JPS63201517A - 非接触型の道路プロフィル測定装置 - Google Patents

非接触型の道路プロフィル測定装置

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JPS63201517A
JPS63201517A JP63027861A JP2786188A JPS63201517A JP S63201517 A JPS63201517 A JP S63201517A JP 63027861 A JP63027861 A JP 63027861A JP 2786188 A JP2786188 A JP 2786188A JP S63201517 A JPS63201517 A JP S63201517A
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JP
Japan
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light
distance
measuring device
measuring
under test
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JP63027861A
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カーチス　エム・ウオーカー
ゴードン　アール・ブラウン
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K J ROU ENGINEERS Inc
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K J ROU ENGINEERS Inc
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    • G01C7/02—Tracing profiles of land surfaces
    • G01C7/04—Tracing profiles of land surfaces involving a vehicle which moves along the profile to be traced
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Measurement Of Optical Distance (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Road Repair (AREA)

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］ 本発明は距離測定装置に関するものであり、更に具体的
には非接触式の表面プロフィル測定装置に関する．更に
具体的には、本発明は、車両を通常の走行速度にて道路
表面を運転する際に、基準となる車両フレームからこの
車両の下にある道路表面もしくはこの車両の上方にある
橋等までの距離を測定する装置に関する。
［従来の技術］ 本出願人に譲渡された米国特許第４４５６８２９号には
、道路の表面上を通過しつつある基準となる車両フレー
ムからその道路表面までの距離のような、相対的に動い
ている表面までの距離を測定する電子光学装置を開示し
てある．この装置は、垂直に下方へ、道路表面上に矩形
の光束を投影するための光送信器を含む．　回転走査器
は拡散的に反射される映像を順次受信し、矩形の十字線
を通してこのような映像を光検出器に反射するための円
周状に配列された側限を含む。参照光束は、道路映像を
反射する側限により、参照検出器上に厘次反射される．
道路表面までの距離は、この道路映像の入射時刻を参照
検出器上で参照反射が起きる時刻と比較することにより
、この道路映像が走査器に入射する角度の関数として決
定される．模範的であり、好適な道路表面測定装置では
、道路表面プロフィルは、その車両の車輪に連結された
エンコーダ等により示される車両移動の連続的な増分値
単位でサンプルされ且つ記憶される。
前記の特許中に開示された装置は商業ベースにのり成功
を収めたが、まだ多くの点で改良が望ましい．例えば、
回転走査器と駆動モータなどの動く部材の必要性を排除
することが望ましい。
更にまたこの特許の装置中の複数の光源と検出器は、製
造時及び使用時に機械的な調節をしなければならない場
合は、複雑さを増し費用がかかる。
［発明が解決しようとする課題コ 従って本発明の目的は、動く部材を有せず、調節を実質
的に減少若しくは排除した上記性格の測定装置を提供す
ることにある。
本発明の更に概略の目的は組立て及び使用に際し経済性
、信頼性及び精度を向上し、特に道路プロフィルの測定
に実用性のある非接触型距離測定装置を提供することに
ある。本発明の更に具体的な目的は道路表面などのよう
な比較的動いている表面のプロフィルを測定する進んだ
電子光学走査器と装置とを提供することにある。
［課題を解決するための手段］ 概略を述べると、本発明による装置は供試表面に光束の
焦点を合せるための光源と投影装置とを含む．供試表面
から拡散的に反射した光エネルギは、光に感応するデバ
イスすなわち光感応検出器で受信され且つ集束される．
この光感応検出器は、この検出表面に集束した反射光の
直交する位置座標（ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ　ｐｏｓｉｔ
ｉｏｎ　ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ）の関数として、一対
の出力信号を発生する。供試表面までの距離はこの２つ
の出力信号の関数、具体的には上記出力信号間の差と上
記出力信号の和との比の関数として決定される。
本発明の好適実施例においては、光源は発振器に結合さ
れたＩＲダイオードを含み、このダイオードの出力は、
従って、発振器の出力周波数で変調されている。　この
光感応検出器の出力信号は、具体的には出力の和信号と
差信号であるが、発振器に接続されダイオード駆動信号
と同期して復調される。このような同期復調は、光感応
検出器の出力信号をｒ波することと組合わされて、周囲
光とその他の環境要因に起因する誤差を排除するのに役
立つ、このようなアイソレーションを更に高めるために
、供試表面からの反射光は赤外線フィルタを通して光感
応検出器に焦点を合せる。
道路表面測定のための本発明の好適具体例では、光源と
光感応検出器は、車両フレーム上に間隔をあけて取付け
られ、基準となる測定フレームを形成する。光源は車両
フレーム下の公称距離に焦点を合せ、光感応検出器は、
前記公称距離に中心を合せた測定窓縁の中における道路
表面からの反射光を受信するようになっている。そして
この公称距離からの道路表面のオフセットは、光感応検
出器の出力信号の差と和の間の比、道路表面までの公称
距離、車両フレーム上の光源と光感応検出器の間の間隔
、及び表面までの公称距離における入射光と反射光との
間の反射角度の組合わせ関数として決定される。
［実施例］ 第１図は本発明による距離測定装置の好適実施例１０を
説明しており、基準１６の水平フレームを形成する車両
（図示しない）のフレームに、囲壁１４内に光源として
の発光ダイオード（ＬＥＤ　）　１２を含む０発光ダイ
オード１２からの光エネルギは、窓２０を通してレンズ
１８により、基準のフレーム１６からの公称距離Ｈにあ
る道路表面に集束する。光感応検出器２２は囲壁２４内
にあり、基準１６となる車両フレーム上で、レンズ１８
の垂直軸から公称距離したけ離隔した位置に取付けられ
ている。道路表面で拡散的に反射した発光ダイオード１
２からの光エネルギは、窓２６を通して受信され、光に
向き合った検出器２２の表面上に、レンズ２８により集
束される。
赤外線フィルタ３０は囲壁２４により支持され、窓２６
とレンズ２８との間に配置されている。検出器２２とレ
ンズ２８の中実軸は公称距離ｔ１において角度ａにてレ
ンズ１８の軸と交錯する０発光ダイオード１２と光検出
器２２はセンサ電子回路３２へ接続されている。
本発明による道路表面測定を説明する実施例では、発光
ダイオード１２は８００ｎｍのピーク波長を有する１０
０１１１Ｗ　ＩＲダイオードを含む、レンズ１８は同様
に８５＋ａｍの焦点距離とｆｈ、８の口径を有する。光
感応検出器２２はニューシャーシー、ミドルセックスの
ハママツコーポレーションから発売の一次元測定用の２
軸２側面型（ｄｕａｌ−ａｘｉｓ−ｄｕｏ−ｌａｔｅｒ
ａｌ）のＰＳＤ−３１３５２検出器を含む、この装置の
基本的な構成は、半導体ホトダイオードの片側に形成し
た均一な抵抗層の縁部に形成されている対向する対にな
った電極を含む、その表面層はＰ−Ｎ接合を形成し、光
電効果を示す、直流電圧÷Ｖがこの半導体基板に印加さ
れると、対向する端子間に、光感応検出器の平坦な光感
応表面に集束する光点の直交位置座標の各関数として出
力電流が発生する０本発明の説明用実施例では、公称距
離Ｈは３０５　ｍ　（１２インチで）あり、測定窓りは
±７６園（±３インチ）であり、そして角度ａは２０”
〜４５°の間でよいが実質的には４５°である。距離は
Ｌ＝Ｈ＊ｔａｎ（ａ）である、光感応検出器２２に集束
した光点の位ＨｐはＰ＝（Ａ−８）／（Ａ＋８）で与え
られ、もちろんこのＰは供試表面からの距離の測定値で
ある。第１図の公称距離■からの変位Ｘ　！、ｔＸ＝（
Ｐ＊Ｋ１）／（Ｋ２＋Ｐ＊Ｋ３）テ与えられることがわ
かる。ここでに１　＝　（Ｌ２・ｕＺ　）々、Ｋ２＝Ｆ
＊５ｉｎ（ａ）　、に３＝ＣＯ３（ａ）であり、Ｆはレ
ンズ２８（第１図）の中心から光感応検出器（）オドセ
ル）２２までの作像距離（ｉｌｌｌａＱｌｌｉ　ｄｉｓ
ｔａｎｃｅ）である、基準１６から供試表面までの距離
はトｘで与えられる。
第２Ａ図及び第２Ｂ図は、道路表面プロフィル測定用の
本発明が好適に応用されたときの供試表面からの距離の
測定値である表面プロフィルＸの決定と記憶用のセンサ
回路３２を説明している０発振器３４は矩形波出力を有
し、この矩形波出力は増幅器３６を介して印加されて発
光ダイオード１２を予め決められた固定の発振器出力周
波数にて駆動する。
発振器３４の出力周波数は厳密なものではなく、本質的
には発光ダイオード１２の応答能力によって決まる、上
記に示した本発明の実施例における発振器の出力周波数
は８にＨｚである。光感応検出器の出力電流Ｉ＾とＩ８
は対応する増幅器３８．４０を介して高域Ｐ波器４２．
４４へそれぞれ出力される。この実施例では、高域ろ波
器４２．４４は遮断周波数が６００Ｈｚの通常のＲＣＰ
波器を含む、高域Ｆ波器４２．４４の出力ＡとＢは、接
続されている抵抗を介して差動増幅器４６の対応する入
力へ印加される。この増幅器は光感応検出器の出力信号
間の差Ａ−８を示す出力をバッファ４８に出力する。同
様に、高域Ｐ波器４２．４４の出力は接続されている抵
抗を介して増幅器５０の反転入力の加算接続点へ印加さ
れる。この増幅器は、検出器出力信号間の和Ａ＋Ｂを示
す出力をバッファ５２に出力する。バッファ４８．５０
は発振器３４の出力から制御入力を受信する各同期復調
器５４．５６に印加される。同期復調器５４．５６の出
力は対応する低域ｒ波器５８．６０を介して除算器６２
の入力へ印加される。従って、この除算器６２の出力Ｐ
は差信号と和信号の比、すなわち（Ａ−８）／（Ａ＋Ｂ
）を示す。
光源の発光ダイオード１２を変調することは、光感応検
出器の出力信号の同期復調することと結合され、更には
電子的な高域沢波器４２．４４と低域ろ波器５８．６０
と赤外線Ｐ波器３０（第１図）と組合わされ、測定用電
子回路を周囲光及びその他の環境要因から隔離するのに
役立つ。
除算器６２（第２Ａ図）の出力Ｐは掛算定数に１を有す
る第１の増幅器６４及び掛算定数に３を有する第２の増
幅器６６へ印加される。増幅器６６の出力は差動増幅器
６８の反転入力へ印加され、この差動増幅器６８の反転
入力は定数に２に対応するレベルに設定された分圧器等
に接続されている。増幅器６４．６８の出力は除算器７
０の各入力へ印加され、従ってこの除算器１０が（Ｐ＊
Ｋ１）／（Ｋ２＋Ｐ−に３）の関数として出力Ｘを発生
する。除算器７０の出力Ｘは、道路表面上を走行する車
両の走行距離の増分の関数として、道路表面プロフィル
を記憶するための記録機７２に加えられる。　この走行
距離は、車両の車輪に結合されたエンコーダ等の車両位
置変換器７４により示される。　記録機７２はまた定数
日を示す入力を受信して供試表面までの距離を（Ｈ＋Ｘ
）の関数とじて直接的に、もしくは信号Ｘを単独に記録
することにより間接的に記録してもよい。本発明の好適
実施例において、除算器６２．７０と増幅器６４．６６
．６８を、適宜にプログラムされたデジタルマイクロプ
ロセッサにより具体化し、このディジタルマイクロプロ
セッサは信号Ｐを受信するためのアナログ・ディジタル
変換器を含む。
【図面の簡単な説明】
第１図は供試表面からの距離を測定するために、組合わ
されて作動する本発明による電子光学装置の概略図であ
り、第２Ａ図及び第２８図は共に第１図にブロック形に
て図示したセンサ電子回路の現在考えられる好適実施例
の回路図である。 １２、　、　、発光ダイオード（ＬＥＤ）、　１４．−
　。 囲壁、　１６．　、　、基準、　２０．　、　、窓、　
１８．　、　。 レンズ、　２２５１．光感応検出器、　２４．　、　、
囲壁、　２６．　、　、窓、　２８．　、　、レンズ、
　３０．　、　。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）供試表面の一部を照光するために供試表面に光束
    を導く第１の装置（１２、１８、２０）と、検出表面を
    有する光感応検出器（２２）を含む第２の装置（２２及
    び２６〜３０）と、供試表面により反射された上記第１
    の装置からの光を受光すると共に反射された光を該検出
    表面に導くための装置（２６、２８）と、該検出手段の
    出力信号の関数として供試表面までの公称距離（Ｈ）を
    決定する第３の装置とを含む供試表面までの距離を測定
    する非接触型の道路プロフィル測定装置において、 該光感応検出器（２２）は該検出表面上に入射する反射
    光の位置座標を示す出力信号（Ａ、Ｂ）を出力すること
    を特徴とする供試表面までの距離を測定する該非接触型
    の道路プロフィル測定装置。
  2. （２）該光感応検出器（２２）が、該検出表面上に入射
    する上記反射光の直交位置座標の関数として、一対の該
    出力信号（Ａ、Ｂ）を出力することを特徴とする前記特
    許請求の範囲第１項記載の測定装置。
  3. （３）該第３の装置（３２）は、該出力信号間の差（Ａ
    −Ｂ）の該出力信号の和（Ａ＋Ｂ）に対する比（Ｐ）の
    関数として、該公称距離（Ｈ）を決定するための装置を
    含むことを特徴とする前記特許請求の範囲第２項記載の
    測定装置。
  4. （４）供試表面から公称距離（Ｈ）だけ隔てられた基準
    フレームを形成するための該第１及び第２の装置の取付
    装置（１４、１６、２４）を含み、測定窓（Ｗ）内にあ
    り該公称距離（Ｈ）からの供試表面のずれ（Ｘ）を測定
    することを特徴とする前記特許請求の範囲第３項記載の
    測定装置。
  5. （５）該第１及び第２の装置は該取付け装置（１４、１
    ６、２４）により距離（Ｌ）だけ隔てられていて、該第
    ３の装置（３２）は、 Ｋ１は（Ｌ＾２＋Ｈ＾２）＾１＾／＾２に等しい定数、
    Ｋ２はＦ・ｓｉｎ（ａ）に等しい定数、 Ｋ３はｃｏｓ（ａ）に等しい定数 ａは該第１の装置が向く方向と該第２の装置が向く方向
    とが公称距離（Ｈ）においてなす角度、Ｆは作像距離と
    し、 Ｘ＝（Ｐ＊Ｋ１）／（Ｋ２＋Ｐ＊Ｋ３） の関数として該距離（Ｘ）を決定するための手段を含む
    ことを特徴とする前記特許請求の範囲第４項記載の測定
    装置。
  6. （６）該第３の装置（３２）は、該光束を予め決めた周
    波数で変調するための光束変調装置（３４、３６）と、
    該光束変調装置に結合され該和（Ａ＋Ｂ）と該差（Ａ−
    Ｂ）を該予め決めた周波数で同期復調する装置（５４、
    ５６）とを含むことを特徴とする前記特許請求の範囲第
    ３項から第５項のいずれかに記載の測定装置。
  7. （７）該第１の装置（１２、１８、２０）はＩＲ光源（
    １２）を含み、第２の装置（２２及び２６〜３０）は、
    該光源（１２）のＩＲ波長にて光を該検出装置（２２）
    上に導くと共に周囲光を該検出装置から遮断するための
    ＩＲ濾波器（３０）を含むことを特徴とする前記特許請
    求の範囲第１項から第６項のいずれかに記載の測定装置
    。
JP63027861A 1987-02-12 1988-02-10 非接触型の道路プロフィル測定装置 Pending JPS63201517A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/013960 1987-02-12
US07/013,960 US4786815A (en) 1987-02-12 1987-02-12 Non-contact sensor with particular utility for measurement of road profile

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JPS63201517A true JPS63201517A (ja) 1988-08-19

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ID=21762748

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EP (1) EP0278269A3 (ja)
JP (1) JPS63201517A (ja)
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