WO2023228494A1 - 速度測定装置及び速度測定方法 - Google Patents
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Definitions
- Patent Document 1 A method for measuring the moving speed of an object without contact has been proposed.
- two spatial filters are arranged at positions where the optical path lengths from the target object are different from each other, and the reflected light from the target object is imaged on both of the two spatial filters. It is described that the moving speed of an object is calculated using both frequencies of two signals.
- the moving speed calculating section may calculate the moving speed of the measurement target based on the frequency of the amplified difference signal.
- the spatial filter may include photodetectors arranged in stripes at a predetermined pitch.
- the spatial filter includes a grating including light blocking portions arranged in a striped manner at a predetermined pitch, and the speed measurement method photoelectrically converts light passing through the grating to generate a signal. It may further include.
- the speed measuring method described above may further include amplifying the difference signal between the first signal and the second signal.
- the present invention it is possible to provide a speed measuring device and a speed measuring method that can accurately measure the speed of an object even if the distance between the object and the speed measuring device changes.
- FIG. 8 is a schematic graph showing a temporal change in the signal of the difference in intensity between two signals according to the embodiment.
- FIG. 9 is a schematic side view showing the speed measuring device according to the embodiment.
- FIG. 10 is a schematic side view showing the speed measuring device according to the embodiment.
- the moving speed of the object can be stabilized by focusing the object on a spatial filter placed parallel to the image plane. Measurable. However, there may be cases where the distance between the speed measuring device and the object to be measured cannot be kept constant due to shaking of either the speed measuring device or the object to be measured. If the spatial filter is arranged parallel to the image plane, if the distance between the velocity measuring device and the object to be measured changes and the image of the object to be measured on the spatial filter becomes blurred, the object will move. Calculation of velocity may become impossible.
- the speed measuring device since the spatial filter 50 is arranged at an angle with respect to the image plane of the reflected light that has passed through the both-side telecentric lenses 4, the speed measuring device and the object to be measured are When the distance between the objects 10 and 10 changes by becoming shorter or longer, the position where the image of the measurement object 10 is clearly formed on the spatial filter 50 continuously moves; It is possible to suppress blurring of the image of the measurement object 10 in all regions. Therefore, the speed measuring device according to the embodiment can stably measure the moving speed of the measuring object 10 even if the distance between the speed measuring device and the measuring object 10 changes.
- the spatial filter 50 may be arranged perpendicularly to the optical axis of the double-sided telecentric lens 4, or may be arranged at an angle. Since the image plane formed by the reflected light by the prism 60 is inclined with respect to the optical axis of the double-sided telecentric lens 4, the image of the measurement object 10 is clearly formed in a part of the spatial filter 50, and the spatial filter 50 The image of the object to be measured 10 is formed in a blurred manner in other areas.
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Abstract
移動する測定対象物１０からの反射光を受光する両側テレセントリックレンズ４と、両側テレセントリックレンズ４を通過した反射光による像面に対して傾斜して配置された空間フィルタ５０と、反射光を空間フィルタ５０で空間フィルタリングして得られる信号の周波数に基づき、測定対象物の移動速度を算出する移動速度算出部３０２と、を備える速度測定装置。
Description
本発明は、速度測定装置及び速度測定方法に関する。
対象物の移動速度を非接触で測定する方法が提案されてきている。特許文献１は、対象物からの光路長が互いに異なる位置に２つの空間フィルタを配置し、対象物からの反射光を２つの空間フィルタの両方に結像し、２つの空間フィルタでフィルタリングされた２つの信号の両方の周波数を用いて、対象物の移動速度を算出することを記載している。
従来の非接触速度測定装置は、対象物と速度測定装置の間の距離が変動すると、対象物からの反射光が結像する位置が空間フィルタからずれるために、対象物の速度を正確に測定することができない。そこで、本発明は、対象物と速度測定装置の間の距離が変動しても対象物の速度を正確に測定することができる速度測定装置及び速度測定方法を提供することを目的の一つとする。
本発明の態様に係る速度測定装置は、移動する測定対象物からの反射光を受光する両側テレセントリックレンズと、両側テレセントリックレンズを通過した反射光による像面に対して傾斜して配置された空間フィルタと、反射光を空間フィルタで空間フィルタリングして得られる信号の周波数に基づき、測定対象物の移動速度を算出する移動速度算出部と、を備える。
上記の速度測定装置において、空間フィルタが、所定のピッチで縞状に配置された光検出器を備えていてもよい。
上記の速度測定装置において、空間フィルタが、所定のピッチで縞状に配置された遮光部を備える格子を備え、上記の速度測定装置が、格子を通過した光を受光する光検出器をさらに備えていてもよい。
上記の速度測定装置において、空間フィルタが、所定のピッチで縞状に配置された遮光部を備える格子を備え、上記の速度測定装置が、格子を通過した光を受光する第１の光検出器と、格子で反射した光を受光する第２の光検出器と、をさらに備えていてもよい。
上記の速度測定装置が、第１の光検出器からの信号と第２の光検出器からの信号の差分の信号を増幅する差分増幅部をさらに備えていてもよい。
上記の速度測定装置において、移動速度算出部が、増幅された差分の信号の周波数に基づき、測定対象物の移動速度を算出してもよい。
上記の速度測定装置が、両側テレセントリックレンズと空間フィルタの間に配置されたプリズムをさらに備えていてもよい。
上記の速度測定装置が、測定対象物に光を照射する光源をさらに備えていてもよい。
本発明の態様に係る速度測定方法は、移動する測定対象物からの反射光を両側テレセントリックレンズで受光することと、両側テレセントリックレンズを通過した反射光による像面に対して傾斜して配置された空間フィルタで、反射光を空間フィルタリングすることと、反射光を空間フィルタリングして得られる信号の周波数に基づき、測定対象物の移動速度を算出する移動速度算出部と、を含む。
上記の速度測定方法において、空間フィルタが、所定のピッチで縞状に配置された光検出器を備えていてもよい。
上記の速度測定方法において、空間フィルタが、所定のピッチで縞状に配置された遮光部を備える格子を備え、上記の速度測定方法が、格子を通過した光を光電変換して信号を生成することをさらに含んでいてもよい。
上記の速度測定方法において、空間フィルタが、所定のピッチで縞状に配置された遮光部を備える格子を備え、上記の速度測定方法が、格子を通過した光を光電変換して第１の信号を生成することと、格子で反射した光を光電変換して第２の信号を生成することと、をさらに含んでいてもよい。
上記の速度測定方法が、第１の信号と第２の信号の差分の信号を増幅することをさらに含んでいてもよい。
上記の速度測定方法において、増幅された差分の信号の周波数に基づき、測定対象物の移動速度を算出してもよい。
上記の速度測定方法が、両側テレセントリックレンズと空間フィルタの間に配置されたプリズムで反射光を受光することをさらに含んでいてもよい。
上記の速度測定方法が、測定対象物に光を照射することをさらに含んでいてもよい。
本発明によれば、対象物と速度測定装置の間の距離が変動しても対象物の速度を正確に測定することができる速度測定装置及び速度測定方法を提供することができる。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。ただし、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
実施形態に係る速度測定装置は、図１に示すように、移動する測定対象物１０からの反射光を受光する両側テレセントリックレンズ４と、両側テレセントリックレンズ４を通過した反射光による像面に対して傾斜して配置された空間フィルタ５０と、反射光を空間フィルタ５０で空間フィルタリングして得られる信号の周波数に基づき、測定対象物の移動速度を算出する移動速度算出部３０２と、を備える。移動速度算出部３０２は、例えば、中央演算処理装置（ＣＰＵ）３００に含まれる。
測定対象物１０は、平行に移動する。測定対象物１０は、速度測定装置に対して相対的に移動する。例えば、速度測定装置が静置され、測定対象物１０が移動してもよいし、測定対象物１０が静置され、速度測定装置が移動してもよい。速度測定装置が静置され、測定対象物１０が移動する場合、測定対象物１０の例としては、フィルム、及び不織布等が挙げられるが、特に限定されない。測定対象物１０が静置され、速度測定装置が移動する場合、測定対象物１０の例としては、路面が挙げられるが、特に限定されない。
実施形態に係る速度測定装置は、測定対象物１０に光を照射する光源３０をさらに備えていてもよい。光源３０としては、レーザー及び発光ダイオード（ＬＥＤ）が使用可能であるが、特に限定されない。光の強度は、例えば、一定である。実施形態に係る速度測定装置は、光源３０が発した光を平行光にする照射用レンズ３１をさらに備えていてもよい。光源３０が光を照射することにより、測定対象物１０から反射光が生じる。ただし、光源３０が光を照射しなくとも、太陽光や周囲の照明光により測定対象物１０から反射光が生じる場合は、光源３０はなくてもよい。
両側テレセントリックレンズ４は、測定対象物１０からの反射光を集光するする第１のレンズ４０を備えていてもよい。第１のレンズ４０は、例えば、光軸が測定対象物１０に対して略垂直になるように配置される。第１のレンズ４０の物体側の主光線は平行である。これにより、第１のレンズ４０と測定対象物１０の間の距離が変わっても、結像倍率は一定である。また、両側テレセントリックレンズ４は、第１のレンズ４０で集光された反射光を平行光にする第２のレンズ４１を備えていてもよい。例えば、第２のレンズ４１は、光軸が測定対象物１０に対して略垂直になるように配置される。第２のレンズ４１の像側の主光線は平行である。これにより、第２のレンズ４１と空間フィルタ５０の間の距離が変わっても、結像倍率は一定である。例えば、第１のレンズ４０の光軸と第２のレンズ４１の光軸は一致する。第１のレンズ４０と第２のレンズ４１の間に絞り６１が配置されていてもよい。第１のレンズ４０、第２のレンズ４１、及び絞り６１は、鏡筒７１内に配置されていてもよい。両側テレセントリックレンズ４は、例えば、測定対象物１０と空間フィルタ５０の間に配置される。
空間フィルタ５０は、例えば、両側テレセントリックレンズ４の光軸に対して傾斜して配置される。空間フィルタ５０は、両側テレセントリックレンズ４を通過した反射光による像面に対して傾斜して配置されているため、空間フィルタ５０上の一部の領域で測定対象物１０の像がクリアに結像し、空間フィルタ５０上の他の領域で測定対象物１０の像がぼやけて結像する。空間フィルタ５０は、図２に示すように、所定のピッチＰで縞状に配置された光検出器５２を備えていてもよい。図１に示す空間フィルタ５０を構成する光検出器５２は、空間フィルタリングされた光を電気信号に変換する。信号は、増幅器により増幅され、移動速度算出部３０２に送られる。信号は、図３に示すように、測定対象物１０の速度と空間フィルタ５０のピッチＰに比例する周波数を有する交流成分を含む。
信号を所定の時間蓄積し、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理すると、図４に示すような周波数スペクトル（振幅スペクトル）が得られる。周波数スペクトルにおいて、ゼロ付近を除いて振幅のピークを与える正の周波数が、信号の周波数である。なお、スペクトルはパワースペクトルでもよい。
移動速度算出部３０２は、信号の周波数Ｆを算出する。さらに、移動速度算出部３０２は、例えば下記（１）式を用いて、測定対象物１０の移動速度Ｖを算出する。
Ｖ＝ＦＰ／Ｍ （１）
ここで、Ｐは空間フィルタ５０のピッチである。Ｍは、両側テレセントリックレンズ４による倍率である。なお、移動速度Ｖの算出には、信号の周波数Ｆの代わりに信号の周期を用いてもよい。
Ｖ＝ＦＰ／Ｍ （１）
ここで、Ｐは空間フィルタ５０のピッチである。Ｍは、両側テレセントリックレンズ４による倍率である。なお、移動速度Ｖの算出には、信号の周波数Ｆの代わりに信号の周期を用いてもよい。
速度測定装置と測定対象物の間の距離が一定である場合、像面に対して平行に配置された空間フィルタに測定対象物を結像させれば、測定対象物の移動速度を安定的に計測可能である。しかし、速度測定装置及び測定対象物のいずれかの揺れ等により、速度測定装置と測定対象物の間の距離を一定に保てない場合が生じ得る。空間フィルタが像面に対して平行に配置されている場合、速度測定装置と測定対象物の間の距離が変動して、空間フィルタ上における測定対象物の像がぼやけると、測定対象物の移動速度の算出が不可能になり得る。これに対し、実施形態に係る速度測定装置においては、空間フィルタ５０が、両側テレセントリックレンズ４を通過した反射光による像面に対して傾斜して配置されているため、速度測定装置と測定対象物１０の間の距離が、短くなったり、長くなったりして変動すると、空間フィルタ５０上において、測定対象物１０の像がクリアに結像する位置が連続的に移動するものの、空間フィルタ５０上の全ての領域で測定対象物１０の像がぼやけることを抑制可能である。そのため、実施形態に係る速度測定装置は、当該速度測定装置と測定対象物１０の間の距離が変動しても、測定対象物１０の移動速度を安定的に計測可能である。
図５に示すように、実施形態に係る速度測定装置は、両側テレセントリックレンズ４と空間フィルタ５０の間に配置されたプリズム６０を備えていてもよい。プリズム６０は、反射光の進行方向において連続的に変化する厚みを有する。プリズム６０は例えば楔形プリズムであるが、特に限定されない。プリズム６０は、例えば、測定対象物１０の移動方向においては一定の厚みを有する。反射光の進行方向において連続的に変化する厚みを有するプリズム６０を反射光が通過すると、反射光が形成する像面が、両側テレセントリックレンズ４の光軸に対して傾斜する。この場合、空間フィルタ５０を両側テレセントリックレンズ４の光軸に対して垂直に配置してもよいし、傾斜して配置してもよい。プリズム６０により反射光が形成する像面が両側テレセントリックレンズ４の光軸に対して傾斜するため、空間フィルタ５０の一部の領域で測定対象物１０の像がクリアに結像し、空間フィルタ５０の他の領域で測定対象物１０の像がぼやけて結像する。
図１及び図５に示す空間フィルタ５０は、図６に示すように、所定のピッチＰで縞状に配置された第１の光検出器５３と、所定のピッチＰで縞状に配置された第２の光検出器５４と、を備えていてもよい。第２の光検出器５４は、第１の光検出器５３の間隙に配置され、第１の光検出器５３の縞状部分と第２の光検出器５４の縞状部分は交互に配置される。
第１の光検出器５３と第２の光検出器５４には、差動増幅器３０３が接続されている。図７に示すように、第１の光検出器５３で光電変換された信号の位相は、第２の光検出器５４で光電変換された信号の位相に対して反転している。差動増幅器３０３は、第１の光検出器５３で光電変換された信号と第２の光検出器５４で光電変換された信号の図８に示す差分信号を得る。差分信号においては、バイアス成分が除去される。差動増幅器３０３は、差分信号を増幅して、増幅した差分信号を移動速度算出部３０２に送る。移動速度算出部３０２は、差分信号から信号の周波数Ｆを算出する。バイアス成分を除去することにより、信号の増幅倍率を上げることが可能である。
図９に示す空間フィルタ５０は、所定のピッチＰで縞状に配置された遮光部を備える格子を備えていてもよい。格子は、測定対象物１０から反射光による像面に対して傾斜して配置されている。格子は、例えば、両側テレセントリックレンズ４の光軸に対して傾斜して配置される。速度測定装置は、格子である空間フィルタ５０を通過した光を集光するレンズ１５１と、格子を通過してレンズ１５１で集光された光を受光する光検出器１５２と、を備えていてもよい。光検出器１５２が、信号を移動速度算出部３０２に送る。この場合、光検出器１５２は、縞状でなくてよい。
図１０に示すように、空間フィルタ５０は、所定のピッチＰで縞状に配置された遮光部を備える格子を備えていてもよい。格子は、測定対象物１０から反射光による像面に対して傾斜して配置されている。格子は、例えば、両側テレセントリックレンズ４の光軸に対して傾斜して配置される。速度測定装置は、格子である空間フィルタ５０を通過した光を集光する第１のレンズ１５３と、格子を通過して第１のレンズ１５３で集光された光を受光する第１の光検出器１５４と、格子で反射した光を集光する第２のレンズ１５５と、格子を通過して第２のレンズ１５５で集光された光を受光する第２の光検出器１５６と、を備えていてもよい。第１及び第２の光検出器１５４、１５６は、縞状でなくてよい。
第１の光検出器１５４と第２の光検出器１５６には、差動増幅器３０３が接続されている。差動増幅器３０３は、第１の光検出器１５４で光電変換された信号と第２の光検出器１５６で光電変換された信号の差分信号を得る。差動増幅器３０３は、差分信号を増幅して、増幅した差分信号を移動速度算出部３０２に送る。移動速度算出部３０２は、差分信号から信号の周波数Ｆを算出する。
上記のように本発明を実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。例えば、空間フィルタは、格子と、格子に密着又は近接する面状の光検出器と、を備えていてもよい。本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を包含するということを理解すべきである。
４・・・両側テレセントリックレンズ、１０・・・測定対象物、３０・・・光源、３１・・・照射用レンズ、４０・・・第１のレンズ、４１・・・第２のレンズ、５０・・・空間フィルタ、５２・・・光検出器、５３・・・光検出器、５４・・・光検出器、６０・・・プリズム、７１・・・鏡筒、１５１・・・レンズ、１５２・・・光検出器、１５３・・・レンズ、１５４・・・光検出器、１５５・・・レンズ、１５６・・・光検出器、３０２・・・移動速度算出部、３０３・・・差動増幅器
Claims (10)
- 移動する測定対象物からの反射光を受光する両側テレセントリックレンズと、
前記両側テレセントリックレンズを通過した前記反射光による像面に対して傾斜して配置された空間フィルタと、
前記反射光を前記空間フィルタで空間フィルタリングして得られる信号の周波数に基づき、前記測定対象物の移動速度を算出する移動速度算出部と、
を備える、速度測定装置。 - 前記空間フィルタが、所定のピッチで縞状に配置された光検出器を備える、請求項１に記載の速度測定装置。
- 前記空間フィルタが、所定のピッチで縞状に配置された遮光部を備える格子を備え、
前記格子を通過した光を受光する光検出器をさらに備える、請求項１に記載の速度測定装置。 - 前記空間フィルタが、所定のピッチで縞状に配置された遮光部を備える格子を備え、
前記格子を通過した光を受光する第１の光検出器と、前記格子で反射した光を受光する第２の光検出器と、さらに備える、請求項１に記載の速度測定装置。 - 前記第１の光検出器からの信号と前記第２の光検出器からの信号の差分の信号を増幅する差分増幅部をさらに備える、請求項４に記載の速度測定装置。
- 前記移動速度算出部が、前記増幅された差分の信号の周波数に基づき、前記測定対象物の移動速度を算出する、請求項５に記載の速度測定装置。
- 前記両側テレセントリックレンズと前記空間フィルタの間に配置されたプリズムをさらに備える、請求項１に記載の速度測定装置。
- 前記測定対象物に光を照射する光源をさらに備える、請求項１に記載の速度測定装置。
- 移動する測定対象物からの反射光を物体側テレセントリックレンズ又は両側テレセントリックレンズで受光することと、
前記両側テレセントリックレンズを通過した前記反射光による像面に対して傾斜して配置された空間フィルタで、前記反射光を空間フィルタリングすることと、
前記反射光を空間フィルタリングして得られる信号の周波数に基づき、前記測定対象物の移動速度を算出する移動速度算出部と、
を含む、速度測定方法。 - 前記空間フィルタが、所定のピッチで縞状に配置された遮光部を備える格子を備え、
前記格子を通過した光を光電変換して第１の信号を生成することと、
前記格子で反射した光を光電変換して第２の信号を生成することと、
をさらに含む、請求項９に記載の速度測定方法。
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- 2023-02-20 WO PCT/JP2023/006057 patent/WO2023228494A1/ja unknown
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|---|---|---|---|
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