JPH01311279A - 速度測定方法および装置 - 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〕 本発明は速度測定方法および装置に関する。この方法お
よび装置は乗り物の地表上速度を測定す出力間の相互相
関を用いることが知られている。

各センサは光感度要素、例えば凸レンズの焦点に配設さ
れるホトトランジスタを含む。センサは乗り物の長手方
向に離して一定間隔に設けられ、そのレンズの光学軸は
垂直になっている。乗り物の移動中、センサは地表に沿
って同一経路から反射光を受けるが、第１センサがその
岐路上に各点の像を造る時間と、第２のセンサがその点
の像を造る時間との間に時間遅れを有する。２つのセン
サの出力を相互相関することによって、時間遅れは検知
され、地表速度はその時間遅れおよび既知のセンサ間隔
から計算される。

相互相関技術は正確でかつ信顛性が高く、地表に関し、
例えば乗り物の通常移動中のサスペンションによって生
ずるセンサの高さ変化によって影響されない。しかしな
がら、相互相関は大量の計算を必要とし、速度測定、特
に乗り物に搭載するアンチスキッド装置としては高価で
、遅くかつ不適当である。

乗り物地表速度を測定する別の技術は添付図の第１図で
説明するように知られている。この技術は光検出器３の
直前に配置された空間フィルタを介して、検出器３に道
路の表面２の地表を映すレンズを含む。道路表面２上の
レンズ高さが実質的に一定ならば、光検出器の出力信号
は空間フィルタ４の空間周波数ＦＳおよび道路表面２に
関する速度■に比例する周波数のサイン波に近い。この
技術の実際的に不利な点は、この高さが実質的には変化
するということである。比例定数はＢ／Ｈに等しい。こ
こにＢはレンズ１およびフィルタ４の間の距離であり、
Ｈは道路表面上のレンズ高さである。また、レンズは大
口径、例えば約３０ｍｍの直径をもたなければならなく
、光検出器の光有感表面は相対的に大きくなければなら
ないので、相対的に高価なコンポーネントを使用するこ
とが求められる。該コンポーネントは正確に位置ぎめさ
れ、使用前には正確に較正されなければならないので、
製造上不便で高価になる。

これらの不利な点のいくつかは添付図の第２図に説明す
る構成によって解決される。この構成では、２つのイン
ターデイジット形配列１０の光検出器が単一の大光検出
器および分離空間フィルタの平面に使用され、同じ機能
を行う差動増幅器１１の反転および非反転入力端に接続
される。各配列には信号レベルを高める前置増幅器１２
．１３が設けられている。高さとは無関係に速度測定を
するために、光学スリット１４がレンズ１およびレンズ
の焦点にある配列１００間に配設される。差動増幅器１
１の出力端における生の、すなわち未処理信号Ｓｒの基
本周波数は次のように与えられる： ｆ＝（Ａ／Ｆ）　　・　ＦＳ　・■、 ここにＡはスリット１４および配列１０の間の距離であ
り、Ｆはレンズ１の焦点距離であり、ＦＳおよび■は上
述で定義したものと同様である。

第２図は方形波出力Ｓｓを与える比較器１５および出力
信号ＳＶを与え、その電圧が測定速度を表わす周波数／
電圧変換器１６を含む可能信号処理手段を説明する。

スリット１４の存在は第２図の構成を高さ変化の鈍い感
度にするけれども、スリット１４は光検出器の配列ＩＯ
に道路表面２から反射される光の量を徹底的に減少させ
る。このため配列の出力信号の信号対雑音比が大幅に減
少し、再び大形で高価なレンズの使用が要求される。光
の損失補償は、表面照明の強度を高め、例えば、強力光
源１７および１８を設けることによって、なしうる。し
かしながら、このため、実質的にはシステムの価格が高
くなり、またシステムの信頼性を、光源の信頼性および
寿命に依存させることになる。同様に、この構成は、ま
た、種々のコンポーネントが相互に正確な関係で組み立
てられねばならないという不利な点を受ける。

発明の第１の特徴によれば、共働表面の連続領域から実
質的に平行な経路に沿って通過する光を見えるように配
設された多数の光検出器を含み、該光検出器が第１およ
び第２のセットに配設され、第１のセットの光検出器が
共働する表面の互い違いの領域をみるように配設され；
また第１のセントの光検出器の合成出力および第２のセ
ットの光検出器の合成出力の間の差を形成する手段を含
む速度測定装置が設けられる。既に公知になった構成で
使用されている大きくかつ高価なレンズなしで済ますこ
とが可能になる。共働する表面例えば地表の照明は通常
必要であるが、速度測定を高さと無関係にするために、
スリットを使用することを必要としないから、第２図に
示す種類の構成によって要求されるより強い照射を設け
ることば必要でない。光検出器は平行な光経路に沿って
地表をみるため、地表に対する光検出器の高さ変動は速
度測定に影響を及ぼさない。速度は差を形成する手段の
出力信号の周波数によって表され、その周波数は光検出
器および地表の間の相対運動連動および光検出の空間周
波数の積に等しい。空間周波数が隣接光検出器の間の相
互間隔に等しいときには、通常、光検出器は速度を測定
する等間隔直線配列に構成されている。しかしながら、
他の構成、例えば回転速度を測定するために円弧に沿っ
に進行する光に応答することが好ましい。各光検出器は
地表の領域をみるが、該領域は地表上品さにはかかわり
なく一定の形状および面積からなり、別の光検出器によ
ってみられるいかなる他の領域とも重複しない。このよ
うに差を形成する手段の出力信号は高さの変動に対して
完全に感度がなくなる。すなわち、収束レンズの焦点に
配置された光有感トランスジューサとして各光検出器を
配設することによって達成される。しかしながら、実際
には、光の感度を光検出器からプリズムビームまで制限
することは困難であり、ビームの収束または発散はスピ
ード測定の高さ独立を妥協させずに許容されうる。実際
に起りそうないかなる高さに対しても、光検出器がみる
領域は重複していないことが好ましい。しかしながらこ
のことは動作を修正するには本質的ではなく、そのみる
領域の重複は許容される。そのみる領域は同一でないこ
とが必要である。重複の許容程度は装置、地表および他
の因子の特別構成に依存しまた任意の特別の位置に対し
て容易に確定される。

光学スリットは各光検出器の前面に配置されるのが好ま
しい。このスリットは光検出器のビームを形成する助け
となり有益であるが受光量を実質的に制限するほど必ず
しも小さくなく、また十分な地表照明を与える特別測定
を要求する。

差形成手段の出力信号のうち望ましくない信号の成分が
空間フィルタの側部によって生ずるのをさけるため、合
成出力に対する光検出器の個々の寄与は端部光検出器に
関して中央部光検出器の寄与を強−するように加重され
うる。すなわち光学スリットが設けられるところでは、
中央部光検出器のスリットを端部光検出器のスリットよ
りも広くすることによって、以上のことが達成されうる
。

他には、すなわち端部光検出器の出力信号よりも中央部
光検出器の出力信号により大きい利得を与えることによ
って達成されうる。

差形成手段は差動増幅器を含むことが好ましい。

差動増幅器の出力端はその出力端が比較器の入力端に接
続されるバンドパスフィルタの入力端に接続される。こ
の信号処理は、計数または他の処理に便宜である矩形ま
たは方形波信号になる。周波数／電圧変換器は比較器の
出力端に接続され、そのレヘルが速度に比例する信号を
供給する。

本発明の第２の特徴によれば、多数の共働する地表の第
１の領域から多数の平行第１経路に沿って通過する光を
検出することによって第１の合成出力を形成すること、
第１の領域と互い違いであって、多数の共働する地表の
第２の領域から第１の光経路に平行な多数の第２の光経
路に沿って通過する光を検出することによって第２の合
成出力を形成すること、また第１および第２の合成出力
間の差を形成することからなる速度測定方法を提供する
ことである。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説
明する。

第３図に示す装置は乗り物の地表速度を測定することを
企図し、例えば、アンチスキッド（アンチホイール−ロ
ック）ブレーキシステムまたは道路案内用途を目的とす
る。地表は２０と示され、装置が搭載される乗り物の速
度■は矢印で指示される。

装置は箱２１を含み、該箱２１の下面には、多数のスリ
ット、例えば乗り物の移動方向に対して横方向に伸張す
る２２が設けられている。スリット２２は別にして、箱
は軽く堅固にできている。

スリット２２のそれぞれの後方には光検出器が位置し、
該光検出器は収束レンズ２３および該レンズの焦点位置
にあるホトトランジスタ２４を含む。

好ましい実施例では１０個の光検出器が設けられるがこ
のうち６個だけが明確化の理由のために第３図に示され
ている。好ましい実施例ではホトトランジスタ２４およ
びレンズ２３のそれぞれは多くの市場から入手可能な型
番０Ｐ８４３の素子によって設けられる。レンズ２３は
ホトトランジスタ２４の光感度域が焦点にある一体プラ
スチックレンズによって設けられる。

光検出器は乗り物の移動方向に平行に伸張する直線配列
として構成される。光検出器およびスリット２２は等間
隔にあり、８Ｍの間隔ならば満足するが示された。スリ
ット２２幅は１および５　ｍｍの間にあり、全て等しく
てもよい。しかしながら、スリットおよび光検出器によ
って形成される空間フィルタの側部の効果を除去するた
めに、スリット幅は、配列の二つの端でのスリット最大
値から中間のスリット最大値まで変化する。例えば、１
０個の光検出器のときには、各方向の最も内部の１対の
スリットは５Ｍ幅を有し、次のスリットは４ｍｍ幅を有
し、等々により各端部のスリットは１ｍｍ幅を有する。

レンズ２３の光学軸が相互に平行で乗り物に設けられた
装置と共に垂直下方向に伸張するように光検出器は構成
される。ホトトランジスタ２４の感度域の寸法が有限な
ために、光検出器は光学軸に平行に進行する光だけでな
く、例えば２５のように光の円錐によって指示されるビ
ーム内の収束経路に沿って進行する光にも応答する。各
ホトトランジスタ２４の前面にあるスリット２２および
レンズ２３を含む光学系によって、主として各ビームの
広がりは形成される。実際に出合いそうであって、地表
上の先箱２１の下面全高さ例えば乗り物のサスペンショ
ンによる垂直移動の広がりに対して、乗り物の移動方向
に等間隔で連続的である光検出器が地表面の非重複領域
を見るような構成になっている。

光検出器は２セツト配設されている。２セツトの第１は
前置増幅器２６に接続され、第２は前置増幅器２７に接
続される。光検出器の第１のセットは乗り物の移転方向
に一つ置きの光検出器を含み、第２のセットは残りの光
検出器を含み、そのため第１セツトの光検出器とは互い
違いになる。

前置増幅器２６および２７は差動増幅器２８の反転およ
び非反転入力端に接続される。装置が使用状態にあり、
乗り物が移動中の時該差動増幅器２８の出力端はサイン
波に似た信号を生成する。

この信号はバンドパスフィルタ２９によって、フィルタ
にかけられる。該バンドパスフィルタの出力信号は矩形
波又は方形波出力を生成する比較器３０へ供給される。

比較器３０の出力信号は周波数／電圧変換器３１へ供給
される。比較器３０の出力は計数目的、例えば、速度の
ディジタル表示を設けるために使用される。変換器３１
の出力は速度のアナログ表示を駆動するために使用され
うる。

光検出器の構成は、高価な光学系の必要性を回避し、製
造上不利な点はない。ホトｌ−ランジメタ２４と一体に
設けられたレンズ２３はスリント２２と共に光検出器の
ビームを形成するのに十分であり、光検出器は対応スリ
ット２２を介して垂直下方向をみるように確実に構成さ
れることが必要であるにすぎない。この構成は容易にか
つ低廉に製造可能で、光検出器は相対的に低廉な標準コ
ンポーネントからなる。光検出器の実効口径は相対的に
大きく、また、地表照明は通常に要求されるけれども強
い地表面照明を設ける特別構成を必要としない。

第４ａ図は光検出器ならびに前置増幅器２６および２７
を説明する。第１のセントのホトトランジスタのコレク
タは正電源を受ける端子４０に接続されている。ホトト
ランジスタ２４のエミンタは共に接続され、図中に接地
によって示される共通供給線路に接続される。ホトトラ
ンジスタのエミンタは、演算増幅器の非反転入力端に接
続され、該演算増幅器は前置増幅器２６を形成し、単位
利得バッファとして構成され、該前置増幅器２６の出力
端はその反転入力端に接続される。ホトトランジスタの
第２のセットには負荷抵抗４２が設けられ、これらのト
ランジスタおよび前置増幅器２７はホトトランジスタの
第１のセットに関してと同様に接続される。

前置増幅器２６および２７の出力端は第４ｂ図に示され
る差動増幅器２８の反転および非反転入力端にそれぞれ
接続される。差動増幅器は演算増幅器５０、抵抗５１〜
５４ならびにコンデンサ５５および５６を含む。

演算増幅器５１の出力端はバンドパスフィルタ２９に接
続される。バンドパスフィルタ２９は演算増幅器６０を
含み、該演算増幅器６０の非反転入力端は共通供給線路
に接続され、また前記演算増幅器６０の反転入力端は直
列のコンデンサ６１および抵抗６３を介して演算増幅器
５０の出力端に接続され、並列の抵抗６２およびコンデ
ンサ６４によって演算増幅器の出力端に接続される。

比較器３０は反転入力端がバンドパスフィルタ２９の出
力端に接続される比較器積分回路６５を含む。積分回路
６５の出力端は負荷抵抗６６を介して正電源線路に接続
され直列接続の抵抗６７および６８を介して共通供給線
路に接続される。非反転入力端は抵抗６７および６８の
間の接続点に接続され、この構成は比較器のいくつかの
動作ヒステリシスを与え、確実に動作を安定にする。

所望の動作形態によって、２つの可能な出力構成がある
。もし、パルスを生成すること、例えば計数を目的とし
てスピードのディジタル表示を設けることが装置に要求
されるならば、比較器３０からの出力端は周波数計数器
（図示しない）に接続される。これに代って、又は付加
的に、もし電圧又はレヘルがスピードに対応する信号を
生成すること、例えばアナログ表示を設けることが装置
に要求されるならば、比較器３０の出力端は第３図に示
す周波数／電圧変換器３１に接続される。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように本発明によれば、２セツトの
互い違いに配設された光検出器の合成出力の差信号は速
度を表し、その差信号の地表高さに対する感度を鈍くし
たので、製造上不利な点をもたずに、高価な光学系の使
用を回避でき、乗り物に対する利用性を高めるという効
果が期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来の速度測定装置を図解的に説
明する図、 第３図は本発明の好ましい実施例を構成する速度測定装
置を示す図、 第４ａ図および第４ｂ図は第３図の装置の部分回路を示
す図である。 図において、 ２０・・・共働する地表、　　２２・・・スリット、２
３・・・収束レンズ、　　　２４・・・光検出器、２５
・・・平行経路、　　　　２８・・・差形成手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、共働する表面（２０）の連続領域から実質的に平行
   な経路（２５）に沿って通過する光をみるように配設さ
   れた多数の光検出器（２４）を含み、該光検出器が第１
   および第２のセットに設けられ、該第１のセットの光検
   出器が、共働する表面の互い違い領域をみるように配設
   され、 光検出器（２４）からなる第１のセットの合成出力およ
   び光検出器（２４）からなる第２のセットの合成出力の
   間の差を形成する手段を含むことを特徴とする速度測定
   装置。 ２、光検出器（２４）が等間隔で直線配列に配設される
   ことを特徴とする請求項１に記載の速度測定装置。 ３、各光検出器（２４）がプリズムビーム内を進行する
   光に応答することを特徴とする請求項１または２に記載
   の速度測定装置。 ４、光検出器が収束レンズ（２３）の焦点に配置された
   光有感度のトランスジューサ（２４）を含むことを特徴
   とする請求項３に記載の速度測定装置。 ５、光学スリットが各光検出器の前面に配置されること
   を特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の速度測定
   装置。 ６、第１および第２のセットの合成出力に各光検出器（
   ２４）の寄与を加重する手段を特徴とする請求項１〜５
   のいずれかに記載の速度測定装置。 ７、各セットの中央部にある光検出器（２４）の加重が
   他の光検出器（２４）の加重よりも大きいことを特徴と
   する請求項６に記載の速度測定装置。 ８、中央部の光検出器（２４）の前面にあるスリット（
   ２２）が他の光検出器（２４）の前面にあるスリットよ
   りも幅が広いことを特徴とする請求項５に従属するとき
   請求項６または７に記載の速度測定装置。 ９、多数の共働する面の第１の領域から多数の平行する
   第１の経路に沿って通過する光を検出することによって
   第１の合成出力を形成し、 第１の領域と互い違いである多数の共働する面の第２領
   域から第１の光経路に平行な多数の第２の光経路に沿っ
   て通過する光を検出することによって第２の合成出力を
   形成し、 第１および第２の合成出力の間の差を形成することから
   なる速度測定方法。