JPH0776699B2 - 光学的測定装置 - Google Patents

光学的測定装置

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JPH0776699B2
JPH0776699B2 JP2220967A JP22096790A JPH0776699B2 JP H0776699 B2 JPH0776699 B2 JP H0776699B2 JP 2220967 A JP2220967 A JP 2220967A JP 22096790 A JP22096790 A JP 22096790A JP H0776699 B2 JPH0776699 B2 JP H0776699B2
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宏和 田中
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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、自動車の車高測定、スプリングの撓み量測定、
カメラの距離測定など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々な構成
のものが知られているが、その一例を第9図に示す。
この従来例は、点光源11と、点光源12とを備え、これら
光源11、12より被測定物13を照射する。
被測定物13の反射光は受光器14によって受光される。受
光器14は光源11の投光による反射光と光源12の投光によ
る反射光とに応じて、これら反射光各々の受光量にした
がって光電変換信号S1、S2を出力する。
この測定装置の場合、被測定物13の照度は、第10図に示
すように光路差l分の違いがあるため、光源11、12各々
の投光による被測定物13の照度がE1、E2となり被測定物
13の反射率をKとすると、被測定物13の面輝度(ニッ
ト)がKE1、KE2に対応したものとなる。
したがって、これら面輝度の比が、 E1/E2∝S1/S2 ………(1) となるから、光電変換信号S1、S2を距離の関数として演
算することにより被測定物13までの距離dを求めること
ができる。
なお、S1、S2は被測定物13の反射光を受光するように配
置した受光器の光電変換信号である。
「発明が解決しようとする課題」 上記した従来の測定装置は、上記(1)式より分かるよ
うに、被測定物13の面輝度の比より距離測定するため、
被測定物13の反射率Kに影響されない測定装置として極
めて有利である。
ただ、この測定装置では、2つの光源11、12の投光を利
用するため、これら光源11、12が劣化等の原因によって
投光の強さが変化した場合に問題が生ずる。
すなわち、光源11、12の投光の強さ同率で変化した場合
には問題がないが、異なった比率で変化したときに測定
装置に誤差が生ずる。
そこで、本発明では上記した測定装置の光源を一つの光
源によって投光するようにして上記した問題点を解決す
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、照度が距離
に対して減衰する1つの光源の光を偏光方向の相異なる
二種類の光に分けて交互に発生する光発生手段と、光発
生手段出力の二種類の光を異なる光路に分離する分離手
段と、分離手段により分離された二種類の光の光路長を
相異なる長さに変えて被測定物に投光する投光手段と、
被測定物の反射光を受光して光電変換する光電変換手段
と、上記二種類の光の異なる光路長に応じて生ずる光電
変換手段出力の高いレベルのものと低いレベルのものと
を検出し、これらレベルの比を算出する信号処理手段と
より構成し、この信号処理手段が被測定物の距離情報を
出力するようにしたことを特徴とする光学的測定装置を
提案する。
「作用」 偏光方向の相異なる二種類の光が交互に発生すると、こ
の二種類の光が分離手段によって異なる光路に分離され
る。そして、この分離された二種類の光の光路長が相異
なる長さに変えられて被測定物に投光される。このた
め、被測定物の照度が間欠的に変わる。
被測定物の反射光が光電変換手段に受光されると、二種
類の光の異なる光路長に応じたレベルの光電変換信号が
出力される。
そして、この光電変換信号の高いレベルのものと低いレ
ベルのものとが検出され、これらの比を算出する信号処
理手段より被測定物の距離情報が出力される。
「実施例」 次に、本発明の実施例について図面に沿って説明する。
第1図は本発明に係る光発生手段と分離手段及び投光手
段の実施例を示し、LEDで構成された光源20の光軸上に
偏光板21、TN型(ツイストネマスチック型)の液晶板2
2、偏光ビームスプリッタミラー23、全反射ミラー24が
配置されている。
さらに、被測定物25とミラー23を結ぶ直線上に全反射ミ
ラー26が配置されており、ミラー23と全反射ミラー24と
の間隔がl1に、全反射ミラー24と全反射ミラー26との間
隔がl2に、全反射ミラー26とミラー23との間隔がl3に設
定されている。
光源20からは、第2図に示すように、全方向に振動する
光が発生しており、この光が偏光板21に入射されると、
一定の方向に振動する偏光光27が出力される。そしてこ
の偏光光27が液晶板22に入射されると、スイッチ28が開
かれて光源29からの電力が液晶板22に供給されないとき
には、偏光光27の偏光方向が90度回転され、液晶板22か
らP偏光の光が出力される。
P偏光の光は、ミラー23を透過し、全反射ミラー24、26
で反射され、再びミラー23を透過して被測定物25に照射
される。
一方、スイッチ28が閉じて光源29からの電力が液晶板22
に供給されると、液晶板22の液晶分子が光軸方向に整列
されるため、偏光の回転が行われずに偏光光27がS偏光
として液晶板22を透過することになる。
このS偏光はミラー23で反射され、そのまま被測定物25
に照射される。
ここでP偏光とS偏光を比べると、P偏光の場合にはS
偏光に比べて光路長がl=l1+l2+l3だけ長くなる。
このため、被測定物25に照射されるP偏光とS偏光とで
は被測定物25の輝度と距離Dに関する放射特性が第3図
に示すEp、Esのようになる。
この第3図から理解されるように、P偏光とS偏光の照
射による被測定物25の輝度Ep、Esの比によって距離Dを
算出することが可能となる。
なお、光源20と偏光ビームスプリッタミラー23との間の
距離は被測定物25までの距離Dに比べて極めて短いので
これらの間の距離を零として距離Dを算出することがで
きる。
被測定物25上の輝度を測定して輝度に応じた電気信号を
得る光電変換手段について第4図に示してある。
この光電変換手段は、集光レンズ30と受光素子31を備え
て構成されており、被測定物25で反射された光が集光レ
ンズ30で集光されて受光素子31に入射されると、受光素
子31からは被測定物25の輝度に応じた電気信号が出力さ
れる。
第5図は信号処理手段の一例を示す回路図であり、この
信号処理手段は、方形波発振回路32、対数変換回路33、
分離回路34、差動増幅回路35を備えて構成されている。
対数変換回路33は、受光素子31の光電変換電流Iを適当
な手段によって電圧Vに変換すると共に、この電圧Vを
対数圧縮した第6図(c)に示すような信号Scを分離回
路34へ出力する。
分離回路34は、方形波発振回路32からタイミング信号と
して第6図(a)に示す信号Saを入力し、この信号Saに
したがって上記した対数圧縮信号Scを分離し第6図
(d)、(e)に示すところの信号Sd、Seを出力する。
すなわち、方形波発振回路32からの信号Saによって電源
29が駆動され、液晶22からS偏光の光が出力され、受光
素子31がこのS偏光の光を受光し、S偏光に関する対数
圧縮信号Scが分離回路34に入力され、信号Seを出力す
る。
なお、電源29が駆動されると、第6図(b)に示す駆動
電圧Sbが液晶22に印加される。
また、方形波発振回路32の信号Saが零レベルで電源29が
OFFとなり、液晶22からP偏光の光が出力され、受光素
子31がこのP偏光の光を受光し、P偏光に関する対数圧
縮信号Scが分離回路34に入力され、信号Sdを出力する。
差動増幅回路35は積分器を含み、分離回路34が出力する
各々の信号Sd、Seを積分し、これらの信号Sd、Seを積分
値として比較しその差の信号を出力する。
この結果、各信号Sd、Seの差、つまり、被測定物25の輝
度の比をもとに光源20から被測定物25までの距離Dを測
定することができる。
なお、差動増幅回路35に入力される信号Sd、Seは液晶板
22あるいは受光素子31の応答性の遅れ等より立上り時に
第6図の如き方形形状を示さないことが多い。
そのため波形の安定域をサンプリングホールドすること
によってSd、Seを積分することなく演算を行い距離情報
を得ることが出来る。また、光電変換された信号をAD変
換して数値計算を行うことも可能である。
次に、第7図に示すように、偏光ビームスプリッタミラ
ー23に換えてプリズム36を用い、このプリズム36の斜面
37を偏光ビームスプリッタとして利用し、この斜面37に
入射した光のうちP偏光を透過させてS偏光を反射さ
せ、P偏光を凹面鏡38で反射させる構成とすることがで
きる。
この場合、凹面鏡38は双曲面が望ましいが、球面であっ
てもよく、この凹面鏡38によってP偏光に対する光源の
位置が遠くにあるものとして機能することになる。
なお、前記実施例において、受光素子31に入射される光
としてP偏光及びS偏光の光について述べたが、これ
は、液晶板22の動作に応じたタイミングを記したもので
あり、実際には被測定物25から反射される光は、P偏光
やS偏光の如く、偏光された光に保持される必要はな
い。
すなわち、反射面の状態は偏光を乱す普通の物質による
反射面であってもよい。
また、第8図に示すように、全反射ミラー24を偏光ビー
ムスプリッタミラー23と平行に配置し、このミラー23と
被測定物25との間に凸レンズ39を配置し、凸レンズ39を
介してS偏光の光を被測定物25に照射し、全反射ミラー
24で反射されたP偏光の光を被測定物25に照射する構成
とすることができる。
なお、この凸レンズ39としては、S偏光の光源を虚像と
して遠点に設定するための位置に配置する。
なお、上記各実施例において、偏光板21を用いたものに
ついて述べたが、光源としてレーザ光のような偏光を有
する光源を使用する場合にはこの偏光板21は不要であ
る。
「発明の効果」 以上説明した通り、本発明に係る測定装置では、照度が
距離に対して減衰する1つの光源の光を偏光方向の相異
なる二種類の光に分けて交互に発生させ、この二種類の
光を異なる光路に分離すると共に、分離された二種類の
光の光路長を相異なる長さに変えて被測定物に投光し、
被測定物からの反射光を光電変換し、二種類の光の異な
る光路長に応じた光電変換出力の高いレベルのものと低
いレベルのものとの比を算出して被測定物の距離情報を
出力するようにさたため、光源の劣化などの原因によっ
て投光の強さが変化した場合でも、測定結果に影響しな
い測定誤差の極めて少ない測定装置となる。
また、この測定装置は、二種類の光を光路長を変えて交
互に投光し、被測定物の反射光の強弱を検出して距離測
定するものであるから、光の偏光を保持しない被測定
物、つまり、偏光光を乱すような被測定物であっても正
確に距離測定することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る光発生手段と分離手段及び投光手
段を示す概略図、第2図は分離手段及び投光手段の作用
を説明するための概略図、第3図は被測定物上の輝度を
示す特性図、第4図は光電変換手段の概略図、第5図は
信号処理手段の概略図、第6図は信号処理手段の作用を
説明するための波形図、第7図は投光部の他の実施例を
示す概略図、第8図は投光部のさらに他の実施例を示す
概略図、第9図は従来例の概略図、第10図は被測定物上
の輝度を示す特性図である。 20……光源 21……偏光板 22……液晶板 23……偏光ビームスプリッタミラー 24、26……全反射ミラー 25……被測定物 30……集光レンズ 31……受光素子 32……方形波発振回路 33……対数変換回路 34……分離回路 35……差動増幅回路

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】照度が距離に対して減衰する1つの光源の
    光を偏光方向の相異なる二種類の光に分けて交互に発生
    する光発生手段と、光発生手段出力の二種類の光を異な
    る光路に分離する分離手段と、分離手段により分離され
    た二種類の光の光路長を相異なる長さに変えて被測定物
    に投光する投光手段と、被測定物の反射光を受光して光
    電変換する光電変換手段と、上記二種類の光の異なる光
    路長に応じて生ずる光電変換手段出力の高いレベルのも
    のと低いレベルのものとを検出し、これらレベルの比を
    算出する信号処理手段とより構成し、この信号処理手段
    が被測定物の距離情報を出力するようにしたことを特徴
    とする光学的測定装置。
JP2220967A 1990-08-10 1990-08-24 光学的測定装置 Expired - Lifetime JPH0776699B2 (ja)

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