JPH0426045B2 - - Google Patents

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JPH0426045B2
JPH0426045B2 JP58108192A JP10819283A JPH0426045B2 JP H0426045 B2 JPH0426045 B2 JP H0426045B2 JP 58108192 A JP58108192 A JP 58108192A JP 10819283 A JP10819283 A JP 10819283A JP H0426045 B2 JPH0426045 B2 JP H0426045B2
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JP
Japan
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laser beam
liquid
container
light
inclination
Prior art date
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JP58108192A
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English (en)
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JPS60316A (ja
Inventor
Hiroshi Sada
Yasuhisa Yoshino
Yoshio Shinoda
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Soken Inc
Original Assignee
Nippon Soken Inc
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Publication date
Application filed by Nippon Soken Inc filed Critical Nippon Soken Inc
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Publication of JPS60316A publication Critical patent/JPS60316A/ja
Publication of JPH0426045B2 publication Critical patent/JPH0426045B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C9/00Measuring inclination, e.g. by clinometers, by levels
    • G01C9/18Measuring inclination, e.g. by clinometers, by levels by using liquids
    • G01C9/20Measuring inclination, e.g. by clinometers, by levels by using liquids the indication being based on the inclination of the surface of a liquid relative to its container

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は被検物に取りつけて、その傾斜を検出
する傾斜検出装置に関するものである。
この種の装置を例えば車両に装着すれば坂路走
行時の適正なギヤ選択情報やタイヤの空気圧不足
警報あるいは横転防止警報を得ることができ、ま
た駐車中のタイヤ盗難を警報することも可能であ
る。
ところで、上記傾斜検出装置としては従来振り
子の角度が変化することにより傾斜を知る機械式
のものがあるが、振動に弱いという問題点があ
る。また、傾斜に伴なう導電性液体の液面変化に
より接点間が導通して傾斜を知るようにしたもの
であるが、接点の設置数には限りがあり、微少な
傾斜変化は検知できない。
本発明は上記問題点に鑑み、振動等に対する耐
性に優れ、かつ微少な傾斜変化も検知可能な精度
の良い傾斜検出装置を提供することを目的とする
ものである。
すなわち、本発明の傾斜検出装置は、液体3を
満たしたレーザ光透過性材料よりなる容器2と、
容器2の上方より上記液体3の液面に向けてレー
ザ光を発する発光手段6と、液中を屈折透過して
容器2外へ出たレーザ光を受光する受光手段9と
を被検物に一体的に設けるとともに、上記受光手
段9の出力信号を処理して被検物の傾斜を知る信
号処理手段10を設け、上記容器2を、底面21
を薄肉として上方へ凸状にわん曲形成し、ないし
は底面21を上記液体3よりも屈折率の大きい材
料の厚肉としてその上側面を下方へ凹状にわん曲
形成したものである。
液中を透過するレーザ光は被検物の傾斜角に応
じてその屈折角が変化し、受光手段の出力信号よ
り上記傾斜角を、振動等の影響を受けることなく
正確に知ることができる。この時、容器内に満た
した液体あるいは容器の厚肉底面が凹レンズとし
て機能してレーザ光の屈折角を拡大増幅するか
ら、角度検出の分解能が大幅に向上する。
以下、図示の実施例により本発明の構成及び作
用を併せて説明する。
第1図において、車両に設けたケース1内には
アクリル等の透明樹脂よりなる容器2が設けてあ
り、容器2内にはシリコンオイル3が満たしてあ
る。容器2は円筒形で、その薄肉の底面21は上
方に凸状の曲面に形成してあり、支持台4によつ
てケース1内に支持固定されている。容器2の上
面中心には集光レンズ5を介してレーザダイオー
ド6が設けてある。レーザダイオード6にはキー
スイツチ7を経てバツテリ8より電源が供給され
る。
上記支持台4には中心部にレーザ光の受光手段
たる入光位置検出素子9が設けてある。検出素子
9は第2図に示す如く、円形基板の中心部に正方
形状に半導体皮膜を形成して受光面9aとしてあ
り、後述するようにレーザ光の入射位置に応じた
出力信号を発する。出力信号は信号処理回路10
にて処理された後、表示器11に入力されて車両
の傾斜角が表示される。
すなわち、車両が水平状態にある場合には第1
図矢印に示す如く、ダイオード6から発射された
レーザ光は集光レンズ5にて光束を絞られてオイ
ル3の表面に垂直に入射する。光は直進し、検出
素子9の受光面9aの中心O(第2図中、互いに
直交するX−X線とY−Y線の交点)に入射す
る。
車両が第3図に示す如く、水平位置に対して角
度θだけ傾斜すると、水平状態を保つオイル面に
対してレーザ光は同じくθの入射角で入射する。
この時、屈折率が変わるオイルの境界面で光は屈
折角θ′で屈折する。オイル3中を透過した光は容
器2の底面21を通過する際に、わん曲した容器
底面21によつて凹レンズ効果を付与されたオイ
ル境界面でさらに屈折せしめられ、検出素子9の
中心OからΔlだけ離れた位置に入光する。
凹レンズ効果がない場合の上記変位Δlは、オ
イル面におけるレーザ光の入射点から検出素子9
の中心までの距離をLとすると、次式(a)で与えら
れる。
Δl=L・tan(θ−θ′) ……(a) また、オイル3の屈折率をnとすると、 n=sinθ/sinθ′ ………(b) の関係があり、(b)式を(a)式に代入すると、 Δl=L・tan(θ−sin-1(sinθ/n)) ……(c) となつて、変位Δlより傾斜角θを知ることがで
きる。そして、本実施例ではオイル3の凹レンズ
効果により上記変位Δlを拡大し、これによつて
傾斜角θの分解能を向上せしめてある。
ここで、第4図に信号処理回路10の回路例を
示す。処理回路10は入光位置検出素子9の出力
信号より受光面9aへ入射するレーザ光の入光位
置を算出するもので、図中10a,10b,10
c,10d,10e,10f,10g,10h,
10i,10j,10k,10lはオペアンプ
(例えばフエアチヤイルド社製MA714c)、10
m,10nは除算器(例えばインターシル社製
ICL8013)である。
オペアンプ10a,10bの「−」端子は検出
素子9の電流入力端子I1,I2に接続され、オペア
ンプ10c,10dの「−」端子は検出素子9の
電流出力端子O1,O2に接続してある。そして、
能動域で使用している各オペアンプ10a〜10
dの「−」端子電圧は「+」端子電圧と等しく、
したがつてオペアンプ10a,10bの「−」端
子電圧はアース電圧、オペアンプ10c,10d
のそれは負電圧−Vsとなつている。
この状態で、入光位置検出素子9にはオペアン
プ10a,10bの出力より抵抗101a,10
1bを介してそれぞれ電流Ix1,Ix2が流入し、ま
たオペアンプ10c,10dの出力へ抵抗101
c,101dを介してそれぞれ電流IY1,IY2が流
出する。
したがつて、各オペアンプ10a,10b,1
0c,10dの出力は「−」端子電圧と抵抗10
1a,101b,101c,101dの電圧降下
分の和となり、電流−電圧変換が行なわれる。
ところで、本実施例では上記検出素子9として
浜松ホトニクス社製S1300を使用している。この
検出素子9において、第2図中Pで示す点にレー
ザ光が入射した場合、受光面9aの中心Oを原点
として上記入射点Pの座標を(x,y)とする
と、座標値x,yと上記電流Ix1,Ix2,IY1,IY2
とは以下の関係にある。
x=Ix1−Ix2/Ix1+Ix2 ……(d) y=IY1−IY2/IY1+IY2 ……(e) 上記座標値x,yはすなわちそれぞれx軸方向
(図のX−X線方向)、y軸方向(図のY−Y線方
向)における前述した変位Δlに相当するもので
あり、したがつて電流Ix1,Ix2,IY1,IY2を測定
して上式(d),(e)より座標値x,yを算出すること
により2次元方向の車両の傾斜角を知ることがで
きる。
ここで、オペアンプ10a〜10dのフイード
バツク抵抗101a,101b,101c,10
1dの抵抗値をRとすると、オペアンプ10a,
10bの出力電圧Vx1,Vx2と電流Ix1,Ix2とは
次式(f),(g)の如く比例関係を有する。
Vx1=Ix1・R ………(f) Vx2=Ix2・R ………(g) また、差動アンプを構成するオペアンプ10
g,10hの出力電圧VY1,VY2と電流IY1,IY2
は次式(h),(i)の如く比例関係となる。
VY1=RIY1 ………(h) VY2=RIY2 ………(i) 上記電圧Vx1,Vx2は反転アンプを構成するオ
ペアンプ10e、差動アンプを構成するオペアン
プ10fに入力され、続いて除算器10mにて演
算処理される。そして、バツフアアンプ10kの
出力Dxは Dx=Vx1−Vx2/Vx1+Vx2 となる。
また、電圧VY1,VY2は上記オペアンプ10e,
10fと同様の構成を有するオペアンプ10i,
10jに入力され、続いて除算器10nにて演算
処理されて、バツフアアンプ10lより出力DY
として出力される。出力DYは DY=VY1−VY2/VY1+VY2 となる。
上記出力Dx,DYは上式(d),(e)に示す座標値
x,yと等しく、したがつて、出力Dx,DYを入
力した表示器11(第1図参照)では各出力Dx,
DYの値よりX軸方向およびY軸方向の車両の傾
斜角度を算出して表示する。
このように、本発明の傾斜検出装置によれば、
被検物たる車両の傾斜に伴なつて、オイル液面に
入射するレーザ光の入射角が変化し、オイルを透
過屈折せしめられて受光手段たる入光位置検出素
子に入射する上記レーザ光の入光位置を検出する
ことにより、正確に車両の傾斜角度を知ることが
できる。
そして、本発明によれば2次元方向の傾斜角度
を同時に測定することが可能であるから、どの方
向への傾斜も正確に検出できる。また、機械的に
作動する部分が無い為、耐振性に優れている。さ
らに、きわめて光束の細いレーザ光を使用したか
らきわめて精度良く傾斜角度を検知することがで
きる。
容器内に満たしたシリコンオイルは屈折率が大
きいから、レーザ光が効果的に屈折せしめられ
る。また、上記オイルは屈折率が同じで粘度の異
なるものが得られるから、用途に応じて使い分け
ることにより装置の応答性を容易に調整すること
ができる。したがつて、用途によつてはシリコン
オイル以外に低粘度の水やアルコールあるいは高
粘度の各種油脂類を使用してももちろん良い。そ
して、これら屈折率の異なる液体を使用する場合
には容器への充填量を調節して液面の高さを変え
れば、レーザ光の入光位置を液体の屈折率によら
ず一定とすることができ、処理回路の再調整は不
要である。
なお、第5図に示す如く、容器2の底面21を
厚肉とし、その上側面を下方に凹状にわん曲形成
しても上記実施例と同様の凹レンズ効果が得られ
る。この場合、容器2の屈折率n1は容器中の液体
3の屈折率n2よりも大きいものを使用する。例え
ば液体3として水(n1≒1.33)を使用した場合に
は容器2には石英ガラス(n2≒1.46)を用いる。
上記入光位置検出素子に代えてCCDセンサ、
フオトダイオードアレイ等を使用しても良く、ま
た所定傾斜角で警報を発するような目的の場合に
は、上記角度に対応する位置にフオトダイオード
を設けておけば良い。
以上の如く、本発明の傾斜検出装置は、被検物
の傾斜に応じた入射角で液表面に入射し、屈折透
過せしめられたレーザ光を受光手段にて受光する
構成として、精度が良くしかも耐振性にも優れた
傾斜検出装置を実現したもので、車両等に使用し
て好適なものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は検出部の全体断面を含む装置構成図、
第2図は入光位置検出素子の平面図、第3図は被
検物が傾斜した場合の検出部全体断面図、第4図
は信号処理回路の回路図、第5図は他の実施例を
示す検出部全体断面図である。 2……容器、3……液体、6……発光手段、9
……受光手段、10……信号処理回路、21……
底面。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 液体を満たしたレーザ光透過性材料よりなる
    容器と、容器の上方より上記液体の液面に向けて
    レーザ光を発する発光手段と、液中を屈折透過し
    て容器外へ出たレーザ光を受光する受光手段とを
    被検物に一体的に設けるとともに、上記受光手段
    の出力信号を処理して被検物の傾斜を知る信号処
    理手段を設け、上記容器を、底面を薄肉として上
    方へ凸状にわん曲形成し、ないしは底面を上記液
    体よりも屈折率の大きい材料の厚肉としてその上
    側面を下方へ凹状にわん曲形成したことを特徴と
    する傾斜検出装置。 2 上記受光手段は上記容器の底面に平面状に配
    設され、液中を屈折透過したレーザ光の入光座標
    位置に応じた出力信号を発する2次元入光位置検
    出素子である特許請求の範囲第1項記載の傾斜検
    出装置。
JP10819283A 1983-06-16 1983-06-16 傾斜検出装置 Granted JPS60316A (ja)

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JPS60316A JPS60316A (ja) 1985-01-05
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JPS60316A (ja) 1985-01-05

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