JP2704195B2 - 角度測定のための装置と方法 - Google Patents

角度測定のための装置と方法

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JP2704195B2
JP2704195B2 JP3287361A JP28736191A JP2704195B2 JP 2704195 B2 JP2704195 B2 JP 2704195B2 JP 3287361 A JP3287361 A JP 3287361A JP 28736191 A JP28736191 A JP 28736191A JP 2704195 B2 JP2704195 B2 JP 2704195B2
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    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/26Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】本発明は、装置と投射される光エネルギー
ビームの間の角度を検知するための角度感知装置に関す
る。
【0002】本発明によれば、角度感知装置にして、該
装置と投射された光エネルギービームの間の角度を検知
するための前記角度感知装置であって、光エネルギー・
ストップと、該光エネルギー・ストップから隔置され、
かつ該光エネルギー・ストップの縁を通過して伝達され
る光エネルギービームの一部分を受けるように配置され
た1次光エネルギーセンサにして、衝突するビーム部分
に暴露された前記1次光エネルギーセンサの部分を表わ
す出力信号を発生する前記1次光エネルギーセンサと、
前記光エネルギー・ストップにより遮蔽されない位置で
かつ前記1次光エネルギーセンサに隣接して配置された
基準光エネルギーセンサにして、該基準光エネルギーセ
ンサは投射された光エネルギービームに連続的に暴露さ
れる実質的に一定の面積を有し、それにより、前記投射
されたビームの強さを表わす出力信号を発生する前記基
準光エネルギーセンサと、前記1次及び基準光エネルギ
ーセンサの出力信号を組合わせて、衝突する前記光エネ
ルギービームが前記1次光センサに交わる角度を結果と
して表わす出力信号を発生する装置と、から成る前記角
度感知装置が与えられる。
【0003】本発明のいま一つの面によれば、投射光エ
ネルギービームと物体との角度を決定するための装置に
して、前記物体に取付けられた投射光エネルギー1次セ
ンサであって、投射光エネルギービームが衝突する前記
1次センサの面積にしたがった出力を発生する前記投射
光エネルギー1次センサと、前記1次センサに隣接して
前記物体に取付けられた基準センサであって、該基準セ
ンサの面積が投射された光ビームの角度に関係なく連続
的に投射光エネルギービームの一定部分に暴露されて光
ビームの強さを表わす出力信号を発生する前記基準セン
サと、前記投射光エネルギー1次センサから隔置され、
該1次センサの一部分を投射光エネルギービームから遮
蔽するように配設された光エネルギーストップであっ
て、前記1次センサの前記一部分は、投射されたビーム
と前記1次センサとの間の角度によって決まる、前記光
エネルギーストップと、前記1次センサと前記基準セン
サの出力信号を受入れ、投射光エネルギービームの強さ
の変化が補正された角度指示出力を発生する装置と、か
ら成る前記装置が与えられる。
【0004】本発明のいま一つの面によれば、投射ビー
ムの衝突角度を測定する装置にして、投射ビームに暴露
される範囲が衝突角度により変化する第1のビームセン
サと、前記第1のビームセンサに隣接かつ同一平面内に
あり、衝突角度に関係なく投射ビームに連続的に暴露さ
れる第2のビームセンサであって、前記第1と第2のビ
ームセンサは、それぞれ投射ビームが衝突する面積に実
質的に比例する第1及び第2の出力信号を発生し、前記
第1のビームセンサから隔置され、前記第2のビームセ
ンサを投射ビームから遮蔽せずかつ投射ビームの一部分
を前記第1のビームセンサに達しないように阻止するよ
うに配置された投射ビーム・ストップであって、投射ビ
ームと第1のビームセンサ間の角度にしたがって投射ビ
ームに対する前記第1のビームセンサの暴露範囲を変化
させる前記投射ビーム・ストップと、前記第1及び第2
の出力信号を受け入れ、投射ビームの強さの変化を補償
した、投射ビームと第1のビームセンサ間の角度を示す
出力を発生するための装置と、から成る前記装置が与え
られる。
【0005】本発明のさらに他の面によれば、投射ビー
ムの方向に対する物体の方位角を測定する方法であっ
て、一つのビームセンサにおいてそこに衝突する投射ビ
ームの角度に関係なく投射ビームの一定の部分を受け、
投射ビームの強度を表わすセンサ出力を発生させる段階
と、前記一つのビームセンサに隣接する他のビームセン
サにおいてビームの一部分が受光されるのを阻止し、投
射ビームが衝突する前記他のビームセンサの部分は、投
射ビームと前記他のビームセンサとの角度によって決ま
り、これにより、前記他のビームセンサの出力を発生さ
せる段階と、前記一つのビームセンサの出力に対する前
記他のビームセンサの出力の比率を計算し、この比率は
ビームの強さの変化が補償された、投射ビームと前記他
のビームセンサー間の角度を表わす段階と、から成る前
記方法が与えられる。
【0006】
【実施例】図1を参照すると、基準光エネルギーセンサ
12、1次光エネルギーセンサ13、及び光エネルギー
・ストップ14を有するセンサ組立体11が示される。
光エネルギー・ストップ14は、1次光エネルギーセン
サ13から隔置され、一つの縁16は1次光センサの中
心線にほぼ重なり合う不透明部材である。光センサ1
2、13は、センサ表面の光を浴びている部分に比例す
る出力を与える、代表的には平らな装置である。この出
力はまた、センサ表面区域に浴びせる光の強さの関数で
ある。本明細書に使用される語句「光」又は「光エネル
ギー」は、スペクトルの可視部分はもとより、非可視部
分をも含む。
【0007】基準及び1次センサ12、13は、1次光
センサの表面に向かって進む光又は光エネルギーのビー
ム17からの遮断又は遮蔽を与えるストップ14とほぼ
同一平面内に配置されることが判るであろう。基準光セ
ンサ12は、図1に示すように、ビーム17の中の光エ
ネルギーの全部又は或る比較的一定の量を受ける。基準
光センサ12は、光ビーム17の強さの関数として或る
程度変化する出力信号を発生する。光センサにおけるビ
ームの強さは、光源とセンサの距離の変化或いはビーム
プロジェクタの特性又は励起の変化によって変えること
ができる。光ビーム17の強さが上記の理由のどれかに
よって変化するにつれて1次光センサ13と実質的に隣
接する基準光センサ12の双方に衝突する時のビームの
強さは実質的に同じである。従って、衝突する光ビーム
17の量の結果としての1次光センサ13からの出力を
基準光センサ12からの出力と組み合わせて、後述する
ように、1次光センサと光ビーム17の間の角度を表す
出力の比を作ることができる。
【0008】小さな角度では、角度のタンジェントとサ
インとは近い。よって、1次光センサ13の表面から垂
線が引かれ、光ビーム17が垂線の方向に投射されるな
らば、図1に示す角度θはゼロである。ストップ14が
図1に示す位置にあって、その縁16が1次光センサ1
3の中心線から延びる垂線上にあるとき、1次光センサ
の表面面積の半分はビーム17を浴び、半分は不透明の
ストップ14に遮蔽されて暗さの中に保たれる。その結
果、これらの状態の下で存在するビーム17の強さにお
いての1次光センサからの潜在出力の2分の1が発生す
る。その間、同じ状態の下で、基準光センサ12によっ
て潜在出力の全部が発生する。これは、二つのセンサが
類似のスケールファクターを有していることを仮定して
いる。従って基準センサの出力に対する1次センサの出
力の比は0.5になる。これは、図2を参照してわかる
ように、ビーム角度0°において、1次光センサ13か
らの出力18は、基準光センサ12からの出力19の2
分の1である。基準センサからの出力は、同じ光ビーム
17の強さでは実質的に一定である。これは、図2に1
9で示されるように、y=kの関係で表される。しか
し、1次光センサ13からの出力は、20°範囲の一端
におけるゼロから他端における、基準センサからの一定
出力に等しいレベルにまで上がることが示される。角度
測定の20°という範囲は、車両の車輪整合用に使用す
る場合のようなこの特定の角度測定装置の目的には適切
である。角度20°の範囲は、不透明のストップ14の
縁16を通る1次センサ13の中心線から延びる垂線の
両側に±10°である。
【0009】ビーム17の角度が、1次センサ13の中
心線から延びる垂線の反時計回り10°の位置から時計
回り10°の位置まで進むと、図2の曲線y=kθ
(ライン18)が生ずる。よって、センサ13の表面か
ら延びる垂線から±10゜の範囲内でビーム17の角度
に比例する関係、kθ/kを用いることにより、ビ
ーム17の強さの変化を角度測定から排除することがで
きる。図1に示す信号調整回路21はこの組合わせを実
施し、垂線、つまり光ビーム17のゼロ角度、から±1
0゜の範囲内で角度θを表す信号をA′における出力と
して与える。図1に図解するように、ビーム17は、1
次センサ13と基準センサ12の双方の表面全体を照明
する。従って、図1は、図2の角度+10°を表す。信
号調整器21からの出力は+10°を表すkθ/k、
(この場合k/k=1でθは20°であること前記
の通り)である。
【0010】次に図3を参照すると、図3の全体センサ
組立体のためのケース22の中の実質的に同一平面内に
配設される複数の1次光センサ13と基準光センサ12
をもつ複数のセンサ組立体11を有する角度センサが示
される。ガラスカバー23は、センサ12、13の各組
に1個づつの複数の不透明ビーム・ストップ14を支持
する。基準センサ12は、角度測定範囲、θ=20゜
(±10゜としてここでは表される)の全体を通じて光
ビームに当てられる。光センサの各組の1次センサ13
は、ケース22とビーム17の角度にしたがってビーム
17に対して暴露され、それにより、さきに図1及び図
2に関連して説明したように角度が測定される。20°
の角度測定範囲に対してケース22の最適寸法特性が確
定されている。20°のサインは0.342である。従
って、もしもセンサ13の幅がdであるならば、1次光
センサ13の表面と不透明ストップ14の間隔は3dで
ある。角度測定装置が20°円弧を進行する時、光ビー
ム17は、20゜円弧が交わる1次センサの面の部分を
横切って揺動させられる。これは、この例では1次セン
サのほぼ全体面であるが、調整または他の目的のため
に、より小さい面の部分をビームに揺動させることもで
きる。ただし、基準センサまたは基準出力に関しての調
整を伴う。1次センサ13の各々からの出力は、基準セ
ンサ12の各々からの出力と同じく信号調整器21に接
続される。複数のセンサ組立体11は、測定から生ずる
個々のセンサ組立体11の特異性を除去、または平均化
する傾向があり、1次センサ13を含むケース22に対
する光ビーム17の角度を表す出力信号Aを与える。
【0011】本願発明において使用される代表的な光セ
ンサの例は、米国ウィスコンシン州ダッジヴィル市ハイ
ウェイ18イースト(Highway 18 Eas
t,Dodgeville,Wisconcin)のシ
リコンセンサ社(Silicon Sensor,In
c.)の製作するフォトセルセンサ部品番号5359C
002である。信号調整回路21は類似の用途に用いら
れており、最良の態様を開示し、本明細書の完壁性を保
証する目的で以下に説明する。光ビーム17が或る周波
数、例えば約15KHz、にて変調され、光センサ1
2、13からの信号は、狭帯域のフィルタに導かれ、1
5KHzの信号が通される。これは、周囲光の発生する
信号をセンサ12、13から実質的に除去する。得られ
た15KHzの信号を積分してDCレベルを得る。濾波
及び積分は各センサ12、13につき、独立になされ
る。2個のDCアナログ信号が比較され、その差が、前
記のような角度θを表す出力信号をA′及びAにて与え
る。
【0012】以上のように本発明を実施するために考え
られる最良の態様を本明細書に開示したが、本発明の主
題とみなされることから逸脱することなく、変形及び変
更を行うことができることは明らかである
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理を示す説明図である。
【図2】ビーム角の関数としての光センサ出力を示すグ
ラフである。
【図3】本発明の多重センサ実施例の説明図である。
【符号の説明】
11 角度感知装置 12 基準光エネルギーセンサ 13 1次光エネルギーセンサ 14 光エネルギー・ストップ 17 投射光エネルギービーム

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 角度感知装置にして、該装置と投射され
    た光エネルギービームの間の角度を検知するための前記
    角度感知装置であって、 光エネルギー・ストップと、 該光エネルギー・ストップから隔置され、かつ該光エネ
    ルギー・ストップの縁を通過して伝達される光エネルギ
    ービームの一部分を受けるように配置された1次光エネ
    ルギーセンサにして、衝突するビーム部分に暴露された
    前記1次光エネルギーセンサの部分を表わす出力信号を
    発生する前記1次光エネルギーセンサと、 前記光エネルギー・ストップにより遮蔽されない位置で
    かつ前記1次光エネルギーセンサに隣接して配置された
    基準光エネルギーセンサにして、該基準光エネルギーセ
    ンサは投射された光エネルギービームに連続的に暴露さ
    れる実質的に一定の面積を有し、それにより、前記投射
    されたビームの強さを表わす出力信号を発生する前記基
    準光エネルギーセンサと、 前記1次及び基準光エネルギーセンサの出力信号を組合
    わせて、衝突する前記光エネルギービームが前記1次光
    センサに交わる角度を結果として表わす出力信号を発生
    する装置と、から成る前記角度感知装置。
  2. 【請求項2】 前記ストップと前記1次光エネルギーセ
    ンサの間隔が該1次光エネルギーセンサの幅の約3倍で
    ある、請求項1の前記角度感知装置。
  3. 【請求項3】 前記ストップと前記1次センサは実質的
    に平らであって実質的に平行な平面内にあり、前記スト
    ップの縁は実質的に該1次光エネルギーセンサの中心線
    の上方に位置する、請求項1の前記角度感知装置。
  4. 【請求項4】 複数の前記ストップの一つから各々が隔
    置された複数の1次光エネルギーセンサと、複数の基準
    光エネルギーセンサから成る、請求項1の前記角度感知
    装置。
  5. 【請求項5】 投射光エネルギービームと物体との角度
    を決定するための装置にして、 前記物体に取付けられた投射光エネルギー1次センサで
    あって、投射光エネルギービームが衝突する前記1次セ
    ンサの面積にしたがった出力を発生する前記投射光エネ
    ルギー1次センサと、 前記1次センサに隣接して前記物体に取付けられた基準
    センサであって、該基準センサの面積が投射された光ビ
    ームの角度に関係なく連続的に投射光エネルギービーム
    の一定部分に暴露されて光ビームの強さを表わす出力信
    号を発生する前記基準センサと、 前記投射光エネルギー1次センサから隔置され、該1次
    センサの一部分を投射光エネルギービームから遮蔽する
    ように配設された光エネルギーストップであって、前記
    1次センサの前記一部分は、投射されたビームと前記1
    次センサとの間の角度によって決まる、前記光エネルギ
    ーストップと、 前記1次センサと前記基準センサの出力信号を受入れ、
    投射光エネルギービームの強さの変化が補正された角度
    指示出力を発生する装置と、から成る前記装置。
  6. 【請求項6】 前記1次センサと前記ビーム・ストップ
    は平らな部材でありかつ実質的に平行な平面内にある、
    請求項5の前記装置。
  7. 【請求項7】 前記基準センサは平らな部材であり、前
    記1次センサと同一平面内にある、請求項6の前記装
    置。
  8. 【請求項8】 複数の投射光エネルギー1次センサ、複
    数の基準センサ、及び前記1次センサの各々から隔置さ
    れる複数の光エネルギービーム・ストップから成る、請
    求項5の前記装置。
  9. 【請求項9】 投射ビームの衝突角度を測定する装置に
    して、 投射ビームに暴露される範囲が衝突角度により変化する
    第1のビームセンサと、 前記第1のビームセンサに隣接かつ同一平面内にあり、
    衝突角度に関係なく投射ビームに連続的に暴露される第
    2のビームセンサであって、前記第1と第2のビームセ
    ンサは、それぞれ投射ビームが衝突する面積に実質的に
    比例する第1及び第2の出力信号を発生し、 前記第1のビームセンサから隔置され、前記第2のビー
    ムセンサを投射ビームから遮蔽せずかつ投射ビームの一
    部分を前記第1のビームセンサに達しないように阻止す
    るように配置された投射ビーム・ストップであって、投
    射ビームと第1のビームセンサ間の角度にしたがって投
    射ビームに対する前記第1のビームセンサの暴露範囲を
    変化させる前記投射ビーム・ストップと、 前記第1及び第2の出力信号を受け入れ、投射ビームの
    強さの変化を補償した、投射ビームと第1のビームセン
    サ間の角度を示す出力を発生するための装置と、から成
    る前記装置。
  10. 【請求項10】 前記第1のビームセンサは複数の第1
    のビームセンサを含み、前記第2のビームセンサは複数
    の第2のビームセンサを含み、前記投射ビーム・ストッ
    プは前記複数の第1のビームセンサから各々が隔置され
    た複数のストップを含む、請求項9の前記装置。
  11. 【請求項11】 前記第1のビームセンサと前記ビーム
    ・ストップとの間隔は、該第一のビームセンサの幅の約
    3倍である、請求項9の前記装置。
  12. 【請求項12】 投射ビームの方向に対する物体の方位
    角を測定する方法であって、 一つのビームセンサにおいてそこに衝突する投射ビーム
    の角度に関係なく投射ビームの一定の部分を受け、投射
    ビームの強度を表わすセンサ出力を発生させる段階と、 前記一つのビームセンサに隣接する他のビームセンサに
    おいてビームの一部分が受光されるのを阻止し、投射ビ
    ームが衝突する前記他のビームセンサの部分は、投射ビ
    ームと前記他のビームセンサとの角度によって決まり、
    これにより、前記他のビームセンサの出力を発生させる
    段階と、 前記一つのビームセンサの出力に対する前記他のビーム
    センサの出力の比率を計算し、この比率はビームの強さ
    の変化が補償された、投射ビームと前記他のビームセン
    サ間の角度を表わす段階と、から成る前記方法。
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