JPH06118088A

JPH06118088A - 光学式速度検出装置

Info

Publication number: JPH06118088A
Application number: JP26752492A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Ito; 善規伊藤; Sadaji Kanamori; 定治金森
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-10-06
Filing date: 1992-10-06
Publication date: 1994-04-28
Anticipated expiration: 2016-08-13
Also published as: JP3197074B2

Abstract

(57)【要約】【目的】被測定物に対して非接触な状態で速度が検出
可能な光学式速度検出装置において、小形、軽量で安価
な装置を実現する。【構成】被測定物である移動する物体１からの反射光
をシリンドリカルレンズ２１によって受光部２２に集光
する。シリンドリカルレンズ２１は入射した光をスリッ
ト状にアレイ状受光部２２に集光することが可能であ
り、空間フィルタを有する従来の光学式速度検出装置と
同様に速度を求めることができ、さらに、明るい光学系
を得ることができる。従って、物体１との距離の変動の
影響が少ないように深度を深くしながら、明るい光学系
を得ることができる。従って、空間フィルタを省略で
き、さらに、強力な投光機も不要であるので、小形、軽
量で安価な速度検出装置が実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、移動する物体の速度等
を非接触な状態で検出可能な光学式速度検出装置の構成
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、移動する物体、例えば車両の対地
速度を、車上等から完全に非接触な状態で計測可能な速
度計測装置として、複数のスリット等から構成される空
間フィルタを用いた光学式速度計測装置が知られてい
る。図２１にその計測原理を示してある。すなわち、一
定のピッチＰで配列されたスリット等の空間フィルタ３
を通して速度Ｖで動く物体１を見ると、周波数Ｖ／Ｐの
光強度の信号が得られる。

【０００３】このため、物体１からの反射光を結像レン
ズ２を介して集光し、空間フィルタ３で、ある方向に分
解したのち、コンデンサレンズ４で受光器５に集める
と、受光器５からの信号は、結像レンズの倍率をαとす
るとαＶ／Ｐの周波数を中心とした強度の信号が得られ
る。従って、この光強度の信号を周波数分析器６で分析
し、中心周波数ｆを求めると、ピッチＰおよび倍率αが
公知であることから速度Ｖが得られる。

【０００４】図２２は、実際に、上記の計測方法に基づ
き構成された測定器の概略構成を示してある。この速度
計測装置１０は、１つのスリット１１から通過した光を
２系列のホトセンサ１２で検出するものである。この装
置１０においては、投光機１４から投射され、物体１に
反射した光が対物レンズ１３で集められ、スリット１１
を通ってホトセンサ１２によって検出される。この２系
列のホトセンサ１２は、空間格子としてのフィルタ特
性、および結像視野から大きなムラを相殺する機能を持
つ特殊なものが使用される。ホトセンサ１２からの信号
は、波形整形回路１５を構成するアンプ１６で増幅さ
れ、さらに、アクティブフィルタ１７によってノイズと
なる高周波成分が除去される。そして、演算回路１７に
よって中心周波数から速度Ｖが計算され、得られた速度
は表示装置１９に表示される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような非接触型の
速度検出装置は、自動車の速度を検出するのみならず、
様々な移動物体、例えば、スキー、スケート等のスポー
ツ、オートバイ、自動車等のレース観戦、ゴルフクラブ
のヘッドのスピードを測定するために適しており、構成
も簡単であることから安価な装置が構成できるものと期
待されている。

【０００６】図２２に示したような装置において、被測
定物である物体１と、装置１０との距離にある程度関係
なく一定の速度を検出するためには、光学系の焦点深度
を深くする必要がある。この焦点深度は、スリットの幅
をＳ、対物レンズの焦点距離をｆ、光学系の倍率をαと
した場合に、ｆ／（Ｓ×α）に比例することが知られて
いる。しかし、焦点距離ｆを長くすると装置が長くな
り、倍率αを小さくすることはレンズ径に限界があるこ
とから難しい。よって、スリットの幅Ｓを小さくするこ
とが残されるが、スリットの幅Ｓを小さくすると、スリ
ットを通過する光量が大幅に低下するため、強力な投光
機が必要となる。このように光学系のＦナンバーを大き
くすると、焦点深度は深くなるが、明るさが低下してし
まうため、投光機を含めた装置全体としては大きくなっ
てしまう。

【０００７】一方、検出される速度の精度を良くするた
めには、空間フィルタとして働くスリットの数を確保す
る必要があるが、単にスリットの数を増加させると装置
全体が大型化してしまう。一方、スリットのピッチを小
さくすると、受光部であるホトセンサの有効面積が小さ
くなり、光量が低下する。このため、この場合でも強力
な投光機が必要であるので装置が大型化してしまう。こ
のように、光学式の速度検出装置に実用的な性能を持た
せようとすると装置が大型化し易く、また、高価なもの
となってしまう。

【０００８】そこで、本発明においては、上記の問題点
に鑑みて、安価で小形な光学式速度計測装置を実現する
ことを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明においては、上記
の課題を解決するために、シリンドリカルレンズ、レン
チキュラーレンズ、リニヤフレネルレンズを用いて被写
体からの光をスリット状に集光するようにしている。す
なわち、本発明に係る光学式速度検出装置は、被測定物
からの光を少なくとも１次元方向のスリット状に集光で
き、２以上の受光部分が配列されたアレイ状受光部のそ
れぞれの受光部分に結像可能なスリット状結像系と、ア
レイ状受光部からの出力信号の中心周波数から速度を検
出する速度検出系とを有することを特徴としている。こ
のスリット状結像系は、シリンドリカルレンズ、レンチ
キュラーレンズ、リニヤフレネルレンズおよびエシュレ
ット格子を含む群から選択された１つを用いて構成する
ことができる。

【００１０】また、受光部分によって、２以上の受光群
をアレイ状受光部に構成し、この受光群を１次元方向に
沿って相互に配置することが望ましい。また、被測定物
に所定の周期のパルス光を照射する照射手段と、アレイ
状受光部からの信号を所定の周期で同期処理する同期検
波手段とを有することも有効である。さらに、受光部分
のそれぞれから出力される信号の同期成分の和を一定に
制御する感度調整手段を形成することによって、ノイズ
による影響が削減できる。また、スリット状結像系の各
レンズの焦点距離近傍に、各レンズに対応した２以上の
スリット部分が構成されたスリット手段を挿入すること
によって、深度のさらに深い装置を構成することが可能
である。

【００１１】

【作用】上述したようなシリンドリカルレンズ、複数の
シリンドリカルレンズからなるレンチキュラーレンズ、
単体のリニヤフレネルレンズ、複数のリニヤフレネルレ
ンズなどは、被写体からの光を光量を減ずることなくス
リット状に受光部に集光することができる。従って、ス
リット等を用いることなく、レンズ全体に照射された被
写体からの反射光等を用いて、１次元方向のスリッド状
に集光して受光部に結像できると同時に、明るい光学系
を作ることができる。このため、深度を深くしても十分
に明るい光学系とすることが可能である。特に、シリン
ドリカルレンズはレンチキュラーレンズとして、また、
リニヤフレネルレンズも複数のレンズを並列して並べる
ことができるので、複数のレンズ等から複数の光軸が構
成でき、深度の深い光学系を得るために１つ１つのレン
ズのＦナンバーを大きくとっても全体として明るい結像
系を得ることができる。従って、強力な投光機等は不要
である。このように、上記のようなスリット状結像系を
採用することにより、スリットを省いた簡単な構造の装
置で、さらに、投光機も不要な小形で安価な光学式速度
検出装置を実現することができる。

【００１２】また、このようなスリット状結像系を用い
た場合は受光部として、シリンドリカルレンズ等によっ
て形成されたスリット状の結像を、空間フィルタとして
検出可能な複数の受光素子によってアレイ状の受光部を
構成すれば良く、通常のフォトダイオード、フォトトラ
ンジスタ等をアレイ状に配置してアレイ状受光部を構成
することもできる。従って、受光部も安価で性能の良
い、一般に市販されているような受光素子によって構成
することができる。

【００１３】さらに、アレイ状受光部を２以上の受光群
に分割すると、それぞれの受光群から得られた信号の位
相差から、スリット状結像系で分割された方向に対応す
る移動方向の判別が可能である。従って、速度の値のみ
ならず、方向も含めたベクトル量の検出ができる。この
ため、移動距離、加速度等の演算処理を行なうことが可
能となる。

【００１４】また、受光部からの信号におけるノイズを
削減する方法としては、被測定物に所定の周期のパルス
光を照射する照射手段と、アレイ状受光部からの信号を
所定の周期で同期処理する同期検波手段とを設置するこ
とが考えられる。上述したよに、本速度検出装置におい
ては、投光量は少なくて済むので、パルス発振が容易な
半導体レーザー等を用いて照射手段を簡単に構成するこ
とができ、また、照射する光は、可視光に限らず、赤外
線であっても良い。

【００１５】さらに、蛍光灯等の強度が周期的に変化す
る反射光からのノイズを除去するためには、受光部分の
それぞれから出力される信号の同期成分の和を一定に制
御する感度調整手段を用いて受光部分の感度をフィード
バック制御すれば良い。

【００１６】また、スリット状結像系の各レンズの焦点
距離近傍に、各レンズに対応した２以上のスリット部分
が構成されたスリット手段を挿入することによって、深
度のさらに深い装置を構成でき、被測定物との距離の影
響が非常に少なく、精度の高い光学式速度検出装置を実
現することが可能である。

【００１７】

【実施例】以下に図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。

【００１８】〔実施例１〕図１に、実施例１に係る光学
式速度検出装置２０の概要を示してある。この装置は、
被測定物である物体１の方向に望んだシリンドリカルレ
ンズ２１と、このシリンドリカルレンズ２１が結像した
光を検出するアレイ状の受光部２２およびこれらを覆う
検出部フード２３から構成されている。さらに、受光部
２２からの光信号の処理を行なう波形成形回路１５、検
出された速度を演算出力する演算部１８およびその速度
を表示する表示部１９を備えている。図２および図３
は、シリンドリカルレンズ２１によって受光部２２にス
リット状に集光される様子を示しており、図３に示すよ
うに、物体１からの反射光を集光する場合は、物体１の
移動方向と反対側にスリット状に集光された受光部２２
の結像は移動する。

【００１９】図４に、本例の受光部２２の概要を示して
ある。本例の受光部２２は、フォトトランジスタ３０が
縦横にそれぞれ８個並んだアレイ状である。そして、シ
リンドリカルレンズによってスリット状に集光される方
向、すなわち、Ｘ方向と直交する方向に並んだ列が電気
的に接続され、１つの受光部分３１を形成している。

【００２０】従って、本例においては、受光部２２は、
Ｘ方向に８つの受光部分３１．１〜３１．８が形成され
ていることとなる。

【００２１】図５に、これらの受光部分３１．１〜３
１．８がシリンドリカルレンズ２１により集光された光
に反応して信号が出力される様子を示してある。シリン
ドリカルレンズ２１によって集光される光は、速度Ｖで
移動する物体１の表面に存在するムラ模様を反映したも
のである。すなわち、そのムラ模様に対応した強度の光
が、シリンドリカルレンズ２１によって受光部２２に結
像され、光の強弱が移動する物体１の速度Ｖに対応して
各受光部分３１．１〜３１．８を移動する。すなわち、
図３に示すように、物体１がＡ、Ｂ、Ｃの順に移動する
と、スリット状の結像は、受光部２２の上をＡ’、
Ｂ’、Ｃ’の順に移動する。そして、各受光部分３１．
１〜３１．８はその受光部分に照射された光の強度に対
応した信号を出力するため、例えば、強い光が反射され
た場合は、それに対応した高レベルの光信号が受光部分
３１．１から３１．８に向かって順々に出力される。そ
の高レベルの信号の間隔である期間Ｔは、各受光部分３
１の距離をピッチＰとした場合に、以下の式で表され
る。

【００２２】Ｔ＝１／ｆ＝Ｐ／（Ｖ×α）・・・・・（１）ここでｆは周波数、αはシリンドリカルレンズ２１によ
る光学系の倍率を示す。

【００２３】従って、受光部分３１から出力される信号
の中心周波数ｆを求めることによって物体１の速度Ｖを
得ることができる。

【００２４】図６は、本例の波形成形回路１５の概略構
成を示してある。本例においては、中心周波数ｆを求め
るために、隣会う受光部分３１からの信号をＡ１および
Ａ２として、その受光部分３１から発生した光電流を電
圧信号として取り出して差を取ることにより正弦波に近
い狭帯域のランダム信号を得るようにしている。すなわ
ち、奇数番目の受光部分３１．１、３１．３、３１．
５、３１．７からの光電流が検出抵抗３２に供給され、
この抵抗３２に発生した電圧が波形成形回路１５のオペ
アンプ４１の非反転出力に供給される。一方、偶数番目
の受光部分３１．２、３１．４、３１．６、３１．８か
らの光電流は検出抵抗３３に供給され、この抵抗３３に
発生した電圧がオペアンプ４１の反転出力に供給され
る。従って、各受光部分３１．１〜３１．８からの光電
流に対応した正弦波的な信号がオペアンプ４１から出力
される。このオペアンプ４１からの信号はパスコンデン
サ４２を介して交流成分だけがバッファ４３で増幅され
る。さらにローパスフィルタ４４を介してノイズである
高周波成分が除去された後、演算部１８に供給され、中
心周波数ｆが求められ速度Ｖが得られる。

【００２５】なお、図７に示すように、受光素子として
フォトダイオード３４を用いて受光部２２を構成するこ
とも勿論可能であり、フォトダイオード３４からの光電
流を上記と同様に検出抵抗３２、３３を用いて処理し、
波形成形回路１５に導入すれば中心周波数ｆを求めて速
度Ｖを得ることができる。また、受光部２２の構成も、
図８に示すように、Ｘ方向に直交する方向である列方向
に配置されたフォトトランジスタ等の受光素子を１つお
きに接続し、受光素子の組合せである受光部分の数量を
増やすことも可能である。

【００２６】図９に複数のシリンドリカルレンズから構
成されるレンチキュラーレンズ２９を示してある。この
図１に示すシリンドリカルレンズ２１に代わり、このレ
ンチキュラー２９を用いて光学系を構成することも可能
である。レンチキュラーレンズ２９は、図９に示すよう
にシリンドリカルレンズ２５．１〜２５．ｎが、Ｘ方向
に並列に並んだものである。従って、レンチキュラーレ
ンズ２９に入射した光２６は、それぞれのシリンドリカ
ルレンズ２５．１〜２５．ｎによってＸ方向にｎ個に分
割され、対応する受光部２２の受光素子にスリット状に
集光できる。このようにシリンドリカルレンズは、球面
状のレンズと異なり、複数個のレンズを平面状に配置す
ることが可能である。従って、このレンチキュラーレン
ズ２９は、複数の光軸を構成するように、集光する機能
を備え、１つ１つのレンズによる光学系が暗い場合であ
っても、全体として明るい光学系を得ることができる。

【００２７】また、レンチキュラーレンズ２９に代わり
図１０に示すようなリニヤフレネルレンズ２７を用いる
こともできる。図１０に示すリニヤフレネルレンズ２７
は、複数のリニヤフレネルレンズがレンチキュラーレン
ズと同様にＸ方向に並列に配列されたものであり、集光
と同時に、空間フィルタとしての機能を果たすことが可
能なものである。また、リニヤフレネルレンズは、入射
光をスリット状に結像することができるので、深度が深
いわりに明るいレンズであり、本例のような光学式速度
検出装置のスリット状結像系を構成するのに適したレン
ズである。もちろん、単体のリニヤフレネルレンズによ
っても、スリット状の結像を得ることができる。このた
め、単独のリニヤフレネルレンズのみで図１に示すシリ
ンドリカルレンズ２１と同様の光学系を構成することも
可能である。これらのレンチキュラーレンズ、リニヤフ
レネルレンズと同様に、図１１に示すエシュレット格子
状のプリズム２８を用いてもＸ方向に分割した結像を得
ることができ、スリット等の空間フィルタを省いて簡単
な構成の光学式速度検出装置を構成することができる。

【００２８】このように、本例の光学式速度検出装置
は、シリンドリカルレンズ、レンチキュラーレンズ等の
スリット状光学系を用いた装置であり、集光と従来スリ
ットを用いていたスリット状の集光をスリット状光学系
単体で果たし、構造が簡単で小形で廉価な装置である。
さらに、深度が深く、かつ明るい光学系を得ることがで
きるので、投光機等は不要であり、この面でも小形化お
よび低価格化が可能である。

【００２９】〔実施例２〕図１２に、本発明の実施例２
に係る光学式速度検出装置の受光部２２の構成を示して
ある。なお、本例の装置の他の部分、例えばスリット状
光学系等は、実施例１と同様につき説明を省略する。本
例の受光部２２は、実施例１と同様にフォトトランジス
タ等の受光素子３０がアレイ状に配列されたアレイ状受
光部であるが、本例においては、２つの受光系Ａ、Ｂが
構成されている。すなわち、本例の受光部はＸ方向に１
６個、これと直交する列方向に８個の受光素子が配置さ
れ、さらに、受光部２２の面積を小さくし、感度を向上
させるために、隣接する列を構成する受光素子は千鳥状
に配置されている。そして、列を構成する受光素子３０
は互いに接続され受光部分３１．１〜３１．１６が構成
され、４つの受光部分３１によって１つのピッチＰが構
成される。従って、受光部分３１．１、３１．５、３
１．９、３１．１３でグループＡ１が構成され、このグ
ループＡ１からの光電流は、実施例１と同様に検出抵抗
（不図示）を介して、波形成形回路１５ａのオペアンプ
４１ａの非反転入力に導かれる。同様に、受光部分３
１．３、３１．７、３１．１１、３１．１５でグループ
Ａ２が構成され、このグループＡ２からの光電流は、実
施例１と同様に検出抵抗（不図示）を介して、波形成形
回路１５ａのオペアンプ４１ａの反転入力に導かれる。
また、受光部分３１．２、３１．６、３１．１０、３
１．１４でグループＢ１が構成され、このグループＢ１
からの光電流は、実施例１と同様に検出抵抗（不図示）
を介して、波形成形回路１５ｂのオペアンプ４１ｂの非
反転入力に導かれる。さらに、受光部分３１．４、３
１．８、３１．１２、３１．１６でグループＢ２が構成
され、このグループＢ２からの光電流は、実施例１と同
様に検出抵抗（不図示）を介して、波形成形回路１５ｂ
のオペアンプ４１ｂの反転入力に導かれる。

【００３０】これらの波形成形回路１５ａ、ｂにおける
他の処理、例えばパスコンデンサ等は実施例１と同様に
つき説明を省略する。そして、波形成形回路１５ａ、ｂ
で処理された光信号Ａ、Ｂは演算部１８に入力され、演
算部１８において、速度の値および方向が判別される。
すなわち、図１３に示すように光信号Ａ、Ｂは、両方と
も速度Ｖで移動する動く物体１からの反射光を反映した
周波数ｆの信号であるが、１／４ピッチずれた受光部分
で発生された光信号であるため、位相がπ／４ずれた信
号となる。従って、信号Ａが信号Ｂに対して遅れていれ
ば、物体１は方向Ｘに向かって移動していることが判
り、逆に、信号Ｂが信号Ａに対して遅れていれば物体１
は方向Ｘと反対の方向に移動していることが分かる。こ
のように、本例の光学式速度検出装置においては、物体
１の速度を非接触状態で検出できるのみならず、その移
動方向も検出することが可能である。このように移動方
向が判別できるため、速度のみならず移動距離、あるい
は加速方向等様々なデータを導き出すことができる。ま
た、２つあるいはそれ以上の方向に、このような光学式
速度検出装置を設置し、得られた光信号を上記と同様に
処理することによって、１次元方向のみならず、２次
元、３次元の速度、移動距離、加速度等のデータを得る
ことができる。

【００３１】〔実施例３〕図１４に、実施例３に係る光
学式速度検出装置の概要を示してある。本例の装置も、
被測定物である物体１の方向に望んだレンチキュラーレ
ンズ２９と、このレンチキュラーレンズ２９が結像した
光を検出するアレイ状の受光部２２およびこれらを覆う
検出部フード２３から構成された結像系と、受光部２２
からの光信号の処理を行なう波形成形回路１５、検出さ
れた速度を演算出力する演算部１８およびその速度を表
示する表示部１９から構成された検出系とを備えてい
る。これらの上記実施例と共通する部分においては、同
じ符号を付して説明を省略する。

【００３２】本例の装置において着目すべき点は、上記
の結像系および検出系に加え、パルス光を照射可能な照
射装置５０を備えていることである。この照射装置５０
は、所定の周期のパルスを発振するパルス制御部５１
と、発振されたパルスに従ったパルス光を照射する照射
部５２から構成されている。そして、結像系の受光部２
２から得られた光信号は、波形成形回路１５に追加され
た同期検波回路４５によって検波されノイズが除去され
た状態で演算部１８に供給される。

【００３３】図１５は、照射装置５０の構成を波形成形
回路１５と対比できるように示してある。本例において
は、パルス制御部５１は、水晶発振器等の所定のパルス
を発生する発振器５３と、この発振器５３からのパルス
を分周等することにより、予め設定された周期のタイミ
ング信号を発生させるタイミング発生回路５４から構成
されており、タイミング発生回路５４によって発生され
たタイミング信号は、発光素子を駆動する発光素子駆動
回路５５、および波形成形回路１５において同期検波を
行なう同期検波回路４５の双方に供給される。発光素子
駆動回路５５は、このタイミング信号に従って照射部５
２を形成する半導体レーザーあるいはＬＥＤ等の発光素
子を発光させる。そして、照射部５２から照射された光
は、速度Ｖで移動する物体１に反射し、レンチキュラー
レンズ２９等で構成される結像系によって光信号に変換
される。

【００３４】図１６は、本装置により検波されノイズが
除去される様子を示している。連続光の基では、物体１
の移動により受光部２２において検出された光信号は、
波形Ｗ１に示すようにノイズ成分と混じった形で増幅さ
れる。これに対し、本例の装置においては、タイミング
発生回路５４から波形Ｗ２として示すような高い周波数
（数ｋＨｚ程度）のパルス信号が発生され、これに同期
して同じパルス状の光が照射部５２から照射される。こ
のパルス状の照射光は、物体１で反射され、受光部２２
において検出される。従って、連続光であれば波形Ｗ１
に示すような光信号が得られるが、本例の受光部２２か
らはパルス状の照射光に変調された波形Ｗ３のような光
信号が得られる。

【００３５】このようなパルス状の照射光によって変調
された光信号を同期検波回路４５によってタイミング信
号に同期して整流（検波）を行なうと、波形Ｗ４に示す
ような脈流の信号波形が得られる。そして、この波形Ｗ
４をローパスフィルタ４４を通すことによってタイミン
グ信号を含めた高周波成分は除去され、速度Ｖに対応し
た低周波の周波数ｆを示す波形Ｗ５のようなＳ／Ｎ比の
高い出力を得ることができる。

【００３６】このように本例の光学式速度検出装置にお
いては、高周波であるタイミング信号を発生させ、それ
と同期して照射した照射光によって得られた受光信号を
同期検波している。従って、検波後に得られた信号は非
常にＳ／Ｎ比が高いものであり、安定した、また精度の
高い速度Ｖを演算出力することが可能となる。また、本
例の装置においては、物体から反射される光を結像する
スリット状結像系が非常に明るいため、同期検波を行な
うために照射される光も弱いもので良い。従って、ＬＥ
Ｄあるいは半導体レーザー等の構成の簡単で、安価であ
り、さらに消費エネルギーの小さな照射装置を採用する
ことができ、速度検出装置全体としても、小形で安価な
ものでありながら、精度の高い装置を実現することがで
きる。

【００３７】なお、本例においては、ＬＥＤ等の照射部
を断続的に発光させているが、連続的に発光する照射部
を回転するスリット等によって断続化して、その結果変
調された光信号を用いて同期検波することも勿論可能で
ある。また、照射する光も可視光に限らず、赤外光であ
ってももちろん良い。

【００３８】〔実施例４〕図１７に、実施例４に係る光
学式速度検出装置の概略を示してある。なお、受光部２
２に結像するシリンドリカルレンズ等については実施例
１と同様につき、図示および説明を省略する。本例の装
置は、外部からの照射光によるノイズを除去し、安定し
た速度の計測を可能とする装置である。すなわち、道路
灯、あるいは室内の蛍光灯などは、一定の周期、例えば
６０あるいは５０Ｈｚで点灯している。従って、物体１
から反射されたこれらの光も同じ交流の強度成分を備え
ており、受光部２２の各受光部分３１．１および３１．
２からの電圧信号ｖ１、ｖ２も、図１８に示すように、
同じ周波数の強度成分が存在し、これらがノイズとな
る。このようなノイズ成分ｖ１、ｖ２は位相は同じであ
るが、各受光部分３１．１および３１．２に同じ電圧ｖ
を供給した場合であっても、各受光部分３１．１および
３１．２の感度にばらつきがあるため、ノイズ成分ｖ
１、ｖ２の振幅に差が生ずる。その結果、受光部分３
１．１、３１．２からの光電流に対応した電圧信号が入
力されるオペアンプ４１から、振幅の差に起因するノイ
ズ成分が出力され、このノイズの周波数が物体の速度を
示す周波数と近い場合には、速度を示す信号と誤認識さ
れる場合があり得る。

【００３９】そこで、本例の装置においては、このよう
な外部の光によるノイズ成分は、位相が等しいことに着
目して、各受光部分の感度を位相が等しいノイズ成分を
キャンセルするように制御するようにしている。これに
より、図１９に示すように、受光部分３１．１および３
１．２から出力されるノイズ成分ｖ１、ｖ２の周期的な
振幅の差は無くなり、オペアンプ４１からの出力に影響
を与えることが防止できる。具体的には、オペアンプ６
１から構成される感度調整回路、すなわち、ＡＧＣ回路
６０を加え、オペアンプ６１に一定電圧Ｖ０からノイズ
成分ｖ１およびｖ２の値を差し引いた電圧を入力する。
これにより、受光部分３１．１および３１．２に印加さ
れるオペアンプ６１の出力電圧ｖは、ノイズ成分ｖ１と
ｖ２の和が一定電圧Ｖ０となるように変動するので、受
光部分３１．１および３１．２の感度をノイズ成分ｖ１
およびｖ２の変動がなくなる方向にフィードバック制御
できる。

【００４０】このように、本例の光学式速度検出装置に
おいては、外光からのノイズ成分を除去することがで
き、安定した信頼性の高い速度値を得ることができる。
勿論、移動する物体からの光信号は、受光部分が異なれ
ば位相が反転するので、この感度調整回路の影響は受け
ず、キャンセルされることなく増幅され、精度の良い値
で検出することができる。

【００４１】〔実施例５〕図２０に本例の光学式速度検
出装置を構成するリニヤフレネルレンズ２７と受光部２
２、さらにリニヤフレネルレンズ２７の各レンズの焦点
距離近傍に挿入されたスリット群７０を示してある。な
お、受光部２２により検出された光信号の処理は、上記
実施例と同様であるので、図示、および説明を省略す
る。

【００４２】本例の装置は、リニヤフレネルレンズ２７
の各レンズに対し、一本のスリット７１を有するスリッ
ト群７０をその焦点距離近傍に挿入している。これによ
り、スリット７１がカメラの絞りと同等の役目を果た
し、レンズの焦点距離近傍に設置することにより平行光
線のみを通過させる。これにより、リニヤフレネルレン
ズ２７を用いたスリット状結像系の深度がさらに深くな
り、被測定物である物体までの距離がかなり変化しても
検出速度に与える影響を最小限に止めることができる。
従って、物体までの距離が大幅に変動するような場合の
速度の検出に優れた装置を実現することができる。

【００４３】一般に、スリット７１を設置して深度を深
くすると明るさが不足することとなり、精度の高い測定
は不可能である。しかし、本例の装置においては、従来
の並列に並べることが困難な球面レンズ等を用いた装置
と異なり、複数のリニヤフレネルレンズ２７で構成され
たスリット状結像系を用いており、複数の光軸に対して
複数のスリット７１を設置できる。このため、装置全体
として明るさを得ることを可能である。従って、深度を
深くしても明るく、測定精度を保持することができ、さ
らに、装置は小形で安価なもので構成することができ
る。もちろん、リニヤフレネルレンズに限らず、レンチ
キュラーレンズを用いた場合であっても、個々のシリン
ドリカルレンズの焦点距離に対応した位置にスリット７
１を設置可能なスリット群７０を挿入することで上記と
同じ効果をえることができる。

【００４４】上記の各実施例において説明した光学式速
度検出装置の応用例としては種々のものが考えられる。
例えば、速度測定器としての応用例としては、ゴルフク
ラブのヘッドスピード等の測定器、移動物体の通過スピ
ード測定器（スキー、スケート等のスポーツ／バイク、
自動車レースの観戦その他レジャー用として）、自動車
その他移動物の対地速度測定装置、速度測定カメラ（カ
メラに内蔵することによって、被写体の速度をフィルム
上に記録するもの）、粘液や粉体等の流速、流量測定器
がある。また、距離測定器としての応用例としては、自
動車その他移動物の座標測定器（車両等の両脇に設置す
ることにより、移動量を検出可能である。さらに、個々
の測定器から検出した移動量の差から、旋回角度の演算
等が可能であり、この結果、移動座標が測定でき
る。）、布や紙の巻取量（移動長さ）測定器、リニアエ
ンコーダとしての応用（現在使用されいているリニアエ
ンコーダは、検出部にスリット板等の有限な長さの部品
を用いていることから、測定距離が制限される。上記実
施例の装置を用いれば、連続物であれば長さに制限なく
距離測定が可能であるため、従来コスト的または技術的
に困難とされていた長軸物、例えば長軸のシリンダーの
移動量検出などが可能となる。）がある。

【００４５】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明は、レン
ズに入射した光をスリット状に集光可能なシリンドリカ
ルレンズ、このシリンドリカスレンズが並列に並べられ
たレンチキュラーレンズ、あるいはリニヤフレネルレン
ズ等を用いて、焦点深度が深い光学系であっても、明る
いスリット状結像系を得るようにしている。従って、あ
る速度で移動する被測定物からの光は、このようなスリ
ット状結像系によってアレイ状受光部にスリット状に結
像され、空間フィルタを用いた従来の光学式速度検出装
置と同様にその被測定物の速度を算出することができ
る。さらに、シリンドリカルレンズ、リニヤフレネルレ
ンズは平行して複数のレンズを並べることが可能であ
り、これによっても、多数の光軸を容易に得ることがで
きることから、深度が深く、同時に明るいスリット状結
像系とすることができ、投光機等を省略することが可能
である。従って、本発明に係る光学式速度検出装置は、
構造が簡単で、小形軽量であり、廉価に製造することが
できるものである。もちろん、精度においては、アレイ
状受光部に得られたスリット状の結像によって、空間フ
ィルタと同等の機能を得ることができるため、小形であ
りながら高い値を確保することが可能である。

【００４６】このような光学式速度検出装置に、さら
に、本発明においては、２以上の受光群を構成し、被測
定物の移動方向の判別を可能としている。従って、距
離、あるいは加速度等、種々のデータを算出することも
可能としている。また、ノイズへの対策として、同期検
波手段を実現し、Ｓ／Ｎ比の高い出力を可能としてい
る。

【００４７】さらに、外乱ノイズ光に対しても感度調整
回路を設置することによって対処し、誤検出を防止し、
精度が高く安定した機能を果たすことが可能な速度検出
装置を実現している。また、スリット部分が構成された
スリット手段を挿入することによって、さらに深度が深
く、被測定物との距離に影響されずに高精度の測定が可
能な速度検出装置も実現している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１に係る光学式速度検出装置の
概要を示す説明図である。

【図２】図１に示す光学式速度検出装置の光学系を示す
説明図である。

【図３】図１に示す光学式速度検出装置の作用を示す説
明図である。

【図４】図１に示す速度検出装置の受光部を示す説明図
である。

【図５】図４に示す受光部に検出される光信号を示すタ
イミングチャートである。

【図６】図４に示す受光部からの光信号を処理する検出
系の構成を示すブロック図である。

【図７】図６に示す受光部がフォトダイオードに代わっ
た場合の構成を示す説明図である。

【図８】図４に示す受光部の他の配列を示す説明図であ
る。

【図９】図１に示す速度検出装置においてシリンドリカ
ルレンズに代わって採用されるレンチキュラーレンズを
示す斜視図である。

【図１０】図９に示すレンチキュラーレンズに代わり用
いることができるリニヤフレネルレンズを示す斜視図で
ある。

【図１１】図９に示すレンチキュラーレンズに代わり用
いることができるエシュレット格子状のプリズムを示す
斜視図である。

【図１２】本発明の実施例２に係る光学式速度検出装置
の受光部および波形成形回路の構成を示す説明図であ
る。

【図１３】図１２に示す波形成形回路から得られた波形
を示す説明図である。

【図１４】本発明の実施例３に係る光学式速度検出装置
の概要を示す説明図である。

【図１５】図１４に示す速度検出装置の検出系、および
照射装置の概要を示すブロック図である。

【図１６】図１４に示す速度検出装置の各部分で得られ
る波形を示す説明図である。

【図１７】本発明の実施例４に係る光学式速度検出装置
の概要を示すブロック図である。

【図１８】図１７に示す速度検出装置で発生するノイズ
状態を説明するグラフ図である。

【図１９】図１７に示す速度検出装置でノイズ状態が解
消された状態を示すグラフ図である。

【図２０】本発明の実施例５に係る光学式速度検出装置
のスリット状結像系を示す説明図である。

【図２１】空間フィルタを用いた光学式速度検出装置の
原理を示す説明図である。

【図２２】従来の光学式速度検出装置の構成を示す説明
図である。

【符号の説明】

１・・移動物体２・・結像レンズ３・・空間フィルタ４・・コンデンサレンズ５・・受光器６・・周波数分析器１５・・波形成形回路１８・・演算部１９・・表示部２０・・光学式速度検出装置２１・・シリンドリカルレンズ２２・・受光部２３・・検出部フード２７・・リニヤフレネルレンズ２８・・エシュレット格子状のプリズム２９・・レンチキュラーレンズ３０・・受光素子３１・・受光部分３２、３３・・検出抵抗３４・・フォトダイオード４１、６１・・オペアンプ４２・・パスコンデンサ４３・・バッファ４４・・ローバスフィルタ４５・・周期検波回路５０・・照射装置５１・・パルス制御部５２・・照射部５３・・発振器５４・・タイミング発生回路５５・・発光素子駆動回路６０・・感度調整回路（ＡＧＣ回路）７０・・スリット群７１・・スリット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定物からの光を少なくとも１次元方
向のスリット状に集光でき、２以上の受光部分が配列さ
れたアレイ状受光部のそれぞれの前記受光部分に結像可
能なスリット状結像系と、前記アレイ状受光部からの出
力信号の中心周波数から速度を検出する速度検出系とを
有することを特徴とする光学式速度検出装置。
【請求項２】請求項１において、前記スリット状結像
系は、シリンドリカルレンズ、レンチキュラーレンズ、
リニヤフレネルレンズおよびエシュレット格子を含む群
から選択された１つを備えていることを特徴とする光学
式速度検出装置。
【請求項３】請求項１または２において、受光部分に
よる２以上の受光群が前記アレイ状受光部に構成され、
この受光群が、前記１次元方向に沿って相互に配置され
ていることを特徴とする光学式速度検出装置。
【請求項４】請求項１ないし３のいずれかにおいて、
前記被測定物に所定の周期のパルス光を照射する照射手
段と、前記アレイ状受光部からの信号を前記所定の周期
で同期処理する同期検波手段とを有することを特徴とす
る光学式速度検出装置。
【請求項５】請求項１ないし４のいずれかにおいて、
前記受光部分のそれぞれから出力される信号の同期成分
の和を一定に制御する感度調整手段を有すること特徴と
する光学式速度検出装置。
【請求項６】請求項１ないし５のいずれかにおいて、
前記スリット状結像系の各レンズの焦点距離近傍に、各
レンズに対応した２以上のスリット部分が構成されたス
リット手段を有することを特徴とする光学式速度検出装
置。