JP2011064499A

JP2011064499A - 回転情報検出装置及び方法

Info

Publication number: JP2011064499A
Application number: JP2009213434A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Kai; 紀行甲斐; Yasushi Kawaguchi; 裕史川口
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 2009-09-15
Filing date: 2009-09-15
Publication date: 2011-03-31

Abstract

【課題】
小型及び軽量で、かつ使用環境によらず、高い検出精度が維持できる回転情報検出装置及び方法を提供する。
【解決手段】
回転体の周回面で反射した光を受光素子で受光して受光レベルに応じた光検出信号を生成する回転センサと、回転センサによって生成された光検出信号に応じて回転体の回転数及び回転体の回転速度のうちの少なくとも１を回転情報として演算する演算手段とを備え、演算手段は、回転体の周回面の特定部分についての反射光を受光素子が受光したとき得られるべき光検出信号に基づいた特定のパターン信号を生成するパターン信号生成手段と、回転センサによって生成された光検出信号と特定のパターン信号との波形パターンの一致を検出したとき一致信号を生成する比較手段と、一致信号の生成周期に基づいて回転情報を算出する算出手段と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、車輪等の回転体の回転数や回転速度等の回転情報を検出する回転情報検出装置及び方法に関する。

近時、自転車においてはその速度や走行距離を計測する機能が備えられたものが出てきており、その性能も向上を続けている。自転車の速度や走行距離を測定する方法としては、通常、自転車のタイヤのスポーク等の回転する回転体に磁気的又は光学的に検出することが可能な被検出部材が取り付けられ、自転車の前輪フォーク等の固定されている箇所であって、タイヤの回転時に被検出部材の移動軌道近傍に電池で動作するセンサが取り付けられる（特許文献１及び２参照）。

このようにしてセンサにより被検出部材の通過を検出し、そのときセンサから出力されるパルスに応じてそのパルスの周期を測定することにより回転体の回転数が算出される。更に、その回転数に基づいて自転車の速度や走行距離が測定されている。

特開平６３−１１８６０８号公報特開平５−２９６７９８号公報

センサ方式としては、被検出部材にマグネットを用いた磁気センサ方式が主流であるが、測定精度が悪く、かつ構造的に大きくなり更に重量もある。競技用自転車に用いる場合に、重量が重いと走行性能に影響する。

先行文献１及び２に記載されているように光学的検出の光学センサ方式の場合には、被検出部材として光反射部を用いてセンサが光反射部からの反射光を検出する構成が採用されている。しかしながら、光学センサ方式の場合には、検出を行う素子自体の種類や構造、天候等の走行時の環境変化、ＬＥＤ等の光源の発光効率低下や被検出部材の反射率低下等の経年劣化があり、用途や使用環境に対しての対策について何ら考慮されていない。

そこで、本発明が解決しようとする課題には、上記の欠点が一例として挙げられ、小型及び軽量で、かつ使用環境によらず、高い検出精度が維持できる回転情報検出装置及び方法を提供することが本発明の目的である。

請求項１に係る本発明の回転情報検出装置は、回転体の周回面で反射した光を受光素子で受光して受光レベルに応じた光検出信号を生成する回転センサと、前記回転センサによって生成された光検出信号に応じて前記回転体の回転数及び前記回転体の回転速度のうちの少なくとも１を回転情報として演算する演算手段とを備えた回転情報検出装置であって、前記演算手段は、前記回転体の周回面の特定部分についての反射光を前記受光素子が受光したとき得られるべき前記光検出信号に基づいた特定のパターン信号を生成するパターン信号生成手段と、前記回転センサによって生成された光検出信号と前記特定のパターン信号との波形パターンの一致を検出したとき一致信号を生成する比較手段と、前記一致信号の生成周期に基づいて前記回転情報を算出する算出手段と、を備えたことを特徴としている。

請求項８に係る本発明の回転情報検出方法は、回転体の周回面で反射した光を受光素子で受光する回転センサによって受光レベルに応じた生成された光検出信号に応じて前記回転体の回転数及び前記回転体の回転速度のうちの少なくとも１を回転情報として検出する回転情報検出方法であって、前記回転体の周回面の特定部分についての反射光を前記受光素子が受光したとき得られるべき前記光検出信号に基づいた特定のパターン信号を生成するパターン信号生成ステップと、前記回転センサによって生成された光検出信号と前記特定のパターン信号との波形パターンの一致を検出したとき一致信号を生成する比較ステップと、前記一致信号の生成周期に基づいて前記回転情報を算出する算出ステップと、を備えたことを特徴としている。

請求項９に係る本発明の回転情報検出装置は、回転体の周回面で反射した光を受光素子で受光して受光レベルに応じた光検出信号を生成する回転センサと、前記回転センサによって生成された光検出信号に応じて前記回転体の回転数及び前記回転体の回転速度のうちの少なくとも１を回転情報として演算する演算手段とを備えた回転情報検出装置であって、前記演算手段は、前記回転体が１回転する間に前記受光素子が前記回転体の周回面からの反射光を受光して得られるべき前記光検出信号に基づいた一周分パターン信号を生成するパターン信号生成手段と、前記回転センサによって生成された光検出信号を所定のサンプリング周期でサンプリングして過去複数のサンプリング回数分の検出波形信号として保存する保存手段と、所定のマッチング周期で、前記保存手段に保存された検出波形信号が前記一周分パターン信号のうちの波形パターンについて一致する位置を検出してその位置を示す位置情報を生成する比較手段と、前記位置情報に基づいて前記回転情報を算出する算出手段と、を備えたことを特徴としている。

請求項１５に係る本発明の回転情報検出方法は、回転体の周回面で反射した光を受光素子で受光する回転センサによって受光レベルに応じた生成された光検出信号に応じて前記回転体の回転数及び前記回転体の回転速度のうちの少なくとも１を回転情報として検出する回転情報検出方法であって、前記回転体が１回転する間に前記受光素子が前記回転体の周回面からの反射光を受光して得られるべき前記光検出信号に基づいた一周分パターン信号を生成するパターン信号生成ステップと、前記回転センサによって生成された光検出信号を所定のサンプリング周期でサンプリングして過去複数のサンプリング回数分の検出波形信号として保存する保存ステップと、所定のマッチング周期で、前記保存手段に保存された検出波形信号が前記一周分パターン信号のうちの波形パターンについて一致する位置を検出してその位置を示す位置情報を生成する比較ステップと、前記位置情報に基づいて前記回転情報を算出する算出ステップと、を備えたことを特徴としている。
している。

請求項１６に係る本発明の回転情報検出装置は、回転体の周回面で反射した光を第１受光素子で受光して受光レベルに応じた第１光検出信号を生成する第１回転センサと、前記第１受光素子の設置とは異なる位置で前記回転体の前記周回面で反射した光を第２受光素子で受光して受光レベルに応じた第２光検出信号を生成する第２回転センサと、前記第１及び第２回転センサによって生成された第１及び第２光検出信号に応じて前記回転体の回転数及び前記回転体の回転速度のうちの少なくとも１を回転情報として演算する演算手段とを備えた回転情報検出装置であって、前記演算手段は、前記第１回転センサによって生成された第１光検出信号を所定のサンプリング周期でサンプリングして過去複数のサンプリング回数分の第１検出波形信号として保存する第１保存手段と、前記第２回転センサによって生成された第２光検出信号を前記所定のサンプリング周期でサンプリングして過去複数のサンプリング回数分の第２検出波形信号として保存する第２保存手段と、前記第１検出波形信号を時間的にシフトさせてシフト後の前記第１検出波形信号と第２検出波形信号との波形パターンの時間的一致を検出する比較手段と、前記比較手段によって波形一致の検出がされたときの前記第１検出波形信号のシフト時間に基づいて前記回転情報を算出する算出手段と、を備えたことを特徴としている。

請求項２０に係る本発明の回転情報検出方法は、回転体の周回面で反射した光を第１受光素子で受光する第１回転センサと前記第１受光素子の設置とは異なる位置で前記回転体の前記周回面で反射した光を第２受光素子で受光する第２回転センサとによって受光レベルに応じた各々生成された第１及び第２光検出信号に応じて前記回転体の回転数及び前記回転体の回転速度のうちの少なくとも１を回転情報として検出する回転情報検出方法であって、前記第１回転センサによって生成された第１光検出信号を所定のサンプリング周期でサンプリングして過去複数のサンプリング回数分の第１検出波形信号として保存する第１保存ステップと、前記第２回転センサによって生成された第２光検出信号を前記所定のサンプリング周期でサンプリングして過去複数のサンプリング回数分の第２検出波形信号として保存する第２保存ステップと、前記第１検出波形信号を時間的にシフトさせてシフト後の前記第１検出波形信号と第２検出波形信号との波形パターンの時間的一致を検出する比較ステップと、前記比較ステップによって波形一致の検出がされたときの前記第１検出波形信号のシフト時間に基づいて前記回転情報を算出する算出ステップと、を備えたことを特徴としている。

請求項１及び８に係る発明の実施例を示すブロック図である。図１の回転情報検出装置の光学系部分を示す図である。図１の回転情報検出装置の比較器の動作を示すフローチャートである。パターン信号と検出波形信号とのパターンマッチング動作を示す図である。請求項９及び１５に係る発明の実施例を示すブロック図である。図５の回転情報検出装置の光学系部分を示す図である。図５の回転情報検出装置内の回転数及び速度算出部の構成を示すブロック図である。図５の回転情報検出装置内のパターンマッチング算出部の動作を示すフローチャートである。検出波形信号の時間軸調整を示す波形図である。一周分パターン信号を示す波形図である。請求項１６及び２０に係る発明の実施例を示すブロック図である。図１１の回転情報検出装置の光学系部分を示す図である。図１１の回転情報検出装置内の回転数及び速度算出部の構成を示すブロック図である。図１１の回転情報検出装置内のパターンマッチング算出部の動作を示すフローチャートである。第１及び第２検出波形信号を示す波形図である。応用例として回転情報検出装置を示すブロック図である。図１６の回転情報検出装置内のパターンマッチング算出部の動作を示すフローチャートである。図１６の回転情報検出装置において得られた今回及び前回の映像データが示す映像例を示す図である。

請求項１及び８に係る発明によれば、回転体の周回面の特定部分についての反射光を回転センサの受光素子が受光したとき得られるべき光検出信号に基づいた特定のパターン信号を生成し、回転センサによって生成された光検出信号と特定のパターン信号との波形パターンの一致を検出したとき一致信号である一致フラグを生成するので、一致フラグの生成周期に基づいて回転数及び回転速度のうちの少なくとも１からなる回転情報を高精度で算出することができる。

請求項９及び１５に係る発明によれば、受光素子を含む回転センサによって生成された光検出信号を所定のサンプリング周期でサンプリングして過去複数のサンプリング回数分の検出波形信号として保存し、所定のマッチング周期で、その保存した検出波形信号が予め用意された一周分パターン信号のうちの波形パターンについて一致する位置を検出してその位置を示す位置情報を生成するので、その位置情報に基づいて回転数及び回転速度のうちの少なくとも１からなる回転情報を高精度で算出することができる。

請求項１６及び２０に係る発明によれば、回転体の周回面で反射した光を受光する第１受光素子から得られた第１光検出信号を所定のサンプリング周期でサンプリングして過去複数のサンプリング回数分の第１検出波形信号として保存する一方、第１受光素子の設置とは異なる位置で回転体の周回面で反射した光を受光する第２受光素子から得られた第２光検出信号を所定のサンプリング周期でサンプリングして過去複数のサンプリング回数分の第２検出波形信号として保存し、第１検出波形信号を時間的にシフトさせてシフト後の第１検出波形信号と第２検出波形信号との波形パターンの時間的一致を検出するので、その時間的一致時の第１検出波形信号のシフト時間に基づいて回転数及び回転速度のうちの少なくとも１からなる回転情報を高精度で算出することができる。

また、これらの発明によれば、回転情報検出装置の構成が簡単であるので、小型かつ軽量が可能であり、更に、検出波形信号の波形パターンを他の信号の波形パターンと比較する方式であるので、反射率の低下等の使用環境によらず高い検出精度を確保することができる。

以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は請求項１及び８に係る発明の実施例として自転車に搭載される回転情報検出装置の構成を示している。この回転情報検出装置は、光源１０、受光素子１１、バッファメモリ１２、パターンメモリ１３、比較器１４、周期カウンタ１５、割算器１６及び乗算器１７を備えている。

図２に示すように、回転体である自転車のタイヤ２１の側面の一部には反射シール２２が貼り付けられている。反射シール２２はタイヤ２１に印されたメーカのロゴやスペック表示或いはマークとは区別できる特徴的な反射率のパターンからなる。

光源１０及び受光素子１１は回転センサであり、自転車のフレーム（例えば、フォーク）に固定されている。光源１０は光を発し、タイヤ２１の周回面である側面で、タイヤ２１の回転時に反射シール２２が周回する軌道上の所定角度位置を照射する。受光素子１１は光源１０によるタイヤ２１の側面の照射部分からの反射光の強度を光学的に検出してその検出強度に応じたレベルの信号を出力する受光素子である。

バッファメモリ１２、パターンメモリ１３、比較器１４、周期カウンタ１５、割算器１６及び乗算器１７が演算手段に相当する。

バッファメモリ１２は受光素子１１の出力信号のｎ（ｎは２以上の整数である）回分のサンプリング値を保持する。

パターンメモリ１３はパターン信号生成手段であり、そこには反射シール２２による反射率のパターンを示す特定のパターン信号がデータとして予め記憶されている。

比較手段である比較器１４はバッファメモリ１２に保持された受光素子１１の出力信号とパターンメモリ１３に記憶されたパターン信号とを比較することによりパターンマッチングを判別する。比較器１４はバッファメモリ１２に保持された信号とパターン信号との一致を検出すると一致フラグを出力する。

周期カウンタ１５、割算器１６及び乗算器１７が回転情報を算出する算出手段である。

周期カウンタ１５は比較器１４の出力に接続され、比較器１４から一致フラグが出力されてから、次に一致フラグが出力されるまでの時間を計測し、それを周期Ｔとして出力する。割算器１６は周期カウンタ１５から出力される周期Ｔに応じて回転数Ｎを算出する。すなわち、１／Ｔを回転数Ｎとして算出することが行われる。乗算器１７は回転数Ｎにタイヤ２１の輪径（直径）を乗算して速度Ｖを算出する。

かかる構成の回転情報検出装置においては、受光素子１１の出力信号は所定のサンプリング周期で読み取られる。サンプリング値はバッファメモリ１２に過去ｎ回分だけ保存される。よって、過去ｎ回分のサンプリング値からなる検出波形信号がバッファメモリ１２から比較器１４には供給される。

比較器１４は、図３に示すようにパターンマッチングを行う。すなわち、所定のサンプリング周期で先ず、変数Ｍを１とし（ステップＳ１）、パターンメモリ１３に記憶されたパターン信号の時間軸をＭ倍にし（ステップＳ２）、Ｍ倍後のパターン信号とバッファメモリ１２からの検出波形信号とを比較する。比較ではｎ個の同一時間ポイント各々の信号レベルに基づいて類似度の計算が行われる（ステップＳ３）。その類似度の計算の結果、類似度が所定値以上となったならば（ステップＳ４のＹＥＳ）、同一パターンとして判別したならば、一致フラグが生成される（ステップＳ５）。一方、類似度が所定値に満たない場合には（ステップＳ４のＮＯ）、変数Ｍが上限値Ａであるか否かを判別する（ステップＳ６）。Ｍ＜Ａならば、変数ＭをＭ＋ｋとする（ステップＳ７）。ｋは例えば、０．１である。そして、ステップＳ２に進んでパターンメモリ１３に記憶されたパターン信号を時間軸Ｍ倍にし、上記のステップＳ３の類似度の計算を行う。Ｍ≧Ａならば、各時間軸について類似度の計算の結果、今回のサンプリングポイントではパターンの一致はなかったとしてパターンマッチングを終了する。

比較器１４から一致フラグが出力される毎に前回の一致フラグの発生時点から今回の一致フラグの発生時点までの時間が周期カウンタ１５によって計測され、その計測時間が周期Ｔとされる。

例えば、パターンメモリ１３に記憶されたパターン信号が図４(a)に示すような波形を有し、バッファメモリ１２に保存された検出波形信号が図４(b)に示すような波形を有しているとすると、比較器１４は上記のパターンマッチングにより検出波形信号のうちの信号部分ＳＰ１〜ＳＰ３がパターン信号と類似していると判断することになる。よって、信号部分ＳＰ１〜ＳＰ３の間隔が周期Ｔとして周期カウンタ１５によって計測される。

周期Ｔは割算器１６によって回転数Ｎとされ、更に、乗算器１７によって回転数Ｎにタイヤ２１の輪径が乗算されて速度Ｖが算出される。

このように図１に示した実施例によれば、回転体であるタイヤの周回面の特定部分についての反射光を受光素子が受光したとき得られるべき光検出信号に基づいた特定のパターン信号を生成し、回転センサによって生成された光検出信号と特定のパターン信号との波形パターンの一致を検出したとき一致信号である一致フラグを生成するので、一致フラグの生成周期に基づいて回転数Ｎ及び回転速度Ｖ等の回転情報を高精度で算出することができる。また、回転情報検出装置の構成としては小型かつ軽量が可能であり、更に、波形パターンを比較する方式であるので、反射率の低下等の使用環境によらず高い検出精度を確保することができる。

なお、自転車のブレーキが操作されない限りにおいては、周期Ｔが急変することがないので、周期Ｔが少なくとも１回得られたならば、比較器１４は所定のサンプリング周期で常にパターンマッチングを行うのではなく、パターン信号と検出波形信号との波形の一致が予測できる範囲でのみパターンマッチングを行うようにしても良い。

上記の実施例においては、反射シールをタイヤに貼り付けているが、反射シールを用いないでタイヤ上のメーカのロゴ等の印字部分を特徴的なパターンとして用いても良い。

また、上記の第１の実施例においては、パターン信号の時間軸をＭ倍にしているが、パターン信号の時間軸を１／Ｍ倍にしても良い。

更に、回転情報として回転数及び回転速度の他に自転車の走行距離を算出しても良い。

また、上記の実施例におけるパターンメモリ１３に記憶された特定のパターン信号を適宜更新するようにしても良い。例えば、図１に破線Ｕで示したようにバッファメモリ１２の保存サンプリング値をパターンメモリ１３に供給することに特定のパターン信号の更新が可能である。このように特定のパターン信号を更新することにより、天候等の走行時の環境変化、光源１０の発光効率の低下や反射シール２２の反射率の低下等の経年変化が起きても精度の高いパターンマッチングが可能となり、回転情報を正確に検出することができる。

図５は請求項９及び１５に係る発明の実施例として自転車に搭載される回転情報検出装置の構成を示している。この回転情報検出装置は、光源３０、受光素子３１、バッファメモリ３２、一周分検出部３３、一周分パターンメモリ３４、パターンマッチング算出部３５、保存部３６、回転数及び速度算出部３７を備えている。

光源３０及び受光素子３１は回転センサであり、自転車のフレーム（例えば、フォーク）に固定されている。光源２０は光を発し、図６に示すように、自転車のタイヤ４１の周回面である側面でタイヤ回転中心について所定角度位置を照射する。受光素子３１は光源３０によるタイヤ４１の側面の照射部分からの反射光の強度を光学的に検出してその検出強度に応じたレベルの信号を出力する受光素子である。受光素子３１の出力信号は所定のサンプリング周期で読み取られ、読み取られた信号値は保存手段であるバッファメモリ３２に保持される。バッファメモリ３２には信号値が過去ｎ回分だけ保存され、これが所定長分の検出波形信号とされる。

一周分検出部３３及び一周分パターンメモリ３４は一周分のパターン信号を生成するパターン信号生成手段である。

一周分検出部３３はタイヤ４１が所定の回転数で１回転する間の受光素子３１の出力信号を検出する。一周分パターンメモリ３４は一周分検出部３３によって検出された一周分の信号値を一周分パターン信号として記憶する。一周分パターン信号は回転角度に対応して記憶される。なお、一周分パターン信号が実測しなくても常に一定したものであるならば、一周分検出部３３を設けることはなく、一周分パターンメモリ３４には予め定められた一周分パターン信号が記憶される。なお、タイヤ４１には図６に示したようにメーカのロゴや仕様表示等の印字部分４２が含まれており、それらが光学的に読み取られて一周分パターン信号として記憶される。

パターンマッチング算出部３５は比較手段であり、バッファメモリ３２に保持されたサンプリング値列と一周分パターンメモリ３４に記憶された一周分パターン信号値とに応じて所定のマッチング周期で類似度の算出を行い、その類似度の算出値からその保持されたサンプリング値列に対応した位置情報を生成する。位置情報は一周分パターンメモリ３４に記憶された一周分パターン信号と回転角度との対応関係に基づいて得られる角度位置である。所定のマッチング周期は所定のサンプリング周期より大である。

保存部３６並びに回転数及び速度算出部３７は回転情報を算出する算出手段である。

保存部３６はパターンマッチング算出部３５から出力される位置情報を保存する。位置情報としては少なくとも前回角度位置と今回角度位置とに応じて移動量距離が保存される。

回転数及び速度算出部３７は保存部３６に保持された前回角度位置と今回角度位置との差である移動量と所定のマッチング周期とに応じて速度Ｖ＝移動量／所定のマッチング周期を算出し、更に速度Ｖとタイヤ４１の輪径とに応じて回転数Ｎ＝速度Ｖ／輪径を算出する。回転数及び速度算出部３７は図７に示すように減算器４５と割算器４６，４７とによって構成しても良い。

かかる構成の図５の回転情報検出装置においては、受光素子３１の出力信号は所定のサンプリング周期で読み取られる。サンプリング値はバッファメモリ３２に過去ｎ回分だけ保存される。よって、過去ｎ回分のサンプリング値からなる検出波形信号がバッファメモリ３２からパターンマッチング算出部３５に供給される。

パターンマッチング算出部３５は、図８に示すように、所定のマッチング周期で先ず、変数Ｍを１とし（ステップＳ１１）、バッファメモリ３２に記憶された検出波形信号を時間軸１／Ｍ倍にして読み出し（ステップＳ１２）、位置ＣＰを初期角度位置とし（ステップＳ１３）、一周分パターンメモリ３４から位置ＣＰに対応する一周分パターン信号の一部分を読み出す（ステップＳ１４）。すなわち、ステップＳ１２においては、検出波形信号が図９(a)に示すような波形である場合には時間軸１倍ならば、そのまま読み出され、時間軸１／２倍ならば、図９(b)に示すように時間的に半分の長さの信号とされる。ステップＳ１３では一周分パターン信号の位置ＣＰに等しい角度位置からの複数ポイント分（例えば、ｎ個）の信号値を読み出すことが行われる。一周分パターン信号が例えば、図１０に示す如き波形を有しているならば、その一周分パターン信号は初期角度位置から最終角度位置まで所定角度θ毎に信号値を備えた信号である。

そして、１／Ｍ倍後の検出波形信号と読み出した一周分パターン信号の一部分とのパターンマッチング計算を行う（ステップＳ１５）。ステップＳ１５では複数の同一時間ポイント各々の信号レベルに基づいて類似度の計算が行われる。類似度の計算結果後、その類似度を位置ＣＰ及び時間軸１／Ｍと対応させて記憶し（ステップＳ１６）、位置ＣＰが最終角度位置である否かが判別する（ステップＳ１７）。最終角度位置でないならば、位置ＣＰを所定角度θだけ増加させ（ステップＳ１８）、ステップＳ１４に戻って上記のパターンマッチング計算を行う。

ステップＳ１７で最終角度位置であると判別した場合には、変数Ｍが上限値Ｂであるか否かを判別する（ステップＳ１９）。Ｍ＜Ｂならば、変数ＭをＭ＋ｋとする（ステップＳ２０）。ｋは例えば、１である。そして、ステップＳ１２に進んでバッファメモリ３２に記憶された検出波形信号を時間軸１／Ｍ倍にする。その後は上記したようにステップＳ１３以降の実行によりパターンマッチング計算を行う。

ステップＳ１９においてＭ≧Ａと判別したならば、記憶した類似度のうちの最大値となった類似度を検索し、その最大値の類似度に対応した位置ＣＰを出力する（ステップＳ２１）。位置ＣＰは保持部３６に今回角度位置として保持される。

例えば、図９(b)の如き時間軸調整後の検出波形信号は、図１０の位置Ｐ１を位置ＣＰとした場合の一周分パターン信号の一部分と一致する。この場合に算出される類似度は最大値となる。

回転数及び速度算出部３７では、先ず、保存部３６に保持された前回角度位置と今回角度位置とに応じて移動量が算出され、そして、その移動量と所定のマッチング周期とに応じて速度Ｖ＝移動量／所定のマッチング周期が算出される。更に、速度Ｖとタイヤ４１の輪径とに応じて回転数Ｎ＝速度Ｖ／輪径が算出される。

このように図５に示した実施例によれば、受光素子を含む回転センサによって生成された光検出信号を所定のサンプリング周期でサンプリングして過去ｎ回数分の検出波形信号として保存し、所定のマッチング周期で、その保存した検出波形信号が予め用意された一周分パターン信号のうちの波形パターンについて一致する位置ＣＰを検出してその位置ＣＰを示す位置情報を生成するので、その位置情報に基づいて回転数Ｎ及び回転速度Ｖ等の回転情報を高精度で算出することができる。また、回転情報検出装置の構成としては小型かつ軽量が可能であり、更に、実際に検出した検出波形信号と予め用意された一周分パターン信号との波形パターンを比較する方式であるので、反射率の低下等の使用環境によらず高い検出精度を確保することができる。

なお、この図５のパターンマッチング算出部３５の動作においては、最大値の類似度に対応した位置ＣＰを求めた後は、自転車の速度がブレーキ操作で急変しない限りにおいては次の最大値の類似度に対応した位置ＣＰを予測できるので、パターンマッチング計算を行う角度位置範囲を限定してパターンマッチング計算の回数を減少させるようにしても良い。また、予測できる位置ＣＰから遠い角度ほどｋを大きくしても良い。また、算出された類似度が所定値以上であるならば、その類似度が最大値であるとして良い。

また、図５の実施例における一周分パターンメモリ３４に記憶された一周分パターン信号を適宜更新するようにしても良い。例えば、タイヤ４１を一回転させてそのときの受光素子３１の出力信号に応じて一周分検出部３３によって検出された一周分の信号値を一周分パターン信号として一周分パターンメモリ３４に記憶させることにより行うことができる。このように一周分パターン信号を更新することにより、天候等の走行時の環境変化、光源３０の発光効率の低下やタイヤ４１の反射率の変化等の経年変化が起きても精度の高いパターンマッチングが可能となり、回転情報を正確に検出することができる。

図１１は請求項１６及び２０に係る発明の実施例として自転車に搭載される回転情報検出装置の構成を示している。この回転情報検出装置は、光源５０、受光素子５１，５２、バッファメモリ５３，５４、パターンマッチング算出部５５、回転数及び速度算出部５６を備えている。受光素子５１が第１回転センサの第１受光素子であり、受光素子５２が第２回転センサの第２受光素子である。

図１２に示すように、受光素子５１，５２はタイヤ６１の回転中心から所定の半径位置にあるタイヤ６１の周回面である側面近傍に若干離れて配置される。光源５０は光を発し、その所定の半径位置にあるタイヤ６１の側面を照射する。その照射光によるタイヤ６１からの反射光が受光素子５１，５２に各々到達するようになっている。受光素子５１，５２各々はその反射光の強度を光学的に検出してその検出強度に応じたレベルの信号を出力する。受光素子５１のタイヤ側面の検出位置を所定角度位置θ１とすると、受光素子５２のタイヤ側面の検出位置はθ１＋Δθとなる。Δθは上記の所定の距離Ｌに対応する。なお、タイヤ６１には図１２に示したようにメーカのロゴや仕様表示等の印字部分６２が含まれており、それらが光学的に読み取られる。

第１保持手段であるバッファメモリ５３は受光素子５１の出力信号のｎ回分のサンプリング値を保持し、第２保持手段であるバッファメモリ５４は受光素子５２の出力信号のｎ回分のサンプリング値を保持する。

パターンマッチング算出部５５は比較手段をなし、バッファメモリ５３に保存されたｎ回分のサンプリング値からなる第１検出波形信号と、バッファメモリ５４に保存されたｎ回分のサンプリング値からなる第２検出波形信号とに応じて波形の時間差Δｔを算出する。受光素子５１及び５２はタイヤ６１の同一側面から反射光を検出するので、第１検出波形信号及び第２検出波形信号の波形はほぼ同一波形となるが、受光素子５１及び５２の検出位置が上記のように異なることからその波形には時間的にずれが生じる。

回転数及び速度算出部５６は回転情報を算出する算出手段であり、所定の距離Ｌを時間差Δｔで割り算して速度Ｖ＝Ｌ／Δｔを算出し、更に速度Ｖとタイヤ６１の輪径とに応じて回転数Ｎ＝速度Ｖ／輪径を算出する。回転数及び速度算出部５６は図１３に示すように割算器５５，５６によって構成しても良い。

かかる構成の図１１の回転情報検出装置においては、受光素子５１，５２の出力信号は所定のサンプリング周期で読み取られる。第１受光素子５１の出力信号に対するサンプリング値はバッファメモリ５３に過去ｎ回分だけ保存される。同様に、第２受光素子５２の出力信号に対するサンプリング値はバッファメモリ５４に過去ｎ回分だけ保存される。よって、バッファメモリ５３からは過去ｎ回分のサンプリング値からなる第１検出波形信号がパターンマッチング算出部５５に供給され、バッファメモリ５４からは過去ｎ回分のサンプリング値からなる第２検出波形信号がパターンマッチング算出部５５に供給される。

パターンマッチング算出部５５は、図１４に示すように、所定のマッチング周期で先ず、時間差Δｔを初期値ｔ０に設定し（ステップＳ３１）、第１検出波形信号をバッファメモリ５３から読み出し（ステップＳ３２）、その読み出し時点から時間差Δｔだけ時間が経過した否かを判別する（ステップＳ３３）。時間差Δｔの時間経過を判別した場合には、第２検出波形信号をバッファメモリ５４から読み出し（ステップＳ３４）、ステップＳ３２で読み出した第１検出波形信号とステップＳ３４で読み出した第２検出波形信号とのパターンマッチング計算を行う（ステップＳ３５）。ステップＳ３５では複数の同一時間ポイント各々の信号レベルに基づいて類似度の計算が行われる。類似度の計算結果後、その類似度を時間差Δｔと対応させて記憶し（ステップＳ３６）、時間差Δｔが上限値Ｃである否かが判別する（ステップＳ３７）。時間差Δｔが上限値Ｃに達していないならば、時間差Δｔを所定時間だけ増加させ（ステップＳ３８）、ステップＳ３３に戻って時間差Δｔだけ時間が経過した否かを判別し、ステップＳ３４〜Ｓ３７を再実行する。

ステップＳ３７で時間差Δｔが上限値であると判別した場合には、記憶した類似度のうちの最大値となった類似度を検索し、その最大値の類似度に対応した時間差Δｔを出力する（ステップＳ３９）。

例えば、第１検出波形信号が図１５(a)に示すような波形であり、第２検出波形信号が図１５(b)に示すような波形である場合には、第１検出波形信号を時間差Δｔだけシフトさせることにより、ステップＳ３５で計算される類似度が最大値となる。

回転数及び速度算出部５６では、時間差Δｔが供給されると、所定の距離Ｌをその時間差Δｔで割ることにより速度Ｖ＝Ｌ／Δｔが算出され、更に、速度Ｖとタイヤ６１の輪径とに応じて回転数Ｎ＝速度Ｖ／輪径が算出される。

このように図１１の回転情報検出装置においては、回転体であるタイヤの周回面で反射した光を受光する第１受光素子から得られた第１光検出信号を所定のサンプリング周期でサンプリングして過去ｎ回数分の第１検出波形信号として保存する一方、第１受光素子の設置とは異なる位置でタイヤの周回面で反射した光を受光する第２受光素子から得られた第２光検出信号を所定のサンプリング周期でサンプリングして過去ｎ回数分の第２検出波形信号として保存し、第１検出波形信号を時間差Δｔだけ時間的にシフトさせてシフト後の第１検出波形信号と第２検出波形信号との波形パターンの時間的一致を検出するので、その時間的一致時の時間差Δｔに基づいて回転数Ｎ及び回転速度Ｖ等の回転情報を高精度で算出することができる。また、回転情報検出装置の構成としては小型かつ軽量が可能であり、更に、実際に検出した２つの検出波形信号の波形パターンを比較する方式であるので、反射率の低下等の使用環境によらず高い検出精度を確保することができる。

なお、この図１１のパターンマッチング算出部５５の動作においては、最大値の類似度に対応した時間差Δｔを求めた後は、自転車の速度がブレーキ操作で急変しない限りにおいては次の最大値の類似度に対応した時間差Δｔを予測できるので、パターンマッチング計算を行う角度位置範囲を限定してパターンマッチング計算の回数を減少させるようにしても良い。

図１６は本発明の応用例として自転車に搭載される回転情報検出装置の構成を示している。この回転情報検出装置は、イメージセンサ７１、映像保存部７２、パターンマッチング算出部７３、回転数及び速度算出部７４を備えている。

イメージセンサ７１は自転車の例えば、ハンドルに固定され、自転車から地面を所定の撮影周期で撮影して１フレーム分の映像データを出力する。映像保存部７２はイメージセンサ７１から出力される画像データを保存する。映像保存部７２には少なくとも今回、イメージセンサ７１から出力された画像データと所定の撮影周期前にイメージセンサ７１から出力された画像データとが保存される。

パターンマッチング算出部７３はイメージセンサ７１から出力されている映像データと、映像保存部７２に保存されている映像データとに応じて映像中の標示物の移動量を算出する。

回転数及び速度算出部７４は、移動量と所定の撮影周期とに応じて速度Ｖ＝移動量／所定の撮影周期を算出し、更に速度Ｖと自転車のタイヤの輪径とに応じて回転数Ｎ＝速度Ｖ／輪径を算出する。

かかる構成の図１６の回転情報検出装置においては、イメージセンサ７１からは所定の撮影周期で映像データが映像保存部７２及びパターンマッチング算出部７３に対して出力される。出力映像データは映像保存部７２に保持される。

パターンマッチング算出部７３は、図１７に示すように、イメージセンサ７１から供給された映像データを今回の映像データとして読み込み（ステップＳ４１）、更に、映像保存部７２に保存された映像データを読み込む（ステップＳ４２）。保存された映像データは今回の映像データに対して所定の撮影周期前にイメージセンサ７１から出力された前回の映像データである。

前回の映像データが示す画像について垂直移動量ＶＭを初期値Ｍ０とし（ステップＳ４３）、水平移動量ＨＭを初期値として左最大移動量ＭＬを設定する（ステップＳ４４）。垂直移動量ＶＭは映像の上方から下方への画素単位の移動量であり、Ｍ０≦ＶＭ≦ＭＵである。Ｍ０は例えば、０である。水平移動量ＨＭは映像の左右方向への画素単位の移動量であり、ＭＬ≦ＨＭ≦ＭＲである。例えば、−左最大移動量ＭＬ＝右最大移動量ＭＲである。

前回の映像データを垂直移動量ＶＭ及び水平移動量ＨＭで定まるベクトル方向に映像を移動させて映像データを再構成し（ステップＳ４５）、今回の映像データと再構成した前回の映像データとの類似度を算出する（ステップＳ４６）。類似度の計算結果後、その類似度を垂直移動量ＶＭ及び水平移動量ＨＭと対応させて記憶し（ステップＳ４７）、水平移動量ＨＭが右最大移動量ＭＲ以上である否かが判別する（ステップＳ４８）。水平移動量ＨＭが右最大移動量ＭＲに達していないならば、水平移動量ＨＭを１画素分の移動量だけ増加させ（ステップＳ４９）、ステップＳ４５に戻って上記のように前回の映像データの再構成を行って、ステップＳ４６〜Ｓ４８を再実行して類似度を算出する。

ステップＳ４８において水平移動量ＨＭが右最大移動量ＭＲであるならば、垂直移動量ＶＭが下最大移動量ＭＵ以上である否かが判別する（ステップＳ５０）。垂直移動量ＶＭが下最大移動量ＭＵに達していないならば、垂直移動量ＶＭを１画素分の移動量だけ増加させ（ステップＳ５１）、ステップＳ４４に戻って上記の動作を繰り返して類似度を算出する。ステップＳ５０において垂直移動量ＶＭが下最大移動量ＭＵであるならば、記憶した類似度のうちの最大値となった類似度を検索し、その最大値の類似度に対応した垂直移動量ＶＭ及び水平移動量ＨＭを得る（ステップＳ５２）。垂直移動量ＶＭ及び水平移動量ＨＭ位置に応じてベクトル量を移動量として回転数及び速度算出部７４に出力する（ステップＳ５３）。

車両が前方に移動した場合には、例えば、前回及び今回の映像データが図１８に示すような映像を示すならば、垂直移動量ＶＭだけが検出されるので、それがそのまま移動量として出力される。

回転数及び速度算出部７４では、先ず、その出力された移動量と所定の撮影周期とに応じて速度Ｖ＝移動量／所定の撮影周期が算出される。更に、速度Ｖとタイヤの輪径とに応じて回転数Ｎ＝速度Ｖ／輪径が算出される。

このように図１６の回転情報検出装置においては、イメージセンサで地面を撮影し、その撮影映像を示す映像データ（今回の映像データ）と所定の撮影周期前の映像データ（前回の映像データ）とを得て、前回の映像データが示す画像を垂直移動量ＶＭ及び水平移動量ＨＭで定まるベクトル方向にを移動させて映像データを再構成し、今回の映像データと再構成した前回の映像データとの類似度に応じて映像中の地面上の物体やラインの一致を検出することにより、その一致物の移動量を求めることが行われる。よって、その移動量に基づいて回転数Ｎ及び回転速度Ｖ等の回転情報を高精度で算出することができる。

なお、図１、図５、図１１及び図１６の装置中の受光素子又はイメージセンサを含む光学系以外の演算手段の部分をコンピュータによって構成しても良い。

１０，３０，５０光源
１１，３１，５１，５２受光素子
１４比較器
１５周期カウンタ
２１，４１タイヤ
２２反射シール
３５，５５，７３パターンマッチング算出部
３７，５６，７４回転数及び速度算出部
７１イメージセンサ

Claims

回転体の周回面で反射した光を受光素子で受光して受光レベルに応じた光検出信号を生成する回転センサと、
前記回転センサによって生成された光検出信号に応じて前記回転体の回転数及び前記回転体の回転速度のうちの少なくとも１を回転情報として演算する演算手段とを備えた回転情報検出装置であって、
前記演算手段は、前記回転体の周回面の特定部分についての反射光を前記受光素子が受光したとき得られるべき前記光検出信号に基づいた特定のパターン信号を生成するパターン信号生成手段と、
前記回転センサによって生成された光検出信号と前記特定のパターン信号との波形パターンの一致を検出したとき一致信号を生成する比較手段と、
前記一致信号の生成周期に基づいて前記回転情報を算出する算出手段と、を備えたことを特徴とする回転情報検出装置。
前記比較手段は、前記特定のパターン信号の時間軸を調整し、調整後の前記特定のパターン信号と前記回転センサによって生成された光検出信号との一致を検出することを特徴とする請求項１記載の回転情報検出装置。
前記回転体の側面の特定部分には反射シールが貼り付けられ、前記反射シールからの反射光を前記受光素子が受光したとき得られるべき前記光検出信号は前記特定のパターン信号と一致することを特徴とする請求項１記載の回転情報検出装置。
前記算出手段は、前記一致信号の生成周期を計測する周期カウンタと、前記生成周期の逆数に応じて前記回転数を算出する割算器と、前記回転数と前記回転体の直径とを乗算して前記回転体の回転速度を算出する乗算器とを備えることを特徴とする請求項１記載の回転情報検出装置。
前記回転体は車両の車輪であることを特徴とする請求項１記載の回転情報検出装置。
前記回転センサは前記回転体の側面を照射する光源を備えることを特徴とする請求項１記載の回転情報検出装置。
前記パターン信号生成手段は前記光検出信号に基づいて前記特定のパターン信号を更新して生成することを特徴とする請求項１記載の回転情報検出装置。
回転体の周回面で反射した光を受光素子で受光する回転センサによって受光レベルに応じた生成された光検出信号に応じて前記回転体の回転数及び前記回転体の回転速度のうちの少なくとも１を回転情報として検出する回転情報検出方法であって、
前記回転体の周回面の特定部分についての反射光を前記受光素子が受光したとき得られるべき前記光検出信号に基づいた特定のパターン信号を生成するパターン信号生成ステップと、
前記回転センサによって生成された光検出信号と前記特定のパターン信号との波形パターンの一致を検出したとき一致信号を生成する比較ステップと、
前記一致信号の生成周期に基づいて前記回転情報を算出する算出ステップと、を備えたことを特徴とする回転情報検出方法。
回転体の周回面で反射した光を受光素子で受光して受光レベルに応じた光検出信号を生成する回転センサと、
前記回転センサによって生成された光検出信号に応じて前記回転体の回転数及び前記回転体の回転速度のうちの少なくとも１を回転情報として演算する演算手段とを備えた回転情報検出装置であって、
前記演算手段は、前記回転体が１回転する間に前記受光素子が前記回転体の周回面からの反射光を受光して得られるべき前記光検出信号に基づいた一周分パターン信号を生成するパターン信号生成手段と、
前記回転センサによって生成された光検出信号を所定のサンプリング周期でサンプリングして過去複数のサンプリング回数分の検出波形信号として保存する保存手段と、
所定のマッチング周期で、前記保存手段に保存された検出波形信号が前記一周分パターン信号のうちの波形パターンについて一致する位置を検出してその位置を示す位置情報を生成する比較手段と、
前記位置情報に基づいて前記回転情報を算出する算出手段と、を備えたことを特徴とする回転情報検出装置。
前記比較手段は、前記検出波形信号の時間軸を調整し、調整後の前記検出波形信号と前記前記一周分パターン信号との一致位置を検出することを特徴とする請求項９記載の回転情報検出装置。
前記算出手段は、前記位置情報に応じて前記所定のマッチング周期における前記回転体の移動量を算出する手段と、前記移動量を前記所定のマッチング周期で割り算して前記回転体の回転速度を算出する割算器と、前記回転速度を前記回転体の直径で割り算して前記回転数を算出する乗算器とを備えることを特徴とする請求項９記載の回転情報検出装置。
前記回転体は車両の車輪であることを特徴とする請求項９記載の回転情報検出装置。
前記回転センサは前記回転体の側面を照射する光源を備えることを特徴とする請求項９記載の回転情報検出装置。
前記パターン信号生成手段は前記光検出信号に基づいて前記一周分パターン信号を更新して生成することを特徴とする請求項９記載の回転情報検出装置。
回転体の周回面で反射した光を受光素子で受光する回転センサによって受光レベルに応じた生成された光検出信号に応じて前記回転体の回転数及び前記回転体の回転速度のうちの少なくとも１を回転情報として検出する回転情報検出方法であって、
前記回転体が１回転する間に前記受光素子が前記回転体の周回面からの反射光を受光して得られるべき前記光検出信号に基づいた一周分パターン信号を生成するパターン信号生成ステップと、
前記回転センサによって生成された光検出信号を所定のサンプリング周期でサンプリングして過去複数のサンプリング回数分の検出波形信号として保存する保存ステップと、
所定のマッチング周期で、前記保存手段に保存された検出波形信号が前記一周分パターン信号のうちの波形パターンについて一致する位置を検出してその位置を示す位置情報を生成する比較ステップと、
前記位置情報に基づいて前記回転情報を算出する算出ステップと、を備えたことを特徴とする回転情報検出方法。
回転体の周回面で反射した光を第１受光素子で受光して受光レベルに応じた第１光検出信号を生成する第１回転センサと、
前記第１受光素子の設置とは異なる位置で前記回転体の前記周回面で反射した光を第２受光素子で受光して受光レベルに応じた第２光検出信号を生成する第２回転センサと、
前記第１及び第２回転センサによって生成された第１及び第２光検出信号に応じて前記回転体の回転数及び前記回転体の回転速度のうちの少なくとも１を回転情報として演算する演算手段とを備えた回転情報検出装置であって、
前記演算手段は、前記第１回転センサによって生成された第１光検出信号を所定のサンプリング周期でサンプリングして過去複数のサンプリング回数分の第１検出波形信号として保存する第１保存手段と、
前記第２回転センサによって生成された第２光検出信号を前記所定のサンプリング周期でサンプリングして過去複数のサンプリング回数分の第２検出波形信号として保存する第２保存手段と、
前記第１検出波形信号を時間的にシフトさせてシフト後の前記第１検出波形信号と第２検出波形信号との波形パターンの時間的一致を検出する比較手段と、
前記比較手段によって波形一致の検出がされたときの前記第１検出波形信号のシフト時間に基づいて前記回転情報を算出する算出手段と、を備えたことを特徴とする回転情報検出装置。
前記算出手段は、前記第１回転センサについての前記回転体の周回面での光反射位置から前記第２回転センサについての前記回転体の周回面での光反射位置までの距離を前記シフト時間で割り算して前記回転体の回転速度を算出する割算器と、前記回転速度を前記回転体の直径で割り算して前記回転数を算出する乗算器とを備えることを特徴とする請求項１６記載の回転情報検出装置。
前記回転体は車両の車輪であることを特徴とする請求項１６記載の回転情報検出装置。
前記第１及び第２回転センサは前記回転体の側面を照射する共通の光源を備えることを特徴とする請求項１６記載の回転情報検出装置。
回転体の周回面で反射した光を第１受光素子で受光する第１回転センサと前記第１受光素子の設置とは異なる位置で前記回転体の前記周回面で反射した光を第２受光素子で受光する第２回転センサとによって受光レベルに応じた各々生成された第１及び第２光検出信号に応じて前記回転体の回転数及び前記回転体の回転速度のうちの少なくとも１を回転情報として検出する回転情報検出方法であって、
前記第１回転センサによって生成された第１光検出信号を所定のサンプリング周期でサンプリングして過去複数のサンプリング回数分の第１検出波形信号として保存する第１保存ステップと、
前記第２回転センサによって生成された第２光検出信号を前記所定のサンプリング周期でサンプリングして過去複数のサンプリング回数分の第２検出波形信号として保存する第２保存ステップと、
前記第１検出波形信号を時間的にシフトさせてシフト後の前記第１検出波形信号と第２検出波形信号との波形パターンの時間的一致を検出する比較ステップと、
前記比較ステップによって波形一致の検出がされたときの前記第１検出波形信号のシフト時間に基づいて前記回転情報を算出する算出ステップと、を備えたことを特徴とする回転情報検出方法。