JPH0293368A

JPH0293368A - 空間フィルタ速度センサ

Info

Publication number: JPH0293368A
Application number: JP24647688A
Authority: JP
Inventors: Minoru Tenmyo; 稔天明; Kuniaki Anpo; 安保　邦昭
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-09-30
Filing date: 1988-09-30
Publication date: 1990-04-04

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、複数の光電変換素子を１列に配置した空間フ
ィルタを用いた速度センサに係わり、特に光電変換素子
の出力から速度情報を抽出する信号処理回路の改良をは
かった空間フィルタ速度センサに関する。

（従来の技術）近年、測定対象物の速度を測定するものとして、測定対
象物からの光を受光することにより、非接触で測定対象
物の速度を７１１定する空間フィルタ速度センサが開発
されている。

この種の空間フィルタ速度センサの基本構成を第５図に
示す。測定対象物５１の不規則な明暗分布を対物レンズ
５２で空間フィルタ５３上に結像させる。ＡＩ定対象物
５１が移動すると、空間フィルタ５３上の像も光学系倍
率で定まった比率で移動する。

空間フィルタ５３は、第６図に示すように、格子状の光
電変換素子Ａ、Ｂを１組とし、Ａ。

Ｂを交互に隣接させて複数組配列したものであり、Ａ列
、Ｂ列の各素子の出力は、加算回路６１．６２によりＡ
列、Ｂ列でそれぞれ加算された後、差動増幅回路６３に
供給される。そして、この差動増幅回路６３によりＡ列
、Ｂ列の各加算出力の差分が求められる。空間フィルタ
５３上を像が移動すると、移動速度に比例した周波数信
号が差動増幅回路６３から出力される。

空間フィルタ５３上の像が、−様にランダムな空間周波
数成分を持つ時、空間フィルタ５３の形状により定まる
空間周波数成分が選択され、像が移動することにより時
間領域で速度に比例した周波数の信号となる。

空間フィルタのフィルタ特性をその形状により求める。

空間フィルタの空間周波数特性Ｈ（μ）１２は、空間周
波数をμ、選択する空間周波数をｌ／Ｐとすると、「空
間フィルタとその応用（１）、（小林彬、計１１？１と
制御、　ｖｏｌ。

１９、　Ｎｏ、４）　ＪよりＩＩＩ（ｊＮ２＝４Ｎ’　ｐ２Ｌ　ＩＨＮ（μ）１２Ｘ
　Ｉ　Ｈｗ（ｇ）　Ｉ　’　Ｘ　Ｉ　Ｈｄ（ｔ）　ｌ　
２−■となる。但し、Ｎは光電変換素子Ａ、Ｂの組数、
Ｌは１つの光電変換素子の長さである。また、ｌ　ＨＮ
（ｊ）　Ｉ　２は光電変換素子Ａ、Ｂが間隔ｐでＮ個並
ぶことによる効果であり、選択する空間周波数１選択性
を決める。

ｌ　Ｈｗ（ｊ）　！　’は１個の光電変換素子の幅Ｗが
ｐの１／３の幅による効果であり、ｌ　Ｈｄ（ｘ）　ｌ　’は差動構成による効果であり、
で与えられる。０式中のＩＩＮ（声）１２の効果は、第
７図のグラフのようにになる。選択される空間周波数は
ｎ／ｐ　（ｎ　：　０，１，２．・・・）である。ｌ　
Ｈｗ（＊）　ｌ　２の効果を第８図に示す。この図は低
域通過特性を示している。Ｉ　ＩＮ（ｊ）　Ｉ　’ｌ　
Ｈｗ（＃）　ｌ　２の効果により、Ｏ，ｌ／ｐ　、　２
／ｐの空間周波数が選択されることが判る（０か最も大
きくなり、ｌ／ｐ　、　２／ｐと値が小さくなる）。

μｍ０９μｍ２／ｐの成分を除去するため、Ａ列及びＢ
列の光電変換素子の出力の差動を取る。

これにより、第２ｎ次（ｎ−０，１，２，＝１の高調波
を除去することができる。

しかしながら、この種の装置にあっては次のような問題
があった。即ち、Ａ列及びＢ列の光電変換素子の感度を
全く同一にすることはできない。また、差動増幅回路等
のアナログ回路のドリフト変動によりＡ列とＢ列の増幅
度が同じとならず、先ｆｊｔ、変換素子Ａ、Ｂからの信
号の差動が正確に取れないことが生じる。μｍ０に対応
する信号は、第７図から判るように直流成分及びそれに
伴う低周波成分で、その値はａｌｌ定対象物の速度の変
化により変化し、μｍ２／ｐに対応する。第２次高調波
も測定対象物の速度と共に周波数も比例して変動するた
め、固定された電気的フィルタでは上記２種類の信号を
分離することができない。

つまり、光電変換素子Ａ、Ｂの出力の差動を正確に求め
ることができず、差動出力に基づく速度検出に誤差が発
生する問題があった。

（発明が解決しようとする課題）このように従来、空間フィルタを構成する光電変換素子
Ａ、Ｂの感度の不均一性や増幅回路のゲイン変動による
増幅率の違いのため、第２ｎ次高調波（ｎ−０，１，２
，・・・）を打消すことができず、これが速度測定誤差
の発生要因となる問題があった。

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目
的とするところは、空間フィルタを構成する光電変換素
子の感度の不均一性や増幅回路のゲイン変動があっても
、第２ｎ次高調波を確実に打消すことができ、測定精度
の向上をはかり得る空間フィルタ速度センサを提供する
ことにある。

【発明の構成］（課題を解決するための手段）上記目的を達成するために本発明は、次のような点を特
徴としている。

即ち本発明は、測定対象物からの光を受光する格子状の
充電変換素子Ａ、Ｂを１組とし光電変換素子Ａ、Ｂを交
互に隣接させて複数組配列し、全ての組の充電変換素子
Ａの変換出力を加算した加算出力と全ての組の光電変換
素子Ｂの変換出力を加算した加算出力とをそれぞれ増幅
した２つの増幅出力の差分を求め、この差分出力に基づ
いて測定対象物の移動速度をｉｌＮ定する空間フィルタ
速度センサにおいて、前記測定対象物を交流点灯により
照明する手段と、該照明により得られる前記増幅出力の
各々の平均値が略一致するように、前記各加算出力に対
する増幅度の少なくとも一方を可変制御する手段とを設
けるようにしたものである。

（作　用）本発明によれば、充電変換素子Ａ、Ｂの加算増幅出力の
平均値を一致させることにより、空間フィルタ出力信号
中の速度信号に対する第２ｎ次高調波（ｎ：０，１，２
．・・・）を消去することができる。従って、第２ｎ次
高調波に起因するＪｐＩ定精度の低下を防Ｉ卜すること
が可能となる。

（実施例）以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は本発明の一実施例に係わる空間フィルタ速度セ
ンサの要部構成を示す図であり、前記第６図に示す差動
増幅回路の具体的な回路構成図である。空間フィルタの
素子列Ａ、Ｂの加算出力信号は入力端子Ａ、、Ｂ、に入
力されている。入力端子Ａ、、Ｂ、に入力された信号は
、それぞれオペアンプ１１．１２により増幅され、オペ
アンプ１３により差動が取られる。オペアンプ１１．１
２の増幅度は回路中の抵抗素子Ｒの値により定まる。

オペアンプ１１の非反転入力端は接地され、反転入力端
と入力端子Ａ、との間に抵抗Ｒ３が挿入され、入出力端
間に抵抗Ｒ２が挿入されている。オペアンプ１２の非反
転入力端は接地され、反転入力端と入力端子Ｂ、との間
に抵抗Ｒ３と抵抗ＲＰＣの直列回路が挿入され、入出力
端間に抵抗Ｒ２が挿入されている。また、オペアンプ１
３の反転入力端は抵抗Ｒ３を介してオペアンプ１１の出
力端に接続され、入出力端間には抵抗Ｒ４が挿入されて
いる。さらに、オペアンプ１３の非反転入力端は抵抗Ｒ
３を介してオペアンプ１２の出力端に接続されると共に
、抵抗Ｒ２を介して接地されている。

ここで、抵抗Ｒ１とＲ１とは等しくなく（Ｒ＋　＞Ｒ，
）　、抵抗ＲＰＣは入力光により抵抗値が変化する受光
素子１４、例えばフォトダイオード、Ｃｄｓの抵抗であ
る。また、この素子はアナログフォトカブラＰＣの受光
側となっている。

オペアンプ１１のゲインＧ１はＧｌ−Ｒ２／Ｒ１であり、オペアンプ１２のゲインＧ２はＧ２″″−Ｒ２
／　（Ｒ１＋Ｒｐｃ）であり、ＲＰＣの値によりＧ、と６２との大小関係は変
化する。

第２図は前記アナログフォトカブラの制御回路を示すブ
ロック図である。アナログフォトカブラに流れる電流に
より、第１図の回路のＲＰＣの値を変化させることによ
りゲインＧ２を制御する。入力端Ａ、、Ｂ、は、前記第
１図のオペアンプ１１．１２の各出力端Ａ２．Ｂ２に接
続されている。なお、図には示さないが、＋１−１定対
象物は交流点灯により照明されるものとなっている。

Ａ、、Ｂ）からの入力信号（加算増幅出力）は、７１１
定対象面が５０）１ｚの交流点灯により照明されている
とき、１００Ｈｚを通過させるバンドパスフィルタ２１
ａ、２１ｂに人力される。これは、測定対象面が交流点
灯による照明のため、１００Ｈｚの明滅が生じ、明滅は
光電変換素子列Ａ。

Ｂに等しく影響を与え、光電変換素子列Ａ、　　Ｂより
１ｏＯＨｚの信号が出力され、その信号を他の信号と分
離１区別するためである。照明は、交流点灯である必要
があり、その点灯周波数の２倍のバンドパスフィルタが
必要となる。

フィルタ２１ａ、２１ｂを介した信号は、整流、平滑回
路を行う直流化回路２２ａ、２２ｂを経て直流化され、
Ａ、Ｂの信号の大きさを差動増幅器２３により比較する
。照明の明滅は、光電変換素子列Ａ、Ｂに等しく影響を
与えるが、光電変換素子の感度差、オペアンプ１１．１
２の増幅度の差により、差動増幅器２３の出力はゼロに
なるとは限らない。有限な値は積分器２４により積分さ
れ、その電圧によりアナログフォトカブラの入力電流が
制御される。

積分出力は抵抗２５を介してフォトカブラの発光側であ
る発光ダイオード２６に供給され、発光ダイオード２６
からの光が図示しない光ファイバー等を介して前記受光
素子１４に導かれる。アナログフォトカブラの性質は、
第３図に示す如く、順方向電流が増加すると等価抵抗ｌ
Ｒｔ’ｃは小さ（なる。

第１図乃至第３図を参照して、本装置の動作原理を説明
する。第１図中の端子Ａ２の１００１１ｚ成分の信号が
端子Ｂ２より小さいとする。そのとき、第２図の回路の
バンドパスフィルタ２１ａ。

２１ｂ、直流化回路２２ａ、２２ｂ及び差動増幅器２３
により負の値が出力される。積分回路２４の出力値は前
の値よりも減少し、アナログフォトカブラに流れる電流
は減少し、第３図の関係より第１図中のＲＰＣの値が増
加する。これにより、オペアンプ１２のゲインＧ２が減
少し、Ｂ２信号中の１００　Ｉｆ　ｚ成分の大きさがＡ
２信号中の成分の大きさと等しくなるように制御される
。

つまり、Ａ列及びＢ列の光電変換素子に対する加算増幅
出力の平均値が等しくなるようにオペアンプ１２のゲイ
ンＧ２が制御される。

この結果、他の周波数の光入力に対する信号も端子Ａ、
、Ｂ、での感度差はなくなり、その結果差動（差分出力
）が正確に取られる。なお、オペアンプ１１，１２．１
３にオフセットが生じ直流分が発生しても、制御は交流
信号に注目しているため影響を受けず、発生した直流分
は交流結合により除去すればよい。

第１図中のオペアンプにオフセットによる直流成分が生
じない、生じても少ない時には、出力の直流分に注目す
ることによりＲ２ｃを制御することが可能となる。照明
は、太陽光、直流による電灯等、明滅しないものとする
。

第４図にこの場合のアナログフォトカブラの制御回路の
ブロック図を示す。第１図の回路の差動出力の直流分に
注目する。第４図の入力端子りは第１図の出力端子Ｃに
接続される。入力された信号はローパスフィルタ４１で
直流分のみが取り出され、反転回路４２により反転され
る。その後は、先と同様に積分器２４により積分され、
その電圧によりアナログフォトカブラの入力電流が制御
され、第１図のＲＰＣの値が変化する。

第１図中の端子Ａ２での信号が端子Ｂ２の信号より小さ
いとき差動出力は、正の直流分を持つことになる。第４
図のローパスフィルタ４１で直流分を分離し、反転し積
分する。積分値は減少し、アナログフォトカブラに流れ
る電流は減少し、ＲＰＣの値が増加しオペアンプ２のゲ
インＧ２が減少し、Ｂ２信号中の直流成分の大きさが減
少し、Ａ２信号中の直流成分の大きさと等しくなるよう
に制御され、その結果、差動が正しく取られる。第１図
の回路中ＲＰＣの位置を動かすことにより、第４図の回
路中の反転回路は不要となる。第１図の回路を構成する
アンプにオフセットがあるときは正常な動作はしない。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
く、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施す
ることができる。

［発明の効果］以上詳述したように本発明によれば、光電変換素子Ａ、
Ｂの各列に対する増幅度を可変制御することにより、空
間フィルタの出力信号の第２ｎ次高調波成分を除去する
ことができ、Ａｐｌ定精度、の向上をはかることが可能
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わる空間フィルタ速度セ
ンサの要部構成を示すもので差動増幅部の回路構成図、
第２図はアナログフォトカブラの制御回路を示すブロッ
ク図、第３図はアナログフォトカブラの制ｇａ電流・等
価抵抗の関係を示す特性図、第４図は直流成分によるア
ナログフォトカブラの制御回路を示すブロック図、第５
図は空間フィルタ速度センサの基本構成を示す模式図、
第６図は空間フィルタ速度センサの差動部構成を示す図
、第７図はｌ　ＨＮ（Ｊ）　＋　２による効果を示す図
、第８図はｌ　Ｈｗ（ｊ）　Ｉ　２による効果を示す図
である。１１．１２．１３・・・オペアンプ、１４・・・受光素
子、２１　ａ　、　　２　ｌ　ｂ・・・バンドパスフィ
ルタ、２’）ａ、　　２２ｂ・・・直流化回路、２３・
・・差動増幅器、２４・・・積分器、２６・・・発光素
子、４１・・・ローパスフィルタ、４２・・・反転回路
。第１図出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第２図１００゜１ｍ０１Ｔ１＋００１２１喝方向電凍□ 第図第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）測定対象物からの光を受光する格子状の光電変換
素子Ａ、Ｂを１組とし光電変換素子Ａ、Ｂを交互に隣接
させて複数組配列し、全ての組の光電変換素子Ａの変換
出力を加算した加算出力と全ての組の光電変換素子Ｂの
変換出力を加算した加算出力とをそれぞれ増幅した２つ
の増幅出力の差分を求め、この差分出力に基づいて測定
対象物の移動速度を測定する空間フィルタ速度センサに
おいて、前記測定対象物を交流点灯により照明する手段と、該照
明により得られる前記増幅出力の各々の平均値が略一致
するように、前記各加算出力に対する増幅度の少なくと
も一方を可変制御する手段とを具備してなることを特徴
とする空間フィルタ速度センサ。
（２）前記光電変換素子Ａに対する加算出力を増幅する
第１の増幅器と、前記光電変換素子Ｂに対する加算出力
を増幅する第２の増幅器と、第１及び第２の増幅器の各
増幅出力の差を求める差動増幅器とを備え、第１及び第
２の増幅器の増幅出力の各々の平均値が略等しくなるよ
うに第１又は第２の増幅器の増幅度を可変制御すること
を特徴とする請求項１記載の空間フィルタ速度センサ。
（３）測定対象物からの光を受光する格子状の光電変換
素子Ａ、Ｂを１組とし光電変換素子Ａ、Ｂを交互に隣接
させて複数組配列し、全ての組の光電変換素子Ａの変換
出力を加算した加算出力と全ての組の光電変換素子Ｂの
変換出力を加算した加算出力とをそれぞれ増幅した２つ
の増幅出力の差分を求め、この差分出力に基づいて測定
対象物の移動速度を測定する空間フィルタ速度センサに
おいて、前記測定対象物を直流点灯又は太陽光により照明する手
段と、該照明により得られる前記差分出力の直流成分が
略零となるように、前記各加算出力に対する増幅度の少
なくとも一方を可変制御する手段とを具備してなること
を特徴とする空間フィルタ速度センサ。
（４）前記光電変換素子Ａに対する加算出力を増幅する
第１の増幅器と、前記光電変換素子Ｂに対する加算出力
を増幅する第２の増幅器と、第１及び第２の増幅器の各
増幅出力の差を求める差動増幅器とを備え、差動増幅器
の出力の直流成分が略零となるように第１又は第２の増
幅器の増幅度を可変制御することを特徴とする請求項３
記載の空間フィルタ速度センサ。