である。

この実施例では、発光ダイオードなどの点光源１１より
８５０ｎｍの発光波長の光を投光する。面光源１２から
は９５０ｎｍの発光波長の光を投光する。なお、面光源
１２は回路基板に多数の発光ダイオードをマトリクス状
に設けて広い発光面として構成してある。また、この面
光源１２は電気ミネセンス（ＥＬ）、フロアルーセント
（ＦＬ）などを使用して構成することもできる。

点光源１１と面光源１２によって投光された被測定物１
３の反射光は受光レンズ１４で集光された後、ダイクロ
イックミラー１５によって分離され、８５０ｎｍ波長の
反射光が直進して光電変換素子１６によって、９５０ｎ
ｍ波長の反射光は反射されて光電変換素子１７によって
各々受光される。

光電変換素子１６、１７は第５図に示す信号処理回路よ
り分かる如くフォトダイオードによって構成し、これら
光電変換素子１６、１７の出力電流Ｉｐ、Ｉｓが対数変
換回路１８、１９に入力される。

対数変換回路１８、１９は上記出力電流Ｉｐ、Ｉｓを電
圧Ｖｐ、Ｖｓに変換した後、これら電圧Ｖｐ、Ｖｓを対
数変換する。

対数変換された電圧Ｖｐ、Ｖｓは作動像幅器２０に入力
されて電圧差が算出され、この作動増幅器２０がｌｏｇ
Ｖｐ−ｌｏｇＶｓ＝ｌｏｇＲにしたがって被測定物１３
までの距離に関するアナログ情報を出力する。

第６図は上記した対数変換回路１８の一例を示す回路図
であり、定電流電源２１よりダイオード２２に電流Ｉｋ
を流し、このダイオード２２に発生する電圧をオペアン
プ２３を介してログダイオード２４に印加し、ログダイ
オード２４の順方向電圧の温度特性を補償している。

ログダイオード２４に流れる電流が光電変換素子１６に
よって制御されるため、ログダイオード２４に発生する
電圧が対数変換され、この対数変換電圧がオプアンプ２
５に入力される。

オペアンプ２５は抵抗２６、２７による電圧利得のもと
に対数変換電圧を出力して差動増幅器２０に送る。

なお、対数変換回路１９は同構成となっている。

上記した対数変換回路１８、１９の場合、光電変換素子
１６、１７の出力電流Ｉｐ、Ｉｓを変換した電圧Ｖｐ、
Ｖｓに対して対数圧縮したものとなるが、この対数圧縮
電圧は受光面照度の対数に対して直線的な電圧特性のも
のとなる。

この電圧特性は光電変換素子１６、１７を開放電圧とし
て使用した場合と同じとなるから、光電変換素子１６、
１７の開放電圧を利用するときには対数変換回路１８、
１９を備えなくともよい。

以上、一実施例について説明したが、本発明を実施する
に際しては、２つの光源の光特性が投光距離に対して変
化する構成とすればよいから、第７図に示すように点光
源１１、１２とを被測定物１３に対して異なった距離に
配置したり、第８図に示す如く光源１２を被測定物１３
の近くに一体的に配置することができる。

また、２つの光源を交互に投光して時系列方式で測定し
たり、或いは、２つの光源の光を変調したり、変調しな
かったりするようなことは必要に応じて任意に構成し得
る。

「発明の効果」上記した通り、本発明の測定装置によれば、２つの光源
によって被測定物を投光し、被測定物の反射光を光源別
に受光する光電変換部材の出力信号から対数信号差を算
出して測定情報を得る構成としたので、高精度の光学部
品、精密な光学構成を要せずして構成簡単な測定装置と
なると共に、故障の少ないローコスト化に適する測定装
置となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理を示した説明図、第２図は点光源
と面光源の投光距離に対する照度を表わした光特性図、
第３図は点光源の照度と面光源の照度の比を示す特性
図、第４図及び第５図は本発明の一実施例を示し、第４
図は簡略的に示した光学系図、第５図は信号処理回路
図、第６図は対数変換回路図、第７図及び第８図は上記
実施例の変形例を示す簡略的な光学系図、第９図は従来
例として示したカメラの距離測定装置の光学系図であ
る。１１……点光源１２……面光源１３……被測定物１４……受光レンズ１５……ダイクロイックミラー１６、１７……光電変換素子１８、１９……対数変換回路２０……差動増幅器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】投光距離にしたがって変化する光特性が各
々異なる２つの光源と、これら光源の光による被測定物
の反射光を各光源の光別に受光する光電変換部材と、２
つの光源の光による上記光電変換部材の出力信号を受光
面照度に対する対数としてその出力信号差を算出し測定
情報を出力する信号処理回路とから構成したことを特徴
とする光学的測定装置。