JP2007192780A - 空間フィルタ方式の速度検出装置及び空間フィルタ方式の速度検出装置の速度検出方法 - Google Patents

空間フィルタ方式の速度検出装置及び空間フィルタ方式の速度検出装置の速度検出方法 Download PDF

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Abstract

【課題】路面が濡れているか否かに関わらず、速度検出が可能な空間フィルタ方式の速度検出装置及び空間フィルタ方式の速度検出装置の速度検出方法を提供する。
【解決手段】空間フィルタ方式の速度検出装置で、検出光Lを投光する投光部10の光源部12よりも路面G側に投光側偏光フィルタ13を設け、路面Gからの反射光LGを受光する受光素子25よりも路面G側に受光側偏光フィルタ22を設けた。投光部10は、検出光Lとして直線偏光光を投射し、受光側偏光フィルタ22の偏光方向は、水面Wからの反射光LWの偏光方向と直交する方向に設けることにより、水面W等の強反射面からの反射光LWに多く含まれる偏光成分を遮断し、路面Gからの反射光LGのみを受光素子に受光させることを可能とし、濡れた路面での速度検出を可能にした。
【選択図】図1

Description

本発明は、路面に検出光を投射し、路面からの反射光を受光して空間フィルタ処理を行うことにより、路面ムラを信号として抽出して路面に対する相対速度を検出する空間フィルタ方式の速度検出装置及びその速度検出方法に関するものである。
従来、この種の空間フィルタ方式の速度検出装置としては、特許文献1に示されるように、光を投射して路面や軌道上の小石、砂、アスファルト等の様々な大きさの粒子やタイヤ跡による不規則な模様(以下、路面ムラという)から、特定の間隔で整然と並ぶ成分だけを見つけ出し、その反射ムラ(色ムラ、凹凸ムラ等)を信号として抽出して、速度を検出する装置が知られている。
この空間フィルタ方式の速度検出装置は、自動車等のブレーキ性能(制動性能)を測定する制動試験(ブレーキ試験)等に用いられることが多いが、雨天時等の摩擦係数が特に低い路面(低μ路)等を再現するために、試験路に水を撒いて行う場合には、以下のような理由により、路面のムラ信号がうまく検出できず、速度測定が困難であるという問題があった。
一般的に路面からの反射光は弱く、しかも、路面ムラによる反射光量の変動(この変動情報に空間周波数信号成分が含まれている)は極めて微小であるのに対して、路面に撒かれた水の表面からの反射光は、路面からの反射光よりも光量が大きいため、従来の空間フィルタ方式の速度検出装置では、水面からの反射光によって路面のムラ模様が見え難くなり、路面からの反射光に含まれる情報を検出する妨げとなることが理由の1つに挙げられる。
また、空間フィルタ方式の速度検出装置では、路面からの反射光を受光して結像する受光素子は、その結像面に2系列(A相,B相)の櫛型受光素子を一対とする差動構造を持たせているので、A相、B相に均一に入った反射光は、差動処理により打ち消され、信号検出に悪影響を及ぼさない。
この差動効果が十分に働く条件として、受光素子全面に 安定して均一に入光することが必要である。しかし、路面に撒かれた水は、揺れる等して完全な静止状態にはないため、水面で反射した光が受光素子のA相、B相に不均一に入光する。このため受光素子上で、極めて大きな光量変動を起こしてしまい、差動効果も殆ど働かないため、路面ムラによる反射光量の変動を検出できないことも、理由に挙げられる。
このような理由のため、空間フィルタ方式の速度検出装置による濡れた路面での速度測定は非常に困難であった。
特公昭55−45865号公報
本発明の課題は、路面が濡れているか否かに関わらず、速度を検出できる空間フィルタ方式の速度検出装置及び空間フィルタ方式の速度検出装置の速度検出方法を提供することである。
本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施例に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。
請求項1の発明は、路面(G)に検出光(L)として直線偏光光を投光する投光部(10)と、前記路面からの反射光(LG)を受光する受光素子(25)と、前記受光素子よりも前記路面側に設けられ、前記路面からの反射光を透過し、前記路面よりも前記検出光を強く反射する強反射面(W)からの反射光(LW)の少なくとも一部を遮断する強反射面反射光遮断部と、を備える空間フィルタ方式の速度検出装置である。
請求項2の発明は、請求項1に記載の空間フィルタ方式の速度検出装置において、前記強反射面反射光遮断部は、前記強反射面(W)からの反射光(LW)に多く含まれる偏光成分を遮断する受光側偏光フィルタ(22)であること、を特徴とする空間フィルタ方式の速度検出装置である。
請求項3の発明は、路面(G)に検出光(L)として直線偏光光を投光する投光部(10)と、前記路面からの反射光(LG)を受光する受光素子(25)と、前記受光素子よりも前記路面側に設けられた受光側偏光フィルタ(22)と、を備える空間フィルタ方式の速度検出装置である。
請求項4の発明は、請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の空間フィルタ方式の速度検出装置において、前記投光部(10)は、光を発光する光源部(12)と、前記光源部よりも前記路面側に設けられた投光側偏光フィルタ(13)と、を有すること、を特徴とする空間フィルタ方式の速度検出装置である。
請求項5の発明は、請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の空間フィルタ方式の速度検出装置において、前記投光側偏光フィルタ(13)及び/又は前記受光側偏光フィルタ(22)は、その偏光方向を調節可能であること、を特徴とする空間フィルタ方式の速度検出装置である。
請求項6の発明は、請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の空間フィルタ方式の速度検出装置において、前記投光部(10)は、特定の波長域の直線偏光光を投光すること、を特徴とする空間フィルタ方式の速度検出装置である。
請求項7の発明は、請求項6に記載の空間フィルタ方式の速度検出装置において、前記投光部(10)は、干渉フィルタ(14)を有し、前記干渉フィルタを通過した光を検出光(L)として投光すること、を特徴とする空間フィルタ方式の速度検出装置である。
請求項8の発明は、請求項6に記載の空間フィルタ方式の速度検出装置において、前記投光部(10)には、発光ダイオード又は半導体レーザを用いること、を特徴とする空間フィルタ方式の速度検出装置である。
請求項9の発明は、路面(G)に対して検出光(L)を投射し、前記路面からの反射光(LG)を受光素子(25)により受光して空間フィルタ処理を行うことにより、前記路面に対する相対速度を検出する空間フィルタ方式の速度検出装置の速度検出方法において、前記路面に対して直線偏光光を前記検出光として投射し、前記受光素子側へ反射する前記反射光(LG,LW)の内で、前記路面よりも前記検出光を強く反射する強反射面(W)からの反射光(LW)に多く含まれる偏光成分を、受光側偏光フィルタ(22)により遮断すること、を特徴とする空間フィルタ方式の速度検出装置の速度検出方法である。
本発明によれば、以下の効果を奏することができる。
(1)強反射面反射光遮断部は、受光素子よりも路面側に設けられ、路面からの反射光は透過するが、路面よりも検出光を強く反射する強反射面からの反射光は遮断するので、路面ムラの情報を有する路面からの反射光を受光素子に受光させることができる。従って、路面の状態に関わらず、速度を検出できる。
(2)強反射面反射光遮断部は、強反射面からの反射光に多く含まれる偏光成分を遮断する受光側偏光フィルタであるので、汎用の偏光フィルタを用いて簡単な構成とすることができ、生産コストを低く抑えることができる。
(3)投光部は、路面に検出光として直線偏光光を投射し、受光側偏光フィルタは、路面からの反射光を受光する受光素子よりも路面側に設けられているので、信号の抽出に必要な路面からの反射光以外の反射成分を遮断することができる。また、受光側偏光フィルタは、汎用のものを用いて簡単な構成とすることができ、生産コストを低く抑えることができる。
(4)投光部は、光を発光する光源部と、光源部よりも路面側に設けられた投光側偏光フィルタとを有するので、光源部に汎用品を用いても検出光を任意の直線偏光光として投光することができる。
(5)投光側偏光フィルタ及び/又は受光側偏光フィルタは、その偏光方向を調節可能であるので、測定時の路面の状態に応じて、水面等の強反射面からの反射光の偏光成分を遮る方向にその偏光方向を調節できる。よって、測定条件に合わせて、常に最良の状態で測定を行うことができ、安定して正確な測定ができる。
(6)投光部は、特定の波長域の直線偏光光を投光するので、波長の広がりが反射光の偏光方向に及ぼす影響を減らすことができ、水面等の強反射面からの反射光の偏光方向を略一方向に揃えることができる。従って、受光側偏光フィルタによって、強反射面からの反射光を遮断しやすくなる。
(7)投光部は、干渉フィルタを有し、干渉フィルタを通過した光を検出光として投光するので、検出光は特定の波長域となる。従って、水面等の強反射面からの反射光の偏光方向を略一方向に揃えることができるので、受光側偏光フィルタによって、強反射面からの反射光を遮断しやすくなる。また、干渉フィルタは、汎用品を用いることができ、生産コストを抑えることができる。
(8)投光部には、発光ダイオード又は半導体レーザを用いるので、検出光の波長域は狭く、水面等の強反射面からの反射光の偏光方向は略同一方向となる。従って、受光側偏光フィルタによって、強反射面からの反射光を遮断しやすくなる。
本発明は、路面の状態によらず、速度を検出できる空間フィルタ方式の速度検出装置及び空間フィルタ方式の速度検出装置の速度検出方法を提供するという目的を、検出光を投光する投光部の光源部よりも路面側に投光側偏光フィルタを設け、路面からの反射光を受光する受光素子よりも路面側に受光側偏光フィルタを設けることにより、水面等の強反射面からの反射光に多く含まれる偏光成分を遮断し、路面からの反射光のみを受光素子に受光させることにより実現した。
図1は、本発明による空間フィルタ方式の速度検出装置の実施例を示す図である。
本実施例の空間フィルタ方式の速度検出装置1は、投光部10と受光部20とを有し、ホルダ30により、自動車等の不図示の計測車両の車体に固定して使用される。
投光部10は、路面に対して検出光を投光する部分であり、投光部本体11、光源部12、投光側偏光フィルタ13、干渉フィルタ14等を備えている。
投光部本体11は、金属等で形成された略円筒形状の部材であり、投光部本体11の一端は、ホルダ30により固定されている。光源部12は、投光側コネクタ15を介して供給される電力を用いて検出光を発光する部分であり、本実施例では、ハロゲンランプが用いられている。
投光側偏光フィルタ13は、特定の偏光方向を有する直線偏光光のみを通過させる機能を有する略円形の部材である。投光側偏光フィルタ13は、投光部本体11の光源部12よりも路面G側に、その中心が投光部本体11の中心軸と一致するように設けられ、円周方向に回転させることにより偏光方向を適宜調節可能に設けられている。また、この投光側偏光フィルタ13は、汎用の偏光フィルタを用いることができる。光源部12が発光する光は、この投光側偏光フィルタ13を通過することにより、任意の1つの偏光方向を有する直線偏光光となる。
干渉フィルタ14は、光源部12が発光する光のうち、特定の波長域の光のみを通過させるバンドパス機能を有する略円形の部材であり、投光部本体11の光源部12よりも路面G側に設けられている。なお、本実施例では、この干渉フィルタ14は、図1に示すように、投光側偏光フィルタ13よりも光源部12側に設けられる例を示したが、干渉フィルタ14は、投光側偏光フィルタ13よりも路面G側に設けてもよく、特に限定されるものではない。
受光部20は、検出光Lの内の路面Gで反射された反射光LGを受光する部分である。
受光部本体21は、金属等で形成された略円筒形状の部材であり、受光側偏光フィルタ22、対物レンズ23、スリット24、受光素子25等を備えている。
受光側偏光フィルタ22は、投光側偏光フィルタ13と略同様の偏光フィルタであり、その形状は略円形である。受光側偏光フィルタ22は、受光部本体21の受光素子25よりも路面G側に、その中心が受光部本体21の中心軸と一致するように設けられ、円周方向に回転させることにより、その偏光方向を適宜調節可能に設けられている。この受光側偏光フィルタ22は、その偏光方向を水面W等の強反射面からの反射光LWの偏光方向と垂直をなすように調節することにより、検出光Lの路面Gからの反射光LGは透過し、水面W等の強反射面からの反射光LWは遮断する強反射面反射光遮断部として働く。
また、受光側偏光フィルタ22は、投光側偏光フィルタ13と同様に、汎用の偏光フィルタを用いることができる。
対物レンズ23は、受光素子25と受光側偏光フィルタ22との間に設けられ、受光部本体21内部に入射した反射光LGを結像する部分である。
なお、本実施例では、図1に示すように、この受光側偏光フィルタ22は、対物レンズ23と路面Gとの間であり、受光素子25とは反対側の位置に設けられる例を示したが、これに限らず、受光側偏光フィルタ22は、対物レンズ23の内側で、スリット板24との間に設けてもよく、特に限定されるものではない。
スリット板24は、対物レンズ23の焦点となる位置に設けられたスリットを有する板状の部材であり、そのスリットの幅は約1mmである。このスリット板24は、スリットの長手方向が、後述する受光素子25の格子列と平行な方向(計測車両の進行方向と直交する方向)となるように設けられている。
図2は、受光素子25の結像系を説明する図である。
受光素子25は、路面Gからの反射光LGを受光して結像し、光電流を発生させ、その変化を電気信号として出力する部分である。この受光素子25は、図2に示すように2系列の櫛型受光素子25a,25b(A相,B相)を一対とする差動構造をしており、その格子ピッチは1.0mmである。
図2に示す光学系では、対物レンズ23に対する受光素子25の位置関係、対物レンズ23から路面Gまでの距離、対物レンズ23の焦点距離によって、光学系の倍率が決定される。本実施例では、光学系倍率が約1/2.3となるような位置関係であり、焦点距離150mmの対物レンズ23、及び、受光素子25が配置されているため、計測車両の移動によって、路面Gの表面模様の中から約2.3mmごとの等間隔のムラ模様が最も高い感度で抽出され、光電流変化を発生させることになる。
図1に戻り、プリアンプ26は、受光素子25から得られた電気信号を増幅する部分である。
受光側コネクタ27は、プリアンプ26により増幅された電気信号を不図示の演算部に伝達する部分である。
図3は、本発明による空間フィルタ方式の速度検出装置の実施例の測定原理を説明する模式図である。
本実施例では、一例として、路面Gに水を撒き、低μ路での計測車両の制動試験を行う場合の速度測定について説明する。
投光部10は、光源部12が発した光を干渉フィルタ14、投光側偏光フィルタ13を通過させているため、特定の波長域であり、投光側偏光フィルタ13によって規定された偏光方向(例えば、図3中の矢印A方向)を有する直線偏光光である検出光Lとして路面Gに投光する。
検出光Lは、一部が水面Wで反射する反射光LWとなり、一部が路面Gで反射する反射光LGとなる。水面Wからの反射光LW、路面Gからの反射光LGは、それぞれ、受光部20側へ反射する。
ここで、路面Gからの反射光LGと水面からの反射光LWの偏光状態について説明する。
反射による偏光方向は、反射面が鏡面であるか、粗面であるか、反射面への入射角度、入射光の波長、反射材料の屈折率等により変化する。
スリット板24のスリットを通過して受光素子25へ到達する反射光LWについては、反射面となる水面Wへの入射角度と反射角度とが等しい特定の角度となる光である。従って、本実施例の空間フィルタ方式の速度検出装置では、反射面への入射角度については考慮しなくてよい。
光の波長に関して、検出光Lの波長域の広がりが反射光の偏光方向に与える影響はもともとさほど大きくはないので、干渉フィルタ14を設けなくとも、測定は可能である。しかし、本実施例では、干渉フィルタ14により、検出光Lは、その波長域が特定されているので、反射による偏光方向の変化が、その波長の広がりによって受ける影響は略無いに等しい。
しかし、路面Gからの反射光LG、水面Wからの反射光LWは、路面Gと水面Wとの屈折率が異なることにより、それぞれ異なる偏光状態となる。すなわち、水面Wからの反射光LWは、局所的にみると平面を有する鏡面から反射された光と考えられること、水の屈折率は略一定であることから、略一定の偏光方向(例えば、図3中の矢印B方向)を有する直線偏光光であると考えられる。一方、路面Gからの反射光LGは、路面Gを形成する砂、小石、アスファルト、タイヤ跡等、様々な屈折率及び表面粗さで形成された粗面からの反射光となるので、その偏光方向は一様ではなく、様々な方向の偏光方向(図3中、矢印C方向)を有する乱反射状態であると考えられる。
そこで、受光側偏光フィルタ22の取り付け角度を、予め、その偏光方向が水面Wからの反射光LWの偏光方向と略直交する方向となるように調節すれば、水面Wからの反射光LWは、受光側偏光フィルタ22により遮断できる。
前述のように、路面Gからの反射光LGは、様々な偏光方向を含むため、水面Wからの反射光LWの偏光方向と一致した偏光方向を有する成分は受光側偏光フィルタ22により遮断されるが、それ以外の殆どの成分は受光側偏光フィルタ22を透過する。
受光側偏光フィルタ22を透過した路面Gからの反射光LGは、対物レンズ23により集光され、対物レンズ23の焦点の位置に設けられたスリット板24を通過した光だけが受光素子25に到達する構造となっている。スリット板24に設けられたスリットは、約1mmと極めて幅の狭い形状であり、しかも、対物レンズ23の焦点位置に配置されているため、反射光LGの結像倍率も路面Gと受光素子25との距離に左右され難く、焦点深度も深くなり、受光素子25上で鮮明に結像される。
計測車両が移動することにより、受光素子25上に結像した光の反射ムラが移動して、光電流変化が生じる。
受光素子25の格子の間隔ピッチに対して比較的小さな反射ムラや、大きな反射ムラは、櫛型構造による平均化作用と、A相,B相の2相構造の素子系による差動効果により、その光電流の変化は打ち消されてしまう。
しかし、格子の間隔ピッチに合った反射ムラ(2.3mm間隔)では、A相,B相のそれぞれの素子に大きな光電流変化が生じるうえに、差動効果に対しても半位相ずれているために打ち消し合うことがない。従って、電気信号として、素子構造と光学系で定まる特定の反射ムラ(2.3mmごとのムラ)だけを抽出することができる。
この電気信号は、プリアンプ26により増幅され、受光側コネクタ27を通して不図示の演算部に送られる。演算部は、電気信号をバンドパス・フィルタに通して波形整形し、パルス列に変換して計数する。
これにより、特定時間中又は特定区間中の計数値に2.3mmをかければ、計測車両の速度又は移動距離を求めることが可能となる。
本実施例によれば、路面Gよりも強く検出光Lを反射する水面W等の強反射面からの反射光LWのみを遮断し、路面Gからの反射光LGのみを受光素子25へ到達させることができるので、計測を行う路面が濡れているか否かに関わらず、計測車両の速度を検出することができる。
また、投光側偏光フィルタ13、受光側偏光フィルタ22は、偏光方向を調節可能であるので、計測を行う路面の状況に応じて、信号抽出の妨げとなるような水面Wからの反射光LW等を遮断する方向に、その偏光方向を合わせることができる。従って、路面の状況によらず、安定して計測を行うことができる。
干渉フィルタ14は、検出光Lの波長域を特定の領域に限定することができるので、水面Wからの反射光LWの偏光方向を略一方向に揃えることができる。従って、受光側偏光フィルタ22によって、水面Wからの反射光LWを遮断しやすくできる。
投光側偏光フィルタ13、受光側偏光フィルタ22、干渉フィルタ14は、それぞれ汎用の偏光フィルタ、干渉フィルタを用いることができるので、製造が容易であり、生産コストを抑えることができる。
(変形例)
以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の均等の範囲内である。
本実施例において、発光部12は、ハロゲンランプである例を示したが、これに限らず、例えば、発光ダイオード又は半導体レーザを用いてもよい。これらは波長域が極めて狭いので、干渉フィルタ14を省略でき、生産コストを低減できる。また、直線偏光光を発光するHe−Neレーザ等を光源部として用いれば、投光側偏光フィルタ13も設けずともよい。
本発明による空間フィルタ方式の速度検出装置の実施例を示す図である。 受光素子25の結像系を説明する図である。 本発明による空間フィルタ方式の速度検出装置の実施例の測定原理を説明する模式図である。
符号の説明
1 空間フィルタ方式の速度検出装置
10 投光部
11 投光部本体
12 光源部
13 投光側偏光フィルタ
14 干渉フィルタ
15 投光側コネクタ
20 受光部
21 受光部本体
22 受光側偏光フィルタ
23 対物レンズ
24 スリット板
25 受光素子
26 プリアンプ
27 受光側コネクタ
30 ホルダ
G 路面
W 水面
L 検出光
LW 水面からの反射光
LG 路面からの反射光

Claims (9)

  1. 路面に検出光として直線偏光光を投光する投光部と、
    前記路面からの反射光を受光する受光素子と、
    前記受光素子よりも前記路面側に設けられ、前記路面からの反射光を透過し、前記路面よりも前記検出光を強く反射する強反射面からの反射光の少なくとも一部を遮断する強反射面反射光遮断部と、
    を備える空間フィルタ方式の速度検出装置。
  2. 請求項1に記載の空間フィルタ方式の速度検出装置において、
    前記強反射面反射光遮断部は、前記強反射面からの反射光に多く含まれる偏光成分を遮断する受光側偏光フィルタであること、
    を特徴とする空間フィルタ方式の速度検出装置。
  3. 路面に検出光として直線偏光光を投光する投光部と、
    前記路面からの反射光を受光する受光素子と、
    前記受光素子よりも前記路面側に設けられた受光側偏光フィルタと、
    を備える空間フィルタ方式の速度検出装置。
  4. 請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の空間フィルタ方式の速度検出装置において、
    前記投光部は、光を発光する光源部と、
    前記光源部よりも前記路面側に設けられた投光側偏光フィルタと、
    を有すること、
    を特徴とする空間フィルタ方式の速度検出装置。
  5. 請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の空間フィルタ方式の速度検出装置において、
    前記投光側偏光フィルタ及び/又は前記受光側偏光フィルタは、その偏光方向を調節可能であること、
    を特徴とする空間フィルタ方式の速度検出装置
  6. 請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の空間フィルタ方式の速度検出装置において、
    前記投光部は、特定の波長域の直線偏光光を投光すること、
    を特徴とする空間フィルタ方式の速度検出装置。
  7. 請求項6に記載の空間フィルタ方式の速度検出装置において、
    前記投光部は、干渉フィルタを有し、前記干渉フィルタを通過した光を検出光として投光すること、
    を特徴とする空間フィルタ方式の速度検出装置。
  8. 請求項6に記載の空間フィルタ方式の速度検出装置において、
    前記投光部には、発光ダイオード又は半導体レーザを用いること、
    を特徴とする空間フィルタ方式の速度検出装置。
  9. 路面に対して検出光を投光し、前記路面からの反射光を受光素子により受光して空間フィルタ処理を行うことにより、前記路面に対する相対速度を検出する空間フィルタ方式の速度検出装置の速度検出方法において、
    前記路面に対して直線偏光光を前記検出光として投射し、
    前記受光素子側へ反射する前記反射光の内で、前記路面よりも前記検出光を強く反射する強反射面からの反射光に多く含まれる偏光成分を、受光側偏光フィルタにより遮断すること、
    を特徴とする空間フィルタ方式の速度検出装置の速度検出方法。

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JP2016004545A (ja) * 2014-06-19 2016-01-12 住友電工システムソリューション株式会社 光ビーコン

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