JPH0480658A - 速度測定方法および装置 - 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〕 本発明は速度測定方法と装置に関する。

〔従来の技術〕

移動物体の速度測定方法として、空間フィルタを用いる
ものが知られている。これは、例えば特開昭５３−５２
４７３号、同５２−１５３７７号公報等に示されている
。この方式では、格子構造とされた受光面を有するセン
サが用いられ、この受光面に移動物体の像が結像される
。これにより、上記の格子構造は移動物体の有する表面
の情報に対して空間フィルタとして働き、センサの出力
の繰り返し周波数が移動物体の速度に比例した信号が得
られる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上記の従来技術によれば、センサの格子構造の
向きが移動物体の移動方向と一定の関係にあるときは測
定可能となるか、その関係は特定できない。また、格子
の配列方向に垂直な方向の移動については、一般的に測
定不能となる。そして、あらゆる方向の動きを検出しよ
うとすると、格子構造等に特別の工夫を加えることが必
要となる。

本発明は、かかる従来技術の欠点を解決するためになさ
れたもので、空間フィルタ方式とは原理が異なる新しい
方式の速度測定方法と装置を提供することを目的として
いる。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る速度測定方式は、移動速度を測定すべき移
動物体にパルス光を間欠的に照射し、このパルス光の少
なくとも２回の照射による移動物体の二次元的な像を空
間光変調手段に多重像として記録し、この多重像を光学
的に読出して、読出し光像をフーリエ変換することによ
りフーリエスペクトル像を形成し、このフーリエスペク
トル像の間隔と方向およびパルス光の照射時間間隔にも
とづき移動速度を測定することを特徴とする。

また、本発明に係る速度測定装置は、移動速度を測定す
べき移動物体にパルス光を間欠的に照射するパルス光源
と、このパルス光で照射された移動物体からの光像を所
定の二次元結像面に結像する結像光学系と、所定の二次
元結像面に配設され、移動物体の像を少なくとも２つの
パルス光の照射について重畳して蓄積する空間光変調手
段と、この空間光変調手段の出力光像からフーリエスペ
クトル像を形成するフーリエ変換光学系と、このフーリ
エスペクトル像の間隔と方向およびパルス光の照射時間
間隔から移動速度を検出する検出手段とを備える。

〔作用〕

本発明の方法によれば、空間光変調手段に移動物体の二
次元的な多重像が形成されるが、パルス光の照射時間間
隔は所定幅であるため、多重像の凸像の位置関係は、移
動物体の速度と一定の関係を持っている。そして、この
多重像は照射パルス光によって等価的に二次元的格子構
造として処理されたものであるため、光学的に読み出し
て、かつ光学的にフーリエ変換することにより、移動物
体の速度および方向と一定の関係をもったフーリエスペ
クトル像が得られる。

本発明の速度測定装置によれば、移動物体の多重像はパ
ルス光と結像光学系により形成され、これは読出手段で
出力光像として読み出され、フーリエ変換光学系で移動
物体の速度と一定の関係をもったフーリエスペクトル像
が得られる。

〔実施例〕

以下、添付図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は実施例に係る速度測定装置の斜視図で、車載の
速度測定装置で対地速度を測定する場合の概念的な構成
を示している。また、第２図はその光学的な構成を示し
ている。図示の通り、移動物体である路面１は矢印Ａ方
向に、所定の速さで移動しているとする。パルス光源２
にはドライバ３から波形Ｂのような等間隔で繰り返され
るパルス電圧が供給されており、従ってパルス光源２は
時間間隔ｔて間欠的に発光して路面１を照明する。

路面１の照明位置の上方には、テレセントリック結像レ
ンズ４、絞り６が順次配設され、結像光学系が構成され
ている。空間光変調器７は入力面７１がテレセントリッ
ク結像レンズ４による路面１の結像位置となるよう設け
られ、空間光変調器７の出力面７２の上方には、偏光ビ
ームスプリッタ９が配設されている。偏光ビームスプリ
ッタ９の上方にはレーザーダイオード１０およびコリメ
ータレンズ１１からなる読出光源１２が設けられ、偏光
ビームスプリッタ９の側方にはフーリエ変換レンズ１３
および撮像装置１４が順に配設されている。そして、撮
像装置１４の出力は演算処理装置１５に与えられている
。

上記の構成によれば、路面１の像は空間光変調器７の入
力面７１に形成されるが、速度測定装置が移動している
ので、形成される像は時間と共に位置がシフトする像と
なる。そして、パルス発光は間欠的であってその時間間
隔ｔは一定であるため、この多重像の各機の間隔と並び
の方向は、路面１の移動の速さと方向に対して、一定の
関係を有している。ここで、空間光変調器７は光電面と
ニオブ酸リチウムのような電気光学結晶を含み、これは
光電面によって光に応じて発生した電荷により光学的異
方性、たとえば電気光学結晶のある偏光方向の屈折率を
変化させるものであるため、路面１からの光学像を蓄積
して、多重像の位相差像を出力面７２に形成する機能を
有する。そして、このスペックル多重像はコヒーレント
な読出し光に対して、等価的に等間隔多重スリット（回
折格子）として機能する。なお、空間光変調器７の具体
的な構成や作用は、例えば特開昭５８−６４７４２号な
どで公知である。

読出光源１２からの読出し光は、偏光ビームスプリッタ
９を通ってコヒーレントな直線偏光光となって空間光変
調器７の出力面７２に入射される。

ここで、空間光変調器７は多重像としての屈折率情報あ
るいは位相差情報をもっているため、上記読出光の反射
光として生成される出力光は、上記屈折率情報に対応し
た楕円偏光となる。

このため、この楕円偏光光は偏光ビームスプリッタ９て
一部か反射され、フーリエ変換レンズ１３に入射される
。すなわち、空間光変調器７の出力面７２上で位相差が
半波長以下の変調を受けた反射光は、一般に楕円偏光と
なり、変調度に応して偏光ビームスプリッタ９により反
射されて、残りは透過する。このようにして、偏光ビー
ムスプリッタ９を反射した光束は、出力面７２上の二次
元的屈折率情報あるいは位相差情報が、二次元的な振幅
情報に変換されたコヒーレント光となる。

フーリエ変換レンズ１３の前側焦点は空間光変調器７の
出力面７２であり、後側焦点は撮像装置１４であるため
、撮像装置１４には出力面７２上の多重像に対応したフ
ーリエスペクトルが形成される。このフーリエスペクト
ルの各編の間隔は・路面１の速さに対応し、各編の並び
の方向は路面１の動き方向と対応するため、これを演算
処理装置１５で処理することにより、路面１の速度が測
定できる。

第３図および第４図を参照して、上記の事情をより詳し
く説明する。

いま、第３図（ａ）に示すように、時間間隔ｔでパルス
光Ｐ１〜Ｐ４が路面１に間欠的に照射されたとすると、
第３図（ｂ）に示すように路面１上の点の像は空間光変
調器７に形成される。すなわち、パルス光Ｐ　　−Ｐ４
に対応して、点の像■ ａ　　−ａ　　が形成されていく。ここで、像ａ１〜ａ
４を結ぶ線と基準線の傾き角θは、路面１の進行方向の
傾きと対応しており、像ａ　　−ａ４の間■ 隔は移動の速さと対応している。

この像ａ　　−８４の出力光像はフーリエ変換しンズ１
３を通ることで撮像装置１４にフーリエスペクトル像を
形成する。すなわち、第４図に示すように、空間光変調
器７の出力面７２における像ａ１〜ａ４により、撮像装
置１４において直線等間隔縞が形成される。このフーリ
エスペクトル像は光電変換によって電気信号として読み
取られ、演算処理装置１５に入力される。演算処理装置
１５は一定の時間間隔で縞の並び方向と間隔を認識し、
移動の速さと方向を求める。

ここで、移動物体である路面１の動く速さは、縞の間隔
と反比例しており、かつパルス光の発せられる時間間隔
ｔと反比例している。従って、路面１の速さは計算によ
り算出できる。また、移動する方向が基準線に対して、
どれだけ傾いているかについても、縞の傾きから求める
ことができる本発明については、上記実施例に限定され
ず種々の変形が可能である。

例えば、結像光学系はテレセントリック結像レンズを用
いたものに限られず、移動物体の像を空間光変調器の入
力面に結像できれば、いかなる構成であってもよい。ま
た、多重像の読み取りも、例えば、撮像装置１４に代え
て極座標目盛が刻まれたすりガラスのようなスクリーン
で行なってもよい。スクリーンに形成されたフーリエス
ペクトル像から、その間隔と方向は読み取れる。よって
、空間光変調器の出力面に形成された像のフーリエスペ
クトルを生成できるものであれば、種々の構成にするこ
とができる。用い得る空間光変調手段には、種々のもの
があり、例えば「光学」第１４巻第１号（１９８５年２
月）の第１９〜第２７頁に具体例が示されている。

〔発明の効果〕

以上、詳細に説明した通り、本発明の構成によれば、空
間光変調手段に移動物体の二次元的な多重像が形成され
るが、パルス光の照射は間欠的でその間隔は所定幅であ
るため、多重像の多像の位置関係は、移動物体の速度と
一定の関係を持っている。そして、この多重像は空間光
変調手段に記録されるため、光学的に読み出してフーリ
エ変換することにより、移動物体の速度と一定の関係を
もったフーリエスペクトル像が得られる。このため、移
動物体の動きがいかなる方向であっても、これを正確に
測定することができる。

また、本発明の速度測定装置によれば、移動物体の多重
像はパルス光と結像光学系により形成され、これは読出
手段で読み出される。従って、フーリエ変換光学系で移
動物体の速度と一定の関係をもったフーリエスペクトル
像が得られるので、このフーリエスペクトル像の方向お
よび間隔を演算処理することで、移動物体の速度をリア
ルタイムに測定できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る速度測定装置の構成を概念的に示
す斜視図、第２図はその構成を示す側面図、第３図およ
び第４図はその作用を示す図である。 １・・・路面、２・・・パルス光源、３・・・ドライバ
、４・・・テレセントリック結像レンズ、６・・・絞り
、７・・・空間光変調器、９・・・偏光ビームスプリッ
タ、１２・・・読出光源、１３・・・フーリエ変換レン
ズ、１４・・・撮像装置、１５・・・演算処理装置。 代理人弁理士　　　長谷用　　芳　　樹第 図 第２図 → ÷ 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、移動速度を測定すべき移動物体にパルス光を間欠的
   に照射し、このパルス光の少なくとも２回の照射による
   前記移動物体の二次元的な像を空間光変調手段に多重像
   として記録し、前記多重像を読出して、読出し光像を光
   学的にフーリエ変換することによりフーリエスペクトル
   像を形成し、このフーリエスペクトル像の間隔と方向お
   よび前記パルス光の照射時間間隔にもとづき前記移動速
   度を測定することを特徴とする速度測定方法。 ２、移動速度を測定すべき移動物体にパルス光を間欠的
   に照射するパルス光源と、 このパルス光で照射された移動物体からの光を所定の二
   次元結像面に結像する結像光学系と、前記所定の二次元
   結像面に配設され、前記移動物体の像を少なくとも２つ
   の前記パルス光の照射について二次元的に蓄積する空間
   光変調手段と、この空間光変調手段の出力光像からフー
   リエスペクトル像を形成するフーリエ変換光学系と、こ
   のフーリエスペクトル像の間隔と方向および前記パルス
   光の照射時間間隔から移動速度を検出する検出手段とを
   備えることを特徴とする速度測定装置。 ３、前記所定の二次元結像面に配設され、前記移動物体
   の像を少なくとも前記パルス光の照射について二次元的
   に入力面上に蓄積し、その二次元強度分布情報を二次元
   透過率分布、二次元反射率分布または二次元位相差分布
   に変換して出力側に出力する空間光変調手段と、 この空間光変調手段の出力側にコヒーレント光を照射し
   、前記二次元透過率分布、二次元反射率分布または二次
   元位相差分布をコヒーレントな二次元振幅情報として読
   出す読出手段と、 を更に備え、 前記フーリエ変換光学系は、前記二次元振幅情報を有す
   る出力光像からフーリエスペクトル像を形成することを
   特徴とする請求項２記載の速度測定装置。