JPH01202667A - 非接触型速度検出装置 - Google Patents

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］ この発明は、交通機関等の移動物体に搭載して対地速度
を検出したり、製紙業のライン速度検出装置のように所
定位置に配置して紙の移動速度を検出したりするのに利
用される非接触型速度検出装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来から、被速度検出物の速度を非接触状態で検出する
装置として、空間フィルタを利用した速度検出装置があ
る。

この種の装置として、本出願人は特願昭６２−１０８１
０６＠にて示す装置を提案している。これは、第６図及
び第７図に示すように、被速度検出物１の反射光がレン
ズ２を介して空間フィルタＦにて受光されるが、この空
間フィルタＦは光を受光する受光素子３を複数個互いに
平行となるように同一面内に配列し、その複数の受光素
子３のうち１つおきに設けられた受光索子３を第１の受
光素子群Δｎとし、その第１の受光素子群Ａｎの受光素
子３の間に設けられる受光素子３を第２の受光素子群３
ｎとしている。そして、前記第１の受光素子群へ〇のう
ちその１つおきに設けられた受光素子３を第１の検出素
子群Ａ２ｎ−１とするとともに、第１の受光素子群へ〇
の残りの受光素子３を第２の検出素子群Ａ２ｎとし、一
方、前記第２の受光素子群１３ｎのうちその１つおきに
設けられた受光素子３を第３の検出素子群Ｂ２ｎ−１と
するとともに、第２の受光素子群Ｂｎの残りの受光素子
３を第４の検出素子群３２ｎとする。この各検出素子群
内において隣接する受光素子３は所定のピッチＰをもっ
て離れており、又、グループ化された第１の受光素子群
Ａｎの各受光素子間の間隔及び第２の受光素子群３ｎの
各受光素子間の間隔はともに同一間隔（Ｐ／２）となる
ように配置されている。さらに、前記第１の受光素子群
Ａｎと第２の受光素子群３ｎとは前記ピッチＰより小さ
いズレ距１１ｔＤをもって離間している。

そして、各受光素子３の受光口に応じて出力される電流
出力は電流電圧変換器４にて電圧に変換され、各加算器
５にて第１〜第４の検出素子群Ａ２ｎ−１，Ａ２ｎ、　
３２ｎ−１，３２ｎにおける各受光素子３の出力が加算
される。ざらに、第１の差動演算回路６にて第１の検出
素子群Ａ２ｎ−１での出力と第２の検出素子群Ａ２ｎで
の出力が差動的に合成され信号ΦＡが出力されるととも
に、第３の検出素子群３２ｎ−１での出力と第４の検出
素子群Ｂ２ｎでの出力が差動的に合成されて信号ΦＢが
出力される。

さらに、第２の差動演算回路７にてその信号ΦＡとΦＢ
とが差動的に合成され両者の差が演算される。即ち、第
８図に示すように信号のＡと信号ΦＢとを入力して差動
信号ΦＣを出力する。

そして、この第２の差動演算回路７での差動信号ΦＣは
ゼロ点を中心に撮幅するので速度演算回路８でＵロクロ
ス点等を基準として周期Ｔが検出される。この周期Ｔは
走行速度Ｖに対し次式の関係が成立するので周期Ｔを走
行速度Ｖに変換して速度Ｖが求められる。

Ｔ＝　（Ｐ／ｍＶ＞　　　・・・（１）ただし、ｍは光
学系倍率である。

この装置においては、中心周波数を抽出するためのトラ
ッキングフィルタを使用することなく、第２の差動演算
回路７により低域ノイズが除去された差動信号ΦＣによ
り速度検出を行なうことができるものである。

さらに、この装置を用いて、移動方向く走行方向）を算
出するために、位相比較回路９で前記信号ΦＡとΦＢを
入力し、両信号ΦＡ、ΦＢの位相を比較し両信号ΦＡ、
ΦＢの位相のズレ方向（進み・遅れ）を判断することに
より移動方向を求めることができる。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、上述した速度検出装置においては、ピッチＰ
〉ズレ距＠Ｄの条件があり、又、受光素子３の幅Ｗの関
係で素子の受光部分に干渉がおきないようにする等の受
光素子群Ａｎ、Ｂｎの配置が規制されてしまっていた。

この発明の目的は上記問題点を解消し、移動方向の検出
が可能で、かつ受光素子群の配置を緩和できる非接触型
速度検出装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ この発明は上記目的を達成すべく、被速度検出物の反射
光を入力するレンズと、前記レンズの光軸上に設けられ
、受光素子を一定ピッチで複数互いに平行になるように
同一平面内に配設した第１の空間フィルタと、前記レン
ズと第１の空間フィルタとの間の光軸上に配置した半透
鏡と、前記半透鏡の反射位置において同半透鏡により形
成される第２の光軸に対し一定距離を隔てて設けられ、
受光素子を一定ピッチで複数互いに平行になるように同
一平面内に配設した第２の空間フィルタと、前記第１の
空間フィルタの受光素子のうちの１つおきに設Ｃブられ
た受光素子から合成された出力信号と、当該第１の空間
フィルタの受光素子の残りの受光素子から合成された出
力信号とを差動的に合成する第１の差動処理手段と、前
記第２の空間フィルタの受光素子のうちの１つあきに設
けられた受光素子から合成された出力信号と、当該第２
の空間フィルタの受光素子の残りの受光素子から合成さ
れた出力信号とを差動的に合成する第２の差動処理手段
と、前記第１の差動処理手段の出力信号と第２の差動処
理手段の出力信号を入力して両信号の位相を比較してそ
の位相のズレ方向により被速度検出物の移動方向を検出
する移動方向検出手段と、前記第１の差動処理手段の出
力信号と第２の差動処理手段の出力信号を入力して両信
号を差動的に合成し、その差動信号に基づいて被速度検
出物の移動速度を検出する移動速度検出手段とを面えた
非接触型速度検出装置をその要旨とするものである。

［作用］ 被速度検出物の反射光がレンズ及び半透鏡を介して第１
及び第２の空間フィルタに受光され、第１の差動処理手
段にてその第１の空間フィルタの受光素子のうちの１つ
おきに設けられた受光素子から合成された出力信号と、
残りの受光素子から合成された出力信号とが外勤的に合
成されるとともに、第２の差動処理手段にて第２の空間
フィルタの受光素子のうちの１つおきに設けられた受光
素子から合成された出力信号と、残りの受光素子から合
成された出力信号とが差動的に合成される。

このように合成された両信号は、第１と第２の空間フィ
ルタとはその先軸に対し一定距離だけズしているので被
速度検出物の反射光もその間を移動するだけズしている
。

、そして、移動方向検出手段が第１の差動処理手段の出
力信号と第２の差動処理手段の出力信号を入力して両信
号の位相を比較してその位相のズレ方向により被速度検
出物の移動方向を検出するととともに、移動速度検出手
段が第１の差動処理手段の出力信号と第２の差動処理手
段の出力信号を入力して両信号を差動的に合成し、その
差動信号に基づいて被速度検出物の移動速度を検出する
。

［実施例］ 以下、本発明を被速度検出物である道路に対して相対的
に移動する車両に搭載した非接触型速度検出装置に具体
化した一実施例を図面に従って説明する。

第１図に示すように、被速度検出物１１に対し非接触型
速度検出装置１２が一定間隔をおいて配置されている。

この非接触型速度検出装置１２はそつ遮光シールド（ケ
ース）１３がＴ字型の筒状に形成され、その遮光シール
ド１３の被速度検出物１１と対向する下部開口部にはレ
ンズ１４が固定ざ１被速度検出物１１の反射光は同レン
ズ１４を介して遮光シールド１３内に入力される。又、
遮光シールド１３内には半透鏡（ハーフミラ−）１５が
レンズ１４の光軸りに対し４５度の角度で配置されてい
る。

従って、この半透＠１５によりレンズ１４の光軸りは直
進側光軸Ｌ１とその直進側光軸Ｌ２と直交する第２の光
軸としての反射側光軸Ｌ２の２つに分割される。

遮光シールド１３内の上部にはレンズ１４の直進側光軸
Ｌ１に直交する第１の空間フィルタ１６が配設されてい
る。この空間フィルタ１６は、第２図に示すように長方
形を成す複数個の受光素子１３を互いに平行に配設して
、当該受光素子１７の一端を１つおきに接合して一対の
櫛形フィルタＦ１．Ｆ２を形成している。この一対の櫛
形フィルタＦｌ、Ｆ２の各受光素子１７のピッチをＰと
すると櫛形フィルタＦｌ、Ｆ２のズレ距離はＰ／２とな
るように配置され、各受光素子部が受光窓１８内に配置
されている。

又、前記半透鏡１５の反射位置において同半透鏡１５に
より形成される反射側光軸Ｌ２に対し一定距離Ｄ１を隔
てて第２の空間フィルタ１９が配置されている。これは
前記第２図に示す第１の空間フィルタ１６と同様の構成
を成し、複数個の受光素子１７を互いに平行に配設して
、当該受光素子１７の一端を１つおきに接合してなる一
対の櫛形フィルタＦ１．Ｆ２よりなっている。

前記第１の空間フィルタ１６は、その一対の櫛形フィル
タＦ１．Ｆ２には電流電圧変換器２０ａ。

２０ｂがそれぞれ接続されるとともに、その各電流電圧
変換器２０ａ、２０ｂには第１の差動処理手段としての
差動演算回路２１ａが接続されている。よって、櫛形フ
ィルタＦ１．Ｆ２が被速度検出物１１からの反射光を受
光すると、その櫛形フィルタ上１内部で１つおきの受光
＾子１７の出力が加算（合成）されるとともに橢形フィ
ルタＦ２の内部で残り受光素子１７の出力が加算（合成
）され、各櫛形フィルタＦ１．Ｆ２の受光素子１７の受
光量に応じて電流電圧変換器２０ａ、２０ｂにて電気信
号に変換され、差動演算回路２１ａにて差動的に合成さ
れ信号Φ１を出力する。

同様に、前記第２の空間フィルタ１９も、その一対の櫛
形フィルタＦ１．Ｆ２には電流電圧変換器２０Ｃ，２０
ｄがそれぞれ接続されるとともに、その各電流電圧変換
器２０Ｃ，２０ｄには第２の差ｖＪ処理手段としての差
動演算回路２１ｂが接続されている。よって、櫛形フィ
ルタＦｌ、Ｆ２が被速度検出物１１からの反射光を受光
すると、その櫛形フィルタ上１内部で１つおきの受光素
子１７の出力が加算（合成）されるとともに櫛形フィル
タＦ２の内部で残り受光索子１７の出力が加算（合成）
され、各櫛形フィルタＦｌ、Ｆ２の受光素子１７の受光
量に応じて電流電圧変換器２０Ｃ，２０ｄにて電気信号
に変換され、差動演算回路２１ｂにて差動的に合成され
信号Φ２を出力する。

又、シュミット回路２２ａ、２２ｂは前記第１の空間フ
ィルタ１６の出力信号による信号Φ１及び第２の空間フ
ィルタ１９の出力信号による信号Φ２をそれぞれ入力し
、その各信号をパルス信号ＳＧＩ、ＳＧ２にして出力す
る。移動方向検出手段としての位相比較回路２３は各シ
ュミット回路２２ａ、２２ｂから信号ＳＧＩとＳＧ２を
入力し、両信号の位相を比較してその位相のズレ方向に
より被速度検出物１１の移動方向を検出する。

又、移動速度検出手段を構成する差動演算回路２４は、
前記第１の空間フィルタ１６の出力信号による信号Φ１
及び第２の空間フィルタ１９の出力信号による信号Φ２
を入力し、両信号を差動的に合成し差動信号Φ３を出力
する。移動速度検出手段を構成する速度演算回路２５は
その差動信号Φ３を入力しその信号の周期Ｔを求めると
ともにその周期Ｔから速度■を演算する。

次に、このように構成した非接触型速度検出装置の作用
を説明する。

被速度検出物１１からの反射光はレンズ１４と半透鏡１
５により第１及び第２の空間フィルタ１６．１９に結像
される。そして、各空間フィルタ１６．１９内において
櫛形フィルタ上１内部で受光素子１７の出力が加算（合
成）されるとともに櫛形フィルタＦ２の内部で受光素子
１７の出力が加算（合成）される。そして、各櫛形フィ
ルタＦ１．Ｆ２の受光素子１７の受光口に応じて電流電
圧変換器２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄにて電気信号
に変換され、さらに、差動演算回路２１ａ、２１ｂにて
第３図に示すように受光量に応じたレベルの信号Φ１．
Φ２が出力される。その信号の１．Φ２は各シュミット
回路２２ａ。

２２ｂにて２値化が行なわれ第４図（ａ）、（ｂ）に示
すようなパルス信＠ＳＧ１．ＳＧ２が１ｑられる。

そして、位相比較回路２３にて両パルス信丹ＳＧＩ、Ｓ
Ｇ２の立上がりの差が求められる。このパルス信号ＳＧ
１．ＳＧ２の立上がりのズレ方向は第１及び第２の空間
フィルタ１６．１９への被速度検出物１１の反射光の前
後関係に一致する。

よって、この位相比較回路２３にて位相の遅れ時間τの
正負（±τ）が検出され、例えば第４図（ａ）のとき前
進状態と、又、第４図（ｂ）のとき後進状態と判断され
る。

このとき、第１と第２の空間フィルタ１６，１９は結像
条件として光軸Ｌ１．Ｌ２に対し距離Ｄ１だけ相対的に
ズしているため２つの空間フィルタ１６．１９の信号の
間には、遅れ時間τ＝Ｄｉ／（ｍＶ）の関係が成立する
。ここで、そのズレ距離Ｄ１をＤｉ＜（Ｐ／２＞とすれ
ば、空間フィルタ出力特性（周波数ｆ＝　（ｍＶ）／Ｐ
）より の関係が導かれる。従って、Ｄｉ＜（Ｐ／２）とするこ
とにより遅れ時間τは出力信号Φ１．Φ２の半周期以内
の遅れにすることができ、両信号ＳＧ１．ＳＧ２の位相
の比較は単純に比較するだけでよく位相の補正等する必
要がなく容易に行なえる。

又、差動演算回路２４は前記信号の１．Φ２を入力して
両信号を差動的に合成し差動信号Φ３を出力する。即ち
、被速度検出物１１の表面のムラの大小により低域ノイ
ズの影響が大きく残るためＳ／Ｎ比を向上さヒ、Ｓ／Ｎ
比を大幅に改善している。速度演算回路２５はその差動
信号Φ３の周期Ｔをゼロクロス等により求め前記（１〉
式により速度Ｖを演算する。この処理は前記第８図に示
した信号ΦＡ、ΦＢから差動信号ΦＣを得てその信号Φ
Ｃの周期Ｔを求めてその周期Ｔから速度Ｖを演算する処
理と同じものである。

このように本実施例の非接触型速度検出装置は、別の空
間に一定距離（ズレ距離Ｄｉ＞を有する第１と第２の空
間フィルタ’１６．１９を設けた構造としたので、第７
図に示す従来の装置においては同一平面に受光素子を配
設していたため受光素子群Ａｎ、３ｎの配置に規制があ
ったが、そのようなことがなくズレ距離りが任意に設定
できることとなる。又、第７図に示すズレの条件（Ｐ＞
Ｄ＞での受光素子の幅Ｗの関係で素子の受光部分に干渉
が起こらないように配置に制約があった（ズレ距離りに
任意性がない）が本実施例の装置ではそのようなことが
回避できる。又、本実施例では一般的によく使用される
一対の櫛形フィルタＦ１゜Ｆ２を備えた２つの空間フィ
ルタ１６．１９を使用したので、この装置を作る上では
その購入・製作等を容易に行なうことができ低コスト化
を図ることができる。

尚、この発明は上記実施例に限定されるものでなく、例
えば、第５図に示すように半透鏡１５の角度を光軸りに
対し４５度のままの状態で移動させることによりズレ距
離Ｄ１を形成させるようにしてもよい。この場合、２つ
の空間フィルタ１６゜１９の位置決めを容易に行なうこ
とができ、２つの空間フィルタ１６．１９間のズレ距離
を可変とするのに都合がよい。

［発明の効果］ 上述したようにこの発明によれば、移動方向の検出が可
能で、かつ受光素子群の配置を緩和できる優れた効果を
発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の非接触型速度検出装置の断面図、第
２図は空間フィルタを示す図、第３図は差動演算回路か
ら出力される波形を示す図、第４図（ａ）、（ｂ）はシ
ュミット回路から出力される波形を示す図、第５図は切
倒の非接触型速度検出装置の断面図、第６図は従来の非
接触型速度検出装置を説明するための図、第７図は従来
の非接触型速度検出装置を説明するための図、第８図は
差動処理を説明するための波形を示す図である。 １１は被速度検出物、１２は非接触型速度検出装置、１
４はレンズ、１５は半透鏡、１６は第１の空間フィルタ
、１７は受光素子、１９は第２の空間フィルタ、２１ａ
は第１の差動処理手段としての差動演算回路、２１ｂは
第２の差動処理手段としての差動演算回路、２３は移動
方向検出手段としての位相比較回路、２４は移動速度検
出手段を構成する差動演算回路、２５は移動速度検出手
段を構成する速度演算回路、Ｄｌはズレ距離、Ｆ２は第
２の光軸としての反射側光軸。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被速度検出物の反射光を入力するレンズと、前記レ
   ンズの光軸上に設けられ、受光素子を一定ピッチで複数
   互いに平行になるように同一平面内に配設した第１の空
   間フィルタと、 前記レンズと第１の空間フィルタとの間の光軸上に配置
   した半透鏡と、 前記半透鏡の反射位置において同半透鏡により形成され
   る第２の光軸に対し一定距離を隔てて設けられ、受光素
   子を一定ピッチで複数互いに平行になるように同一平面
   内に配設した第２の空間フィルタと、 前記第１の空間フィルタの受光素子のうちの１つおきに
   設けられた受光素子から合成された出力信号と、当該第
   １の空間フィルタの受光素子の残りの受光素子から合成
   された出力信号とを差動的に合成する第１の差動処理手
   段と、 前記第２の空間フィルタの受光素子のうちの１つおきに
   設けられた受光素子から合成された出力信号と、当該第
   ２の空間フィルタの受光素子の残りの受光素子から合成
   された出力信号とを差動的に合成する第２の差動処理手
   段と、 前記第１の差動処理手段の出力信号と第２の差動処理手
   段の出力信号を入力して両信号の位相を比較してその位
   相のズレ方向により被速度検出物の移動方向を検出する
   移動方向検出手段と、前記第１の差動処理手段の出力信
   号と第２の差動処理手段の出力信号を入力して両信号を
   差動的に合成し、その差動信号に基づいて被速度検出物
   の移動速度を検出する移動速度検出手段と を備えた非接触型速度検出装置。