JP2006125966A

JP2006125966A - 光学式速度センサ装置

Info

Publication number: JP2006125966A
Application number: JP2004313684A
Authority: JP
Inventors: Matsuo Suzuki; 松雄鈴木; Takashi Kobayashi; 小林　　隆
Original assignee: PAL SYSTEM KK
Current assignee: PAL SYSTEM KK
Priority date: 2004-10-28
Filing date: 2004-10-28
Publication date: 2006-05-18

Abstract

【課題】準備と計測が簡単な光学的速度センサ装置を提供する。
【解決手段】
光学式速度センサ装置は、光軸が互いに平行となるように配置され且つ位相が互いに１８０度ずれたレーザ光をそれぞれ測定対象に照射する第１及び第２のレーザ照射装置と、該第１及び第２のレーザ照射装置からのレーザ光による上記測定対象に対する反射光を重畳して受光し、その受光信号を出力する受光装置と、該受光装置からの受光信号に基づいて上記測定対象の移動速度を演算する演算部と、を有し、該演算部は、上記２つのレーザ照射装置からのレーザ光の一方による反射光のみを検出する第１の時間Ｔ１又上記２つのレーザ照射装置からのレーザ光の他方による反射光のみを検出する第３の時間Ｔ３に基づいて、上記測定対象の移動速度を演算する。
【選択図】図１

Description

本発明は移動体の速度を検出するための光学的速度センサ装置に関し、特に、道路を走行中の自動車の速度を外部から測定するのに好適な光学的速度センサ装置に関する。

従来、道路を走行中の自動車の速度を測定する場合、道路上の２つの点に通過センサを設け、２つの通過センサによって検出された通過時刻の差と、２つの通過センサの間の距離から自動車の速度を求めていた。

従来の方法では、道路上の２つの点に通過センサを設ける必要があり、準備と計測に工数と時間がかかる欠点があった。

本発明の目的は、準備と計測が簡単な光学的速度センサ装置を提供することにある。

本発明によると、光学式速度センサ装置は、光軸が互いに平行となるように配置され且つ位相が互いに１８０度ずれたレーザ光をそれぞれ測定対象に照射する第１及び第２のレーザ照射装置と、該第１及び第２のレーザ照射装置からのレーザ光による上記測定対象に対する反射光を重畳して受光し、その受光信号を出力する受光装置と、該受光装置からの受光信号に基づいて上記測定対象の移動速度を演算する演算部と、を有し、該演算部は、上記受光信号より、上記２つのレーザ照射装置からのレーザ光の一方による反射光のみを検出する第１の時間Ｔ１と上記２つのレーザ照射装置からのレーザ光の両方による反射光を検出する第２の時間Ｔ２と上記２つのレーザ照射装置からのレーザ光の他方による反射光のみを検出する第３の時間Ｔ３と、をそれぞれ検出し、上記第１の時間Ｔ１又は第３の時間Ｔ３に基づいて、上記測定対象の移動速度を演算する。

本発明によると、移動体の速度を簡単に計測することができる。

図１を参照して本発明による光学的速度センサ装置の構成例を説明する。本例の光学的速度センサ装置は、２つのレーザ照射装置１０１、１０２、２つの変調ドライバ１０３、１０４、位相反転器１０５、周期信号発生器１０６、受光装置２０１、パルス整形器２０２、パルスカウンタ２０３、及び、速度演算装置２０４を有する。レーザ照射装置１０１、及び変調ドライバ１０３、は右チャンネル（Ｒｃｈ）形成し、レーザ照射装置１０２、変調ドライバ１０４、及び位相反転器１０５は、左チャンネル（Ｌｃｈ）形成する。

２つのレーザ照射装置１０１、１０２は、光軸が互いに平行になるように配置されている。レーザ照射装置１０１、１０２の間に受光装置２０１が配置されている。図示のように、２つのレーザ照射装置１０１、１０２の光軸間の距離をＬとすると、本例では、距離Ｌは、計測対象である移動体３０の寸法Ｌ１より小さい。例えば、Ｌは１メートル以下であり、好ましくは、５０ｃｍ以下である。

レーザ照射装置１０１、１０２は、レーザダイオード１０１Ａ、１０２Ａ、光学系１０１Ｂ、１０２Ｂ、及び、フィルタ１０１Ｃ、１０２Ｃを有する。フィルタ１０１Ｃ、１０２Ｃは、赤外フィルタ、偏向フィルタ等であってよい。

周期信号発生器１０６は、所定の周波数の周期信号を生成する。周期信号はパルス信号、矩形波信号、正弦波信号のいずれであってもよい。ここでは、周波数ｆＨｚの信号を生成するものとする。周期信号は、左チャンネルＬｃｈと右チャンネルＲｃｈに供給される。

右チャンネルＲｃｈでは、周期信号発生器１０６からの周期信号は、変調ドライバ１０３に供給される。左チャンネルＬｃｈでは、周期信号発生器１０６からの周期信号は、位相反転器１０５に供給される。位相反転器１０５は、周期信号の位相を反転する、即ち、位相を１８０度変化させる。位相反転された周期信号は、変調ドライバ１０４に供給される。

変調ドライバ１０３、１０４は、レーザ照射装置１０１、１０２の駆動信号をそれぞれ生成する。レーザ照射装置１０１、１０２は、変調ドライバ１０３、１０４からの駆動信号によって、所定の周期の且つ所定のデューティを有するパルス状の又は矩形波状のレーザ光を生成する。レーザ照射装置１０１、１０２からのレーザ光は、測定対象である移動体３０を反射し、反射光は受光装置２０１によって受光される。受光装置２０１は、フォトダイオード２０１Ａ、光学系２０１Ｂ、及び、フィルタ２０１Ｃを有する。フィルタ２０１Ｃは、赤外フィルタ、偏向フィルタ等であってよい。

図２は、本例の光学的速度センサ装置の前方を、測定対象である移動体３０が右から左方向に通過した場合を示す。移動体３０の走行経路は、レーザ照射装置１０１、１０２の光軸に直交すると仮定する。図２Ａは、移動体３０が右側のレーザ照射装置１０１の光軸上を通過中であるが、未だ左側のレーザ照射装置１０２の光軸上に到達していない状態を示す。図２Ｂは、移動体３０が２つのレーザ照射装置１０１、１０２の光軸上を通過中である状態を示す。図２Ｃは、移動体３０が右側のレーザ照射装置１０１の光軸上を既に通過したが、左側のレーザ照射装置１０２の光軸上を通過中である状態を示す。

図３を参照して、レーザ照射装置１０１、１０２からのレーザ光の信号、受光装置２０１によって受光される反射光の信号を説明する。図３Ａは、右側のレーザ照射装置１０１からのレーザ光の信号波形を示し、図３Ｂは、左側のレーザ照射装置１０２からのレーザ光の信号波形を示す。図３Ａと図３Ｂを比較すると判るように、右チャンネルＲｃｈのレーザ照射装置１０１からのレーザ光の信号波形は、左チャンネルＬｃｈのレーザ照射装置１０２からのレーザ光の信号波形に対して、１８０度ずれている。即ち、両者の位相は互いに反転している。レーザ照射装置１０１、１０２からのレーザ光の信号波形のデューティ比は、１：１である。

図３Ｃは、受光装置２０１によって受光されたレーザ光の信号波形を示す。受光装置２０１は、時刻ｔ１までは、信号を受光しないが、時刻ｔ１になって初めてレーザ光の反射光を受光する。受光装置２０１は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までは、図２Ａに示すように、右チャンネルＲｃｈのレーザ照射装置１０１からのレーザ光の反射光のみを受光する。受光装置２０１は、時刻ｔ２から時刻ｔ３までは、図２Ｂに示すように、２つのレーザ照射装置１０１、１０２からのレーザ光の反射光を受光する。２つのレーザ照射装置１０１、１０２からのレーザ光の反射光は、上述のように、デューティ比が１：１且つ位相が１８０度ずれている。２つのレーザ照射装置１０１、１０２からのレーザ光の反射光の和は、振幅が一定の非周期信号となる。従って、受光装置２０１は、時刻ｔ２から時刻ｔ３までは、振幅が一定の非周期信号を受光する。受光装置２０１は、時刻ｔ３からｔ４までは、図２Ｃに示すように、左チャンネルＬｃｈのレーザ照射装置１０２からのレーザ光の反射光のみを受光する。時刻ｔ４を過ぎると、受光装置２０１はレーザ光を受光しない。

従って、本例では、受光装置２０１が受光した信号波形の変化より、時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４を特定することができる。

時刻ｔ１から時刻ｔ２までをＴ１、時刻ｔ２から時刻ｔ３までをＴ２、時刻ｔ３からｔ４までをＴ３、とする。時間Ｔ１は、移動体３０の先端が右チャンネルＲｃｈのレーザ照射装置１０１の光軸に到達してから左チャンネルＬｃｈのレーザ照射装置１０２の光軸に到達するまでの時間であり、これは、移動体３０が距離Ｌを移動するのに要する時間である。同様に、時間Ｔ３は、移動体３０の後端が右チャンネルＲｃｈのレーザ照射装置１０１の光軸を通過してから左チャンネルＬｃｈのレーザ照射装置１０２の光軸に到達するまでの時間であり、これは、移動体３０が距離Ｌを移動するのに要する時間である。従って、移動体３０の速度が一定なら、これらは本来同一である。即ち、Ｔ１＝Ｔ３である。従って、移動体３０の速度は、次の式１によって求められる。
Ｖ＝Ｌ／Ｔ１＝Ｌ／Ｔ３式１

Ｌは２つのレーザ照射装置１０１、１０２の光軸の間の距離であり、上述のように既知である。そこで本例では、時間Ｔ１又はＴ３が求められれば、移動体３０の速度Ｖが得られる。時間Ｔ１又はＴ３を求める方法は、以下に説明する。

尚、時間Ｔ２は、移動体３０の先端が左チャンネルＬｃｈのレーザ照射装置１０２の光軸に到達してから移動体３０の後端が右チャンネルＲｃｈのレーザ照射装置１０１の光軸に到達するまでの時間であり、これは、移動体３０が、距離（Ｌ１−Ｌ）を移動するのに要する時間である。ここで、距離Ｌ１は上述のように、移動体３０の寸法である。従って、時間Ｔ２を計測することにより、移動体３０の寸法Ｌ１を得ることができる。

また、移動体３０の速度が変化する場合には、２つの時間Ｔ１、Ｔ３は同一ではない。例えば、Ｔ１＞Ｔ３なら加速、Ｔ１＜Ｔ３なら減速である。従って、２つの時間Ｔ１、Ｔ３を比較することにより、移動体３０の速度が一定、加速、減速のいずれかを判定することができる。

図４を参照してパルス整形器２０２の機能を説明する。移動体３０からの反射光は、必ずしも、レーザ照射装置１０１、１０２からのレーザ光のように、同一波形を繰り返す規則的なパルス状又は矩形波になっていない。パルス整形器２０２は、ＡＧＣ（Automatic Gain Control）とスレシホールドレベルの設定によって、入力信号のレベル調整と波形整形を行う。図４Ａに示すように、パルス整形器２０２の入力信号がレベル変動を有する矩形波の場合、図４Ｂに示すように、レベル調節がされた矩形波が生成される。図４Ｃに示すように、入力信号が乱れを有する正弦波の場合、図４Ｄに示すように、整形された矩形波が生成される。

再び、図１に戻って説明する。パルス整形器２０２からのパルス信号のパルス数は、パルスカウンタ２０３によって、計数される。ここでは、図３Ｂの時間Ｔ１におけるパルス数Ｎを計測する。パルス数Ｎが得られると、時間Ｔ１は、Ｔ１＝Ｎ／ｆによって得られる。ｆは受光装置２０１が受光した右チャンネルＲｃｈのレーザ照射装置１０１からのパルス信号の周波数である。こうして、時間Ｔ１が得られると、速度演算装置２０４は、上述の式１によって移動体３０の速度Ｖを演算する。

尚、ここでは、時間Ｔ１を求めたが、時間Ｔ１の代わりに時間Ｔ３を求めてもよい。また、時間Ｔ１、Ｔ３は、本来同一である。従って、時間Ｔ１とＴ３の両者を求め、その平均値を使用して、移動体３０の速度Ｖを求めてもよい。また、ここでは、パルス整形器２０２からのパルス信号のパルス数を直接計数したが、周波数がより大きい計数用のパルスを使用して、時間Ｔ１を求めてもよい。

図５を参照して本発明の光学式速度センサ装置の第２の例を説明する。図５Ａは、本例の右側のレーザ照射装置１０１からのレーザ光の信号波形を示し、図５Ｂは、本例の左側のレーザ照射装置１０２からのレーザ光の信号波形を示す。図５Ａと図５Ｂを比較すると判るように、右チャンネルＲｃｈのレーザ照射装置１０１からのレーザ光の信号波形は、左チャンネルＬｃｈのレーザ照射装置１０２からのレーザ光の信号波形に対して、１８０度ずれている。即ち、両者の位相は互いに反転している。

本例では、レーザ照射装置１０１、１０２からのレーザ光の信号波形のデューティ比は、１：３（２５％）である。即ち、ハイレベルの時間とロウレベルの時間の比は、１：３である。

図５Ｃは、本例の受光装置２０１によって受光されたレーザ光の信号波形を示す。受光装置２０１は、時刻ｔ１までは、信号を受光しないが、時刻ｔ１になって初めてレーザ光の反射光を受光する。受光装置２０１は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までは、図２Ａに示すように、右チャンネルＲｃｈのレーザ照射装置１０１からのレーザ光の反射光のみを受光する。受光装置２０１は、時刻ｔ２から時刻ｔ３までは、図２Ｂに示すように、２つのレーザ照射装置１０１、１０２からのレーザ光の反射光を受光する。２つのレーザ照射装置１０１、１０２からのレーザ光の反射光は、上述のように、位相が１８０度ずれている。２つのレーザ照射装置１０１、１０２からのレーザ光の反射光の和は、周期が半分の信号となる。従って、受光装置２０１は、時刻ｔ２から時刻ｔ３までは、デュ−ティ比が１：１の且つ周波数が２ｆの信号を受光する。受光装置２０１は、時刻ｔ３からｔ４までは、図２Ｃに示すように、左チャンネルＬｃｈのレーザ照射装置１０２からのレーザ光の反射光のみを受光する。時刻ｔ４を過ぎると、受光装置２０１はレーザ光を受光しない。

ここでは、レーザ照射装置１０１、１０２からのレーザ光の信号波形のデューティ比が１：３の場合を説明した。しかしながら、デューティ比が１：１０のようなパルス信号であってもよい。その場合、図５Ｃの受光装置２０１によって受光されたレーザ光の信号波形のデューティ比は１：１にならないが、周期が半分の信号、即ち周波数が２ｆの信号となる。

上述の例では、移動体３０は、右から左方向に移動する場合を説明した。しかしながら、移動体３０が左から右方向に移動する場合も、同様に、移動体３０の速度を測定することができる。移動体３０が左から右方向に移動する場合には、受光装置２０１は、時間Ｔ１に、左チャンネルＬｃｈのレーザ照射装置１０２からのレーザ光の反射光のみを受光し、時間Ｔ３に、右チャンネルＲｃｈのレーザ照射装置１０１からのレーザ光の反射光のみを受光する。いずれにしても、受光装置２０１が受光した信号波形の変化より、時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４を特定することができる。

図６を参照して本発明の光学式速度センサ装置によって移動体３０の移動方向を検出する方法を説明する。図６Ａは、右側のレーザ照射装置１０１からのレーザ光の信号波形を示す。図６Ｂは、左側のレーザ照射装置１０２からのレーザ光の信号波形を示す。図６Ｃは、受光装置２０１によって受光された２つのレーザ照射装置１０１、１０２からのレーザ光の反射光の信号波形を示す。図６Ａ、図６Ｂ及び図６Ｃの信号波形は、図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃの信号波形と同一である。

図６Ｄは、図６Ｂの波形信号を図６Ｃの波形信号によってＸＯＲ制御し、図６Ｂの波形信号から受光装置２０１からの信号波形成分を除去した結果を示す。ここで、ＸＯＲ制御とは、通常のＸＯＲ演算とは異なり、図６Ｂの波形信号から、図６Ｂの波形信号と図６Ｃの波形信号のうち共にハイレベルとなる信号を除去する演算をいう。図６Ｅは、図６Ｃの波形信号の立ち上がりタイミングにて立ち上がり、図６Ｄの波形信号の立ち上がりタイミングにて立ち下がる信号の波形を示す。こうして図６Ｅの生成パルスが得られる。

図６Ｅの生成パルスは、移動体３０が右から左方向に移動していることを示す。もし、移動体３０が左から右方向に移動しているなら、この場合、図６Ｃの信号波形は、時間Ｔ１にて左側のレーザ照射装置１０２からのレーザ光の信号波形と同一となり、図６Ｄ及び図６Ｅの信号波形を得ることができない。

図７を参照して、本発明による自動車速度取締り装置を例を説明する。本例の自動車速度取締り装置は、パトロールカー等の速度取締り側の車両１０に搭載された光学的速度センサ装置１１、車両センサ１２及び撮像装置１３を有する。光学的速度センサ装置１１は車両１０の中央の窓際に配置され、車両センサ１２及び撮像装置１３は、車両１０の後部座席の窓際に配置される。先ず、車両センサ１２が、後方から接近する車両２０を検出すると、撮像装置１３は、接近する車両２０のナンバープレートと運転者の顔が写るように、車両２０の前側を撮影する。車両２０が速度取締り側の車両１０を追い越す時、光学的速度センサ装置１１によって車両２０の速度を測定する。車両２０の速度が制限速度以下である場合には、撮像装置１３によって撮影した画像データを破棄する。車両２０の速度が制限速度を超えている場合には、撮像装置１３によって撮影した画像データを記憶装置に保存し、警報等により速度違反である旨を伝達する。

尚、速度取締り側の車両１０が走行中の場合、光学的速度センサ装置１１によって測定される車両の速度は、相対速度である。従って、車両２０の速度は、速度取締り側の車両１０の速度と光学的速度センサ装置１１によって測定される車両２０の速度を加算した値である。速度取締り側の車両１０が道路の脇にて停車している場合には、光学的速度センサ装置１１によって測定された速度が車両２０の速度である。

以上、本発明の例を説明したが本発明は上述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは当業者に理解されよう。

本発明による光学的速度センサ装置の構成例を示す図である。本発明による光学的速度センサ装置によって移動体の速度を計測する状態を示す図である。本発明による光学的速度センサ装置のレーザ照射装置の出力信号及び受光装置の入力信号の波形を示す図である。本発明による光学的速度センサ装置のパルス整形器の動作を説明するための図である。本発明による光学的速度センサ装置の第２の例のレーザ照射装置の出力信号及び受光装置の入力信号の波形を示す図である。本発明による光学的速度センサ装置によって移動体の移動方向を計測するための図である。本発明による光学的速度センサ装置を用いた速度取締り装置の例を示す図である。

符号の説明

３０…移動体、１０１、１０２…レーザ照射装置、１０３、１０４…変調ドライバ、１０５…位相反転器、１０６…周期信号発生器、２０１…受光装置、２０２…パルス整形器、２０３…パルスカウンタ、２０４…速度演算装置

Claims

光軸が互いに平行となるように配置され且つ位相が互いに１８０度ずれたレーザ光をそれぞれ測定対象に照射する第１及び第２のレーザ照射装置と、該第１及び第２のレーザ照射装置からのレーザ光による上記測定対象に対する反射光を重畳して受光し、その受光信号を出力する受光装置と、該受光装置からの受光信号に基づいて上記測定対象の移動速度を演算する演算部と、を有し、該演算部は、上記受光信号より、上記２つのレーザ照射装置からのレーザ光の一方による反射光のみを検出する第１の時間Ｔ１と上記２つのレーザ照射装置からのレーザ光の両方による反射光を検出する第２の時間Ｔ２と上記２つのレーザ照射装置からのレーザ光の他方による反射光のみを検出する第３の時間Ｔ３と、をそれぞれ検出し、上記第１の時間Ｔ１又は第３の時間Ｔ３に基づいて、上記測定対象の移動速度を演算することを特徴とする光学式速度センサ装置。
請求項１記載の光学式速度センサ装置において、上記演算部は上記第１及び第２のレーザ照射装置の光軸の間の距離を上記第１の時間Ｔ１又は第３の時間Ｔ３によって除算することによって上記測定対象の移動速度を演算することを特徴とする光学式速度センサ装置。
請求項１記載の光学式速度センサ装置において、上記第１及び第２のレーザ照射装置からのレーザ光は、デューティ比が１：１の矩形波であり、上記第２の時間Ｔ２では上記受光装置からの受光信号は振幅が一定の非周期信号となることを特徴とする光学式速度センサ装置。
請求項１記載の光学式速度センサ装置において、上記第１及び第２のレーザ照射装置からのレーザ光は、デューティ比が１：３（２５％）の矩形波であり、上記第２の時間Ｔ２では上記受光装置からの受光信号は上記第１の時間Ｔ１の受光信号の周期の半分の周期の信号となることを特徴とする光学式速度センサ装置。
請求項１記載の光学式速度センサ装置において、上記第１及び第２のレーザ照射装置からのレーザ光はパルス波であり、上記第２の時間Ｔ２では上記受光装置からの受光信号は上記第１の時間Ｔ１の受光信号の周期の半分の周期のパルス波信号となることを特徴とする光学式速度センサ装置。
請求項１記載の光学式速度センサ装置において、上記演算部は、上記第１のレーザ照射装置からのレーザ光の出力信号から上記受光装置からの受光信号の信号成分を除去する演算を行い、上記受光装置からの受光信号の立ち上がりタイミングにて立ち上がり上記除去する演算結果の波形信号の立ち上がりタイミングにて立ち下がる信号を生成し、該生成した信号の波形に基づいて、上記測定対象の移動方向を検出することを特徴とする光学式速度センサ装置。