JPH04262202A - 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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JPH04262202A
JPH04262202A JP3287361A JP28736191A JPH04262202A JP H04262202 A JPH04262202 A JP H04262202A JP 3287361 A JP3287361 A JP 3287361A JP 28736191 A JP28736191 A JP 28736191A JP H04262202 A JPH04262202 A JP H04262202A
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    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/26—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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。この組合わせは、光エネルギー・ストップと、スト
ップから隔置され、光エネルギービームの一部分を受け
るように配置され、該一部分がストップの縁を通過して
伝達されて、衝突するビーム部分に露出された１次セン
サーの部分を表す出力信号を与える１次光エネルギーセ
ンサーと、１次光エネルギーセンサーに隣接して配置さ
れる基準光エネルギーセンサーとを含む。基準センサー
は、入射する光エネルギービームに露出される実質的に
一定の面積を有して、それにより、入射するビームの強
さを表す出力信号を与える。さらに、１次及び基準光エ
ネルギーセンサーの出力信号を組合わせて、衝突する光
エネルギービームが１次光センサーに交わる角度を表す
出力信号を結果として与える。
【０００２】本発明のいま一つの局面によれば、投射さ
れる光エネルギービームと或る物体の角度を決定するた
めの装置が開示され、該装置は、物体に取付けられた投
射光エネルギー１次センサーを含み、１次センサーは、
投射光エネルギービームが衝突するセンサーの面積に従
った出力を与える。１次センサーに隣接して基準センサ
ーが物体に取付けられ、基準センサーの全体面積が投射
光エネルギービームに露出されてそれを表す出力信号を
与える。投射光エネルギー１次センサーから隔置されて
光エネルギー・ストップがあり、１次センサーの一部分
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
る。光エネルギービームが衝突する１次センサーの表面
の部分は、投射ビームと１次センサーの間の角度によっ
て決まる。１次センサーと基準センサーの出力信号を受
入れ、投射光エネルギービームの強さの変化が修正され
た角度指示出力を与えるための装置が与えられる。
【０００３】本発明のいま一つの局面によれば、投射ビ
ームの衝突角度を測定する装置が与えられ、この組合わ
せは、投射ビームに露出される範囲が変化する第一のビ
ームセンサーと、この第一のビームセンサーに隣接して
それと同一平面内にあって、投射ビームに完全に露出さ
れる第二のビームセンサーとを含む。第一と第二のビー
ムセンサーは、投射ビームが衝突する面積に実質的に比
例する第一及び第二の出力信号をそれぞれ与える。投射
ビームストップが第一のビームセンサーから隔置され、
投射ビームの一部分を第一のビームセンサーに達しない
ように阻止するように配置されて、投射ビームと第一の
ビームセンサー表面の間の角度に従って変化する露出の
範囲を与える。第一及び第二の出力信号を受け入れ、投
射ビームの強さの変化が補償された、投射ビームと第一
のビームセンサーの間の角度を示す出力を与えるための
装置が設けられる。
【０００４】本発明の方法は、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を与え、一つのビームセ
ンサーにて投射ビームを受けてセンサー出力を与えると
同時に、この一つのビームセンサーに隣接するいま一つ
のビームセンサーにビームの一部分が受光されるのを止
める段階を含む。投射ビームが衝突するいま一つのビー
ムセンサーの部分は、ビームと、このいま一つのビーム
センサーとの角度によって決まり、センサーはこれによ
り、いま一つのセンサーの出力を与える。また、一つの
ビームセンサーの出力に対するいま一つのビームセンサ
ーの出力の比を計算する段階も含まれ、ビームの強さの
変化が補償された、ビームといま一つのビームセンサー
の間の角度をこの比が示す。
【０００５】
【実施例】図１を参照すると、基準光センサー１２、１
次光センサー１３、及びビーム・ストップ１４を有する
センサー組立体１１が示される。ビーム・ストップは、
１次光センサー１３から隔置され、一つの縁が１次光セ
ンサーの中心線にほぼ重なり合う不透明部材である。光
センサー１２、１３は、センサー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、センサー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。
【０００６】基準及び１次センサー１２、１３は、１次
光センサー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
光センサー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
。基準光センサー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与える。光センサーに
おけるビームの強さは、光源とセンサーの距離の変化或
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次光センサー１３
と実質的に隣接する基準光センサー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次光センサー
１３からの出力を基準光センサー１２からの出力と組み
合わせて、後述するように、１次光センサーと光ビーム
１７の間の角度を表す出力の比を作ることができる。
【０００７】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次光センサー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
ー１３の中心線から延びる垂線上にあるとき、１次光セ
ンサー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次光センサーからの潜在出力の２分の１
が発生する。その間、同じ状態の下で、基準光センサー
１２によって潜在出力の全部が発生する。これは、二つ
のセンサー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。従って基準センサーの出力に対する
１次センサーの出力の比は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
次光センサー１３からの出力１８は、基準光センサー１
２からの出力１９の２分の１である。基準センサーから
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１９で示されるように、ｙ＝ｋ２
の関係で表される。しかし、１次光センサー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、基準センサー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次センサー
１３の中心線から延びる垂線の両側に±１０°である。
【０００８】ビーム１７の角度が、１次センサー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＝ｋ１θ
（ライン１８）が生ずる。よって、センサー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、ｋ１θ／ｋ２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±
１０°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次センサー１３と基準センサー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ｋ１θ
／ｋ、（この場合ｋ１／ｋ２＝１でθは２０°であるこ
と前記の通り）である。
【０００９】次に図３を参照すると、図３の全体センサ
ー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次光センサー１３と基準光センサ
ー１２をもつ複数のセンサー組立体１１を有する角度セ
ンサーが示される。ガラスカバー２３は、センサー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。基準センサー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。光センサーの各組の
１次センサー１３は、ケース２２とビーム１７の角度に
従ってビーム１７に暴露するようにされ、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の測
定を与える。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、もしもセンサー１３の幅がｄ
であるならば、１次光センサー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次センサー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次センサー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、基準センサー
または基準出力に関しての調整を伴う。１次センサー１
３の各々からの出力は、基準センサー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
サー組立体１１は、測定から生ずる個々のセンサー組立
体１１の特異性を除去、または平均化する傾向があり、
１次センサー１３を含むケース２２に対する光ビーム１
７の角度を表す出力信号Ａを与える。
【００１０】この用途にしようされる代表的な光センサ
ーの例は、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
リコンセンサー社（Ｓｉｌｉｃｏｎ　　Ｓｅｎｓｏｒ，
Ｉｎｃ．）の製作するフォトセルセンサー部品番号５３
５９ｃ００２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
サー１２、１３からの信号は、狭帯域のフィルタに導か
れ、１５ＫＨｚ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ー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ー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。
【００１１】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記載したけれども、本発明の主
題と見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ー出力を示す
グラフである。
【図３】本発明の多重センサー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ー １３　　１次光エネルギーセンサー 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)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　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であって：光
    エネルギー・ストップと；該ストップから隔置され、光
    エネルギービームの一部分を受けるように配置され、該
    一部分は該ストップの縁を通過して伝達されて、衝突す
    るビーム部分に露出された１次光エネルギーセンサーの
    部分を表す出力信号を与える、１次光エネルギーセンサ
    ーと；該１次光エネルギーセンサーに隣接して配置され
    、投射される該光エネルギービームに露出される実質的
    に一定の面積を有して、それにより、該投射されるビー
    ムの強さを表す出力信号を与える基準光エネルギーセン
    サーと；該１次及び基準光エネルギーセンサーの出力信
    号を組合わせて、衝突する該光エネルギービームが該１
    次光センサーに交わる角度を表す出力信号を結果として
    与える装置と：を含む角度感知装置。
  2. 【請求項２】　　該ストップと該１次光エネルギーセン
    サーの間隔が該１次センサーの幅の約３倍である、請求
    項１の角度感知装置。
  3. 【請求項３】　　該ストップと該１次センサーは実質的
    に平らであって実質的に平行な平面内にあり、該ストッ
    プの縁は実質的に該１次センサーの中心線の上方に位置
    する、請求項１の角度感知装置。
  4. 【請求項４】　　複数の該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ーと、複数の基
    準光エネルギーセンサーとを含む、請求項１の角度感知
    装置。
  5. 【請求項５】　　投射光エネルギービームと或る物体と
    の角度を決定するための装置であって：該物体に取付け
    られ、該投射光エネルギービームが衝突するセンサーの
    面積に従った出力を与える投射光エネルギー１次センサ
    ーと；該１次センサーに隣接して該物体に取付けられ、
    その全体面積が該投射光エネルギービームに露出されて
    それを表す出力信号を与える基準センサーと；該投射光
    エネルギー１次センサーから隔置され、該１次センサー
    の一部分を該投射光エネルギービームから遮蔽するよう
    に配設され、該一部分は、該投射ビームと該１次センサ
    ーとの間の角度によって決まる、光エネルギーストップ
    と；該１次センサーと該基準センサーの出力信号を受入
    れ、投射光エネルギービームの強さの変化が補正された
    角度指示出力を与えるための装置と：を含む装置。
  6. 【請求項６】　　該１次センサーと該ビーム・ストップ
    は平らな部材であり、実質的に平行な平面内にある、請
    求項５の装置。
  7. 【請求項７】　　該基準センサーは平らな部材であり、
    該１次センサーと同じ平面内にある、請求項６の装置。
  8. 【請求項８】　　複数の１次投射光エネルギーセンサー
    、複数の基準センサー、及び該１次センサーの各々から
    隔置される複数の光エネルギービーム・ストップを含む
    、請求項５の装置。
  9. 【請求項９】　　投射ビームの衝突角度を測定する装置
    であって：該投射ビームに露出される範囲が変化する第
    一のビームセンサーと；該第一のビームセンサーに隣接
    してそれと同一平面内にあって、該投射ビームに完全に
    露出される第二のビームセンサーと；該第一と第二のビ
    ームセンサーは、該投射ビームが衝突する面積に実質的
    に比例する第一及び第二の出力信号をそれぞれ与えるこ
    とと；該第一のビームセンサーから隔置され、該投射ビ
    ームの一部分を該第一のビームセンサーに達しないよう
    に阻止するように配置され、該投射ビームと第一のビー
    ムセンサー表面の間の角度に従って変化する露出の範囲
    を与える投射ビーム・ストップと；該第一及び第二の出
    力信号を受け入れ、該投射ビームの強さの変化が補償さ
    れた、該投射ビームと第一のビームセンサーの間の角度
    を示す出力、を与えるための装置と：を含む装置。
  10. 【請求項１０】　　該第一のビームセンサーは複数の第
    一のビームセンサーを含み、該第二のビームセンサーは
    複数の第二のビームセンサーを含み、該投射ビーム・ス
    トップは該複数の第一のビームセンサーから各々が隔置
    された複数のストップを含む、請求項９の装置。
  11. 【請求項１１】　　該第一のビームセンサーと該ビーム
    ・ストップとの間隔は、該第一のビームセンサーの幅の
    約３倍である、請求項９の装置。
  12. 【請求項１２】　　投射ビームの方向に対する一物体の
    方位角を測定する方法であって：一つのビームセンサー
    にて該投射ビームを受けてセンサー出力を与える段階と
    ；　　該一つのビームセンサーに隣接するいま一つのビ
    ームセンサーにビームの一部分が受光されるのを止める
    段階において、該投射ビームが衝突する該いま一つのビ
    ームセンサーの部分は、該ビームと該いま一つのビーム
    センサーとの角度によって決まり、これにより、該いま
    一つのセンサーの出力を与える段階と；該一つのビーム
    センサーの出力に対する該いま一つのビームセンサーの
    出力の比を計算し、この場合、ビームの強さの変化が補
    償された、該ビームと該いま一つのビームセンサーの間
    の角度を、この比が示す段階と；を含む方法。
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