JPH0618244A - 傾斜角検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 光の透過率及び比重の異なる３種類の液体
２、３及び４を封入した半球状の透明容器１に、この透
明容器１の外周に沿って設けられたＬＥＤ５ａ、５ｂ、
５ｃ、５ｄ及び５ｅからの光を切り換え部１２によって
切り換えて照射し、ＣＣＤイメージセンサ６上に投影さ
れる投影像８、９及び１０を該ＣＣＤイメージセンサ６
で検出し、ＣＰＵ１４が傾き角度を算出するので機械的
な可動部分を必要とせず、磁界の変化に影響されない。 【効果】 構造が簡単で小型化が容易な上、小さな角度
でも正確に測定できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば人間の間接の動
き等の傾斜角度を検出する傾斜角検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、人間の間接の動き等を測定する場
合でも機械的な構成部を多く用いた傾斜角検出装置を使
用していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来、上記
機械的な構成部を多く用いたいわゆるメカニカル方式で
は、人間の間接の動き等の小さな角度を測定する場合、
誤差が大きい等の問題があった。

【０００４】そこで、本発明は、上記実情に鑑みてなさ
れたものであり、例えば、人間の間接の動き等の測定に
用いても誤差を発生させない簡単な構造の傾斜角検出装
置の提供を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る傾斜角検出
装置は、２次元の光検出器を用いた傾斜角検出装置であ
って、半球状の透明容器と、上記透明容器の内部に封入
される透過率及び比重の異なる少なくとも２種類の液体
と、上記透明容器の外周に沿って設けられる複数個の発
光素子と、上記各発光素子を順次点灯駆動する切り換え
手段と、上記各発光素子から照射される光が上記２種類
以上の液体を透過することにより得られる投影像を検出
する２次元の光検出器と、上記光検出器からの出力に応
じて傾き角度を算出する信号処理手段とを有することを
特徴として上記課題を解決する。

【０００６】ここで、上記透明容器に封入される少なく
とも２種類の液体は、例えば、水と油というように比重
の異なった液体である。例えば、高分子化合物である油
を水と一緒に一つの容器に入れて、静止させると、油の
比重が水の比重よりも軽いため、油の層が水の層よりも
上に位置する。

【０００７】また、上記透明容器に封入される少なくと
も２種類の液体は、少なくとも２種類の色が付与される
と、透過させる光の量を異ならせる。すなわち、光の透
過率を異ならせる。

【０００８】また、上記複数個の発光素子には、例えば
ＬＥＤが用いられる。この複数の発光素子は、上記半球
状の透明容器の底面の円の中心点からの距離が等しくな
るように上記透明容器の外周に沿って配置され、上記切
り換え手段によって順次切り換え駆動される。

【０００９】また、上記２次元の光検出器には、例え
ば、ＣＣＤ（電荷結合素子）イメージセンサが用いられ
る。

【００１０】

【作用】透過率及び比重の異なる少なくとも２種類の液
体が内部に封入された半球状の透明容器に、切り換え手
段によって順次点灯される複数個の発光素子からの光が
順次照射され、ＣＣＤ上に濃度の異なった投影図が形成
される。この投影図のデータを信号処理部が記憶、演算
することによって、正確に傾斜角度を測定できる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明に係る傾斜角検出装置の一実施
例について図面を参照しながら説明する。図１は、本実
施例の概略構成を示す図である。この図１において、本
実施例は、ＣＣＤ（電荷結合デバイス）イメージセンサ
６の上に透明の保護膜７を設けて底部となし、その底部
を内部が空洞とされた半球状の透明容器１で覆ってい
る。この半球状の透明容器１は、空洞とされた内部に３
種類の液体２、３、４をそれぞれ量を異ならせて封入し
ている。この３種類の液体２、３、４は、比重が異な
り、液体２が一番軽く、液体４が一番重い。そのため、
上記半球状の透明容器の内部では、上から液体２、液体
３、液体４の順番の層をなす。また、これらの液体２、
３及び４には、光に対する透過率を異ならせるように濃
度の異なった色が付与されている。

【００１２】上記半球状の透明容器１の上部には、５個
の発光素子（以下、ＬＥＤとする）５ａ、５ｂ、５ｃ、
５ｄ及び５ｅが上記半球状の透明容器１の底面の円の中
心点からの距離が等しくなるように上記半球状の透明容
器１の外周に沿って配置されている。これら５個のＬＥ
Ｄ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ及び５ｅは、信号処理手段で
あるＣＰＵ（中央演算装置）１４の制御の基に切り換え
部１２により、ＬＥＤドライバ１３ａ、１３ｂ、１３
ｃ、１３ｄ及び１３ｅを介して順次点灯駆動される。

【００１３】上記ＣＣＤイメージセンサ６は、上記ＬＥ
Ｄ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ及び５ｅからの光が上記液体
２、３、４を透過することによって該ＣＣＤイメージセ
ンサ６（以下、単にＣＣＤという）上に形成される濃度
の異なる投影像８、９、１０を電気信号に変換して検出
する。この検出信号は、ＣＰＵ１４に供給される。該Ｃ
ＰＵ１４は上記検出信号に応じて上記透明容器１の傾き
角度を算出するように信号処理を行う。

【００１４】先ず、上記半球状の透明容器１の状態が変
化（静止、傾斜、傾斜後の静止）するときの上記液体
２、３、４と、上記投影像８、９、１０の関係から上記
透明容器１が傾斜中であるか否かを判定する原理を図
２、図３を用いて説明する。ここで、上記液体４には、
ほとんど透明に近い色が付与されていると想定している
ので、上記ＣＣＤ６上に形成される投影像１０もほとん
ど濃度がないものとする。また、照射される光は、この
透明容器１の頂点に位置するＬＥＤ５ｃからの光を想定
している。

【００１５】図２のＡは上記透明容器１が静止状態、図
２のＢは傾斜中、図２のＣは傾斜後の静止状態を示す図
である。図２のＡでは、液体２、３、４が静止した状態
であるので、投影像８、９、１０も上記ＣＣＤ６上に静
止している。また、図２のＢでは、液体２、３、４が上
記透明容器１の傾斜に伴って、上記透明容器１内部を移
動しており、これに伴って、上記ＣＣＤ６上の投影像
８、９、１０も移動している。そして、図２のＣでは、
液体２、３、４が上記透明容器の傾斜後の静止に伴っ
て、上記透明容器１内を移動した後、静止し、投影像
８、９、１０も上記ＣＣＤ６上を移動した後、静止して
いる。

【００１６】図３は上記ＣＣＤ６上で検出される投影像
を４分割し、上記図２のＡ、Ｂ、Ｃの状態に応じて示し
た図である。すなわち、図３のＡは、上記透明容器１が
静止状態のときの検出投影像を、図３のＢは、上記透明
容器１が傾斜中のときの検出投影像を、図３のＣは、上
記透明容器１が傾斜後の静止状態のときの検出投影像を
示す。

【００１７】上記ＣＣＤ６上の投影像を４分割し、それ
ぞれの濃度（投影像８、９）の面積比を求めると、上記
透明容器１が傾斜中であるか否かが判定できる。ここ
で、図３のＡでは、４分割したそれぞれの分割部をI 、
II、III 、IV、とすると、 I ＋II＝III ＋IV I ＋III ＝II＋IV となるが、図３のＢでは、 I ＋II＝III ＋IV I ＋III ≠II＋IV となり、図３のＣでは、 I ＋II＝III ＋IV I ＋III ＝II＋IV となる。

【００１８】すなわち、図３のＢのときだけ、I ＋III
≠II＋IVであり、傾斜中であることが分かる。

【００１９】次に、上記半球状の透明容器１に上記ＬＥ
Ｄ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ及び５ｅから光を順次点灯し
たときに得られる５個の投影像から現在の実際の投影像
の位置を求める原理を図４を用いて説明する。図４は、
透明容器１をその底面が水平であるように静止させた状
態にし、異なった位置にあるＬＥＤから光を照射したと
きの投影像の位置と形状を示す。図４のＡはＬＥＤ５ｃ
からの光が照射されたとき、図４のＢはＬＥＤ５ｅから
の光が照射されたときを示す。

【００２０】図４のＡでは、図示しないＬＥＤ５ｃから
矢印で示す方向の光が上記透明容器１に照射されてい
る。このとき、液体２、３、４は、上記透明容器１が水
平静止状態であるので、該透明容器１の半球の頂点付近
に位置し、投影像８、９、１０も上記ＣＣＤ６上の中央
部に左右対象とされて位置する。

【００２１】図４のＢでは、図示しないＬＥＤ５ｅから
矢印で示す方向の光が上記透明容器１に照射されてい
る。このとき、液体２、３、４は、図４のＡと同様に該
透明容器１の半球の頂点付近に位置する。また、投影像
８、９、１０は、上記ＣＣＤ６上の左端に偏って形成さ
れる。ここで、上記ＣＣＤ６上には屈折によるスポット
１１が形成される。

【００２２】これらの図４のＡ、Ｂに示した投影像と図
示しない上記ＬＥＤ５ａ、５ｂ及び５ｅから照射される
光により、形成される投影像を上記ＬＥＤ５ａ、５ｂ、
５ｃ、５ｄ及び５ｅが順次点灯される毎に検出し、その
検出結果をデータとして上記ＣＰＵ１４のメモリに蓄
え、上記ＣＰＵ１４の演算部で演算することにより現在
の実際の投影像の位置を求める。

【００２３】次に、本実施例の機能ブロック図を図５に
示し、ＣＰＵ１４での信号処理を中心にして、本実施例
の各部の機能を説明する。図５において、ＣＰＵ１４
は、メモリ部１４ａ、制御部１４ｂ及び演算部１４ｃを
有している。このＣＰＵ１４は、ＬＥＤ５ａ、５ｂ、５
ｃ、５ｄ及び５ｅをＬＥＤドライバ１３ａ、１３ｂ、１
３ｃ、１３ｄ及び１３ｅを介して順次点灯させる切り換
え部１２の切り換えと、読み出しドライバ１５が行うＣ
ＣＤ６の投影像の読み出しを制御部１４ｂにより制御す
る。また、このＣＰＵ１４は、ＣＣＤ６で読み出された
投影像のデータをメモリ部１４ａに蓄積する。また、こ
のＣＰＵ１４は、上記メモリ部１４ａに蓄積された各デ
ータを演算部１４ｃにより演算し、その結果得られる傾
斜角度データを表示部１６に表示させる。

【００２４】ここで、上記ＣＰＵ１４の上記各部に対す
る制御と信号処理を図６に示すフローチャートを用いて
説明する。先ず、ステップＳ１において、上記ＣＰＵ１
４は、制御部１４ｂによって、上記切り換え部１２を制
御し、点灯するＬＥＤを選択する。

【００２５】ステップＳ２において、上記ＣＰＵ１４
は、制御部１４ｂによって切り換えが制御されたＬＥＤ
を点灯させる。

【００２６】ステップＳ３において、上記ＣＰＵ１４
は、上記ステップＳ２で点灯されたＬＥＤによって上記
ＣＣＤ６上に形成された透過率の異なる液体の投影像を
上記ＣＣＤ６の読み出しドライバ１５を上記制御部１４
ｂで制御し読み出す。

【００２７】ステップＳ４において、上記ＣＰＵ１４
は、上記ＣＣＤ６で読み出されたデータを上記メモリ部
１４ａに蓄える。

【００２８】ステップＳ５において、上記ＣＰＵ１４
は、５個のＬＥＤ全てについて上記ステップＳ１からス
テップＳ４までのフローが行われたか否かを判別する。
ここで、ＹＥＳを判別するとステップＳ６に進み、ＮＯ
を判別するとステップＳ１に戻る。

【００２９】ステップＳ６において、上記ＣＰＵ１４
は、上記メモリ部１４ａに蓄えられた５個のＬＥＤ分の
データから投影像の位置を上記演算部１４ｃでの演算に
基づいて求める。

【００３０】ステップＳ７において、上記ＣＰＵ１４
は、上記メモリ部１４ａに蓄えられた５個のＬＥＤ分の
データから得られた投影像の濃度面積と４分割の面積比
を上記演算部１４ｃでの演算によって求める。

【００３１】ステップＳ８もおいて、上記ＣＰＵ１４
は、上記ステップＳ７で求められた４分割の面積比の和
が上述したように分割部I ＋IIとIII ＋IV、I ＋III と
II＋IVで共に等しくなるか否かを判別する。ここで、Ｙ
ＥＳを判別すると上記透明容器１が傾斜後静止したと判
断し、ステップＳ９に進み、ＮＯを判別すると上記透明
容器１は未だ傾斜中であると判断し、ステップＳ１に戻
る。

【００３２】ステップＳ９において、上記ＣＰＵ１４
は、上記ステップ８での判断を受け、上記表示部１６に
傾斜角度のデータを供給し、該表示部１６に傾斜角度を
表示させる。

【００３３】すなわち、上記ＣＰＵ１４は、上記ＬＥＤ
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ及び５ｅを順次点灯し、その都
度各ＣＣＤから信号を読み出し、その信号のデータをメ
モリ１４ａに蓄え、５個の読み出し信号のデータから投
影像を復元し、投影像の濃度の面積と、投影像のＣＣＤ
６上での位置から現在の傾斜角度を算出し、表示部１６
に表示させる。

【００３４】図７は、本実施例の外観図を示す図であ
る。この図７において、本実施例は、基板２３上に配置
され、５個のＬＥＤ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ及び５ｅが
内部に取り付けられた遮蔽箱２１によって、遮蔽されて
いる。また、上記ＣＰＵ１４、切り換え部１２、ＬＥＤ
ドライバ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、上
記ＣＣＤ用読み出しドライバ１５及び表示部１６はＣＰ
Ｕ等収納部２２に収納されている。

【００３５】以上、本実施例は、比重と透過率の異なる
３種類の液体に５個のＬＥＤから順次光を照射し、ＣＣ
Ｄ上に形成される投影像の濃度を該ＣＣＤで検出し、Ｃ
ＰＵのメモリに蓄え、そして演算を施すことにより、傾
斜後の安定状態（静止状態）を判断し、現在の投影像を
復元することによって、傾斜角度を正確に測定できる。

【００３６】なお、本発明に係る傾斜角検出装置は、上
記実施例にのみ限定されるものではなく、例えば、上記
透明容器に封入される液体を２種類としてもよい。ま
た、ＬＥＤの数を５個より多くすれば、さらに高精度で
傾斜角を測定できる。

【００３７】

【発明の効果】本発明に係る傾斜角検出装置は、透過率
及び比重の異なる少なくとも２種類の液体を封入した半
球状の透明容器に、この透明容器の外周に沿って設けた
複数個の発光素子を切り換えて順次点灯して光を照射
し、この光が２種類以上の液体を透過することにより得
られる投影像を２次元の光検出器で検出し、その検出出
力に応じて信号処理手段が傾き角度を算出する。したが
って、本発明は、機械的な可動部分を必要とせず、磁界
の変化に影響されない重力のみに依存しているために構
造が簡単で小型化が容易な上、小さな傾斜角度でも正確
に測定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る傾斜角検出装置の一実施例の概略
構成を示す図である。

【図２】傾斜角度の変化と投影像の関係を示す図であ
る。

【図３】傾斜角度の変化に基づいて検出される投影像を
４分割した状態を示す図である。

【図４】光の照射方向と投影像の関係を説明する図であ
る。

【図５】本実施例の機能ブロック図である。

【図６】本実施例のＣＰＵの制御及び信号処理を示すフ
ローチャートである。

【図７】本実施例の外観を示す斜視図である。

【符号の説明】

１・・・・・透明容器 ２、３、４・液体 ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ・・・・ＬＥＤ ６・・・・・ＣＣＤイメージセンサ ７・・・・・透明保護膜 ８、９、１０・投影像 １２・・・・切り換え部 １４・・・・中央演算処理装置（ＣＰＵ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福田 譲治 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２次元の光検出器を用いた傾斜角検出装
   置であって、 半球状の透明容器と、 上記透明容器の内部に封入される透過率及び比重の異な
   る少なくとも２種類の液体と、 上記透明容器の外周に沿って設けられる複数個の発光素
   子と、 上記各発光素子を順次点灯駆動する切り換え手段と、 上記各発光素子から照射される光が上記２種類以上の液
   体を透過することにより得られる投影像を検出する２次
   元の光検出器と、 上記光検出器からの出力に応じて傾き角度を算出する信
   号処理手段とを有することを特徴とする傾斜角検出装
   置。