JPH02263164A - 空間フィルタを用いた速度ベクトルの測定方法と装置 - 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、空間フィルタを用いて相対移動対象の速度ベ
クトルの大きさと向き又は物体の位置を測定する測定方
法と装置とに関する。

〔従来技術〕

基板面に一定ピッチによりスリット列を形成した空間フ
ィルタを用い、当該空間フィルタを透過する光の周波数
を検出して移動物体の速度計測を行う空間フィルタ法は
周知である。即ち、空間フィルタ法は、ピッチＰで配列
されたスリットを有する空間フィルタの上を測定対象物
である２次元パターンまたはテクスチュアが速度の大き
さＶで移動するとき、当該パターンを発した光が空間フ
ィルタを透過後に集光して光電変換で信号化し、その信
号の基本周波数をｆとしたときに、Ｖ＝ｆ−Ｐ　　　　
・・・・・　（１）なる関係が得られることを利用して
上記速度の大きさＶを見出す原理手法である。換言すれ
ば、ピッチＰの格子の向こうを、１つの光点が速度の大
きさＶで運動している場合、格子のこちら側で見た光の
明滅周波数をｆとするとき、格子のピッチＰは既知量で
あり、また、明滅周波数ｆも周波数解析法等により測定
可能であるから、光点の移動速度Ｖが演算、計測可能に
なるものである（例えば、雑誌「計測と制御Ｊ　Ｖｏｌ
、　１９．　Ｎｏ、４．　昭和５５年４月刊の「空間フ
ィルタとその応用（■）」を参照）。上記空間フィルタ
を用いた空間フィルタ法による速度測定は、測定原理が
上記（１）式で示す演算式から一義的に定まることから
確実性に富み、かつ、原理自体の簡単性の故に、鉄鋼業
における金属板材の延熱工程、製紙業における紙すき工
程等において、金属板や紙を測定対象物として当該対象
物の移動速度の大きさ測定、或いはこれらとは異なり、
マラソンランナーの走破距離のリアルタイム測定、超高
速飛翔プラズマ状粒子の速度の大きさ測定、温度分布を
１種のパターンと見立てた、風速お大きさ測定等に実用
されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

然しなから、空間フィルタを用いた従来の速度測定は、
大きさの測定は可能であったが、速度べクトルにおける
向きを測定することが不可能であった。つまり、従来の
空間フィルタ法では、空間フィルタを成す格子の右から
左にパターンが移動した場合と、左から右にパターンが
移動した場合では、全く同じ反応を示すために、パター
ンの移動の向きは測定し得ないと言う原理上の問題点が
有った。このために、空間フィルタを用いた速度測定の
分野では、速度ベクトル量における大きさの測定は高精
度に遂行可能であるが、向きの検出は原理的に不可能で
あるという一船釣δ忍識がある。

この結果、自ずと、空間フィルタ法に依る速度測定には
適用範囲の上から、制限を受ける場合が多々有り、解決
すべき課題とされて来た。

依って、本発明の目的は、上記の一般的な認識を覆して
、対象物の移動をパターンの移動として１次元から３次
元に渡る全次元におけるパターン移動の速度ベクトルを
大きさと向きとを含めて測定可能な空間フィルタを用い
た速度、位置の測定方法と装置とを提供せんとするもの
である。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、少なくとも２つの空間フィルタを１組にして
２次元または３次元空間内で空間分布を反転配置で設け
、両者の空間フィルタを介して同期的に２系統の光検出
信号を集光、積分し、次いで光電変換により時系列的な
電気信号として取り出し、この電気信号を所定のアルゴ
リズムに従って演算処理し、その処理結果から正負判別
を行って速度の向きを得るものであり、速度の大きさは
、上記２系列の光検出信号から既述の（１）式の演算に
より、従来と同様にして得るものである。また、上記の
少なくとも２つの空間フィルタを１組にして空間分布を
反転配置で設けることに換え、又は少なくとも１つの差
動形空間フィルタシステムを設け、この差動形空間フィ
ルタシステムから上記と同じ反転配置に対応した光検出
信号を得るようにすることも可能である。

即ち、本発明によれば、空間フィルタに対して相対的に
移動する対象の速度の大きさと向きとを測定する方法で
あって、 前記相対移動対象から離れた空間位置に該対象の移動に
対して互いに反転配置された２つの等しい空間分布を持
つ空間フィルタを透過せしめた前記相対移動対象からの
２系統の光信号を光電センサを用いて時系列的に受光し
、光電変換して２系統の時系列電気信号にし、又は光電
要素と差動形波算回路で構成した差動形空間フィルタシ
ステムを前記空間位置に設置し、前記相対移動対象から
の反射光を時系列的に受光し、光電変換した場合の信号
とそれの反転信号の２系統の時系列電気信号を得るよう
にし、 前記２系列の受光信号の何れか片方の受光信号の基本周
波数に基づいて前記移動対象の速度の大きさを測定し、 同時に、前記２系列の受光信号を光電変換した時系列的
電気信号を入力値として一定の向き判別式に従って演算
処理し、 前記演算結果のピーク値の正負を識別し、以て前記相対
移動対象の速度の向きを測定するようにした空間フィル
タを用いた速度ベクトルの測定方法が提供される。また
、このような測定方法を直接実施するための装置手段と
して、互いに空間分布が反転した２つの同空間フィルタ
と該２つの空間フィルタを透過した２系列の光信号を夫
々時系列的電気信号に変換する光電変換要素とを含んで
構成された少なくとも１組の空間フィルタ回路と、 前記空間フィルタ回路を出力した２系列の前記時系列的
電気信号を記憶する記憶手段と、前記記憶手段から読み
出した２系列の前記時系列的電気信号の何れか一方の電
気信号の基本周波数に基づいて前記空間フィルタ回路に
対して相対移動する対象の移動速度の大きさを演算する
と共に前記２系列の電気信号を人力値として一定の向き
判別式の演算処理を行う第１の演算手段と、前記第１の
演算手段の演算結果のピーク値の正負を識別して前記対
象の速度の向きを決定する第２の演算手段とを、 具備して構成されたことを特徴とした空間フィルタを用
いた速度ベクトルの測定装置が提供される。更に、本発
明によれば、照射された光信号を時系列的電気信号に変
換し、かつ、それ自体に演算機能を持たせるように配置
された光電要素と差動形波算回路で構成した少なくとも
１つの差動形空間フィルタシステムと、 前記差動形空間フィルタシステムからの時系列的電気信
号を極性反転させることにより該時系列的電気信号の共
役電気信号を得る反転回路手段と、前記時系列的電気信
号または前記共役電気信号の何れか一方の基本周波数に
基づいて、前記差動形空間フィルタシステムに対して相
対移動する対象の移動速度の大きさを演算すると共に前
記両電気信号を人力値として一定の向き判別式の演算処
理を行う第１の演算手段と、 前記第１の演算手段の演算結果のピーク値の正負を識別
して前記対象の速度の向きを決定する第２の演算手段と
を、 具備して構成された空間フィルタを用いた速度ベクトル
の測定装置が提供される。

〔実施例〕

第１図は、本発明による空間フィルタを用いた速度、位
置の検出装置の基本構成要素間の結合関係を示したシス
テムブロック図、第２図は本発明の作用原理において、
２つの空間フィルタを空間内で反転配置する構成を示し
た略本立体図、第３図は、第１図に示したシステムブロ
ック図における演算部で遂行される演算処理アルゴリズ
ムを説明するブロック図、第４図は本発明による空間フ
ィルタを用いた速度、位置の検出装置の要部の１実施例
を示す斜視図、第５図は本発明による空間フィルタを用
いた速度、位置の検出装置の要部の他の実施例を示す斜
視図、第６図は差動形空間フィルタを用いる実施例の構
成の要部を示す斜視図である。

第１図、第２図を参照すると、本発明による空間フィル
タを用いた速度、位置の検出装置は、方向の速度ベクト
ルの大きさと向きとの測定にあたり、２つの空間フィル
タ１０．１１を用いる。

これらの２つの空間フィルタ１０，１１は、第２図に示
すように、速度の大きさＶで移動する測定対象１２、例
えば、地表面のように起伏や模様等をパターンとした移
動表面の上方に固定配置で設けられ、該測定対象１２に
照射され、反射された光のように当該測定対象１２から
の光が雨空間フィルタ１０．１１を透過する。２つの空
間フィルタ１０．１１は第２図の図示から分かるように
、両者は全く同要素であるが、空間内における配置のみ
が異なるもので、移動速度Ｖの速度方向と同方向にスリ
ット群ａ　−ｄを前後の関係で配置し、かつ、スリット
群ａ　−ｄの向きのみがちょうど、逆向きになるように
、つまり、空間フィルタ１゜ではスリットａからｄの順
序に、また、空間フィルタ１１ではスリブ）ｄからａの
順序に並ぶ配置で設けられるのである。

いま、上記空間フィルタ１０．１１が移動する物体、例
えば、自走式走行車（カート）の底面に設けられると、
当該カートが床面上を移動するに伴って該床表面が流れ
て行くから、該床面を上記測定対象１２とすることによ
り、相対的にカートの走行速度ベクトルの大きさと向き
の両者が検出し得るのである。

床面１２を照射する光は、該床表面のテクスチュアパタ
ーンによる光情報として空間フィルタ１０．１１を透過
し、この間にフィルタ効果による受光量情報として光電
変換素子１３．１４に入力する。故に、同受光量情報は
光電変換されて対応の時系列的電気情報ｓ＋（ｔ）　、
５２（ｔ）として送出される。これらの電気的情報８１
（ｔ）と８２　（ｔ）は、一定の時系列間隔で第１図の
インターフェース１５を介して演算処理部１６に入力さ
れる。人力された上記時系列的電気情報８１（ｔ）と８
２　（ｔ）とは空間フィルタ１０．１１の透過情報とし
てＲＯＭとＲＡＭから成る記憶手段１７のＲＡＭに記憶
される。同時に演算処理部１６では、上記時系列的電気
情報８１（ｔ）と５２（ｔ）の何れか一方の情報から周
知の空間フィルタ法による速度測定と同演算処理により
速度の大きさが算出される。更に、演算処理部１６は、
下記の方向判別式（２）により上記時系列的電気情報８
１（ｔ）、８２（ｔ）から速度ベクトルＶの向きの判別
を行う演算処理を遂行する。

方向判別式： 上記（２）式において、Ｆはフーリエ変換の意味を表す
。

ここで、空間フィルタ１０．１１の両系をｈ＋（ｘ）、
ｈ２（ｘ）と置くと、 Ｆ　　（ｈ＋（ｘ）　）　−〇＋（μ）ａ（μ）　−Ｈ
ｂ（μ） の関係が成立している。

即ち、上記の式（２）から得られるピーク値の正負判別
を行うことにより、速度ベクトルＶの向きを決定するの
である。

つまり、上記式（２）に従い、一定間隔で人力する時系
列的電気信号ｓ＋（ｔ）　、５２（ｔ）に基づいてＤ　
（ｆ）のピーク値を算出し、その正負を判別し、ピーク
値が正の場合は速度ベクトルＶの向きは正、ピーク値が
負の場合には速度ベクトルＶの向きは負であると判別す
るのである。

さて、ここで上記（２）式の向き判別式に就いて考察す
ると、 第２図において、２つの空間フィルタ１０．１１を夫々
有した２つの空間フィルタ系のフィルタの空間分布り、
（ｘ）、　ｈ２（ｘ）と相対移動対象１２のテクスチュ
アの空間分布ｔｅｘ　（ｘ）との空間的な合成積（たた
みこみ）を考え、夫々をｙ＋　（Ｘ）、　ｙ２　（Ｘ）
とすると、係数を無視して、夫々、次式で表される。

ｙ＋（Ｘ）　＝Ｓ：　ｔｅｘ（ξ）ｈ＋（Ｘ−ξ）ｄξ
・・・（３）及び ｙ２（ｘ）　＝　Ｓ：　ｔａｘ　（ξ）ｈ２（ｘ−ξ）
ｄξ・・・（４）ここで、両式の両辺に空間フーリエ変
換を施すと、空間周波数をμとすると、 Ｙｌ（μ）−Ｔｅｘ（μ）・Ｈｌ（μ）・・・・（５）
及び Ｙ２（μ）　＝Ｔｅｘ（／ｊ）　・Ｌ（μ）　　　　Ｈ
Ｈ＋　（６）となる。

ここで、空間フィルタ１０．１１は既述のように反転配
置した同要素であるから、Ｌ（ｘ）は、ｈ、（ｘ）の空
間構造を反対にしたものである。故に両者のフーリエ変
換には次の周知の関係（相関定理）がある。すなわち、 Ｌ（μ’）　−Ｈ，”　（μ）　　　　　　　・・・（
７）ここで、上記（７）式中の＊は複素共役を表す。

従って、（６）式は、 Ｙ２（μ）−Ｔｅｘ（μ）・Ｈ１＊（μ）・・・（８）
となる。これを逆フーリエ変換すると、ｙ２　（ｘ）＝
Ｓｏ　ｔａｘ　（ξ）ｈｌ（ξ＋ｘ）ｄξ・−・（９）
となる。

ここで、上記（３）式と（９）式とを比較すると、ｙｌ
はｔｅｘ　（Ｘ）とｈ＋（ｘ）とのたたみこみ積分にな
り、ｙ２はｔｅＸ（Ｘ）とｔ＋＋（ｘ）との相関・積分
になっている。（５）式と（８）式の両式より明らかな
ように、これらを空間周波数領域で考察すると、Ｙｌ（
μ）は対象のテクスチュア特性式Ｔｅｘ　（μ）と空間
フィルタ１０の特性ＩＩ、（μ）の積で表され、Ｙ２（
μ）は対象のテクスチュア特性Ｔｅｘ　（μ）と空間フ
ィルタ１０の特性の複素共役Ｈ１＊（μ）の積で表され
る。

ここで、２つの空間フィルタ１０．１１が、成るパター
ンを有した対象、例えば、パターン面に対して共に速度
Ｖで移動すると考察する。これら２つの空間フィルタを
有した２系列の空間フィルタ系を透過したパターン（光
信号）を空間的に積分し、光電変換した後の時系列的電
気信号を夫々既述のように、５１（ｔ）、５２（ｔ）と
すると、これらは、係数を無視すると、次の式で夫々表
される。

Ｓ＋　（ｔ）　＝　ｙ＋　（ｖｔ）　　　　　　　　　
　・・・（１０）ｓ２（ｔ）　−ｙ２（ｖｔ）　　　　
　　　　　　ＨＨＨ（１１）これらの両式は、単位速度
で系を動かしたときに得られる時系列信号の構造が空間
フィルタを透過した後のパターンの空間的構造に等しく
、かつ、速度Ｖで空間フィルタ系を動かしたときに得ら
れる時系列的信号は、単位速度で動かしたときに得られ
時系列信号を時間軸方向で１／ｖに圧縮したものである
ことを意味している。

上記のｓ＋Ｄ）と５２（ｔ）に時間的フーリエ変換を施
した後の周波数特性を夫々、Ｓ、（ｆ）と３２（ｆ）と
すると、これらは係数を無視すると、次式で表される。

Ｓ＋（ｆ）　　＝Ｙ＋（ｆ／ｖ）　−Ｔｅｘ（ｆ／ｖ）
　・Ｈｌ（Ｐ／Ｖ）・　（１２） Ｓ２（ｆ）　＝Ｙ２（ｆ／ｖ）　＝Ｔｅｘ（ｆ／ｖ）　
・Ｈ＋＊（Ｆ／Ｖ）・　（１３） これらの両式は単位速度で空間フィルタ系を動かしたと
きに得られる時系列的信号の周波数特性が空間フィルタ
を透過した後のパターンの空間周波数特性に等しく、か
つ、速度Ｖで系を動かしたときに得られる時系列信号の
周波数特性は単位速度で動かしたときの周波数特性を、
周波数軸方向にＶ倍に引き延ばしたものであることを意
味している。

上述の説明は、２つの空間フィルタ１０．１１を有した
空間フィルタ系を速度Ｖで移動させたものであるが、換
言すると次のように言い換えることができる。

即ち、対象のテクスチュア１２に対し、速度Ｖで空間フ
ィルタ系を動かすと言うことは、対象テクスチュア１２
と空間フィルタの空間的構造を１／ｖに圧縮し、かつ、
両者の相対速度を単位速度にすることに等価である。

このような等偏性を念頭におき、以下には、速度Ｖで移
動している２つの空間フィルタ系り、（ｘ）。

ｈ２（×）を透過した光を空間的に積分し、光電変換し
た２つの時系列的電気信号対８１　（ｔ）、　５２（ｔ
）からベクトル量である上記速度Ｖの向きを判別する原
理に就いて説明する。

ｓ＋（ｔ）と８２　（ｔ）にフーリエ変換を施し、比を
とると次式を得る。

Ｆ　（ｓ＋（ｔ））　　　　ｓ＋（ｆ）　　　Ｙ＋（ｆ
／ｖ）Ｆ　　（ｓ２（ｔ））　　　　５２（ｆ）　　　
Ｙ２（ｆ／ｖ）Ｔｅｘ（ｆ／ｖ）　−１（１（ｆ／ｖ）
　　　　　）ｌ、　（ｆ／ｖ）Ｔｅｘ（ｆ／ｖ）　・Ｌ
（ｆ／ｖ）　　　　　Ｌ（ｆ／ｖ）これは、Ｈ２（ｆ／
ｖ） 同様にして、 Ｈ，＊（ｆ／ｖ）だからである。

ここで、Ｈ，（μ）＝ａ（μ）　＋　ｊｂ（μ）とする
と、（即ち、Ｈ＋（ｆ／ｖ）　＝　ａ（ｆ／ｖ）　十ｊ
ｂ（ｆ／ｖ）とすると）次式を得る。

＋　ｊ　（４ａｂ／ａ２＋ｂ２） ・　（１８） ｊ　（４ａｂ／ａ２＋ｂ２） ・　（１９） 上記（１８）式、（１９）式の両辺の虚数部分に着目し
、両辺にａ２＋ｂ２／４ａｂ　　を乗すると、次式を得
る。

Ｆ　（Ｓ２（ｔ）） ２−ｈ２ ａｂ ・　（１６） ・　（１７） （１６）式−（１７）式、（１７）式−（１６）式を作
ると、次のようになる。

上記の式（２０）の左辺はａ２＋ｂ２／４ａｂが正であ
ることから、まさに、既述の式（２）の右辺に相当する
ものである。

ここで、空間フィルタ１０．１１　（特性式り、（ｘ）
。

ｈ２（ｘ）　）の空間内での配置が反転していることが
大きな意味を有しているのである。つまり移動方向が正
の向きであれば、上記（２０）式の左辺の値は正となる
。移動向きが負に移行すると、上記ｈ１（ｘ）、　ｈ２
（ｘ）が、反転特性を有することから８１（ｔ）と５２
（ｔ）はその役割を交替して上式（２０）の左辺は、（
２１）式の左辺に推移して負になる。依って、上記の式
（２０）、即ち、既述の式（２）の正負判別を第１図に
示した演算処理部１６で遂行すれば速度ベクトルＶの向
きの判別決定を行うことができるのである。

なお、速度ベクトルＶの大きさ自体は、周知の空間フィ
ルタ法を同じ演算処理部１６で遂行することにより測定
可能であることは、詳述するまでもない。

第３図は上述した速度ベクトルＶの大きさと向きと一緒
に第１図の演算処理部１６で遂行する過程のアルゴリズ
ムをブロック図により示したものである。同図において
、速度ベクトルＶの大きさの演算は既述の式（１）に基
づき、演算処理部１６　（第１図）において、アルゴリ
ズム（Ｉ）に従って実行され、また、速度ベクトルＶの
向きの演算、判別はアルゴリズム（ＩＩ）に従って実行
される。そして、夫々、検出部で速度Ｖの大きさの検出
と、向きの正負の判別、決定が行われる。

ここで、第１図を参照すると、速度ベクトルの上記大き
さと向きが検出され、また、判別、決定されると、これ
らの結果は表示用インターフェース１８を介して表示手
段２０に表示することもでき、或いは、外部出力用イン
ターフェース１９を介して外部に信号形態で送出するこ
ともできる。

以上の説明では、本発明による速度ベクトルＶの大きさ
と一緒に向きの判別、決定を行う原理を説明したが、次
に上記２つの空間フィルタ１０．１１を用いて速度ベク
トルの測定装置を構成した実施例に就いて以下に説明す
る。

第４図は本発明による空間フィルタを用いた速度ベクト
ルの測定装置の１実施例の要部を示しており、筐体３０
がパターン又はテクスチュアを表面に有した対象１２と
相対的に速度Ｖで移動可能に設けられている。つまり、
筐体３０側が移動する場合、対象側が移動する場合、両
者が共に移動する場合の３つがある。上記筐体３０はそ
の一端に照明光の照射口３２を有し、この照射口から投
射された光が、対象１２の表面テクスチュアを照射後に
反射して同筐体３０の下端に形成された光信号入力口３
４から同筐体内に入る。光信号入力口３４から筐体３０
内に入った表面テクスチュアを示す１つの光信号はハー
フミラ−３６に達し、ここで、２系統に等分に振り分け
られる。筐体３０内には２つの空間フィルタ１０．１１
は互いに直交した配置で設けられ、故に、上記ハーフミ
ラ−３６で振り分けられた同一の光信号は、夫々の空間
フィルタ１０．１１を透過する。このとき、空間フィル
タ１０．１１は空間内であたかも前述の第２図に示す如
く、反転配置で並設した場合と等価の作用を呈する。

これらの空間フィルタ１０．１１　（夫々の空間分布は
（特性式）　ｈ＋　（ｘ）、　ｈ２（Ｘ）で表される）
を透過した光信号は夫々結像レンズ４０．４２を経て筐
体３０の２つの端部３６．３８に設けられた光電素子４
４．４６に結像される。つまり、空間フィルタ１０．１
１を通過してスリットによるフィルタ作用を受けた光信
号が、結像レンズ４０．４２で集光され、端部３６．３
８に設けられた上記光電素子４４．４６上に寄せ集めら
れ、積分作用を受ける。こうして、光電素子４４．４６
上に集光、結像された光信号は、次に同光電素子４４．
４６により電気信号に変換される。ここで、光信号は時
系列的に入力されるから、電気信号も時系列的な電気信
号Ｓｒ　（ｔ）、　８２　（ｔ）として光電素子４４．
４６から送出されるのである。斯くして得られた時系列
的信号ｓ＋（ｔ）、　５２（ｔ）が既述した第１図の演
算処理部１６と等価な演算処理部へ送出され、第３図に
示したアルゴリズム（Ｉ）、（ｎ）の処理を受ければ速
度ベクトルＶの大きさと向きが一緒に測定、検出される
のである。

第５図は、本発明の速度ベクトルの測定装置における他
の実施例の要部を示している。

本実施例でも上記の実施例の筐体３ｏと略同様の筐体３
０”を備えている点では同様である。

本実施例が異なる点は、筐体３０’　の内部に１つの結
像レンズ５０を略光信号入力口３４の近くに備え、この
結像レンズ５ｏにより、集光し、次いで前述のハーフミ
ラ−３６と同様のハーフミラ−３６で当該光信号が２つ
の等測的な光信号に振り分けられる。そして、両者の光
信号は、筐体３０′の２つの端部３６．３８に設けられ
た光電変換要素により形成された空間フィルタ１ｏ、１
１に照射され、かつ、この空間フィルタ１０．ｌｌ自体
が光電変換機能をも備えた要素として形成されているか
ら、同空間フィルタ１ｏ、１１に照射された光信号は、
時系列的電気信号である信号ｓ　＋　（ｔ）、　８２　
（ｔ）として送出される。この構成でも、雨空間フィル
タ１０，１１は相互に空間的に反転配置で設けられたの
と等価な作用を呈するように、相互に直交配置された筐
体３０’端部３６．３８に配置されていることは言うま
でもない。こうして、装置の筐体３０’　の端部の空間
フィルタ１０゜１１から出力された時系列信号ｓ＋（ｔ
）、　８２（ｔ）は、その何れか一方の信号の基本周波
数から速度ベクトルＶの大きさ検出が行われ、また、両
信号から向き判定処理を行われて、速度ベクトルＶの向
きの識別、決定が行われる。

第６図は、本発明による空間フィルタを用いた速度ベク
トルの測定装置における更に他の実施例として差動形空
間フィルタ１０’　を用いた実施例を示している。

この場合には、装置筐体１３０は対象１２の表面のテク
スチュ了を照射する光の導入用照射口１３２を備えてい
る点は不変である。この照射口１３２がら対象１２のテ
クスチュアで反射した光は光信号口１３４から筐体１３
０の内部に入る。次いで、この光信号は結像レンズ５０
により集光され、筐体１３０の一端１３６に設けられた
差動形空間フィルタ１０”に結像される。このとき、差
動形空間フィルタ１０’　は周知の差動構成の２組のセ
ンサアレイ群ＡとＢとを有し、両者はピッチＰで配置さ
れた複数のスリットから成ると共に両組みのスリットは
互いに１／２Ｐだけずれた配置で設けられている。こう
して両スリット群Ａ、Ｂからは対象１２のテクスチュア
の特性を反映した光信号に基づき、夫々時系列的電気信
号出力が得られる。これらの時系列的電気信号は差動ア
ンプ６０に印加され、該差動アンプ６０で両者の差動増
幅された出力ｓ＋（ｔ）が得れば、同出力８１（ｔ）は
周知のように単峰的な空間周波数信号として得ることが
できる。この出力８１（ｔ）を取り出すと共に同信号を
反転アンプ６２により反転させた信号を形成すれば、こ
の反転信号は５２（ｔ）となり、故に、前述の２実施例
の場合と同様な２つの時系列的電気信号を得ることにな
るのである。従って、これらの信号ｓ＋（ｔ）と　５２
（ｔ）とを用いれば、速度ベクトルＶの大きさと一緒に
向きの判別、決定を行いえるのである。

なお、以上の説明は、平面性の対象１２との間の１次元
移動における速度ベクトルＶに関して大きさと向きとを
測定する実施例に就き説明したが、同様の空間フィルタ
の組を複数組み用いれば互いに直交する２次元や３次元
の方向の速度ベクトルにおける大きさと向きとを測定し
、それらを総合して例えば、物体の３次元空間における
速度測定を遂行することができる。

従って、本発明は、床面を走行する走行車やロボットの
走行速度測定、種々の加工物、例えば、布、紙、金属板
、樹脂板、樹脂フィルム、繊維、磁気テープ、電線、光
ファイバ、印刷物等の製造工程における速度測定と制御
に適用することが可能であり、その他、人の動き、医学
分野における血球の動き、微生物の動き、人工衛星や航
空機の飛行速度測定、船舶の航行速度測定等にも応用す
ることができる。なお、速度測定における向きが測定可
能となることにより、移動物体の移動に伴う位置の検出
も速度値を積分することにより、検出、測定できること
は言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明による空間フィ
ルタを用いた速度ベクトルの測定方法と装置は、従来、
空間フィルタで不可能とされた速度の向きを測定可能と
したから、速度を真のベクトル量として測定可能になり
、故に、極めて広い産業分野において、高精度の速度ベ
クトルの測定に用いることができるのである。更に、差
動湿空間フィルタを用いた従来の速度検出装置に対して
は、その取り出し信号の演算処理に本発明の原理を適用
することにより、測定プローブには何らの変更を加える
ことなく、真の速度ベクトノペつまり、速度の大きさと
向きとの両者の測定が可能となるのである。また、空間
フィルタの基本的構造には何らの変更を加えないから、
低コストで速度ベクトルの測定を遂行し得る測定装置が
提供されるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による空間フィルタを用いた速度、位
置の検出装置の基本構成要素間の結合関係を示したシス
テムブロック図、第２図は本発明の作用原理において、
２つの空間フィルタを空間内で反転配置する構成を示し
た略本立体図、第３図は、第１図に示したシステムブロ
ック図における演算部で遂行される演算処理アルゴリズ
ムを説明するブロック図、第４図は本発明による空間フ
ィルタを用いた速度、位置の検出装置の要部の１実施例
を示す斜視図、第５図は本発明による空間フィルタを用
いた速度、位置の検出装置の要部の他の実施例を示す斜
視図、第６図は差動湿空間フィルタを用いる実施例の構
成の要部を示す斜視図。 １０．１１・・・空間フィルタ、１０’　・・・差動湿
空間フィルタ、１２・・・対象、１３．１４・・・光電
変換素子、１６・・・演算処理部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、空間フィルタに対して相対的に移動する対象の速度
   の大きさと向きとを一緒に測定する方法であって、 前記相対移動対象から離れた空間位置に該対象の移動に
   対して互いに反転配置された２つの等しい空間分布を持
   つ空間フィルタを透過せしめた前記相対移動対象からの
   ２系統の光信号を光電センサを用いて時系列的に受光し
   、光電変換した２系統の時系列電気信号、又は光電要素
   と差動演算回路で構成した差動形空間フィルタシステム
   を前記空間位置に設置し、前記相対移動対象からの反射
   光を時系列的に受光し、光電変換した場合の信号とそれ
   の反転信号の２系統の時系列電気信号を得るようにし、 前記２系列の電気信号の何れか片方の基本周波数に基づ
   いて前記移動対象の速度の大きさを測定し、 同時に、前記２系列の時系列的電気信号を入力値として
   一定の向き判別式に従って演算処理し、前記演算結果の
   ピーク値の正負を識別し、 以て前記相対移動対象の速度の向きを測定するようにし
   たことを特徴とした空間フィルタを用いた速度ベクトル
   の測定方法。 ２、互いに空間分布が反転した２つの等しい空間分布を
   持つ空間フィルタと該２つの空間フィルタを透過した２
   系列の光信号を夫々時系列的電気信号に変換する光電変
   換要素とを含んで構成された少なくとも１組の空間フィ
   ルタ回路と、 前記空間フィルタ回路を出力した２系列の前記時系列的
   電気信号を記憶する記憶手段と、 前記記憶手段から読み出した２系列の前記時系列的電気
   信号の何れか一方の電気信号の基本周波数に基づいて前
   記空間フィルタ回路に対して相対移動する対象の移動速
   度の大きさを演算すると共に前記２系列の電気信号を入
   力値として一定の向き判別式の演算処理を行う第１の演
   算手段と、前記第１の演算手段の演算結果のピーク値の
   正負を識別して前記対象の速度の向きを決定する第２の
   演算手段とを、 具備して構成されたことを特徴とした空間フィルタを用
   いた速度ベクトルの測定装置。 ３、前記第１、第２の演算手段は、１つの演算処理ユニ
   ットから成る特許請求の範囲２に記載の空間フィルタを
   用いた速度ベクトルの測定装置。 ４、前記対象からの光信号を、前記１組の空間フィルタ
   回路の夫々の空間フィルタに同期して振り分け入光させ
   るハーフミラーを具備していることを特徴とする特許請
   求の範囲２に記載の空間フィルタを用いた速度ベクトル
   の測定装置。 ５、照射された光信号を時系列的電気信号に変換し、か
   つ、それ自体に演算機能を持たせるように配置された光
   電要素と差動演算回路で構成した少なくとも１つの差動
   形空間フィルタシステムと、前記差動形空間フィルタシ
   ステムからの時系列的電気信号を極性反転させることに
   より該時系列的電気信号の共役電気信号を得る反転回路
   手段と、前記時系列的電気信号または前記共役電気信号
   の何れか一方の基本周波数に基づいて、前記差動形空間
   フィルタシステムに対して相対移動する対象の移動速度
   の大きさを演算すると共に前記両電気信号を入力値とし
   て一定の向き判別式の演算処理を行う第１の演算手段と
   、 前記第１の演算手段の演算結果のピーク値の正負を識別
   して前記対象の速度の向きを決定する第２の演算手段と
   を、 具備して構成されたことを特徴とした空間フィルタを用
   いた速度ベクトルの測定装置。 ６、前記第１、第２の演算手段は、１つの演算処理ユニ
   ットから成る特許請求の範囲２に記載の空間フィルタを
   用いた速度ベクトルの測定装置。