JPH0440315A - 光学的測定装置 - Google Patents

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】 「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、自動車等の障害物検知センサや車高測定、ある
いはスプリングの撓み量測定、カメラの距離測定等に利
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様な構成
のものがあるが、その−例を第６図に示す。

この従来例は、写真撮影用カメラのオートフォーカス装
置等に一般にアクティブ方式の一種として採用されてい
る測定装置で、発光ダイオード等の光源１１から被測定
物１２に投光する。

そして、この被測定物１２からの反射光をフォトダイオ
ード等の受光素子１３で受け、この受光素子１３の受光
レベル（反射光の強度）を測定して、その測定値から被
測定物１２までの距ｗｉＤｏ　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、被測定物１２の光の反射
の様子に影響されやすいという欠点がある。

被測定物１２の表面が暗色のものと明色のものとでは反
射率が異なるから、受光レベルが異なる値となるためで
ある。また、光源１１の発光面や受光素子１３の受光面
に汚れがある場合には、発光強度や受光レベルが変動す
る。

すなわち、被測定物１２の反射率や表面の汚れ。

あるいは受光素子１３の受光面等の汚れによって受光感
度が低下するから、正確な距離が測定しにくいという欠
点がある。

本発明は上記した実情にかんがみ、被測定物の反射率や
、被測定物、発光素子、受光素子の表面の汚れ等に影響
されることなく、かつ構成簡単にして正確に距離測定を
行なえる光学的測定装置を提案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、２つの光源
のうち少なくとも一つの光源にレンズを備えて放射特性
が異なるようにした光源と、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か
ら被測定物の輝度の比を算出して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つの光源から放射特性の異なる光が被測定物に投光さ
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から、信号処理回路によっ
て２つの光源による光の被測定物の輝度の比が算出され
、この算出結果から被測定物までの距離が求められる。

［実施例」 次に１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、ＬＥＤ
等の発光素子からなる２つの光源２１．２２により拡散
反射面の被測定物２３を照射する。第１光源２１の前方
には投光レンズ２４を配設し、第１光源２１からはこの
投光レンズ２４を透過して被測定物２３を照射し、第２
光源２２からは直接被測定物２３を照射する。２５は受
光素子で、この受光素子２５の前方に受光レンズ２６が
設けである。

そして、光源２１．２２から投光されて被測定物２３で
反射した光は、受光レンズ２６で集光されて受光素子２
５に入射する。

なお、第２光源２２および投光レンズ２４、受光レンズ
２６は、被測定物２３からの距離りの位置に設けである
。

第５図は第１光源２１と投光レンズ２４との関係を示す
もので、投光レンズ２４の焦点距離をＦで示す。

この第１光源２１は投光レンズ２４から距ＭＰ、の位置
にあり、この第１光源２１の像点が投光レンズ２４から
距離Ｐ２の位置にあるとすると、これらの関係はレンズ
に関する一般式である、 １／Ｆ＝　（１／Ｐ、）＋　（１／Ｐ２）・・・（１）
が成立する。（１）式から、 １／Ｐ２＝　（１／Ｆ）−（１／Ｐ、）・・・（２）と
なる。そして、Ｆ）Ｐｌの条件から１／Ｐ、＜０となる
から、Ｐ２はＰ□側の虚像点にあることになる。さらに
、１／Ｆ＞ＯであるからＩＰ、ｌ＞ＩＰ、１であり、従
ってＰｌに配された第１光源２１の光が投光レンズ２４
を透過して被測定物２３を照射する場合には、この照射
の光の光源はＰ２に配されている場合と同様の放射特性
を有することになる。

そして、上記の虚像点を第１図上Ｐ、で示し、この虚像
点までの距離をｄで示す。

次に、被測定物２３までの距離りを算出する原理を説明
する。

第１光源２１によって被測定物２３を照射した場合の照
度Ｅ２１は、投光レンズ２４を透過して前記の通り虚像
が２２点にできるのであるから、第１光源２１が２２点
にあるとした場合の放射強度をＬＸとすれば、 Ｅ、、＝１．□／ＣＤ＋ｄ）２　・・・・・・・・・（
３）となり、被測定物２３の反射率をρとすれば、この
被測定物２３はρＥ　２１に比例した輝度Ｂ２□を有す
ることになる。すなわち、 Ｂ２□＝にρＥ２□ ＝にρ（Ｉ２□／（Ｄ　＋　ｄ　）”）・・・・・・・
・・・・・（４） となる。ここで、には定数であり、被測定物２３の反射
面が完全拡散面であれば１／πである。この（４）式の
輝度Ｂ２１と距離りとの関係を、第３図上Ｇ２□で示す
。

一方、第２光源２２によって被測定物２３を照射した場
合の照度Ｅ２□は第２光源２２の放射強度を工２□とす
れば、 Ｅ、２＝１．□／　Ｄ　Ｚ　　・・・・・・・・・・・
・・・・・・・（５）となり、被測定物２３の輝度Ｂ２
□は、Ｂ２□＝にρＥ２２ ＝にρ工、□／Ｄ２・・・・・・・・・・・・（６）と
なる。この（６）式の輝度Ｂ２□と距離りとの関係を、
第３図上０２□で示す。

そして、これらの輝度Ｂ２１とＢ２□の比をとると、Ｂ
２□　　　にρ（工２１／（Ｄ＋ｄ）２）ただし、Ｋ１
＝Ｉ　２２　／　Ｉ　２□となる。

この（７）式において、Ｋ２　とｄは定数であるから、
輝度Ｂ２□と輝度Ｂ２□の比を求めることによって距離
りを算出することができる。しかも、被測定物２３の反
射率に影響されることがない。

第２図は上記した原理に基づく本発明の一実施例を示し
た簡略的な信号処理の回路図である。

３１は発振器で、この発振器３１から出力されるパルス
信号は発光切換器３２を介して、増幅器３３．３４に交
互に入力される。

これら増幅器３３．３４には前記光源２１．２２が接続
してあり、従って発光切換器３２の断続に応じて光源２
１．２２が交互に点灯することになり、被測定物２３が
第１光源２１と第２光源２２とにより交互に照射される
。なお、第１光源２１から投光される光は、投光レンズ
２４を介して被測定物２３を照射する。

被測定物２３によって反射した光源２１．２２の光は受
光レンズ２６を介してフォトダイオード等からなる受光
素子２５に入射され、光電変換されて増幅器３５から受
光切換器３６に入力される。

なお、受光素子２５が外光も含めて被測定物２３からの
反射光を受光する場合には、微分回路を設けて被測定物
２３からの反射光による信号成分を取り出すようにする
。

上記受光切換器３６は、前記した発光側の発光切換器３
２と同期して動作するもので、増幅器３５の出力信号を
積分及び演算回路３７．３８に、光源２１．２２の発光
に同期して振分けて入力する。

これら演算回路３７．３８からは被測定物２３の輝度に
応じた信号が出力され、この輝度信号に基づいて処理回
路３９で前記（７）式の左辺（Ｂ　ｚ□／Ｂｚｊを求め
る演算処理が行なわれて、距離りが算定される。

そして、この演算結果が出力端子４０より距離信号とし
て出力される。

この処理回路３９は上記演算を直−接待なう除算回路、
あるいは演算回路３７，３８の出力信号をデジタル化し
てマイクロコンピュータによって計算する方法でもよい
。

また、被測定物２３の位置が一定距離に対して遠近いず
れにあるのかのみを判断するのであれば、当該距離に対
応した係数Ｃを導入し、ＣＢ２１とＢ２□の大きさを比
較すればよい。

すなわち、ＣＢ２□；Ｂ２２となる位置をＤｃとすれば
、 ＣＢ　２１＜　Ｂ　２２ となる場合には被測定物２３はＤｃよりも近くに位置し
、 ＣＢ２□＞Ｂ、□ であればＤｃよりも遠くに位置していることになる。

第４図は他の実施例の光学系を示すもので、この実施例
では発光波長の異なる光源５１．５２を用いている。５
３は波長を選択して透過と反射を行なうダイクロインク
ミラーで、同図に示すように、第２光源５２からの光を
被測定物２３を照射するように反射し、第１光源５１か
らの光は透過する。

また、第１光源５１の前方には投光レンズ５４を設けて
、前述した第５図の原理に示すように、この投光レンズ
５４を透過した光は虚像点から発光している放射特性を
有する。

そして、被測定物２３からの反射光は受光レンズ５５を
透過して、波長を選択して透過と反射を行なうダクロイ
ックミラ−５６に入射し、このダイクロイツクミラー５
６を透過した光はフォトダイオード等からなる受光素子
５７に入射し、ダイクロイックミラー５６で反射した光
はフォトダイオード等の受光素子５８に入射する。

そして、これら受光素子５７．５８で光電変換された出
力信号は、別々に増幅された後比較演算されて前記（７
）式の左辺（Ｂ、□／Ｂ２ｔ）が算出されて、被測定物
２３までの距離りが求められる。

この実施例によれば発光波長の異なる光源５１．５２を
用いているから、これら光源５１．５２を交互に発光さ
せる必要がなく、従って受光信号を交互に処理すること
もない。

なお、被測定物２３の反射光を受光する際に外光の影響
を受ける場合には、光源５１．５２をパルス発光させ、
受光素子５７．５８の出力信号を微分回路を介して取り
出せば、外光の影響が除去できる。

以上説明した第１図及び第４図の光学系に示した実施例
では、２つの光源２１．２２　（５１，５２）のうちの
一方に投光レンズ２４　（５４）を設けた場合について
説明しているが、いずれの光源２１．２２　（５１，５
２）にも投光レンズを設けたものであっても構わない。

この場合には、それぞれの投光レンズにＦ値（焦点距離
）等の特性が異なるものを用いるなど、被測定物の測定
距離範囲や測定状況に応じて適宜なものを選定すればよ
い。

「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
のうち少なくとも一つの光源にレンズを備えて放射特性
が異なるようにした光源から被測定物に投光し、被測定
物からの反射光を受光する光電変換部材の出力信号から
、被測定物の輝度を算出し、それぞれの光源による輝度
の比を求めて測定情報を得る構成としたので、光源の放
射強度や被測定物の反射率、拡散性等に影響することな
く常に安定した測定情報を得ることができる。

また、光源にレンズを備えたので、光源を小形にするこ
とができ、測定装置の小型化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の−の実施例を示すもので、原理を説明
する光学系図、第２図は投光距離に対する被測定物の輝
度を表わす光特性図、第３図は測定装置の回路図、第４
図は他の実施例を簡略的に示した光学系図、第５図はレ
ンズの性質を説明するための光学系図、第６図は従来例
として示したカメラのオートフォーカス装置等に用いら
れる距離測定装置の光学系図である。 ２１　、２２・・・光源　　　　２３・・・被測定物２
５・・・受光素子　　　　３１・・・発振器３２・・・
切換器　　　　　３３，３４，３５・・・増幅器３６・
・・切換器　　　　　３７．３８・・・積算回路３９・
・・処理回路　　　　５１．５２・・・光源５３・・・
ダイクロイックミラー ５４・・・投光レンズ　　　５５・・・受光レンズ５６
・・・ダイクロイックミラー ５７　、５８・・・受光素子 第１ＦＩ！Ｊ ＊２図 第５８ｉ！１ 距ｋＤ 第４図 ら３ 第６図 手続補正書 平成　３年　３月１２日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ２つの光源のうち少なくとも一つの光源にレンズを備え
   て放射特性が異なるようにした光源と、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
   出力信号から被測定物の輝度の比を算出して測定情報を
   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。