JPH0715480B2 - 空間フイルタ式速度検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、被測定物との相対速度を空間フイルタ方式に
より、非接触で光学的に検出するようにした速度検出装
置に係り、特に、検出すべき速度範囲が広範囲にわたる
自動車などの速度検出に好適な空間フイルタ式速度検出
装置に関する。

〔従来の技術〕

自動車などでの速度検出手段としては、従来から、車輪
の回転速度を検出する方法が主として用いられていた
が、アンチスキッド制御などを考慮した場合、車論の回
転によらずに自動車の速度を検出する方法が不可決にな
り、これに応じて、例えば、特開昭60−34062号公報な
どに開示されているような、いわゆる空間フイルタ式速
度検出装置が着目されるようになつてきた。

そこで、この空間フイルタを用いた移動体の速度検出装
置について説明すると、第２図に示すように、走行路面
などの被測定物７の表面を投光器６からの光により照明
し、その光学像をレンズ１などによる結像光学系により
空間フイルタ検出器２上に投影させる。

そして、この空間フイルタ検出器２の検出信号がプリア
ンプ４で増幅され、信号処理回路５で処理されることに
より被測定物７との相対速度が検出される。

空間フイルタ検出器２は、例えば、第３図に示すよう
に、シリコン太陽電池の表面に多数の短冊状のパターン
として形成されている受光部（エレメント）８を有する
ものが使用されるが、これらの受光部８は、基板11の表
面に２組のくし歯状のパターンが相互に噛み合うように
して形成された、いわゆるインターデイジタル形をな
し、それぞれ共通の電極９と基板11との間に、独立に存
在するフオトダイオードとして形成され、従つて、光電
変換信号はリード線12,13と共通リード14との間にそれ
ぞれ得られるようになつている。また、電極９の近傍は
遮光膜10により覆われ、これにより受光部８が正確な短
冊状をなすようにしてある。

プリアンプ４と信号処理回路５は、第４図に示すよう
に、それぞれが帰環用の抵抗17を有する２個の増幅器16
a,16bと、１個の差動増幅器18とで構成され、各増幅器1
6a,16bの入力に空間フイルタ検出器２からのリード12,1
3、それに共通リード414とが接続される。ここで、15は
空間フイルタ検出器２の各受光部８で構成されているフ
オトダイオードを表わす。

ここで、第２図に戻り、被測定物７が移動すると、それ
につれて空間フイルタ検出器２上の像も移動する。そし
て、この被測定物７の表面に明暗の分布、すなわち、む
らが存在していた場合（存在しない場合は、まず考えら
れない）には、リード12,13の検出信号に時間的な変化
が現われ、これが受光部８のくし歯状の構造により、被
測定物７の像の移動に対応した周波数で変動する信号と
なる。

このときの信号の周波数をｆとすれば、被測定物の移動
速度ｖは次の（１）式により表わされる。

ｆ＝Mv/p ……（１） ここに、M:光学系による被測定物の像の投影倍率 p:受光部の配列ピツチ ところで、この空間フイルタ式速度検出装置では、上記
したように、その速度を検出するために、複数個の受光
エレメントを所定の方向に、所定のピツチで配列した、
いわゆる空間フイルタ検出素子を必要とするが、上記従
来技術では、この空間フイルタ検出素子自身による信号
検出動作が固定のものとなつていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、自動車などの速度は、計測対象としてみ
た場合、その測定範囲、いわゆるダイナミツクレンジが
かなり広い。

しかるに、上記従来技術では、このようなダイナミツク
レンジの広さについて考慮されておらず、上記したよう
に、空間フイルタ検出素子の動作が、検出すべき速度と
常に１対１に対応しており、この結果、検出信号の周波
数も、また、速度と１対１に対応したものとなるため、
広範囲に変化する速度に対して信号処理のダイナミツク
レンジの点で問題があつた。

本発明の目的は、自動車などの速度計測に適用して、広
範囲にわたる速度の検出に際しても、信号処理のダイナ
ミツクレンジの面での対応が容易で、常に高精度の計測
が可能な空間フイルタ式速度検出装置を提供することに
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、空間フィルタとして、ｘ方向とｙ方向に複
数個の受光エレメントを配置した２次元イメージセンサ
を用い、この２次元イメージセンサの各受光エレメント
からの信号にその受光エレメントのｘ方向の位置に応じ
た荷重関数を乗算した上で加算して取り出すｘ方向空間
積和回路と、上記２次元イメージセンサの各受光エレメ
ントからの信号にその受光エレメントのｙ方向の位置に
応じた荷重関数を乗算した上で加算して取り出すｙ方向
空間積和回路とを設け、上記荷重関数を変えることによ
り、受光エレメントの配列ピッチを切換えた場合と同等
の空間フイルタ特性の変化が与えられるようにし、検出
すべき速度に応じて、空間フイルタの信号検出特性が制
御されるようにして達成される。

〔作用〕

空間フイルタ検出素子の受光エレメントの配列ピツチが
切換えられると、上記（１）式から明らかなように、検
出すべき速度が同一であつても、検出信号の周波数は変
化するから、検出すべき速度に応じて配列ピツチを変え
ることにより、信号処理すべき周波数範囲をあまり広く
することなく、速度検出に必要なダイナミツクレンジを
充分に与えることができる。

〔実施例〕

以下、本発明による空間フイルタ式速度検出装置につい
て、図示の実施例により詳細に説明するのであるが、そ
れに先立ち、本発明にいたるまでに検討した各種の先行
技術例について、説明する。まず、第５図は、第一の先
行技術例で、図において、３はスイツチ回路で、その他
は、この図でみる限りは第２図で説明した従来例と同じ
であるが、さらに空間フイルタ検出器２の接続が第１図
に示すようになつており、基板11上の各受光部８からの
リードが独立して外部に取り出され、スイツチ回路３の
中の各スイツチ30により、リード12と13のいずれかに切
換えて各増幅器16a,16bに入力されるようになつている
点で、従来例とは大きく異なつている。

スイツチ回路３はｍ回路２接点構成の電子スイツチ回路
などで構成され、信号処理回路５から与えられる切換信
号Ｓによつて切換制御される。なお、ここで、ｍは受光
部８の個数であり、従つて、このｍは偶数である方が望
ましい。

次に、この実施例の動作について説明する。

スイツチ回路３は切換信号Ｓの状態により、第６図に示
すように交互に他方の接点に切換えられるか、或いは第
７図に示すように２個づつ対になつて一方と他方に切換
えられるようになつており、このときの対応を、例え
ば、 第６図の状態→切換信号Ｓ＝“0" 第７図の状態→切換信号Ｓ＝“1" とする。

一方、信号処理回路５は、切換信号Ｓとして、上記
“0"、又は“1"を所定の条件に応じて発生すると共に、
これと平行して空間フイルタ検出器２の信号成分の周波
数ｆに基く速度ｖの算出処理を行なつているが、このと
き、切換信号Ｓ状態をモニタし、次のようにして速度ｖ
の算出を行なう。

Ｓ＝“0"→（１）式により速度ｖの算出 Ｓ＝“1"→（２）式による速度ｖの算出 ここで、 ｆ＝Mv/2p ……（２） である。

次に、信号処理回路５による切換信号Ｓの発生動作につ
いて説明する。

信号処理回路５は、予め設定してある所定の基準周波数
f₀をもち、このf₀と検出信号の周波数ｆとを比較し、次
のように動作する。

Ｓ＝０で、ｆ＞f₀→Ｓ＝１にする。

Ｓ＝１でｆ＜f₀→Ｓ＝０にする。

そこで、いま、被測定物７の相対速度ｖが零から上昇し
たとする。

そうすると、検出信号の周波数ｆも上昇してゆくが、こ
のとき、速度ｖが基準周波数f₀に対応した速度v₀に達す
るまでは、切換信号Ｓは“0"に保たれるから、このとき
には第６図の状態になり、第１図から明らかなように、
空間フイルタ検出器２は受光部８の配列ピツチがｐの空
間フイルタとして動作し、信号処理回路５は（１）式に
より、周波数ｆから速度ｖを算出している。なお、この
状態は、第４図で説明した従来例と同じ動作条件になつ
ている。

次に、この状態で、さらに速度ｖが増加し、検出速度の
周波数ｆが基準周波数f₀を超えたとすると、この時点で
切換信号Ｓは、それまでの“0"から“1"に切換わり、こ
の結果、空間フイルタ検出器２の接続状態は第７図に示
すようになつて、受光部８の配列ピツチが2pの空間フイ
ルタとして動作するようになり、これに応じて、信号処
理回路５は（２）式による速度ｖの算出処理動作とな
る。つまり、このときには、空間フイルタの配列ピツチ
が2pと、それまでの２倍になつたことにより、同じ速度
ｖに対して検出信号の周波数は1/2になり、これに応じ
て（２）式による算出処理に切換えることにより、同一
速度ｖとしての算出結果が得られるようにしているので
ある。

他方、速度ｖが上記した基準周波数f₀に対応した速度v₀
以上にあるときから、相対速度が低下して速度v₀以上に
なつたときには、切換信号Ｓの状態が“1"から“0"に切
換えられ、速度ｖの算出処理も（２）式から（１）に戻
り、同じく検出信号の周波数ｆから速度のｖの検出が得
られることになる。

従って、この第一の先行技術例によれば、信号処理回路
５によつて処理すべき周波数の上限をf₀に保ったまま
で、従来装置における処理可能な速度ｖの２倍の速度2v
まで検出できることになり、信号処理回路５による周波
数処理のダイナミツクレンジの増加を伴なわずに速度検
出範囲を２倍にすることができる。

次に、第二の先行技術例について、第８図により説明す
る。

この第８図の例は、空間フィルタ検出器２の受光部８を
３個おきに互に接続し、これらを４本のリードA,B,C,D
にまとめ、２回路２接点構成のスイツチ３の各スイツチ
31,32によつて切換えるようにしたものである。

２回路のスイツチ31,32は接点a,bに対して逆方向に切換
えられ、切換信号Ｓに対応して次のように制御される。

この結果、切換信号Ｓが“0"のときには、第６図の場合
と等価になり、受光部８の配列ピツチがｐの空間フイル
タとして動作し、切換信号が“1"のときには第７図の場
合と等価で、このときには配列ピツチ2pの空間フイルタ
として動作することになり、結局、この実施例によつて
も、第１図の実施例と同等の動作が得られ、信号処理回
路５の周波数処理レンジの拡大を伴わずに、広い速度検
出レンジを与えることができる。

この第８図の先行技術例によれば、スイッチ回路３の構
成が極めて簡単にできるという効果がある。

ここで、上記した先行技術例における空間フィルタの特
性についてまとめてみると、一般的には、受光部８をｎ
個づつ組合わせ、それらを別々に接続してやれば、配列
ピツチがnpの空間フイルタ検出器として動作する。つま
り、一般的には、受光部８の接続状態が周期npで変化し
ていればよい。

また、別の見地からすれば、受光部８をｎ−１個おきに
相互に接続した場合、ｎが偶数のときには、最小ピツチ
ｐから最大ピツチnp/2までの空間フイルタ検出器として
動作させることができる。

次に、以上の先行技術例により説明した空間フイルタの
特性切換方法を適用した本発の一実施例について、第９
図により説明する。

この実施例は、２次元イメージセンサと空間積和回路を
組み合せたもので、これによれば、さらにフレキシブル
な空間フイルタ検出器を得ることが可能であり、第９図
において、22は２次元イメージセンサ、23はその受光エ
レメント、24および25はそれぞれ、ｘ方向空間積和回
路、ｙ方向空間積和回路である。

空間積和回路24,25は、各受光エレメント23からのその
場所の光強度に対応した信号に、ある荷重関数をかけて
すべて加え合わせる働きをする。すなわち、ｘ方向空間
積和回路24ではｘ方向に周期的な荷重関数がかけられ、
ｙ方向空間積和回路25ではｙ方向に周期的な荷重関数が
かけられる。

従つて、この実施例によれば、空間フイルタ検出器の受
光部のパターンを変える代りに、検出信号のサンプリン
グ状態を決める働きをする荷重関数を用い、この関数を
変化させることにより同等の機能が得られることにな
る。

そして、この実施例によれば、ｘ方向、ｙ方向の速度を
同時に測定可能である。

空間積和回路24,25からの出力は周波数測定回路26に入
力され、ｘ方向、ｙ方向の移動速度が求められる。この
値は空間積和回路24,25にフイードバツクされ、速度に
応じてｘ方向、ｙ方向に周期的な荷重関数の周期（ピツ
チ）が変えられる。

本実施例によれば、２次元速度を測定することができ、
さらに空間フィルタパターンをフレキシブルに変えるこ
とができる効果がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、空間フィルタ検出器からの検出信号の
周波数変化範囲を広げることなく、速度検出範囲の充分
な拡大が得られるから、信号処理回路が簡単で済むとい
う効果がある。

そして、また、本発明によれば、２次元方向の速度を測
定することができ、且つ、空間フィルタパターンをさら
にフレキシブルに変えることができるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は空間フィルタ式速度検出装置の第一の先行技術
例における空間フィルタ検出器の説明図、第２図は空間
フィルタ式速度検出装置の従来例を示す構成図、第３図
は空間フィルタ検出器の従来例を示す説明図、第４図は
従来例の回路図、第５図は空間フィルタ式速度検出装置
の第一の先行技術例を示す構成図、第６図及び第７図は
第一の先行技術例の動作を説明するための回路図、第８
図は第二の先行技術例における空間フィルタ検出器の説
明図、第９図は本発明による空間フィルタ式速度検出装
置の一実施例を示す説明図である。 １……レンズ、２……空間フイルタ検出器、３……スイ
ツチ回路、４……プリアンプ、５……信号処理回路、６
……投光器、７……被測定物、８……受光部（エレメン
ト）、11……基板、12,13……リード、14……共通リー
ド、30〜32……スイツチ、15……フオトダイオード、16
a,16b……増幅器、18……差動増幅器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被測定物の光学像が移動する方向に所定の
   ピッチで配列した複数個の受光エレメントからなる空間
   フィルタを備え、これら複数個の受光エレメントによる
   光電変換信号の解析により被測定物との相対速度を検出
   する方式の空間フィルタ式速度検出装置において、上記
   空間フィルタとしてｘ方向とｙ方向に複数個の受光エレ
   メントを配置した２次元イメージセンサを用い、この２
   次元イメージセンサの各受光エレメントからの信号にそ
   の受光エレメントのｘ方向の位置に応じた荷重関数を乗
   算した上で加算して取り出すｘ方向空間積和回路と、上
   記２次元イメージセンサの各受光エレメントからの信号
   にその受光エレメントのｙ方向の位置に応じた荷重関数
   を乗算した上で加算して取り出すｙ方向空間積和回路と
   を設け、これらｘ方向空間積和回路とｙ方向空間積和回
   路から出力される信号を解析して上記被測定物との相対
   速度を検出し、これらｘ方向空間積和回路とｙ方向空間
   積和回路により与えられる上記荷重関数に応じて空間フ
   ィルタ特性を変化させるように構成したことを特徴とす
   る空間フイルタ式速度検出装置。