JPS60316A

JPS60316A - 傾斜検出装置

Info

Publication number: JPS60316A
Application number: JP10819283A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Sada; 佐田　浩; Yasuhisa Yoshino; 芳野　保久; Yoshio Shinoda; 篠田　芳夫
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1983-06-16
Filing date: 1983-06-16
Publication date: 1985-01-05
Also published as: JPH0426045B2

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】本発明は被検物に取シつけて、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シ子の角度
が変化することによシ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シ接点間が導通して傾斜を知
るようにしたものもあるが、接点の設置数には限りがあ
シ、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を満たしだレー
ザ光透過性拐料よシなる容器と、容器の上方よシ上記液
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てなる。

以下、図示の実施例によシ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が満たしである。容器２は円筒形で
、その底面は上方に凸状の曲面に形成してあシ、支持台
４によってケース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
が設けである。レーザダイオード６にはキースイッチ７
を経てバッテリ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が設けである。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／
Ｉ／３中を透過した光は容器２の底面を通過する際に、
わん曲した容器底面によっ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△ｌ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。

Δ、５＝Ｌ　＠　ｊａｎ（θ−θ′）・曲・・・聞（ａ
）また、オイｔＶ　３の屈折率をｎとすると、の関係が
ちシ、（至）式を（ａ）式に代入すると、となって、変
位△ｌよシ傾斜角θを知ることができる。そして、本実
施例ではオイ／Ｌ／３の凹レンズ効果によシ上記変位△
ｌを拡大し、これによって傾斜角θの分解能を向上せし
めである。

ここで、第４図に信号処理回路１ｏの回路例を示す。処
理回路１ｏけ入光位置検出素子９の出力信号よシ受光面
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、１０’ｂ、１００．ｘｏｃｌ、１０ｅ、１
０ｆ、、１０ｇ。

１０ｈ、ｘｏｉ、：ＬＯｊ、１０に、　１ｏｐ、はオペ
アンプ（例えばフェアチャイルド社製ＭＡ’ｉ’１４Ｑ
）、ｌｏｍ、Ｉｏｎは除算器（例えばインターシル社製
ＩＣＬ８ｏ１３）である。

オペアンプｌｏａ、ｌｏ、ｂの「−」端子は検出素子９
の電流出力端子工１、工２に接続され、オペアンプ１０
０．ＩＯｄの「−」端子は検出素子９の電流出力端子０
１、ｏｊに接続しである。

そして、能動域で使用している各オペアンプｘｏａ　〜
ｌｏａのｒ−Ｊ端子電圧は「＋」端子電圧と等しく、シ
たがってオペアンプｌｏａ１１０ｂの「−」端子電圧は
アース電圧、オペアンプ１００％ｌ０ｃｔのそれは負電
圧−Ｖｓとなっている。

この状＋ａで、入光位置検出素子９にはオペアンプｘｏ
ａ、ｘｏｂの出力よシ抵抗１０１ａ。

１０１ｂを介してそれぞれ電流工Ｘ１、工Ｘ３が流入し
、またオペアンプ１００％ｌｏｄの出力へ抵抗１０１Ｑ
、ｍｏｌ（ｉを介してそれぞれ竜流工Ｙ１、工Ｙ１が流
出する。

したがって、各オペアンプｌｏａ、１０１）。

１００％ｌｏｄの出力は「−」端子電圧と抵抗１０１ａ
、１ｏｌｌ）、ｍｏｌｅ、１ｏａｄ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索子９として浜松ホト
ニクス社製５１３００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０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と上記電流工Ｘ！、工ｘ、
・工Ｙｌ・工Ｙ　ｘとは以下の関係にある。

上記座標値Ｘ１ｙ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
る前述した反位△ｌに相当するものであシ、したがって
電流工Ｘ】、工Ｘ２、工Ｙｌ、工Ｙ、を測定して上式に
）、（ｅ）より座標値ｘ１ｙ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ｌＯａ〜ｌＯｄのフィードバック抵
抗１０１ａ、１ｏ１ｂ、ｍｏｌｃ。

１０１ｄの抵抗値をＲとすると、オペアンプ１０ａ、１
ｏｂの出力電圧Ｖｘ、、ＶＸｇ　と電流工Ｘｌ。

工Ｘ２　とは次式（ｆ）、（２）の如く比例関係を有す
る。

ＶｘＩ　＝　工ｘｔ　・Ｒ・・・・・・・・・曲・・　
■Ｖ、ｘ、　＝　工ｘ、ｅＲ・・・・・・・・・・・・
・・・（２）（幻の如く比例関係となる。

Ｖｙ、＝　Ｒ工Ｙ１　曲・・曲・・・・・　の）”’Ｉ
’ｓ　＝　”工Ｙｓ　・・・曲・・・・・・・・　（ｉ
ｌ上記電圧ＶＸｌ、ＶＸｘは反転アンプを構成するオペ
アンプ１０θ、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、バッファアンプｌｏｋの出力Ｄｘはとなる。

また、電圧ＶＹ０、ＶＹｔ　は上記オペアンプ１０ｅ、
ｘｏｆと同様の構成を有するオペアンプ１０１．１ｏｊ
に入力され、続いて除算器Ｉｏｎにて演算処理されて、
バッファアンプ１ｏｅよシ出力Ｄｙとして出力される。

出力Ｄｙはとなる。

上記出力Ｄｘ、　Ｄｙは上式に）、（ｅ）に示す座標値
Ｘ１ｙと等しく、したがって、出力ＤｘＳＤｙを入力し
た表示器１１（第１図参照）では各出力Ｄｘ、Ｄｙの値
よＪＪＸ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って、オイル液面に入射するレーザ
光の入射角が変化し、オイμ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シ、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Ｖ
−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シ装置の応答性を容
易に調整することができる。したがって、用途によって
はシリコンオイル以外に低粘度の水やアルコ−／Ｌ／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
ザ光の入党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ｎｌ　は容器中の液体３の屈折率ｎ２　よシも大き
いものを使用する。例えば液体３として水（ｎｌ　＝＝
１．３３　）を使用した場合には容器２には石英ガラス
（ｎｉ−ｉ：１．４６）を用いる。

上記入党位置検出素子に代えてＣＣＤセンサ、フォトダ
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
る位置にフォ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
入党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

Claims

【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シなる容器
と、容器の上方よシ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。
（３）上記容器は底面を薄肉として上方に凸状にわん曲
形成した特許請求の範囲第１項記載の傾斜検出装置。
（４）上記容器は底面を厚肉とし、その上側面を下方に
凹状にわん曲形成した特許請求の範囲第１項記載の傾斜
検出装置。