JPS6315171A - 空間フイルタ応用速度センサ - 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、非接触式に移動物体の移動速度と方向を測
定する空間フィルタ応用速度センサに関する。

〔従来の技術〕

第５図は従来より一般的に用いられている空間フィルタ
応用速度センサの基本構成を示す図である。１は空間フ
ィルタで、等間隔子で一列に並んだ光電変換要素、例え
ばフォトダイオードなどの光検出器が１個おきに結線さ
れ、ＡおよびＢの２ブロツクにまとめられている。従っ
てＡブロックおよびＢブロックの各光検出器はピッチＰ
で並ぶことになる。２は差動アンプで、空間フィルター
で光電気変換されたＡ、Ｂ各ブロックの信号が差動増幅
される。３は中心周波数測定回路で、空間フィルタ１で
得られた周期的信号のうち、対象速度に対応する周ｅ、
数いわゆる中心周波数を自己相関をとるなどの手段によ
り推定し、対象速度を１）る機能を有している。

次に、空間フィルタによる速度検出原Ｆ１！を説明する
。一定のピッチＰで配列された光検出器に沿って、点光
源が移動すると光検出器を通過する度に強弱の電気パル
スが発生する。このときの光源の移動速度がＶであれば
、１すられる（：号のパルス■ 周波数は百である。

ここで、被測定物からの光は全くランダムな点光源の集
まりと考える。ただ一つの光検出器でこの光をとら丸る
と、全くランダムな（＝号波形が得られろが、一定のピ
ッチＰで配列された複数の光検出器でとらえると、ピッ
チＰに合致しない光は互いにキャンセルされ、得られる
信号はｆ　ｃ””　ｐを中心周波数とする狭帯域信号と
なる。

また図示のように光検出器の出力を１本おきに交互にと
りだし、次段の差動アンプ２で差動増幅する構成にする
と信号検出感度が上がりまた信号の直流成分が除去され
良好な特性が得られる。ここで、ＡおよびＢブロックに
発生する信号Ｃよ、互いに位相が１８０°異なるだけで
、どちらも百の中心周波数を有する信号であるため、差
動アンプ２■ の出力信号も百を中心周波数とする狭帯域信号となる。

次に中心周波数測定回路３で（＝号の自己相関をハード
的あるいはソフト的に処理し、周波数百を検出する。

なお、同図において、レンズ４を介して被測定物５の移
動速度を検出する場合、上記で求まる移動速度■は空間
フィルタ１の光検出器上での速度であり、被測定物の移
動速度Ｖ′は光学系の倍率でｈｔ＋正される。また光源
の移動方向も、被測定物と光検出器」二では逆になる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

かかる従来の空間フィルタ応用速度センサは、被測定物
の移動速度に比例した周波数が直接出力されろ構成とな
っているため、速度が零近傍になると、中心周波数も零
近くになり、この範囲で高い測定精度を接待する中心周
波数測定回路を構成することは極めて困難であった。

また信号の中心周波数を推定する際に、例えばバンドパ
スフィルタの通過帯域をスイープさせろ八−ド的手法を
とる場合、対象速度範囲の全域にわたるバンドパスフィ
ルタを用意することは極めて不経済であると共に大きな
回路規模となってしまう。更に、被測定対象物が空間フ
ィ、ルクの列に対し、どちらの方向に移動しても、速度
の絶対値が同じであれば同じ周波数が出力され、速度ベ
クトルの向きを検出することは不可能である等の問題点
があっｔ二。

この発明は、上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、比較的簡単な構成で、被測定物の速度が零
から測定でき、かつ、その移動の向きまで検出可能な空
間フィルタ応用速度センサを得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る空間フィルタ応用速度センサは、４ｎ個
からなろ光電変換要素を隣接する４個ずつに群分けし、
各群内の同一順番同士の光電変換要素の出力を集めて計
４本の出力とし、この出力を順次サイクリックにスイッ
チ回路で切換えて同時に２本ずつ選んで差動増幅し、こ
の差動（ｍ号と一定周波数（：号とをＰＬＬ＠路要素に
入力し、ＰＬＬ回路要素の出力で前記スイッチ回路を走
査するようにしたものである。

〔作　用〕

この発明における空間フィルタ応用速度センサは、空間
フィルタで得られた移動速度に比例した周波数信号を、
ＰＬＬ回路要素の出力信号で走査されろスイッチ回路で
切換九でこれらの出力を差動増幅し、との差動増幅した
出力信号が一定周波数信号と一致するようＰＬＬ回路要
素を動作させ、該ＰＬＬ回路要素の出力周波数により移
動速度と方向とを検出する。

〔実施例〕

以下この発明の一実施例を図について説明する。

第１図において、１は空間フィルタで、４ｎ個（ｎは正
の整数）の光電変換要素、例えばフォトダイオードなど
の複数の光検出器から構成されており、光電変換要素は
隣接する４個ずつｎ組に分けられている。ここで第１組
の光電変換要素をａｌ。

ｂ、、　ｃ、、　ｄ、と表わし、第１組：よ”ｎ’　ｂ
ｌ’ｌ”　ＩＩ”　ＩＩと表わす。また各光電変換要素
は図示の通り、各組の同一順番のもの同士が集められ、
Ａ　＝　ＴＩ　、ａ　、　ｐＢ；入、ｂ、、Ｃ＝！、、
ｃ、、Ｄ＝、塔、ｄ、、の各信号が得られる。６はスイ
ッチ回路で、後述する走査回路から出力される走査信号
Ｇ、、　Ｇ２．　Ｇ３．　Ｇ４によって後段の差動アン
プ７に上記のＡ、Ｂ、Ｃ，Ｄの各（１号を順次接続し、
Ａ−Ｃ，Ｂ−Ｄ、　Ｃ−Ａ、　Ｄ　−Ｂの各信号を得ろ
。８は第１のローパスフィルタ（以下、第１のＬＰＦと
いう）、９は第１のＬＰＦ８の出力を波形囚形する波形
整形回路、１０は一定周波数Ｆ、の信号を発生する発振
回路、１１は、位相比較器２１、第２のローパスフィル
タ２２および電圧制御発振器ＶＣＯ２３からなるＰＬＬ
回路要素で、波形整形回路９の出力と発振回路１０の出
力Ｑを入力し、両信号の位相差に応じて出力の周波数Ｆ
ＰＬＬを制御する。１２は走査回路で、ＰＬＬ回路要素
１１の出力ＦＰＬＬに基づきサイクリックな走査信号Ｇ
ｌ、Ｇ、、　Ｇ、、　Ｇ４を発生する。

次に上記構成の空間フィルタ応用速度センサの動作につ
いて説明する。第２図ないし第４図は各部の動作波形を
示したもので、第２図は、被測定物５が静止している場
合、第３図は第１図の被測定物５が矢印で示した方向に
移動している場合、第４図は逆方向に移動している場合
である。これらの図において、Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄの各波形
は上記の構成によって得られた光電変換要素の波形を便
宜上矩形波で示したものである。周知のとおり、光を変
換要素ａ、〜ａｎ’　ｂ、〜ｂｎ”ｌ〜Ｃ，、ｄ、〜ｄ
。

にはそれぞれのピッチに等しい光点パターンのみが選択
的に検出され、第３図Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄに示すように、位
相が９０°ずつずれた波形が表われろ。

ここで被測定物５が静止すると、第３図または第４図の
Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄの各波形におけるどこかのタイミングの
状態が保持され、第２図では、−例としてＡのみがハイ
レベル、Ｂ、Ｃ，Ｄがローレベルの状態を表わしている
。静止時に、空間フィルタ１から得られろ周波数Ｆつは
Ｏであるが、差動アンプ７で得られる信号Ｓには、スイ
ッチ回路６で走査されろためにある周波数が現われろ。

ＰＬＬ回路要素１１は２つの入力信号の周波数が等しく
なるように動作するため、発振回路１０の周波数ＦＰと
波形整形回路９の出力周波数すなわち差動アンプ７の出
力信号の基本波周波数とが一致するように働く。従って
第２図に示すように、発振回路１０の発振周波数がＦＰ
のとき、ＰＬＬ回路要素１１の出力周波数がＦｐＬＬ＝
４ＦＰになると、差動アンプ７の出力信号Ｓの基本波周
波数もＦｐとなる。つまり、被測定物５が静止時には、
第２図のような状態が、第１図の構成における定常状態
となる。

換言すれば、静止時にはＰＬＬ回路要素１１の出力周波
数はＦＰＬＬ＝４Ｆｐとなる。

次に被測定物５が移動時の動作を説明する。空間フィル
タ１上で被測定物の像が第１図矢印の方向に移動すると
、第３図Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄに示すように、Ａから順次互い
に位相が９０°ずれた信号が得られる。このときの周波
数をＦ、とする。スイッ子回路６は信号Ａから順次切換
えているため、走査順序と同相の信号が入力されると、
差動アンプ７で得られる信号周波数は低下するようにな
る。

このためＰＬＬ回路要素１１内の位相比較器２１は２つ
の入力信号の周波数差を検知し、Ｖ６Ｏ１３に対し、そ
の出力周波数を増大させる方向に働く。

ＰＬＬ回路要素１１の出力周波数がＦＰＬＬ＝４（Ｆｐ
−４−Ｆ、）になると第３図に示す各信号が得られ、差
動アンプ７には同図Ｓに示すように基本波周波数ＦＰな
る波形が現われＰＬＬ回路は安定する。従って被測定物
５の移動によって空間フィルターに現われた周波数Ｆ、
ば Ｆ＝−Ｆ−Ｆ　　　　　　・・・・・（１）ｘ　　　４
　　ρしＬ　　　　　Ｐ なる式で求められる。

次に被測定物５の移動方向が第１図矢印方向とは逆の場
合、各部の動作波形は第４図になる。この場合空間フィ
ルター上の像移動方向と、スイッチ回路６の走査方向と
が逆になり、ＶＣＯ２３の出力周波数は静止時の値４Ｆ
ｐよりも小さくなゆ、Ｆｐ　ｌ−Ｌ　＝４（Ｆｐ　　Ｆ
っ）となる。よって、このときの像移動周波数は Ｆ−＝’　４　ＦＰＬＬ−Ｆｐ）　　　　　・・・・・
・（２）となる。なお（２）式は（１）式と符号が反転
しているのみで絶対値は等しい。またここでＦＰＬＬは
負の周波数を発生できないためＦｐ、？Ｆ、の条件を満
足する必要がある。

以上をまとめろと、ＰＬＬ回路要素１１の出力周波数は
、被測定物５の静止時は４Ｆｐであり、第１図の矢印方
向に移動すると（１）式から正の値の像速度が得られ、
また逆方向に移動すると同じ（（１）式から負の値の像
速度が得られろ。従ってこのような構成により、被測定
物５の移動速度と方向とが検出できる。

なお、この発明による速度センサ全自動車の車速検出に
適用する場合、自動車の最大前進車速と最大後退車速の
絶対値には大きな差があり、第１図の状態すなわち空間
フィルター上に現われる信号の位相順序と、スイッチ回
路６の走査順序とが同相のときを自１！１ｍの前進方向
に定めろことで発振回路１０の発振周波数ＦＰを小さな
値に設定できる。つまりＦ２は最大後退車速時に空間フ
ィルタ１に発生する周波数より大きい値であれば良い。

このことにより、回路全体の動作周波数を低くでき、他
の電子機器への防害ノイズを抑制できろ。

また、上記実施例中温１のＬＰＦ８は、スイッチ回路６
のスイッチングにより発生した高調波成分を除去するた
めのものであるが、これを発振回路１０の発振周波数と
等しい中心周波数を有するバンドパスフィルタに置き換
えても良い。こｔｕｆｆＰＬＬ回路の帰還ループの周波
数と、発振回路１０の周波数とが等しいという原理に基
づくからである。

更に、上記実施例では、空間フィルタ１の出力を直接ス
イッチ回路６に導（構成を示したが、この間に増幅器や
波形整形回路を挿入しても良い。

そして、上記実施例では、空間フィルタ１をフォトダイ
オードなどの光電変換要素を用いた場合を示したが、こ
れを−列に並んだ光フアイバアレイで構成し、その端末
を実施例と同様に４ブロツクにまとめた後、光電変換素
子を介して電気信号に変換する構成としても上記実施例
と同様の効果を奏する。

なお上記説明においては、空間フィルタ１上に現われろ
、被測定物５の像の移動に伴う周波数成分Ｆ８が検出で
きることを示したが、これから実際の速度Ｖ、を求める
には、公知のとおり、下記の式で求めれば良い。

ただしｖｏ：被測定物の移動速度 ｐ　　：　第１図に示す空間フィルタのピッチｍ　：光
学系の倍率 Ｆ８：像の周波数 〔発明の効果〕 以上のようにこの発明によれば、４ｎ個からなる光電変
換要素を一定間隔で一列に配列して隣接する４個ずつに
群分けし、各群内の同一順番同士の出力を４本の出力に
まとめ、これらの出力の隣り合わない２本をスイッチ回
路で切換えて順次サイクリックに差動アンプに送出し、
この差動アンプの出力信号をＰＬＬ回路要素に入力する
と共に、一定周波数信号も併せてＰＬＬ回路要素に入力
し、このＰＬＬ回路要素の出力でスイッチ回路を走査し
、かつＰＬＬ回路要素の発振出力から被測定物の移動速
度を検出するようにしたので、比較的簡単な構成であり
ながら速度と方向の両方が検出でき、しかも被測定物の
速度が零から高精度で検出できる等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による空間フィルタ応用速
度センサの構成を示すブロック図、第２図、第３図およ
び第４図はそれぞれ同空間フィルタ応用速度センサの各
部の動作を説明するための動作波形図、第５図は従来の
空間フィルタ応用速度センサを示すブロック図である。 １・・・空間フィルタ、６・・・スイッチ回路、７・・
・差等アンプ、８・・・第１のローパスフィルタ、９・
・・波形整形回路、１０・・・発振回路、１１・・・Ｐ
ＬＬ＠略要素、１２・・・走査回路。 なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。 −〜　　１ ａ＞　　　　　Ｎ　　〜　　〜 第２図 Ｂ　　　　　　　　　　。 ｏ　　　　　　　　　　Ｆｐ 第３図 Ｑ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　ＦＦ第４図 Ｄ ＬＩＪ７７ 第５図 手続補正書（自発） 特許庁長官殿　　　　　　　　　　　　　　　　Ｗ］１
、事件の表示　　　特願昭６１−１５９１９３号２、発
明の名称 空間フィルタ応用速度センサ ３、補正をする者 代表者志岐守哉 三菱電機株式会社内 氏名　（７３７５）弁理士大岩増雄 （ｌｌｌ売先０３２１３）３４２１特許部）５　補正の
対象 明細書の特許請求の範囲の欄 ６、　補正の内容 明細書の特許請求の範囲を別紙のとおり訂正する。 ２　添付書類の目録 訂正特許請求の範囲　　　　　１通 ２、特許請求の範囲 （１）被測定物に対して４ｎ個（ｎは正の整数）の光電
変換要素を一定間隔で一列に配列し、これら光電変換要
素からそれぞれ出力を発生する空間フィルタと、これら
の光電変換要素を隣接する４個ずつに群発けし、各群内
の同一順番同士の出力をそれぞれｎｕ集め合せて４本の
出力とし、これらの出力の隣り合わない２本を順次サイ
クリックに差動アンプの正または負の入力端子にそれぞ
れ導くためのスイッチ回路と、前記差動アンプの出力に
接続された第１のローパスフィルタと、この第１のロー
パスフィルタの出力信号を波形整形する波形整形回路と
、一定屑波数信号を発生する発振回路と、この発振回路
の出力と前記波形整形回路の出力とを人力し、両信号の
位相比較を行いつつ動作する位相比較器、第２のローパ
スフィルタおよび電圧制御発振器からなるＰＬＬ回路要
素と、このＰＬＬ回路要素の発振出力に基づき前記スイ
ッチ回路を順次切換える走査回路とを備え、前記スイッ
チ回路から走査回路に至るＰＬＬ回路要素の帰還ループ
を形成して、被測定物の移動速度および移動方向Ｋかか
わらず前記第１のローパスフィルタの出力周波数が前記
発振回路の発振周波数に等しくなるようＰＬＬ回路要素
を動作させ、該ＰＬＬ回路要素の発振出力から被測定物
の移動速度と移動方向とを検出するようにしたことを特
徴とする空間フィルタ応用速度センサ。 （２）第１のローパスフィルタを、その中心周波数が発
振回路の発振周波数に等しいバンドパスフィルタとした
こと全特徴とする特許請求の範囲Ｊ１項記載の空間フィ
ルタ応用速度センサ。 （３）スイッチ回路は、自動車の走行速度検出時におい
て、該自動車の前進時に空間フィルタに発生する信号出
力の位相順序とは逆の順序に差動アンプに導くよう走査
されることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第
２項記載の空間フィルタ応用速度センサ。 （４）自動車の最大後退車速時に空間フィルタに発生す
る周波数より高い周波数を°発振回路の発振周波数とし
たことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の空間フ
ィルタ応用速度センサ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定物に対して４ｎ個（ｎは正の整数）の光電
   変換要素を一定間隔で一列に配列し、これら光電変換要
   素からそれぞれ出力を発生する空間フィルタと、これら
   の光電変換要素を隣接する４個ずつに群分けし、各群内
   の同一順番同士の出力をそれぞれｎ個集め合せて４本の
   出力とし、これらの出力の隣り合わない２本を順次サイ
   クリックに差動アンプの正または負の入力端子にそれぞ
   れ導くためのスイッチ回路と、一定周波数信号を発生す
   る発振回路と、前記差動アンプの出力に接続された第１
   のローパスフィルタと、この第１のローパスフィルタの
   出力信号を波形整形する波形整形回路と、一定周波数信
   号を発生する発振回路と、この発振回路の出力と前記波
   形整形回路の出力とを入力し、両信号の位相比較を行い
   つつ動作する位相比較器、第２のローパスフィルタおよ
   び電圧制御発振器からなるＰＬＬ回路要素と、このＰＬ
   Ｌ回路要素の発振出力に基づき前記スイッチ回路を順次
   切換える走査回路とを備え、前記スイッチ回路から走査
   回路に至るＰＬＬ回路要素の帰還ループを形成して、被
   測定物の移動速度および移動方向にかかわらず前記第１
   のローパスフィルタの出力周波数が前記発振回路の発振
   周波数に等しくなるようＰＬＬ回路要素を動作させ、該
   ＰＬＬ回路要素の発振出力から被測定物の移動速度と移
   動方向とを検出するようにしたことを特徴とする空間フ
   ィルタ応用速度センサ。
2. （２）第１のローパスフィルタを、その中心周波数が発
   振回路の発振周波数に等しいバンドパスフィルタとした
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の空間フィ
   ルタ応用速度センサ。
3. （３）スイッチ回路は、自動車の走行速度検出時におい
   て、該自動車の前進時に空間フィルタに発生する信号出
   力の位相順序とは逆の順序に差動アンプに導くよう走査
   されることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第
   ２項記載の空間フィルタ応用速度センサ。
4. （４）自動車の最大後退車速時に空間フィルタに発生す
   る周波数より高い周波数を発振回路の発振周波数とした
   ことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の空間フィ
   ルタ応用速度センサ。