JPH0921817A

JPH0921817A - 移動体速度検出装置

Info

Publication number: JPH0921817A
Application number: JP16857995A
Authority: JP
Inventors: Takafumi Tsuji; 尊文辻
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-07-04
Filing date: 1995-07-04
Publication date: 1997-01-21

Abstract

(57)【要約】【課題】自動車等の走行速度を検出する。【解決手段】光パルス照射光源５が、パルス状のＮ₂
レーザーを照射すると、路面１１から反射光（或いは散
乱光）１３を、続いて蛍光１５を発生する。駆動回路３
から、蛍光１５がピークレベルに達するタイミングで駆
動パルスを発生して光源５に供給すると共に、前記レー
ザーの放射とピークレベルの蛍光１５の発生との時間間
隔（一定）の周期をもつ基準パルス１７をラインセンサ
ー７と信号処理回路９に供給する。ラインセンサー７は
基準パルス１７のタイミングでシャッターを開放して反
射光１３と蛍光１５を検出し、信号処理回路９に供給す
る。信号処理回路９は、センサー７の出力から反射光１
３と蛍光１５の空間的距離を算出し、前記基準パルス１
７の入力があったときに、前記空間的距離を前記基準パ
ルス発生周期で割算して走行速度を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車，列車，船，低
空飛行物体等の移動体の速度検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５に、従来の自動車の速度を検出する
第１の方法を示す。車軸１０１の表面にパターン１０３
が描かれている。そして、光源１０５から、車軸１０１
に対して光が投射されている。パターン１０３からの反
射光が光センサー１０７を通過する毎に、光センサー１
０７は出力パルスを発生し、同期比較回路１０９に供給
する。同期比較回路１０９には、また内部時計１１１か
らクロックが入力されており、このクロックと光センサ
ー１０７からの出力パルスとの周波数比較を行い、回転
速度に比例した電気信号が出力される。

【０００３】図６に、従来の自動車１１３の速度を検出
する第２の方法を示す。ＣＣＤカメラ１１５は、道路，
線路側面１１７に設けられたパターンを撮影し、その映
像信号を空間パターン相関検出回路１１９に供給する。
空間パターン相関検出回路１１９は、一定時間後のパタ
ーンとの空間的相関をとり、その相関性の高さからパタ
ーンの移動速度を演算し、走行速度信号を出力する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の第１の方法で
は、光センサーを車軸に取り付ける必要があり、また路
面とタイヤの間の滑り、内輪差、タイヤの摩耗等の影響
を受け、誤差が生ずるという難点が有った。

【０００５】従来の第２の方法では、例えば単調なアス
ファルト舗装の路面を走行する場合、空間パターン認識
困難のため計測不能となる難点が有った。

【０００６】本発明は、路面とタイヤの間の滑り、内輪
差、タイヤの摩耗等の影響を一切受けず、更に従来の第
２の方法と同様光学的測定でありながら、計測不能とい
う事態を生じない移動体速度検出装置を提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】光パルスを対象物に照射
する光パルス照射光源と、前記対象物からの反射光或い
は散乱光と、前記対象物からの二次放射光を連続的或い
はサンプリング的に検出する光センサーと、前記二次放
射光強度が所定レベル以上にある特定レベルに達した直
後のタイミングで前記光パルス照射光源への駆動パルス
を生成するとともに、前記光パルス照射の瞬間と、前記
二次放射光強度が所定レベル以上にある前記特定のレベ
ルになる瞬間との時間差を発生周期にもつ基準パルスを
生成する照射光源駆動手段と、前記光センサーからの出
力により前記反射光或いは散乱光と前記特定レベルの前
記二次放射光の空間的距離を検出し、また前記駆動手段
からの前記基準パルスの入力があったときに、前記空間
的距離と前記基準パルス間の発生周期とから移動体の速
度を算出する信号処理手段と、を具備したことを特徴と
する移動体速度検出装置。

【０００８】

【作用】光パルス照射光源は、光パルスを対象物（例え
ば路面）に照射する。放射物は前記照射パルスとほぼ同
一時刻に反射光或いは散乱光を発生するとともに、一定
時間後に二次放射光（蛍光、燐光）を発生する。

【０００９】照射光源駆動手段は、前記二次放射光強度
が所定レベル以上にある特定レベルに達した直後のタイ
ミングで、前記光パルス照射光源へ駆動パルスを供給す
る。これに伴ない、光パルス照射光源は前記光パルスを
照射する。前記光パルスを照射してから、前記二次放射
光強度が前記特定レベルに達する迄の時間は決まってい
るので、前記駆動手段は、前記光パルス照射の瞬間と、
前記二次放射光強度が前記特定レベルになる瞬間との時
間差を発生周期にもつ基準パルスを生成し、信号処理手
段に供給する。

【００１０】光センサーは、前記反射光或いは散乱光と
前記二次放射光を連続的に検出し、その検出信号を前記
信号処理手段に供給する。尚、前記光センサーは、前記
特定レベルの前記二次放射光に隣接して、次回の放射パ
ルスの反射光或いは散乱光を検出することになる。前記
光センサーは、シャッターの開放期間を前記基準パルス
に同期することにより、サンプリング的に検出すること
も可能である。

【００１１】前記信号処理手段は、光センサーからの出
力より、前記反射光或いは散乱光と前記特定レベルの前
記二次放射光の空間的距離を検出する。そして、前記信
号処理手段は、前記駆動手段からの前記基準パルスが入
力したときに、前記空間的距離と前記基準パルス間の時
間的間隔とから移動体の速度を算出する。

【００１２】

【実施例】図１に、本発明の移動体速度検出装置の第１
の実施例を示す。本実施例では、速度検出装置は自動車
１に搭載されている。光パルス照射光源５は、小型パル
スＮ₂レーザー（波長λ＝３３７ｎｍ）光源であり、駆
動回路３から駆動パルスが供給される毎に、Ｎ₂レーザ
ーを放射する。

【００１３】Ｎ₂レーザーは、紫外域の光パルス照射光
源として比較的手軽に得られ、パルス幅は５〜１０ｎｓ
と短かい。この時間内では車両１の例えば１００ｋｍ／
ｈの走行速度に対して、路面１１からの反射光或いは散
乱光はサブミクロンの程度しか動かないので、照射パル
スとほぼ同一時刻に反射光或いは散乱光１３が発生して
いると考えても問題はない。

【００１４】更に二次放射光である蛍光１５が、反射光
或いは散乱光１３より通常数百μｓのオーダーで遅れ
て、路面１１から発光する。反射光或いは散乱光１３と
蛍光１５の間に１ｃｍ程度の車両１の動きがあり、位置
のずれとして検出可能である。

【００１５】そして、Ｎ₂レーザーの照射から、前記蛍
光１５のピークレベル迄の時間は、予め算出可能である
から、駆動回路３は蛍光１５のピークレベル直後のタイ
ミングで駆動パルスを時系列的に、光パルス照射光源５
に供給する。そうすると、図１（ｂ）及び（ｃ）に示す
如く、前回のＮ₂レーザーによるピークレベルの蛍光１
５と次回のＮ₂レーザーによる反射光或いは散乱光１３
は隣接して発生する。

【００１６】駆動回路３は、また図１（ｄ）に示す如く
Ｎ₂レーザー照射とピークレベルの前記蛍光１５の発生
との時間間隔（一定）の周期をもった基準パルス１７を
ラインセンサー７と信号処理回路９に時系列的に供給す
る。

【００１７】ラインセンサー７としては、車両１の走行
方向に沿って配置されたＳｉフォトダイオードアレイで
あっても良いし、信号転送機能をもつＳｉ−ＣＣＤであ
っても良い。後者の場合には出力信号として時系列パル
スが得られるので、次段の信号処理回路９の構造が簡単
になる。

【００１８】ラインセンサー７に用いる光学系は、その
位置ずれの量に最適な倍率のレンズを使用する必要があ
る。例えば、ラインセンサー７の路面１１からの高さが
３０ｃｍの場合、焦点距離１．５ｃｍ，２０：１のレン
ズを使用すれば、車両１が１ｃｍ移動した場合、センサ
ー面での移動距離は５００μｍとなる。これは、通常の
ラインセンサーでは１０〜５０画素分の間隔に相当す
る。

【００１９】また、ラインセンサー７は、基準パルス１
７のタイミングでシャッターを所定期間（Δｔ）開放す
る。こうすれば、太陽光等の不必要な光による信号電荷
の蓄積を遮断し、Ｓ／Ｎを向上すると共に、反射光或い
は散乱光１３とピークレベルの蛍光１５のみを検出する
ことが出来る。シャッターは、機械的なものでも電気的
なものも可能である。図１（ｂ）と（ｃ）で示す様に、
前回のＮ₂レーザーによる蛍光１５と次回のＮ₂レーザ
ーによる反射光或いは散乱光１３は同時に検出される
が、両者の像の輝度が異なることと、位置がずれている
ことにより区別出来る。

【００２０】ラインセンサー７からの映像信号が、信号
処理回路９に供給される。信号処理回路９は、先行する
反射光或いは散乱光１３の高い輝度レベルの像と追従す
る蛍光１５の低い輝度レベルの像との出力位置との差か
ら両者の空間的距離を算出する。

【００２１】信号処理回路９は、駆動回路３から基準パ
ルス１７が入力された時に、前記空間的距離を基準パル
ス１７の時間間隔（基準パルス発生周期）で割算して速
度信号を出力する。

【００２２】尚、ラインセンサー７の代わりに両センサ
ーを採用しても良いし、この場合は横方向の位置ずれに
対しても対応出来る。更に、ラインセンサー７の代わり
に、車両１の進行方向に一定距離離れて、光センサーを
複数個配置しても良い。ラインセンサー７のシャッター
を開放したまま、連続的に反射光或いは散乱光１３と蛍
光１５を検出しても良い。この時、信号処理回路９は、
予め求めた先行する反射光或いは散乱光１３の像とピー
クレベルの蛍光１５の像との空間的距離を算出する。

【００２３】図２に、本発明の移動体速度検出装置の第
２の実施例を示す。本実施例が、第１の実施例と異なる
のは、光パルス照射光源の違いだけである。図１の構成
要素と同一のものには、同一参照符号を付しており、説
明は省略する。ここでは、光パルス光源２１についての
み説明する。

【００２４】光パルス光源２１は、パルスＮ₂レーザー
励起色素レーザー光源である。色素レーザーは、近紫外
域から可視領域にかけて多くの種類が存在する。この例
では、小型パルスＮ₂レーザー光源２３の出力側に、石
英或いは光学ガラス製の色素レーザーセル２５を配置す
るだけの簡単なものである。

【００２５】色素レーザーの使用により、発振波長が可
変となる。そこで路面１１の発生する蛍光に適した励起
波長に調節することにより、特定の波長の蛍光出力を高
めることが可能になる。更に、色素レーザー発振波形を
より狭く出来る為、計測の時間分解能を上げることが出
来る。

【００２６】図３に、本発明の移動体速度検出装置の第
３の実施例を示す。本実施例が、第１の実施例と異なる
のは、光パルス照射光源の違いだけである。図１の構成
要素と同一のものには、同一参照符号を付しており、説
明は省略する。ここでは、光パルス照射光源３１につい
てのみ説明する。

【００２７】光パルス照射光源３１は、第２次高調波或
いは第３次高調波発生装置付きのＧａＡｓレーザー励起
ポッケルスセルＱスイッチＮｄ：ＹＡＧレーザー光源で
ある。光パルス照射光源３１において、３３はＧａＡｓ
レーザー光源であり、駆動回路３から駆動パルスが供給
される。複数のＧａＡｓレーザー光源３３に挟まれる状
態でＮｄ：ＹＡＧレーザーロッド３５が配置されてい
る。Ｎｄ：ＹＡＧレーザーロッド３５の出力側に、ポッ
ケルスセル３７が配置されている。Ｎｄ：ＹＡＧレーザ
ーロッド３５とポッケルスセル３７を挟む様にレーザ共
振器を構成する一対のハーフミラー３９及び３９が配置
されている。下方のハーフミラーの下方に第２次高調波
或いは第３次高調波発生用ＬｉＮｂＯ₃結晶が路面１１
に対向するように配置されている。この光パルス照射光
源３１からは、ＬｉＮｂＯ₃結晶の角度または温度制御
により位相整合をとることで波長（λ）が３５３ｎｍの
紫外域の第３次高調波が得られる。

【００２８】パルスＮ₂レーザー照射光源５のメイン放
電回路では高電圧が印加され、大電流が流れるが、本実
施例の光パルス照射光源３１では、Ｑスイッチ駆動のた
めになお数ｋＶの電源が必要なものの微弱電流しか流れ
ないので、雑音障害の影響は大幅に解消される。

【００２９】図４に、本発明の移動体速度検出装置の第
４の実施例を示す。本実施例が、第１の実施例と異なる
のは、光パルス照射光源の違いだけである。図１の構成
要素と同一のものには、同一参照符号を付しており、説
明は省略する。ここでは、光パルス照射光源５１につい
てのみ説明する。

【００３０】光パルス照射光源５１は、ＧａＡｌＡｓパ
ルス半導体レーザー光源である。駆動回路３からの駆動
パルスが、ＧａＡｌＡｓ結晶をベースとしたヘテロ接合
レーザーダイオード５３に供給される。ダイオード５３
の出力側に、セルフＱスイッチ用非線形光吸収素子５５
が配置される。ダイオード５３と非線形光吸収素子５５
を挟む様にレーザー共振器を構成する一対のハーフミラ
ー５７及び５７が配置されている。

【００３１】レーザーダイオード５３は、その組成によ
り波長（λ）が０．６〜０．８μｍのレーザーを放射す
る。そして、ハーフミラー５７及び５７の間に非線形光
吸収素子５５が挿入されることにより、前記レーザーに
セルフＱスイッチがかかり、ｎｓオーダーの狭パルス発
振が得られる。

【００３２】光パルス照射光源５１は、数Ｖ，数ｍＡか
ら数十ｍＡの電源で駆動されるため、雑音障害の影響
は、ほぼ解消される。

【００３３】最近では、半導体レーザー光源の短波長化
の研究が進み、例えばＺｎＳ，ＧａＮ，ＳｉＣ等の高バ
ンドキャップ結晶が改良されて、青色発振レーザー光の
実現性が高まって来た。これらのうちのどれかが実現す
れば、可視域に位置する蛍光を有効に発光させることが
可能になり、信号処理が容易になる。これにより、安価
な速度検出装置を提供することが出来る様になる。

【００３４】尚、レーザーダイオード５３を、ＧａＡｓ
結晶基板をベースに、回折格子を形成したＤＦＢ（dist
ributed feedback）構造にすれば、非線形光吸収素子５
５及びハーフミラー５７及び５７を含め一体構造とする
ことも可能である。

【００３５】第１乃至第４の実施例では、本発明の移動
体速度検出装置を自動車に搭載していたが、これに限定
されることなく、列車，船，低空飛行物体等に搭載さ
れ、これらの移動速度を検出することが可能である。

【００３６】

【発明の効果】本発明の移動体速度検出装置によれば、
路面とタイヤ間の滑り、内輪差、タイヤの摩耗等の影響
を受けることがない。また、光学的測定でありながら、
パターンが認識出来ず計測不能という事態を生じない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の移動体速度検出装置の第１の実施例を
示す図である。

【図２】本発明の移動体速度検出装置の第２の実施例を
示す図である。

【図３】本発明の移動体速度検出装置の第３の実施例を
示す図である。

【図４】本発明の移動体速度検出装置の第４の実施例を
示す図である。

【図５】従来の自動車の走行速度を検出する第１の方法
を示す図である。

【図６】従来の自動車の走行速度を検出する第２の方法
を示す図である。

【符号の説明】

１…自動車、３…駆動回路、５…光パルス照射光源（小
型パルスＮ₂レーザー光源）、７…ラインセンサー、９
…信号処理回路、１１…路面、２１…光パルス照射光源
（パルスＮ₂レーザー励起色素レーザー光源）、３１…
光パルス照射光源（第２次高調波或いは第３次高調波発
生装置付きのＧａＡｓレーザー励起ポッケルスセルＱス
イッチＮｄ：ＹＡＧレーザー光源）、５１…光パルス照
射光源（ＧａＡｌＡｓパルス半導体レーザー光源）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光パルスを対象物に照射する光パルス照
射光源と、前記対象物からの反射光或いは散乱光と、前記対象物か
らの二次放射光を連続的或いはサンプリング的に検出す
る光センサーと、前記二次放射光強度が所定レベル以上にある特定レベル
に達した直後のタイミングで前記光パルス照射光源への
駆動パルスを生成するとともに、前記光パルス照射の瞬
間と、前記二次放射光強度が所定レベル以上にある前記
特定のレベルになる瞬間との時間差を発生周期にもつ基
準パルスを生成する照射光源駆動手段と、前記光センサーからの出力により前記反射光或いは散乱
光と前記特定レベルの前記二次放射光の空間的距離を検
出し、また前記駆動手段からの前記基準パルスの入力が
あったときに、前記空間的距離と前記基準パルス間の発
生周期とから移動体の速度を算出する信号処理手段と、を具備したことを特徴とする移動体速度検出装置。
【請求項２】前記光パルス照射光源が、紫外域或いは
可視域の光パルスを対象物に照射することを特徴とする
請求項１記載の移動体速度検出装置。
【請求項３】前記光センサーが、前記移動体の進行方
向に複数の画素を持つラインセンサー或いは面センサー
で構成されたことを特徴とする請求項１或いは２記載の
移動体速度検出装置。
【請求項４】前記光センサーが、前記移動体の進行方
向に一定距離離れて複数個配置されたことを特徴とする
請求項１或いは２記載の移動体速度検出装置。
【請求項５】前記基準パルスに同期したパルスが前記
照射光源駆動手段から供給されるのに伴ない、前記光セ
ンサーが所定期間シャッターを開放することを特徴とす
る請求項１乃至４のいずれかに記載の移動体速度検出装
置。
【請求項６】前記光パルス照射光源が、パルス励起Ｎ
₂レーザー光源であることを特徴とする請求項１乃至５
のいずれかに記載の移動体速度検出装置。
【請求項７】前記光パルス照射光源が、パルスＮ₂レ
ーザー励起色素レーザー光源であることを特徴とする請
求項１乃至５のいずれかに記載の移動体速度検出装置。
【請求項８】前記光パルス照射光源が、高調波発生部
を備えたＱスイッチレーザー光源であることを特徴とす
る請求項１乃至５のいずれかに記載の移動体速度検出装
置。
【請求項９】前記光パルス照射光源が、パルス発振半
導体レーザー光源であることを特徴とする請求項１乃至
４のいずれかに記載の移動体速度検出装置。