JP2657445B2 - Light intensity measurement device - Google Patents

Light intensity measurement device

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JP2657445B2
JP2657445B2 JP4188831A JP18883192A JP2657445B2 JP 2657445 B2 JP2657445 B2 JP 2657445B2 JP 4188831 A JP4188831 A JP 4188831A JP 18883192 A JP18883192 A JP 18883192A JP 2657445 B2 JP2657445 B2 JP 2657445B2
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Japan
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illuminance
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勇夫 田澤
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  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は光源から被測定物に照射
された光の透過光(散乱光を含む)又は反射光を受光し
て光量を測定する電子的光量測定装置に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electronic light quantity measuring device for measuring the quantity of light by receiving transmitted light (including scattered light) or reflected light of light emitted from a light source to an object to be measured.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば、自動車のエンジンオイル等に使
用されている潤滑油は汚れ或は劣化が進むと光の透過率
が減少する。このため、潤滑油の一部を光透過性の特定
のセル中に収容し或はセル中に流し、これにLED(発
光ダイオード)などの光源から光を照射し、その透過光
をフォトダイオードなどの光検出素子で受光して透過光
量を検出し、この検出結果から潤滑油の汚れ或は劣化の
度合を判別するようにした電子的光量測定装置が提案さ
れている。例えば、光源としてLEDを使用し、光検出
素子としてフォトダイオードを使用した照度(光量)−
周波数変換方式の従来の電子的光量測定装置の一例を図
4に示す。
2. Description of the Related Art For example, lubricating oils used in engine oils of automobiles and the like are reduced in light transmittance as they become dirty or deteriorate. For this reason, a part of the lubricating oil is accommodated in a specific cell having light transmissivity or is allowed to flow through the cell, and light is irradiated from a light source such as an LED (light emitting diode) to the transmitted light, and the transmitted light is used as a photodiode. There has been proposed an electronic light quantity measuring device in which a light detecting element is used to detect the amount of transmitted light and determine the degree of contamination or deterioration of the lubricating oil based on the detection result. For example, illuminance (light amount) using an LED as a light source and a photodiode as a photodetector
FIG. 4 shows an example of a conventional frequency-converted electronic light quantity measuring device.

【0003】この光量測定装置は光検出素子であるフォ
トダイオードPDと静電容量型の負荷であるコンデンサ
Cとスイッチとして機能するダイオードD1とC−MO
S型の第1のシュミットインバータ11とで照度−周波
数変換回路10を構成しており、ダイオードD1は、第
1のシュミットインバータ11の出力と入力間にフォト
ダイオードPDとは逆極性で、抵抗R1を介して接続さ
れ、また、フォトダイオードPDとコンデンサCは所定
の電圧源と接地間に直列に接続され、それらの接続点が
第1のシュミットインバータ11の入力に接続されてい
る。
This light quantity measuring device comprises a photodiode PD as a light detecting element, a capacitor C as a capacitive load, and diodes D1 and C-MO functioning as switches.
The S-type first Schmitt inverter 11 constitutes an illuminance-frequency conversion circuit 10, and the diode D1 has a polarity opposite to that of the photodiode PD between the output and the input of the first Schmitt inverter 11, and a resistance R1. , And the photodiode PD and the capacitor C are connected in series between a predetermined voltage source and the ground, and their connection point is connected to the input of the first Schmitt inverter 11.

【0004】一方、LED13は所定の電圧源と接地間
にスイッチングトランジスタ14を直列に介して接続さ
れており、このトランジスタ14がオンのときに発光し
て光透過性のセル15内に存在する潤滑油のような被測
定物16に光を照射する。この被測定物16を透過した
光はフォトダイオードPDに入射し、従って、入射光の
照度又は光量に比例した電流IP がフォトダイオードP
Dに流れる。
On the other hand, the LED 13 is connected in series with a switching transistor 14 between a predetermined voltage source and the ground. When the transistor 14 is turned on, it emits light and emits light in the light-transmitting cell 15. The object 16 to be measured such as oil is irradiated with light. The light transmitted through the object to be measured 16 is incident on the photodiode PD, therefore, proportional to the illuminance or amount of incident light current I P photodiode P
Flow to D.

【0005】フォトダイオードPDを流れる電流IP
コンデンサCに蓄積され、電圧VCに変換される。この
コンデンサCに蓄積される電圧VC は第1のシュミット
インバータ11でパルス信号に変換される。第1のシュ
ミットインバータ11は高レベルのスレッショルド電圧
THと低レベルのスレッショルド電圧VTLの2つのスレ
ッショルド電圧を有し、入力電圧が高レベルのスレッシ
ョルド電圧VTHより低いときには高レベルの出力電圧V
H を発生し、また、入力電圧が高レベルのスレッショル
ド電圧VTHに達すると出力電圧が高レベルVH から低レ
ベルVL に切換わり、そして入力電圧が低レベルのスレ
ッショルド電圧VTLに降下するまで低レベルの出力電圧
L を保持し、入力電圧が低レベルのスレッショルド電
圧VTLに降下したときに出力電圧が低レベルVL から高
レベルVH に切換わるように動作する。従って、フォト
ダイオードPDに光が入射せず、電流IP が流れないと
きには、即ち、コンデンサCに電荷が蓄積されないとき
には、その出力電圧は高レベルVH であり、また、コン
デンサCの充電電圧VC が高レベルのスレッショルド電
圧VTHに等しくなると、シュミットインバータ11の出
力電圧は高レベルから低レベルVL に切換わる。さら
に、コンデンサCの蓄積電荷が放電によりシュミットイ
ンバータ11の低レベルのスレッショルド電圧VTLにま
で低下すると、シュミットインバータ11の出力電圧は
低レベルVL から高レベルVH に切換わる。従って、第
1のシュミットインバータ11からはコンデンサCの充
放電に対応した周期のパルス電圧が出力され、かくして
フォトダイオードPDに入射する光の照度又は光量が周
波数信号に変換されることになる。
[0005] current I P flowing through the photodiode PD is accumulated in the capacitor C, it is converted into a voltage V C. Voltage V C to be accumulated in the capacitor C is converted into a pulse signal at a first Schmitt inverter 11. The first Schmitt inverter 11 has two threshold voltages, a high-level threshold voltage V TH and a low-level threshold voltage V TL , and when the input voltage is lower than the high-level threshold voltage V TH , the high-level output voltage V TH
H , and when the input voltage reaches the high level threshold voltage V TH , the output voltage switches from the high level V H to the low level VL , and the input voltage drops to the low level threshold voltage V TL . until holds the output voltage V L of the low level, the output voltage when the input voltage drops to a low level threshold voltage V TL operates to switches from the low level V L to the high level V H. Therefore, not incident light to the photodiode PD, when the current I P does not flow, i.e., when the charge in the capacitor C are not accumulated, the output voltage is a high level V H, also the charging voltage V of the capacitor C When C becomes equal to the high-level threshold voltage V TH , the output voltage of the Schmitt inverter 11 switches from the high level to the low level VL . Further, when the charge accumulated in the capacitor C is decreased to a low level threshold voltage V TL of the Schmitt inverter 11 by the discharge, the output voltage of the Schmitt inverter 11 is switched from the low level V L to the high level V H. Accordingly, the first Schmitt inverter 11 outputs a pulse voltage having a cycle corresponding to the charging and discharging of the capacitor C, and thus the illuminance or the amount of light incident on the photodiode PD is converted into a frequency signal.

【0006】上記構成において、フォトダイオードPD
に電流が流れず、従って、コンデンサCに電荷が蓄積さ
れない初期状態においては、第1のシュミットインバー
タ11の出力電圧は高レベルVH にあるから、ダイオー
ドD1は逆方向にバイアスされ、スイッチオフと同じ機
能をなす。それ故、抵抗R1には電流が流れず、コンデ
ンサCは充電可能状態にある。光量の測定が開始される
と、フォトダイオードPDに電流IP が流れ、コンデン
サCは充電される。このコンデンサCの充電電圧VC
第1のシュミットインバータ11の高レベルのスレッシ
ョルド電圧VTHに達すると、このシュミットインバータ
11の出力電圧は高レベルVH から低レベルVL に切換
わる。これによってダイオードD1は順方向にバイアス
され、スイッチオンと同じ機能をなすから、コンデンサ
Cの充電電圧VC 及びフォトダイオードPDの出力電流
P は抵抗R1及びダイオードD1を介して流れ、コン
デンサCの充電電圧は放電される。放電によってコンデ
ンサCの充電電圧VC がシュミットインバータ11の低
レベルスレッショルド電圧VTLにまで降下すると、シュ
ミットインバータ11の出力電圧は低レベルVL から高
レベルVH に切換わる。これによってダイオードD1は
再び逆バイアスされてオフ状態となるから、コンデンサ
Cに充電電流が流れる。以下、同様の動作が繰り返され
る結果、第1のシュミットインバータ11の出力電圧、
即ち、照度−周波数変換回路10からの出力電圧V1
は、図5に示すように、コンデンサCの充放電周期に対
応する周波数のパルス波形となる。
In the above structure, the photodiode PD
In the initial state in which no current flows and no charge is stored in the capacitor C, the output voltage of the first Schmitt inverter 11 is at the high level VH , so that the diode D1 is reversely biased, and the switch D is turned off. Performs the same function. Therefore, no current flows through the resistor R1, and the capacitor C is in a chargeable state. When the measurement of the light quantity is started, the current I P in the photodiode PD flows, capacitor C is charged. When the charging voltage V C of the capacitor C reaches a high level threshold voltage V TH of the first Schmitt inverter 11, the output voltage of the Schmitt inverter 11 is switched from the high level V H to the low level V L. This diode D1 is forward biased, since forming the same function as the switch-on, the output current I P of the charging voltage V C and the photodiode PD of the capacitor C flows through the resistor R1 and the diode D1, the capacitor C The charging voltage is discharged. When the charging voltage V C of the capacitor C drops to the low level threshold voltage V TL of the Schmitt inverter 11 by discharging, the output voltage of the Schmitt inverter 11 switches from the low level VL to the high level V H. As a result, the diode D1 is again reverse-biased and turned off, so that a charging current flows through the capacitor C. Hereinafter, as a result of the same operation being repeated, the output voltage of the first Schmitt inverter 11
That is, the output voltage V 1 from the illuminance-frequency conversion circuit 10
Has a pulse waveform having a frequency corresponding to the charge / discharge cycle of the capacitor C, as shown in FIG.

【0007】この第1のシュミットインバータ11の出
力電圧V1 は、本例では、第1のシュミットインバータ
11と同じC−MOS型の第2のシュミットインバータ
12に供給される。この第2のシュミットインバータ1
2も高レベルのスレッショルド電圧VTHと低レベルのス
レッショルド電圧VTLの2つのスレッショルド電圧を有
し、同様に動作する。即ち、第1のシュミットインバー
タ11から高レベルの電圧信号VH が入力されていると
きには低レベルの電圧出力VL を発生し、低レベルの電
圧信号VL が入力されているときには高レベルの電圧出
力VH を発生する。従って、第2のシュミットインバー
タ12からは第1のシュミットインバータ11のパルス
波形を反転した同じ周波数F0 の出力電圧が発生され、
演算計測部であるマイクロコンピュータ20に供給され
る。
In this example, the output voltage V 1 of the first Schmitt inverter 11 is supplied to a second Schmitt inverter 12 of the same C-MOS type as the first Schmitt inverter 11. This second Schmidt inverter 1
2 also has two threshold voltages, a high level threshold voltage V TH and a low level threshold voltage V TL , and operates similarly. That is, when a high-level voltage signal VH is input from the first Schmitt inverter 11, a low-level voltage output VL is generated, and when a low-level voltage signal VL is input, a high-level voltage output VL is generated. It generates an output V H. Therefore, the second Schmitt inverter 12 generates an output voltage of the same frequency F 0 in which the pulse waveform of the first Schmitt inverter 11 is inverted,
It is supplied to a microcomputer 20 which is an arithmetic measuring unit.

【0008】マイクロコンピュータ20は照度−周波数
変換回路10から第2のシュミットインバータ12を通
じて入力される周波数信号F0 のパルス数を計数するカ
ウンタ部21と、フォトダイオードPD及び変換回路の
入出力特性の演算処理プログラムを記憶しているROM
(リード・オンリー・メモリ)を含む記憶部22と、カ
ウンタ部21で計数された一定時間内のパルス数から、
記憶部22のプログラムに従ってフォトダイオードPD
の出力電流の大きさを検出し、照度又は光量を算出する
演算処理部23とから構成されており、かくして、フォ
トダイオードPDに入射する光の照度又は光量を求める
ことができる。
The microcomputer 20 counts the number of pulses of the frequency signal F 0 input from the illuminance-frequency conversion circuit 10 through the second Schmitt inverter 12, and the input / output characteristics of the photodiode PD and the conversion circuit. ROM storing arithmetic processing program
(Read-only memory) and the number of pulses within a certain time counted by the counter 21
Photodiode PD according to program in storage unit 22
And an arithmetic processing unit 23 for detecting the magnitude of the output current and calculating the illuminance or the amount of light. Thus, the illuminance or the amount of light incident on the photodiode PD can be obtained.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成の光量測定装置においては、照度−周波数変換回路1
0の入出力特性は、使用環境温度が25℃の場合、図6
に示すようになり、その入出力範囲(レンジ)は5〜6
桁にわたり、照度が大きくなると周波数も高くなるが、
ある領域以上になると入出力特性に非直線性が現われ、
最終的には発振停止の状態になってしまう(発振を停止
する照度は照度−周波数変換回路を構成する素子の定数
によって決まる)。また、反対に照度が小さくなると周
波数が小さくなるため、カウンタによるカウント誤差が
大きくなったり、外来ノイズの影響を受け易くなる。さ
らに、例えば使用環境温度を100℃ぐらいにすると、
照度−周波数変換回路の温度依存性のため、ある照度値
より小さくすると、図6に点線で示すように、出力が殆
ど変化しないという入出力特性の飽和現象が生じてしま
う。
However, in the light quantity measuring device having the above configuration, the illuminance-frequency conversion circuit 1
The input / output characteristics of FIG.
The input / output range (range) is 5-6.
Over the digits, the frequency increases as the illuminance increases,
Above a certain area, nonlinearity appears in the input / output characteristics,
Eventually, the oscillation stops. (The illuminance at which oscillation stops is determined by the constants of the elements constituting the illuminance-frequency conversion circuit.) On the other hand, when the illuminance decreases, the frequency decreases, so that the counting error by the counter increases and the influence of the external noise increases. Furthermore, for example, when the use environment temperature is about 100 ° C.,
Due to the temperature dependency of the illuminance-frequency conversion circuit, if the illuminance is made smaller than a certain illuminance value, a saturation phenomenon of the input / output characteristics that the output hardly changes occurs as shown by a dotted line in FIG.

【0010】従って、1つの光量測定装置では実際の使
用条件下においては出力周波数の上限値FHと下限値F
Lの間の3桁ぐらいの照度(光量)変化しか計測できな
いという重大な欠点があった。
Therefore, in one light quantity measuring device, the upper limit value FH and the lower limit value F of the output frequency under actual use conditions.
There is a serious drawback that only a change in illuminance (light amount) of about three digits during L can be measured.

【0011】さらに、図7に示す従来の照度−電圧変換
回路30を使用したアナログの光量測定装置では、その
入出力特性が図8に示すようになり、上記照度−周波数
変換回路10を使用したときのように発振停止状態は生
じない。しかしながら、図8の特性のように照度が10
0のときに出力電圧が1Vになるように照度と出力電圧
を対応させると、これより照度が5桁小さい0.001
においては出力電圧は10μVと非常に小さくなる。こ
のため、外来ノイズと環境温度変化による誤差が大きく
なり、計測範囲(レンジ)を広くすると信頼性に欠け、
実際の使用条件下においてはせいぜい3桁ぐらいの照度
(光量)変化しか計測できないという欠点があった。
Further, in the analog light quantity measuring device using the conventional illuminance-voltage conversion circuit 30 shown in FIG. 7, the input / output characteristics are as shown in FIG. 8, and the illuminance-frequency conversion circuit 10 is used. The oscillation stop state does not occur as in the case described above. However, as shown in the characteristic of FIG.
When the illuminance and the output voltage are made to correspond to each other so that the output voltage becomes 1 V when the value is 0, the illuminance is reduced by five orders of magnitude to 0.001.
In this case, the output voltage becomes as very small as 10 μV. For this reason, errors due to extraneous noise and environmental temperature changes increase, and if the measurement range (range) is widened, the reliability is lacking.
Under actual conditions of use, there is a disadvantage that the change in illuminance (light amount) can be measured at most by about three digits.

【0012】従って、本発明の目的は、光源の光量を自
動制御することにより、簡単な回路構成で広い計測範囲
にわたって高精度に光量を測定することができる高信頼
性、小型の電子的光量測定装置を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a highly reliable and small-sized electronic light quantity measuring device capable of measuring the light quantity with high accuracy over a wide measuring range with a simple circuit configuration by automatically controlling the light quantity of a light source. It is to provide a device.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記目的は本発明に係る
光量測定装置によって達成される。要約すれば、本発明
は、被測定物に光を照射する光源と、前記被測定物から
の透過光又は反射光を受光するとともに受光量に応じて
出力電流が変化する光検出素子を含み、該光検出素子に
入射する前記被測定物からの光の照度(光量)に応じた
周波数信号を出力する照度(光量)−周波数変換手段
と、該照度(光量)−周波数変換手段から出力される周
波数信号から照度(光量)を計測する演算制御手段とを
具備し、前記照度(光量)−周波数変換手段は、前記光
検出素子からの出力電流によって充電される容量素子
と、該容量素子に充電された充電電圧と予め設定された
基準電圧とを比較し、充電電圧が前記基準電圧に達した
とき毎に出力信号レベルを変化させてパルス信号を発生
するパルス発振回路である光量測定装置において、前記
光源とこの光源を駆動する電圧源との間に抵抗値の異な
る複数の抵抗をそれぞれスイッチング手段を介して接続
し、前記演算制御手段は、前記光検出素子に入射する前
記被測定物からの光の照度(光量)を計測する際に、前
記スイッチング手段を順次に作動させて前記抵抗を順次
に切換え接続して前記光源からの光出力を段階的に変化
させ、前記照度(光量)−周波数変換手段からの出力周
波数が前記照度(光量)−周波数変換手段からの出力周
波数の上限値及び下限値の範囲に入るように制御し、前
記被測定物からの光の照度(光量)を5〜6桁の入手力
範囲に亙って計測するようにしたことを特徴とする光量
測定装置である。前記照度(光量)−周波数変換手段か
らの出力周波数の上限値及び下限値の範囲は、前記前記
光検出素子に入射する前記被測定物からの光の照度(光
量)と前記照度(光量)−周波数変換手段からの出力周
波数との関係が直線性を示す範囲である。
The above object is achieved by a light quantity measuring device according to the present invention. In summary, the present invention includes a light source that irradiates light to the device under test, and a photodetector that receives transmitted light or reflected light from the device under test and changes the output current according to the amount of received light, An illuminance (light amount) -frequency converter for outputting a frequency signal corresponding to an illuminance (light amount) of light from the device to be incident on the light detecting element; and an output from the illuminance (light amount) -frequency converter. An arithmetic control unit for measuring illuminance (light amount) from a frequency signal, wherein the illuminance (light amount) -frequency conversion unit is a capacitor charged by an output current from the photodetector, and the capacitor is charged In the light quantity measuring device that is a pulse oscillation circuit that compares the set charging voltage with a preset reference voltage and changes the output signal level each time the charging voltage reaches the reference voltage to generate a pulse signal, The light And a voltage source for driving the light source, a plurality of resistors having different resistance values are connected via switching means, respectively, and the arithmetic and control means is configured to detect light incident on the photodetector from the device under test. When measuring the illuminance (light amount), the switching means is sequentially operated to sequentially switch and connect the resistors to change the light output from the light source in a stepwise manner. Is controlled so that the output frequency from the light falls within the range of the upper limit value and the lower limit value of the output frequency from the illuminance (light amount) -frequency conversion means, and the illuminance (light amount) of the light from the DUT is 5 to 6 digits. A light quantity measuring device characterized in that measurement is performed over the range of available power. The range of the upper limit value and the lower limit value of the output frequency from the illuminance (light amount) -frequency converting means is the illuminance (light amount) of the light from the DUT incident on the photodetector and the illuminance (light amount). The relationship with the output frequency from the frequency conversion means is a range showing linearity.

【0014】[0014]

【実施例】以下、本発明の実施例について添付図面を参
照して詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.

【0015】図1は本発明による光量測定装置の一実施
例を示す回路構成図である。本実施例の光量測定装置に
おいても光源としてLED13を使用し、また、光検出
素子としてフォトダイオードPDを使用し、このフォト
ダイオードPDと静電容量型の負荷であるコンデンサC
とスイッチとして機能するダイオードD1とC−MOS
型の第1のシュミットインバータ11とで照度−周波数
変換回路10を構成した場合について説明するが、本発
明はこれに限定されるものではなく、他の素子や回路構
成を使用してもよいことは言うまでもない。
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of a light quantity measuring device according to the present invention. In the light amount measuring apparatus of this embodiment, the LED 13 is used as a light source, the photodiode PD is used as a light detecting element, and the photodiode PD and a capacitor C which is a capacitance type load are used.
And diode D1 and C-MOS functioning as a switch
The case where the illuminance-frequency conversion circuit 10 is configured with the first Schmitt inverter 11 of the type will be described, but the present invention is not limited to this, and other elements and circuit configurations may be used. Needless to say.

【0016】本実施例では、LED13とこのLED1
3を駆動する電圧源との間に、抵抗値の異なる複数の抵
抗R11〜R14をそれぞれスイッチング手段SW1〜
SW4を直列に介して接続し、フォトダイオードPDに
入射する光の照度(光量)を計測する際にマイクロコン
ピュータ20によりスイッチング手段を順次に作動させ
てこれら抵抗を順次に切換え接続し、LED13から発
光される光の強さを段階的に調整して照度(光量)を計
測するようにしたものである。
In this embodiment, the LED 13 and the LED 1
3 and a plurality of resistors R11 to R14 having different resistance values are connected to the switching means SW1 to SW4 respectively.
SW4 is connected in series, and when measuring the illuminance (light amount) of the light incident on the photodiode PD, the microcomputer 20 operates the switching means sequentially to sequentially switch and connect these resistances, and the LED 13 emits light. The illuminance (light amount) is measured by gradually adjusting the intensity of the light to be emitted.

【0017】スイッチング手段SW1〜SW4はマイク
ロコンピュータ20の制御ポート24からの制御信号S
1〜S4の印加によってオフ状態からオン状態に切換わ
り、所定の抵抗値の抵抗をLED13と電圧源との間に
選択接続する。これによって照度−周波数変換回路10
の入出力特性を段階的に切換え設定できるようになって
いる。この抵抗R11〜R14の切換え接続はマイクロ
コンピュータ以外の手段により自動的に行なうようにし
てもよいことは勿論である。なお、本実施例ではスイッ
チング手段SW1〜SW4としてトランジスタが使用さ
れているが、この技術分野で知られている電子スイッ
チ、アナログスイッチなどの種々のスイッチング手段が
使用できることは言うまでもない。また、照度−周波数
変換回路10の機能、動作態様等は上述した通りである
ので、ここでは説明を省略する。
The switching means SW1 to SW4 are connected to a control signal S from a control port 24 of the microcomputer 20.
The state is switched from the off state to the on state by application of 1 to S4, and a resistor having a predetermined resistance value is selectively connected between the LED 13 and the voltage source. Thereby, the illuminance-frequency conversion circuit 10
The input / output characteristics can be switched and set stepwise. Needless to say, the switching connection of the resistors R11 to R14 may be automatically performed by means other than the microcomputer. Although transistors are used as the switching means SW1 to SW4 in this embodiment, it is needless to say that various switching means such as an electronic switch and an analog switch known in this technical field can be used. In addition, since the function, operation mode, and the like of the illuminance-frequency conversion circuit 10 are as described above, the description is omitted here.

【0018】上記構成において、今、4つの抵抗R11
〜R14の抵抗値がR11>R12>R13>R14で
あるとすると、各スイッチング手段SW1〜SW4がオ
ン状態になったときにLED13に流れる電流I1 〜I
4 はI1 <I2 <I3 <I4となる。これら電流I1
4 がLED13に流れたときに発光される光がセル1
5内の被測定物16によって吸収される度合、即ち吸光
度と照度−周波数変換回路10からの出力周波数との関
係は図2に点線で示すようになる。抵抗R11が選択接
続され、LED13に電流I1 が流れているときには、
図2にAで示す特性(レンジI1 )となり、抵抗R12
が選択接続され、LED13に電流I2が流れていると
きには、図2にBで示す特性(レンジI2 )となり、抵
抗R13が選択接続され、LED13に電流I3 が流れ
ているときには、図2にCで示す特性(レンジI3 )と
なり、そして抵抗R14が選択接続され、LED13に
電流I4 が流れているときには、図2にDで示す特性
(レンジI4 )となる。
In the above configuration, four resistors R11
When the resistance value of ~R14 is R11>R12>R13> assumed to be R14, the current I 1 ~I flowing to LED13 when each switching means SW1~SW4 are turned on
4 becomes I 1 <I 2 <I 3 <I 4 . These currents I 1-
The light emitted when I 4 flows to the LED 13 is the cell 1
5, the relationship between the degree of absorption by the DUT 16, that is, the relationship between the absorbance and the output frequency from the illuminance-frequency conversion circuit 10, is shown by the dotted line in FIG. 2. When the resistor R11 is selectively connected and the current I1 is flowing through the LED 13 ,
The characteristic (range I 1 ) indicated by A in FIG.
Are selectively connected and the current I 2 flows through the LED 13, the characteristic shown by B in FIG. 2 (range I 2 ) is obtained. When the resistor R 13 is selectively connected and the current I 3 flows through the LED 13, FIG. the characteristic indicated by C (range I 3) next, and resistance R14 is selected connected, when in the current I 4 flows in LED13 is a characteristic (range I 4) shown in D in FIG.

【0019】従って、光量−周波数変換回路10からの
出力周波数の上限値及び下限値をFH及びFLとする
と、LED電流=I1 の場合、0〜a1の範囲の吸光度
を計測することができ、LED電流=I2 の場合、0〜
a3の範囲の吸光度を計測することができ、LED電流
=I3 の場合、a2〜a5の範囲の吸光度の計測が行な
え、LED電流=I4 の場合、a4〜a6の範囲の吸光
度の計測ができることになる。それ故、例えば被測定物
16の吸光度或は被測定物16を透過した光の照度(光
量)に応じてマイクロコンピュータ20によりスイッチ
ング手段SW1〜SW4を制御してLED13に流れる
電流を切換えれば、0〜a6までの広い範囲にわたって
吸光度を、従って、フォトダイオードPDに入射する光
の照度(光量)を広範囲にわたって高精度に計測するこ
とができる。
Accordingly, when the upper limit value and the lower limit value of the output frequency from the light quantity-frequency conversion circuit 10 are FH and FL, the absorbance in the range of 0 to a1 can be measured when the LED current = I 1 . If the LED current = I 2, 0 to
can measure the absorbance in the range of a3, when the LED current = I 3, perform the measurement of absorbance in a range of A2 to A5, when the LED current = I 4, the measurement of absorbance in the range of a4~a6 You can do it. Therefore, for example, if the microcomputer 20 controls the switching means SW1 to SW4 according to the absorbance of the DUT 16 or the illuminance (light amount) of the light transmitted through the DUT 16 to switch the current flowing through the LED 13, It is possible to measure the absorbance over a wide range from 0 to a6, and therefore, the illuminance (light amount) of light incident on the photodiode PD with high accuracy over a wide range.

【0020】かくして、本実施例によれば、簡単な構成
によりLEDに流れる電流を切換えることができるか
ら、正確に測定できる吸光度の下限が低くなり、かつ正
確に測定できる吸光度の上限が高くなる。従って、常に
広い計測範囲を持つことになり、微少な吸光度から大き
な吸光度まで高精度に計測することができる。さらに、
レンジ切換えにより測定する吸光度に適当した特性を設
定することができるから、正確に測定できる吸光度範囲
が広くなるだけでなく、測定精度が一段と高くなり、信
頼性が一層向上するという利点もある。
Thus, according to this embodiment, the current flowing through the LED can be switched with a simple configuration, so that the lower limit of the absorbance that can be accurately measured is lower and the upper limit of the absorbance that can be accurately measured is higher. Therefore, it always has a wide measurement range, and it is possible to measure from a small absorbance to a large absorbance with high accuracy. further,
Since characteristics suitable for the absorbance to be measured can be set by switching the range, not only the absorbance range in which accurate measurement can be performed is widened, but also the measurement accuracy is further increased, and there is an advantage that reliability is further improved.

【0021】図3は上述した本実施例の光量測定装置の
動作態様をマイクロコンピュータ20により自動制御す
る際のアルゴリズムの一例を示すフローチャートであ
る。まず、スタート時にはステップS1においてLED
13に流れる電流を一番低いレンジI1 に自動的に設定
し、ステップS2において照度−周波数変換回路10の
フォトダイオードPDに入射する光量に対応するデータ
入力より出力周波数F0を検出し、ステップS3におい
てこの出力周波数F0 が下限周波数FLより低いか否か
を判断し、下限周波数FLより低い場合(YES)には
ステップS4においてLED13の電流を一段大きくし
てレンジI2 にする。このレンジI2 は計測範囲内であ
るので(ステップS5のNO)このレンジI2 での出力
周波数F0の計測が再びステップS2において行なわ
れ、ステップS3においてこの出力周波数F0 が下限周
波数FLより低いか否かを判断し、下限周波数FLより
低い場合(YES)にはステップS4においてLED1
3の電流を一段大きくしてレンジI3 にする。以下同様
にして出力周波数F0 の計測を行ない、レンジI4 にし
ても出力周波数F0 が下限周波数FLより低い場合には
ステップS5において計測範囲外(NO)と判断してス
テップS6においてエラー出力を発生し、計測動作を終
了する。
FIG. 3 is a flowchart showing an example of an algorithm when the microcomputer 20 automatically controls the operation mode of the above-described light quantity measuring device of the present embodiment. First, at the start, in step S1, the LED
Automatically setting the current flowing through the 13 lowest range I 1, the illuminance in step S2 - detecting the output frequency F 0 from data input corresponding to the amount of light incident on the photodiode PD of the frequency conversion circuit 10, step the output frequency F 0, it is determined whether or not lower than the lower limit frequency FL in S3, if it is lower than the lower limit frequency FL (YES) to range I 2 by one step increases the current LED13 in step S4. This range I 2 is in the measurement range measurement of the output frequency F 0 in (NO at step S5) The range I 2 is performed in step S2 again, the output frequency F 0 in step S3 is the lower limit frequency FL It is determined whether the frequency is lower than the lower limit frequency FL (YES).
The third current is one step increased to range I 3 in. Thereafter, the output frequency F 0 is measured in the same manner. If the output frequency F 0 is lower than the lower limit frequency FL even in the range I 4 , it is determined that the output frequency is out of the measurement range (NO) in step S 5, and an error is output in step S 6. Is generated, and the measurement operation ends.

【0022】一方、ステップS3において出力周波数F
0 が下限周波数FLより高いと判断された場合(NO)
にはステップS7において演算処理が行なわれ、検出さ
れた出力周波数F0 に対応する光量が算出され、ステッ
プS8において算出された光量の値が出力され、計測動
作を終了する。
On the other hand, in step S3, the output frequency F
When it is determined that 0 is higher than the lower limit frequency FL (NO)
Processing in step S7 is performed, the amount of light corresponding to the detected output frequency F 0 is calculated, the amount of the value calculated in step S8 is outputted to end the measuring operation.

【0023】本実施例では照度(光量)−周波数変換回
路10の第1のシュミットインバータ11の出力と入力
間にフォトダイオードPDとは逆極性で、抵抗R1を介
してダイオードD1を接続し、このダイオードD1をス
イッチとして機能させたが、ダイオードD1の代わりに
アナログスイッチを使用してもよい。ただし、アナログ
スイッチは端子容量を有するので照度−周波数変換の特
性が不安定となる可能性がある。従って、信頼性の点か
らはダイオードスイッチを使用することが好ましい。
In this embodiment, a diode D1 is connected between the output and the input of the first Schmitt inverter 11 of the illuminance (light amount) -frequency conversion circuit 10 with a polarity opposite to that of the photodiode PD via a resistor R1. Although the diode D1 functions as a switch, an analog switch may be used instead of the diode D1. However, since the analog switch has the terminal capacitance, the characteristics of the illuminance-frequency conversion may be unstable. Therefore, it is preferable to use a diode switch from the viewpoint of reliability.

【0024】また、上記実施例において、第2のシュミ
ットインバータ12の出力側に回路構成簡単な波形整形
回路(例えばダイオードを直列に接続し、このダイオー
ドの出力側と接地間にCRの並列回路を接続した構成)
を接続し、出力電圧V1 を波形整形すると、出力電圧V
1 の低レベル出力電圧VL の持続時間、即ち、コンデン
サCの放電時間を長くすることができるので、汎用カウ
ンタやマイクロコンピュータ内蔵のカウンタのようなあ
る程度の性能を有する安価なカウンタにより出力波形を
十分な精度で計測することができるという利点がある。
In the above embodiment, a waveform shaping circuit having a simple circuit configuration (for example, a diode is connected in series, and a CR parallel circuit is connected between the output side of the diode and the ground) is connected to the output side of the second Schmitt inverter 12. Connected configuration)
Is connected, and the output voltage V 1 is shaped into a waveform.
Since the duration of the low-level output voltage VL of 1 , that is, the discharge time of the capacitor C can be lengthened, the output waveform can be reduced by an inexpensive counter having a certain level of performance, such as a general-purpose counter or a microcomputer built-in counter. There is an advantage that measurement can be performed with sufficient accuracy.

【0025】さらに、上記実施例では本発明による光量
測定装置を自動車のエンジンオイル等の潤滑油の汚れ或
は劣化を計測する場合に適用したが、光源からの光を透
過する種々のオイルの汚れ或は劣化やオイル以外の光が
透過し得る液体、気体等の汚れ或は劣化を計測する場合
にも本発明が適用できるし、また、光源からの光を反射
する被測定物からの反射光の照度(光量)を計測する場
合にも本発明は適用できるものである。
Further, in the above embodiment, the light quantity measuring device according to the present invention is applied to the measurement of dirt or deterioration of lubricating oil such as engine oil of an automobile, but various dirt of oil transmitting light from a light source is measured. Alternatively, the present invention can be applied to measurement of deterioration or deterioration of liquid or gas which can transmit light other than oil, or reflected light from an object to be measured which reflects light from a light source. The present invention can be applied to the case of measuring the illuminance (light amount) of the image.

【0026】なお、上記実施例は本発明の単なる例示に
過ぎず、回路構成、使用する素子等は必要に応じて任意
に変更できるものである。例えば、C−MOSシュミッ
トインバータ以外のインバータや他の回路素子を使用し
てもよいし、また、LED以外の光源を使用しても、フ
ォトダイオード以外の光検出素子を使用しても、マイク
ロコンピュータ以外の演算制御手段を使用してもよいこ
とは勿論である。さらに、照度(光量)−周波数変換回
路から発生される周波数出力はパルス以外の周波数出力
でもよい。
The above embodiment is merely an example of the present invention, and the circuit configuration, elements used, and the like can be arbitrarily changed as necessary. For example, an inverter other than a C-MOS Schmitt inverter or another circuit element may be used, a light source other than an LED, a photodetector other than a photodiode, or a microcomputer may be used. Of course, other arithmetic control means may be used. Further, the frequency output generated from the illuminance (light quantity) -frequency conversion circuit may be a frequency output other than a pulse.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上説明したように、本発明による光量
測定装置は、簡単な構成により光源から放射される光出
力の強さを自動的に切換えることができるから、照度
(光量)−周波数変換回路によって正確に測定できる被
測定物からの透過光(散乱光を含む)又は反射光の光量
の下限を低くすることができ、かつ正確に測定できる光
量の上限を高くすることができる。従って、常に広い計
測範囲を持つことになり、微少な光量から大きな光量ま
で高精度に計測することができる。さらに、レンジ切換
えにより測定する光量に適当した特性を設定することが
できるから、正確に測定できる光量範囲が広くなるだけ
でなく、測定精度が一段と高くなり、信頼性が一層向上
するという顕著な効果がある。
As described above, the light quantity measuring device according to the present invention can automatically switch the intensity of the light output radiated from the light source with a simple structure, and therefore, can convert the illuminance (light quantity) to frequency. The lower limit of the amount of transmitted light (including scattered light) or reflected light from the object that can be accurately measured by the circuit can be reduced, and the upper limit of the amount of light that can be accurately measured can be increased. Therefore, a wide measurement range is always provided, and it is possible to measure from a small light amount to a large light amount with high accuracy. Furthermore, since the characteristic suitable for the light quantity to be measured can be set by switching the range, not only the light quantity range that can be accurately measured is widened, but also the measurement accuracy is further increased, and the remarkable effect that reliability is further improved. There is.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による光量測定装置の一実施例を示す回
路構成図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of a light quantity measuring device according to the present invention.

【図2】図1に示す本発明の光量測定装置における被測
定物の吸光度と照度−周波数変換回路の出力周波数との
関係を示す特性図である。
FIG. 2 is a characteristic diagram showing a relationship between the absorbance of an object to be measured and the output frequency of an illuminance-frequency conversion circuit in the light quantity measuring device of the present invention shown in FIG.

【図3】図1に示す本発明の光量測定装置の動作態様を
説明するためのフローチャートである。
FIG. 3 is a flowchart for explaining an operation mode of the light quantity measuring device of the present invention shown in FIG. 1;

【図4】従来の光量測定装置の一例を示す回路構成図で
ある。
FIG. 4 is a circuit configuration diagram showing an example of a conventional light quantity measuring device.

【図5】図5の光量測定装置に使用されているシュミッ
トインバータの電圧出力を示す波形図である。
5 is a waveform diagram showing a voltage output of a Schmitt inverter used in the light quantity measuring device of FIG.

【図6】図5の光量測定装置の代表的な入出力特性を示
す図である。
6 is a diagram showing typical input / output characteristics of the light quantity measuring device of FIG.

【図7】従来の光量測定装置の他の例を示す回路構成図
である。
FIG. 7 is a circuit configuration diagram showing another example of a conventional light quantity measuring device.

【図8】図7の光量測定装置の代表的な入出力特性を示
す図である。
8 is a diagram showing typical input / output characteristics of the light quantity measuring device of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 照度(光量)−周波数変換回路 11、12 シュミットインバータ 13 LED(発光ダイオード) 14 スイッチングトランジスタ 15 光透過性セル 16 被測定物 20 マイクロコンピュータ 21 カウンタ部 22 記憶部 23 演算処理部 24 制御ポート PD フォトダイオード SW1〜SW4 スイッチング手段 R11〜R14 抵抗 C コンデンサ Reference Signs List 10 illuminance (light quantity) -frequency conversion circuit 11, 12 Schmitt inverter 13 LED (light emitting diode) 14 switching transistor 15 light transmissive cell 16 DUT 20 microcomputer 21 counter unit 22 storage unit 23 arithmetic processing unit 24 control port PD photo Diode SW1 to SW4 Switching means R11 to R14 Resistor C Capacitor

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 被測定物に光を照射する光源と、前記被
測定物からの透過光又は反射光を受光するとともに受光
量に応じて出力電流が変化する光検出素子を含み、該光
検出素子に入射する前記被測定物からの光の照度(光
量)に応じた周波数信号を出力する照度(光量)−周波
数変換手段と、該照度(光量)−周波数変換手段から出
力される周波数信号から照度(光量)を計測する演算制
御手段とを具備し、前記照度(光量)−周波数変換手段
は、前記光検出素子からの出力電流によって充電される
容量素子と、該容量素子に充電された充電電圧と予め設
定された基準電圧とを比較し、充電電圧が前記基準電圧
に達したとき毎に出力信号レベルを変化させてパルス信
号を発生するパルス発振回路である光量測定装置におい
て、 前記光源とこの光源を駆動する電圧源との間に抵抗値の
異なる複数の抵抗をそれぞれスイッチング手段を介して
接続し、前記演算制御手段は、前記光検出素子に入射す
る前記被測定物からの光の照度(光量)を計測する際
に、前記スイッチング手段を順次に作動させて前記抵抗
を順次に切換え接続して前記光源からの光出力を段階的
に変化させ、前記照度(光量)−周波数変換手段からの
出力周波数が前記照度(光量)−周波数変換手段からの
出力周波数の上限値及び下限値の範囲に入るように制御
し、前記被測定物からの光の照度(光量)を5〜6桁の
入出力範囲に亙って計測するようにしたことを特徴とす
る光量測定装置。
A light source for irradiating the object with light; and a light detecting element for receiving transmitted light or reflected light from the object and changing an output current according to an amount of received light. An illuminance (light amount) -frequency conversion unit that outputs a frequency signal corresponding to the illuminance (light amount) of the light from the DUT incident on the element, and a frequency signal output from the illuminance (light amount) -frequency conversion unit. An illuminance (light quantity) calculating control means for measuring the illuminance (light quantity), wherein the illuminance (light quantity) -frequency conversion means comprises a capacitance element charged by an output current from the light detection element, and a charge charged to the capacitance element A light quantity measuring device, which is a pulse oscillation circuit that compares a voltage with a preset reference voltage, and changes the output signal level each time the charging voltage reaches the reference voltage to generate a pulse signal, comprises: this A plurality of resistors having different resistance values are connected to a voltage source for driving the power source via switching means, respectively, and the arithmetic control means controls the illuminance of light from the device under test incident on the photodetector ( When measuring the amount of light, the switching means is sequentially operated to sequentially switch and connect the resistors to change the light output from the light source in a stepwise manner. The output frequency is controlled so as to fall within the range of the upper limit value and the lower limit value of the output frequency from the illuminance (light amount) -frequency conversion means, and the illuminance (light amount) of the light from the DUT is input by 5 to 6 digits. A light quantity measuring device characterized in that measurement is performed over an output range.
【請求項2】 前記照度(光量)−周波数変換手段から
の出力周波数の上限値及び下限値の範囲は、前記前記光
検出素子に入射する前記被測定物からの光の照度(光
量)と前記照度(光量)−周波数変換手段からの出力周
波数との関係が直線性を示す範囲である請求項1の光量
測定装置。
2. An upper limit value and a lower limit value of an output frequency from the illuminance (light amount) -frequency conversion means are defined by the illuminance (light amount) of light from the DUT incident on the photodetector and the light intensity (light amount). 2. The light quantity measuring device according to claim 1, wherein the relationship between the illuminance (light quantity) and the output frequency from the frequency conversion means is a range showing linearity.
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