JPH0711528B2

JPH0711528B2 - 焦電形センサを用いた移動物体の移動速度検出装置

Info

Publication number: JPH0711528B2
Application number: JP60218484A
Authority: JP
Inventors: 弘之瀬戸; 克彦田中; 聡伊藤
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1985-09-30
Filing date: 1985-09-30
Publication date: 1995-02-08
Anticipated expiration: 2010-02-08
Also published as: JPS6276467A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は移動物体の移動速度の検出装置に係り、特に
は、焦電形の光センサを用いて移動物体の移動速度を検
出する装置に関する。

（従来の技術）焦電形センサを用いた移動速度検出装置としては次のよ
うなものが考えられる。即ち、移動物体の移動方向に沿
って二つの焦電形センサＡ、Ｂを配置し、前記両焦電形
センサが、移動物体からの赤外線を入射することによ
り、第４図に示すような検出信号Sa、Sbを順に出力す
る。次に、これらの検出信号Sa、Sbが、予め定められた
設定レベルVoにそれぞれ達したときの時間差T1が検出さ
れる。この時間差T1で、予め知られている両焦電形セン
サの離隔距離Ｌを除して、その除算結果（L/T1）から移
動物体の速度が検出される。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、一般に焦電形の光センサは、その応答速
度が余り速くないことが知られている。このため、この
種の焦電形センサは低速で移動する物体の移動速度検出
には使用可能であっても、高速で移動する物体の移動速
度検出には、移動速度の検出のために必要なセンサ出力
を十分に得ることができない。そのため、従来の検出装
置は、高速移動体の移動速度の検出には適していないと
いう問題点がある。

また、前述した速度検出にあたって設定されるレベルVo
を、十分おおきな検出信号に合わせて、高く設定してお
いた場合に、焦電形センサが小さな検出信号を出力する
と、これを検知しないという不都合を生じる。そのた
め、従来の検出装置は焦電形センサの検出信号の大きさ
に応じて、前記レベル設定値を変更しなければならない
という煩わしさがある。

さらに、焦電形センサの感度、応答速度のバラツキがあ
ると、各センサの検出信号の立ち上がり時間が異なって
くるために、速度検出の精度が悪くなるという問題点も
ある。例えば、一方のセンサの感度が低いために、第４
図（Ｂ）に示すような低レベルの検出信号Sb′が出力さ
れたとする。このとき両検出信号Sa、Sb′が設定レベル
Voに達するまでの時間差T2は、前記した同レベルの検出
信号Sa、Sbが出力されたときの時間差T1よりも長くな
る。そのために速度検出の精度が悪くなる。そして、こ
のようなセンサの特性値のバラツキによる速度検出への
影響を、公知の手段で解決しようとすれば、検出装置の
回路構成がたいへん複雑なものになる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであっ
ても、低速で移動する物体の移動速度検出のみならず、
高速で移動する物体の移動速度をも確実に検出すること
ができるようにすることを目的とする。

さらに、本発明は、各焦電形センサ間の感度、応答速度
のバラツキに起因する速度検出誤差を容易に小さくする
ことも目的としている。

（問題点を解決するための手段）本発明は、このような目的を達成するために、センシン
グ領域内にある移動物体からの光に応答してそれぞれ検
出信号を出力するとともに、該移動物体の移動方向に沿
って所定の間隔で一列に配置された４個の焦電形センサ
と、前記焦電形センサのうちの２個の焦電形センサから
個別に与えられる二つの検出信号に応答して差動信号を
出力する第１の差動信号手段と、他の２個の焦電形セン
サから個別に与えられる二つの検出信号に応答して差動
信号を出力する第２の差動信号出力手段と、前記二つの
差動信号の時間差を検出する信号処理手段と、前記差動
信号に時間差と前記焦電形センサそれぞれの離間距離と
に基づいて移動物体の移動速度を算出する演算処理手段
とを備えており、前記焦電形センサのそれぞれは、同一
の焦電体基板上に配置された赤外線受光部によって各別
に構成されたものであることを特徴としている。

（作用）移動物体の移動速度によって各焦電形センサの出力に間
的なずれが生じる結果、前記各差動信号出力手段は差動
信号を与える。二つの作動信号の時間差が検出される
と、前記演算処理手段は、この時間差と、予め知られて
いる二組の焦電形センサの離隔距離とに基づき、移動物
体の移動速度を算出する。

一方、作動信号出力手段は焦電形センサの検出信号の急
峻な変化部分の差動出力を与えるから、結局、センサ出
力の変化を拡大して取り出すことができる。これによ
り、本検出装置の応答速度が改善され、比較的高速度の
移動物体の移動速度をも検出することができるととも
に、各焦電形センサの感度や応答時間のバラツキによる
速度検出の誤差も著しく軽減される。

（実施例）以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。第１図は、本発明の実施例に係る焦電形センサを
用いた、移動物体の移動方向の検出も兼ねた移動速度検
出装置の構成の概略を示した回路図である。

本実施例の焦電形センサ1a〜1dは、それぞれ一定の範囲
内からの紫外線を検知するセンシング領域を有してい
る。焦電形センサ1a〜1dは、第２図に示すように、セン
サ素子20として一体に形成されている。このセンサ素子
20は、焦電形基板21上に赤外線受光部22a〜22dが一定の
距離を隔てて、かつ前記移動方向に沿ってほぼ平行に配
置された構造になっている。この紫外線受光部22a〜22d
が前記焦電形センサ1a〜1dに対応している。焦電体基板
21は、例えば、PbZrO₃-PbTiO₃（PZT）系固溶体磁器など
の焦電体からなる。そして、各紫外線受光部22a〜22dに
は、引出電極23a〜23dの一端がそれぞれ接続される。引
出電極23a〜23dの各他端はそれぞれ、後述のインピーダ
ンス変換回路2a〜2dの各入力部に接続される外部接続端
子24a〜24dで終端している。

このような焦電形センサ1a〜1dは、電界効果トランジス
タなどから構成されたインピーダンス変換回路2a〜2dを
介して、差動増幅回路3a、3bの負（−）・正（＋）の各
入力端子にそれぞれ接続されている。差動増幅回路3a、
3bの各出力端子は直流阻止コンデンサＣを介して混合器
４に接続されている。混合器４は、極性判別回路５およ
び波形整形回路６に接続されている。波形整形回路６は
トリガ回路７に接続され、さらにこのトリガ回路７は計
数回路８の一方の入力端子に接続されている。計数回路
８の他方の入力端子には発振回路９が接続されている。
この計数回路８の出力側は演算処理回路10に接続されて
いる。演算処理回路10は、移動方向・速度表示器12を駆
動する駆動回路11に接続されている。また、この駆動回
路11には前記極性判別回路５の出力側が接続されてい
る。なお、極性判別回路５及び演算処理回路10の出力そ
のものでも移動物体の移動方向及び速度を検知すること
ができるので、駆動回路11及び表示器12は必ずしも本発
明の必須要素とはならない。

また、焦電形センサ1a〜1dの前面に、第５図（Ａ）に示
すように結像用レンズ100を取り付けたり、同図（Ｂ）
のように凹面鏡101による反射により結像するなどの方
法をとれば、センサから離れた位置にある物体の移動方
向・速度を検知することができる。なお、第５図におい
て、102はセンサ受光面を示している。

次に、この実施例の作用について説明する。

例えば、移動物体が焦電形センサ1aから焦電形センサ1d
の方向に向かって移動しているとする。移動物体から照
射された紫外線が各焦電形センサのセンシング領域に順
に入射すると、各焦電形センサ1a〜1dは、第３図（Ａ）
に示すように、入射紫外線の移動速度に応じた時間遅れ
を伴った検出信号S1〜S4を、前記紫外線が入射した順に
出力する。

検出信号S1、S2は、インピーダンス変換回路2a、2bをそ
れぞれ介して、作動増幅回路3aに与えられる。その結
果、差動増幅回路3aは同図（Ｂ）に示すような差動信号
S5を出力する。一方、インピーダンス変換回路2c、2dを
介して検出信号S3、S4を与えられた作動増幅回路3bは、
同図（Ｃ）に示すように、前記差動信号S5よりも若干時
間的に遅れて、差動信号S6を出力する。これらの差動信
号S5、S6は、直流阻止コンデンサC1、C2を介して混合器
４に、それぞれ個別に与えられる。混合器４は、前記差
動信号S5、S6を合成して、同図（Ｄ）に示すような合成
信号S7を出力する。この合成信号S7は、次段の極性判別
回路５および波形整形回路６に与えられる。

合成信号S7を与えられた極性判別回路５は、この信号の
正・負の極性を判別することにより、移動物体の移動方
向を判定する。例えば、上述したように、移動物体が焦
電形センサ1aから焦電形センサ1dへ向かう方向に移動し
た場合に、合成信号S7の極性が正になるようにする。そ
うすると、移動物体が前記方向とは逆の方向に移動した
ときは、検出信号S2が検出信号S1よりも先に出力される
から、これらの差動信号を合成した信号S7の極性は、同
図（Ｅ）に示すように負になる。このように、合成信号
S7の極性によって移動物体の移動方向を知ることができ
る。そして、この極性判別回路５がその判別結果を駆動
回路11に出力することにより、移動物体の移動方向が表
示12に表示される。

一方、混合器４から合成信号S7を与えられた波形形成回
路６は、これを同図（Ｆ）に示すような矩形パルスS8に
波形整形する。この矩形パルスS8は、トリガ回路７に与
えられ、同図（Ｇ）に示すようなパルス信号S9に変換さ
れる。このパルス信号S9のパルス幅は、合成信号S7に含
まれる二つの差同信号の時間差、即ち、一組の焦電形セ
ンサ1a、1bからもう一組の焦電形センサ1c、1dまでの距
離（第２図に示した受光部の配列ピッチの２ピッチ分の
距離に相当する）を、入射赤外線が移行する時間に対応
している。そして、この入射赤外線の移行時間は、移動
物体の移動時間に対応している。

このようなパルス信号S9は、計数回路８の一方入力とし
て与えられる。そして、計数回路８の他方入力として発
振回路９から同図（Ｈ）に示すようなクロックパルスS1
0が与えられているから、両信号S9、S10の論理積信号に
含まれるパルスの数が計数されることによって、移動物
体の移動時間に対応した計数値が得られる。

演算処理回路10は、前記計数値にクロックパルスの一個
当たりの周期を乗じて、パルス信号S9のパルス幅Ｔを算
出する。そして、前述した受光部の配列ピッチの２ピッ
チ分の距離Ｌを前記パルス幅Ｔで除することによって、
焦電形センサ1a〜1dを通過する赤外線の移動速度が求め
られる。そして、この入射赤外線の移動速度から、移動
物体の移動速度が求められる。この速度算出結果が、駆
動回路11に与えられることにより、表示部12に移動物体
の速度表示がされる。なお、第５図に示すようなレンズ
や凹面鏡を用いた場合は、移動物体の実際の速度とセン
サ受光部上での速度が異なるため、さらに演算処理を施
すとよい。

ところで、第３図（Ａ）〜（Ｃ）で示した波形図から理
解されるように、差動信号S5、S6は、焦電形センサ1a〜
1dの各検出信号の急峻な変化部分の差動をとるために、
前記各検出信号S1〜S4の立ち上がりが緩慢であったとし
ても、その差動出力のピーク部分の立ち上がりは極めて
速くなっている。このため、高速度の移動物体を検出す
る場合においても、充分大きな差動出力を得ることがで
きるので、低速度の移動物体の方向・速度検出のみなら
ず、高速度の移動物体の方向および速度の検出も確実に
行なわれる。また、各焦電形センサの感度や応答速度に
バラツキがあっても、二つの差動信号の立ち上がりの時
間差には、ほとんど影響を与えないので、精度の高い速
度検出を行うことができる。

なお、実施例では極性判別回路５からの正の電圧信号
は、焦電形センサ1aから焦電形センサ1dの方向へ移動物
体が移動することを意味し、負の電圧信号はその逆の方
向へ移動物体が移動するとを意味したが、これは逆の関
係であってもよい。

また、実施例では、合成信号S7の極性によって移動物体
の移動方向を検出しているが、これは前記差動信号S5、
S6のうちの少なくともずれか一方の極性を判別すること
によって、検出することができることは勿論である。

さらに、実施例では、入射赤外線に対して、同極性の電
圧が発生する焦電形センサを用いており、そのために、
各焦電形センサの検出信号の差動信号を得る手段とし
て、差動増幅回路を設けている。しかし、二つの焦電形
センサが入射赤外線に対して、それぞれ逆極性の電圧を
発生するものである場合には、差動増幅回路3a、3bの代
わりに、加算回路をそれぞれ設けて、これらの差動信号
S5、S6を得るようにするとよい。

さらにまた、実施例では４個（２対）のセンサを配置し
ているが、センサをさらに追加して、即ち、５個以上の
センサを配置した場合には、速度の平均値も求めること
ができ、検出速度の向上をはかることができる。

また、本発明に係る焦電形センサは、通常、赤外線セン
サとして用いられるが、可視光線に対しても感度をもつ
ので、例えば、移動物体に可視光を照射して、その反射
光を検出するようにしてもよい。

（効果）以上のように、本発明に係る装置は、４個の焦電形セン
サを用いて得られる２個の差動信号によって、移動物体
の速度検出を行っているから、比較的簡単な構成によっ
て装置の応答性が改善され、高速移動物体の速度検出が
可能となるとともに、各焦電形センサの感度や応答速度
のバラツキによる速度検出誤差を小さくすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る焦電形センサを用いた移
動物体の移動速度検出装置の構成の概略を示した回路
図、第２図は本実施例で用いられるセンサ素子の説明
図、第３図は第１図に示した装置の動作説明図、第４図
は従来の検出装置による速度検出の説明図、第５図は本
発明のその他の実施例の説明図である。 1a〜1d……焦電形センサ、2a〜2d……インピーダンス変
換回路、3a、3b……差動増幅回路、４……混合器、５…
…極性判別回路、６……波形整形回路、７……トリガ回
路、８……計数回路、９……発振回路、10……演算処理
回路、11……駆動回路、12……移動方向・速度表示器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】センシング領域内にある移動物体からの光
に応答してそれぞれ検出信号を出力するとともに、該移
動物体の移動方向に沿って所定の間隔で一列に配置され
た４個の焦電形センサと、前記焦電形センサのうちの２個の焦電形センサから個別
に与えられる二つの検出信号に応答して差動信号を出力
する第１の差動信号手段と、他の２個の焦電形センサから個別に与えられる二つの検
出信号に応答して差動信号を出力する第２の差動信号出
力手段と、前記二つの差動信号の時間差を検出する信号処理手段
と、前記差動信号の時間差と前記焦電形センサそれぞれの離
間距離とに基づいて移動物体の移動速度を算出する演算
処理手段とを備えており、前記焦電形センサのそれぞれは、同一の焦電体基板上に
配置された赤外線受光部によって各別に構成されたもの
であることを特徴とする焦電形センサを用いた移動物体
の移動速度検出装置。
【請求項２】前記センシング領域内からの光のみを前記
焦電形センサに集光させる集光用レンズを備えた特許請
求の範囲第１項記載の焦電形センサを用いた移動物体の
移動速度検出装置。
【請求項３】前記センシング領域内からの光のみを前記
焦電形センサに集光させる凹面鏡を備えた特許請求の範
囲第１項記載の焦電形センサを用いた移動物体の移動速
度検出装置。