JPS63277973A - 空間フイルタを用いた移動物体の速度測定装置 - 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〕 本発明は移動物体の速度を非接触で検出する装置に係り
、特に空間フィルタを用いた移動物体の速度測定装置に
係る。

〔従来の技術〕

従来、空間フィルタを利用して移動物体の速度を測定す
るものは１例えば特開昭５２−１５３７８１号公報に示
されるように、被測定体からの反射光をレンズを介して
空間フィルタ系検出器上に結像・導入され、この検出器
から得られる周波数信号によって速度を求めることがで
きる。

また、゛レンズを用いて反射光を検出器上に導入する場
合、測定器と被測定物間の相対的位置の変動に伴や検出
器上の反射光像のぼけによる誤差を除去すべく、上記レ
ンズの後方焦点上に１個の小孔を在する遮断板を設け、
この小孔を通過する反射光のみを使用する測定装置が、
例えば特開昭５２−１４３０８１号公報により知られて
いる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術においては、しかしながら、被測定物まで
の距離の変動により生ずる測定一度の誤差は上記小孔を
有する遮断板のそう入により取り除くことが可能とはな
るが、一方この小孔を通過する光のみを検出することか
ら空間フィルタ検出器の出力信号が小さく、外部からの
ノイズに弱くなるという欠点を有する。

そこで、本発明の目的は、上記従来技術の有する技術的
欠点に鑑み、被測定物までの距離の変動にも拘らず速度
測定誤差が小さく、外部からのノイズによる影響の少な
い空間フィルタを用いた移動物体の速度測定装置を提供
することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明によれば、上記の本発明の目的は、反射光の結像
素子としてのレンズに代え、複数の小孔若しくはスリッ
ト列を配置した遮断板、又は焦点深度の深いフレネルレ
ンズを使用することにより達成される。

〔作用〕

本発明では、針穴写真機に見られるように、小孔により
得られる結像効果に着目したものである。

すなわち、小孔により被測定体からの反射光を投影した
場合、孔の径が小さい程像のぼけが小さくなり、孔から
被測定体までの距離が変動してもぼけはあまり生じない
、ただ、孔径が減少する程像面に達する光量も減少し、
像は暗くなる。そこで本発明では、この小孔による光量
の減少を防止するため、この小孔を多数配列した遮断板
を用い。

多重光学系とすることにより上記欠点を解消せんとする
ものである。

また、レンズに代えてブレーズ型のフレネルレンズアレ
イを用いた場合、レンズ−個の開口径が非常に小さいた
め、焦点深度が深くなり、遮断板を用いずに被測定物間
の距離が大きく変動しても空間フィルタ検出器上にはぼ
けの少ない像を形成することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図を用いて詳細に説明する。

第１図は本発明を利用してなる速度測定装置、例えば車
速センサを示す、車速センサは自動車の車体に取り付け
られ、被測定体７は大地である。

また１図において、参照番号８は１例えばランプ、等に
より構成される光源であり、この光源８がら照射された
光は被測定体７の表面で反射され、フィルタ６を通して
測定装置内に導入される。このフィルタ６は測定装置外
部の汚れ、例えば泥等が、測定装置の内部の光学系に付
着することを防止するために設けられ、光学的に透明な
材料で形成されている。

また、測定装置内において、１はビームスプリッタであ
り、被測定体からの光を上方向と右方向に分離され、以
下に述べる二組の光学系によって検出される。この二組
の光学系のうち縦方向のものの参照番号には何の記号も
つけず、他方の横方向のものの参照番号にはダッシュを
付して示す。

２及び２′は結像素子としての小孔の集合体又はスリッ
ト列であり、１次元の速度を計測する場合は第２図に示
す様なスリット列を有する遮断板でよく、例えば厚みの
薄い金属板１１にスリット１２をくり抜き、あるいは透
明板上に金属を蒸着し、その後エツチング等によって形
成することができる。

一方、２次元の速度を検知する場合には、第３図に示す
様に、基板１１上に、縦方向および横方向に周期性をも
つ小孔を複数配置したものを用いる。その製作方法は上
記と同様である。

上記の様な結像素子２，２′を通過した光は空間フィル
タ３，３′上に投影され、空間フィルタを透過した光は
受光素子４，４′により検出される。この空間フィルタ
は、１次元速度計測では。

ピッチｐの周期でその透過率を変える透過率分布を有す
る空間フィルタを用いる。また、この空間フィルタ３，
３′は受光素子４，４′と一体化し、一定ピツチで受光
素子を配置した第４図に示す様なデバイスを用いてもよ
い。第４図において、１３は例えば太陽電池等から構成
される受光エレメントであり、シリコン基板１５上に一
定のピッチでストライプ状に形成されている。これらエ
レメント部１３は１個ずつ隔てて左右の電極１４に電気
的に接続され、リード線１７を介して外部に導出されて
いる。また、図中、１６は基板を表わしている。そして
、第１図に戻り、受光素子４゜４′の出力信号は、アン
プ５，５′等により適宜増幅、整形され、その後、例え
ばマイクロコンピュータ等から構成され処理回路（図示
せず）へ送られ、処理される。

また、２次元の場合には、上記と同様の空間フィルタを
周期方向がお互いに平行にならないように１例えばお互
いに直交する様に２個配置したものを用いればよい。

以上の様な本発明になる速度センサの動作について以下
に詳細に説明する。今、自動車が一定の速度で走行して
いる場合、上記センサに対し相対的に走行中の被測定体
（大地）の表面の凹凸や濃淡などのむらを有する被測定
体７の表面像が、上記フィルタ６及びスリットから成る
結像素子２゜２′を介して空間フィルタ３，３′上に投
影される。この空間フィルタ３，３′は一定ピッチで光
の透過率を変化し、これを透過した光を受光素子４．４
′が検出する。そして、この受光素子４゜４′の出力を
とると、被測定体７の表面像のうち。

空間フィルタ３のピッチｐと同一のむらの変化のみが強
調して取り出され、その他のむらによる光の変化は受光
素子４上でランダム状態となるので平均化さ九て変化分
が相殺されて小さくなる。

このようにして取り出された出力の周期は空間フィルタ
３の配設ピッチと同一の被測定体７の表面像の１ピツチ
が、空間フィルタを通過する時間であり、走行速度を、
Ｖ、空間フィルタの配設ピッチをｐ、投影像の倍率をＭ
とすると、得られる周波数ｆは以下の様に速度に比例し
たものとなる。

ｆ　＝　Ｍ　ｖ　／　ｐ　　　　　　　　　　　　・・
・（１）従来、空間フィルタを用いた速度測定装置では
１、結像素子としてレンズを用いて被測定体の像を空間
フィルタ上に投影していた。ところがこのような結像効
果は、針穴写真機に見られるように、小孔によっても得
られる０本発明ではこれに着目し、小孔の結像効果を利
用しよ゛うとした。すなわち。

小孔によって被測定体の像を投影した場合、孔の径が小
さい程像のぼけが小さくなり、径が無限小の場合には、
孔から被測定体までの距離が変動してもぼけは全く生じ
ない。ただ、孔径が減少する程像面に達する光量が少な
くなり、像は暗くなっていく、これに対し、本発明では
、小孔による光量の減少を防止するために、小孔を多数
配置した多重光学系を考案した。

今、−個の小孔によってｘ−ｙ平面に投影された被測定
体の像の明暗の分布をｆ、（ｘ＋ｙ）とする。同様の小
孔がＸ方向にピッチｐでＭ個、ｙ方向にピッチｑでＮ個
、小孔から被測定体までの距離に比べ、−十分小さな領
域内に配置されているとすると・、この集合によって投
影された像ＩＭ（ｘ。

ｙ）は、 となる。

Ｘ方向の空間周波数をμ、ｙ方向の空間周波数をυとす
ると、像ｆＭ（ｘ＊ｙ）ではＸ方向にピッチル。ｙ方向
にピッチｑだけずつずれた被測定体像の重ね合せにより
、空間周波数μ＝に／ｐ　（ｋ＝０．１，２．−）およ
びｕ＝Ｑ／ｑｃＱ＝ｏ、１゜２、・・・）を有するむら
が最も強調され、他の空間周波数のむらは多数の像の間
でお互いに打ち消し合い小さくなる。

一方、Ｘ方向のピッチがγである空間フィルタは、一般
に空間周波数μ＝ｍ／γ（ｋ＝ｏ、１゜２、・・・）に
強い選択性をもつ、すなわち、被測定体の像のうち、空
間周波数μ＝ｍ／γを有するむが強調されて取出される
。

従って、結像素子２，２′として上記小孔の集合体を用
い、かつそ（ｈｘ方＾のピッチｐを空間フィルタ３，３
′のピッチγに一致させれば、光学系全体としての空間
周波数選択性は単一のレンズを用いた場合に比べて向上
する。

さらに、Ｘ方向に周期性を有する空間フィルタ３．３′
とＸ方向に周期性を有する他の空間フィルタの２個を組
合わせて２次元の速度を計測しようとする場合、Ｘ方向
の速度を検知する空間フィルタのピッチＳと小孔の集合
体のＸ方向のピッチｑと一致させれば、Ｘ方向について
も空間周波数選択性は向上する。

Ｘ方向またはＸ方向の速度のみを計測したい場合には、
それぞれ小孔の集合体のＸ方向またはＸ方向について周
期性をもたせる必要はなく、むしろ投影像を明るくする
ために、ｙ芳向またはＸ方向に連続的に小孔を配置する
。すなわちスリットを形成した方がよい。

以上からも明らかなように、第１図に示す速度測定装置
において、第２図、第３図に示す結像素子２，２′のス
リ９４８幅あるいはピンホールの大きさをある程度小さ
くすれば、測定装置、すなわち結像素子２．２′と被測
定体７との間の距離りの変動にもかかわらず、空間フィ
ルタ３，３′上の投影像のぼけを少なくシ、速度測定へ
の悪影響をなくすることができる。また、上記スリット
あるいはピンホールの数を多くすることにより空間フィ
ルタ３，３′上に投影される像を明るくなり、ノイズの
影響を受けにくくなることは明らかである。

次に、第１図において、同様な構造を有する光学系を縦
方向及び横方向に２個用いていることにより、測定装置
と被測定体との間の距離の変動による測定誤差を補償で
き、より正確な速度測定が可能となるが、これについて
以下に説明する。

すなわち、第（１）式から明らかな様に、空間フィルタ
４を通して受光素子４から得られる出力信号の周波数は
投影像の倍率Ｍに比例する。測定装置と複測定体間の距
離変動が小さい場合、この倍率Ｍの変動も少ないが、こ
れが大きくなるとＭの変動も大きくなり、出力信号周波
数も実際の速度から隔ってくる。

一方、上記の二つの光学系において、被測定体７から結
像素子であるスリット又は小孔の集合体２．２′までの
光学的な距離をｈｔ、　ｈａ、上記結像素子２，２′と
空間フィルタ３，３′との間の距離を共にｄ、空間フィ
ルタ３，３′のピッチを共にｐとすると、各光学系の出
力周波数は、被測定体との移動速度をＶとすれば、以下
の様に表わされる。

ｆｘ＝　（ｄ／ｈｚ）Ｘ　（ｖ／ｐ）　　　　　−（３
）ｆｘ＝　（ｄ／ｈａ）Ｘ　（ｖ／ｐ）　　　　　”（
４）さらに、ｈｘ−ｈａで表わされる各光学系における
光学的距離の差は一定（＝Δｈ）であり、これら３式か
ら、ｈｚ、ｈｚ及びＶが求められる。すなわちＶは以下
の様に表わされる。

■＝Δｈ　Ｐ　ｆｘｆ＊／ｄ　＜ｆｌ−／ｚ）　　　　
・＝（５）以上より明らかなように、二つの光学系を用
いることにより、測定装置と被測定物間の距離変動に伴
う倍率の変動、それに伴う検出周波数の誤差を補償する
ことが可能となる。

第５図には１本発明の他の実施例を示す、この実施例に
おいては、結像素子としてのスリット列又は小孔の集合
体２を１個とし、これをビームスプリッタ１の前に配置
したものである。これにより。

結像素子としてのスリット列又は小孔の集合体を１個に
できるという利点があり、またその動作については第１
図により示した実施例のそれと同様である。

さらに、−次元速度用の結像素子として、スリット列の
代わりに、第６図及び第７図に示すかまぼこ型レンズア
レイを用いることも可能である。

ただしこのレンズアレイはピッチを空間フィルタと同じ
１■程度、空間フィルタ上に結像させるために焦点距離
を数１にする必要がある。しかし通常のレンズ作成方法
ではこのようなレンズを作ることが難しい、そこで、現
在微小光学素子の作成で注目されている電子線描画装置
を用いて第６図に示すようなブレーズ型のフレネルレン
ズアレイを作成する。このようなレンズを第７図のよう
に基板全体に作成し、スリット列の代わりに用いる。

このようなレンズアレイでは、レンズ−個の開口径が非
常に小さいため、焦点深度が深くなる。すなわちレンズ
と被測定物間の距離が大きく変動しても、空間フィルタ
上にボケの少ない像を形成することができる。またレン
ズアレイでは、全面で光を透過するので、スリット列の
場合に比べ、さらに明るくなる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、測定装置と被測定体の距離の大きな変
動による測定誤差がなく、受光素子が受ける光量が大き
いため、出力信号がノイズによる影響を受けにくい移動
物体の速度測定装置を構成できる効果がある。また出力
信号を大きくとれるため、被測定体を照らす光源８の消
費電力を小さくすることができ、さらにそれの長寿命化
をはかることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる速度測定装置の構成を示す全体構
成図、第２図は第１図に示す結像素子の詳細構造を示す
図、第３図は結像素子の他の例を示す図、第４図は第１
図に示した空間フィルタ及び受光素子を一体化した空間
フィルタ系受光素子の詳細構造を示す図、第５図は本発
明になる他の実施例を示す全体構成図、第６図及び第７
図は結像素子としての他の実施例を示す断面図及び全体
図を表わす。 １・・・ビームスプリッタ、２，２′・・・スリット列
又は小孔集合体から成る結像素子、３．３′・・・空間
第１図 第２図 茶３図 茶４ｒｉＪ ＃５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被測定物からの反射光を結像素子を介して空間フィ
   ルタ系検出器に結像して移動物体の移動速度を測定する
   ものにおいて、上記結像素子として平面遮断板上に複数
   のスリット列又は小孔を配置したものを用いることを特
   徴とした空間フィルタを用いた移動物体の速度測定装置
   。 ２、特許請求の範囲第１項において、上記結像素子の複
   数のスリットは、上記平面遮断板上に平行かつ周期的に
   配置しかつ上記空間フィルタはその周期方向及びそのピ
   ッチを一致させたことを特徴とした空間フィルタを用い
   た移動物体の速度測定装置。 ３、特許請求の範囲第１項において、上記結像素子の複
   数の小孔は、上記平面板上に２次元的に格子状に配置し
   、その周期方向及びそのピッチを上記空間フィルタと一
   致させたことを特徴とした空間フィルタを用いた移動物
   体の速度測定装置。 ４、特許請求の範囲第１項において、上記空間フィルタ
   系検出器を非同軸上に２個設けたことを特徴とする空間
   フィルタを用いた移動物体の速度測定装置。 ５、特許請求の範囲第４項において、さらに、反射光を
   非同軸上に分離するためのビームスプリッタを備えたこ
   とを特徴とする空間フィルタを用いた移動物体の速度測
   定装置。