JPH0619365B2 - 空間フイルタ式速度検出方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、低速域まで連続的に速度の検出を行なえるよ
うにした空間フィルタ式速度検出方式の改良に関する。

従来の技術 空間フィルタ式の速度検出方式は、その対物レンズを被
検出面と間隔をおいて対向させ、その結像面上に結像す
る被検出面の光学むらに対応した光像を、遮光部と透光
部が等ピッチで配列されるレテイクルを通過させて光電
変換素子に送り、その到達光量に対応した電気的出力を
発生させるようにしたものであり、その電気的出力は、
対物レンズの倍率とレテイクルのピッチにより定まる所
定のピッチだけ被検出面と検出器が相対的に移動するご
とに周期的に変化する交流波となる。このように、空間
フィルタ式の速度検出方式は、非接触検出であること、
被検出面に目盛を付す必要がないこと、電気的出力の周
波数から速度が、その積算値から距離が容易に求められ
ることなどから例えば車両のブレーキ試験など多くの分
野で利用されている。

しかしながら、この検出方式の欠点は、低速域での速度
検出が困難なことである。すなわち、検出される電気的
出力中には、前記のような所定のピッチの光学むらに対
応する交流波と共に、比較的長いピッチや定常的なむら
に起因する長周期の交流波や直流波が混在することにな
る。この中から所望の交流波を抽出するには、トラッキ
ングフィルタが用いられるが、交流波の周波数、すなわ
ち速度がある値以下の場合には、これによっても抽出が
困難となる。したがって、これによるブレーキ試験にお
いては、速度０付近の速度の測定は困難となり、同時に
それに伴ない制動距離も測定できないため、停止後、別
に測定する必要がある等、煩雑化が避けられなかった。

これを解決するには、検出器と被検出面間の相対速度を
見掛上大にすればよいのであり、それには、被検出面あ
るいは検出器内のレテイクルを前記の相対速度の方向と
逆方向に一定速度で移動させることが考えられる。この
うち、被検出面を移動させることは実際には種々の制約
を受けたり、例えば車両の対地速度測定のように不可能
なこともある。

これに対して、レテイクルの移動は、その制約が少な
く、この方式による検出器は特公昭４５−２４３８号
「航行体のイメージ角速度測定方式」に開示されてい
る。これは縞状のレテイクルを形成した写真フィルムを
エンドレステープ状に結び、それをローラより成る送り
機構に巻装して所定の方向に常時送るようにしたもので
ある。これによれば、被検出面と検出器の相対速度が０
の場合にもレテイクルの移動により光電変換素子に導入
される結像面上の光像の位置が変化し、その移動速度に
対応した周波数の電気的出力が発生し、被検出面と検出
器の間にレテイクルの移動方向と反対方向の相対速度が
ある場合には、両速度の和に対応した周波数の電気的出
力が発生する。

しかして、この電気的出力の周波数は、必ずレテイクル
の移動速度より大であり、その移動速度をトラッキング
フィルタの動作下限より大にすることにより速度検出が
確実に行なわれる。

しかしながら、前記のエンドレステープを一定速度で移
動させるものにおいては、テープの方向変換、スリップ
防止、張力維持等のために多数のローラと複雑な機構の
送り機構が必要であり、また、送り中柔軟なテープで
は、張力の変動に伴なう伸縮が避けられないが、わずか
な伸縮も微小なレテイクルのピッチに対しては大きな影
響を及ぼすことになり、検出精度の低下が避けられない
問題がある。

この解決には、テープの代わりに回転円板の周辺に等ピ
ッチ角で放射状のレテイクルを形成してなるレテイクル
円板を用い、そのレテイクル部分を結像面に位置させる
ことが考えられる。第５図はその実施例である。図にお
いて、筒状ケース１６の先端開口部には、被検出面と間
隔をおいて対向させられる対物レンズ１１が固着され、
その対物レンズの焦点位置には散乱光の入射を防ぎ、焦
点深度を大にするための通孔を有する光遮断板１２が配
置され、前記対物レンズ１１の結像面上には、遮光部が
交互に等ピッチ角で放射状に配列されてなるレテイクル
円板１３のレテイクル部が配置され、そのレテイクル円
板１３は、保持板１７に固着されたモータ１５の回転軸
と結合されて常時一定速度で回転させられ、前記レテイ
クル部分の後方では、光電変換素子１４が前記保持板１
７に固着されてレテイクル部分と対向させられている。

以上のものにおいて、対物レンズ１１の光軸が被検出面
２０と直交し、かつ被検出面２０上の光学むらがレテイ
クル円板１３のレテイクル部に結像する所定の間隔（そ
の間隔をＵ_O、対物レンズ１１の焦点距離をｆ、対物レ
ンズ１１とレテイクル部間距離をＶ_Oとおくと、１／Ｕ_O
＋１／Ｖ_O＝１／ｆの関係が成り立つ間隔Ｕ_O）をおいて
被検出面２０に対して対物レンズ１１を対向させると、
レテイクル部上に結像した光像のうち光電変換素子１４
に達する光像が、レテイクル部分の移動に伴なって順次
連続的に変化し、光電変換素子１４には、導入光像の光
量に対応した電気的出力が発生する。この場合、レテイ
クル部上には結像した光像のうち、レテイクル部の透光
部のピッチと対応する光像に対してレテイクル部の透光
部が対向すると、光電変換素子１４に達する光量は最も
大となり、この結果、レテイクル部がその１ピッチ移動
するごとに周期的に変化する交流波が発生する。また、
被検出面２０とこの検出器との間に相対速度が発生し、
レテイクル部上の光像がレテイクル部の移動方向と反対
方向に移動した場合には、その移動速度分だけレテイク
ル部が相対的に早く移動したのと同等の状態となり、光
電変換素子１４には、その速度(光像の移動速度とレテ
イクル部の移動速度の和)に対応した周波数の交流波が
発生する。したして、この回転レテイクル円板によれ
ば、その駆動はモータとの結合のみでよく、しかも、駆
動に際してピッチ誤差の原因となるレテイクル部の変形
の恐れもない。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、前記の回転レテイクル円板を用いたもの
においては、結像面上の光像の倍率がどの位置でも同じ
であるのに対し、その結像面上に配置されたレテイクル
部は放射状の遮光部および遮光部の群よりなる扇形であ
る。このため、レテイクル部の半径方向の異なる位置で
は、そこに結像した光像の中の異なるピッチの像を検出
していることになり、例えば、レテイクル部の内外周位
置では、第６図に示すように大幅に異なるピッチＰ，
Ｐ′の光像の検出が行なわれることになる。そうする
と、光電変換素子には、これらピッチＰからＰ′の間で
連続的に異なるピッチの光像がそれぞれのピッチ移動す
るごとに周期的に導入され、それらを合成した電気的出
力が発生することになり、結局、電気的出力の周波数は
広い範囲に分布してそのピークの明瞭さを失い、その結
果、交流波の抽出が不安定化することが避けられなかっ
た。この解決にはレテイクル分布の内外周のピッチＰ，
Ｐ′の差異を小にすればよいが、それにはレテイクル円
板の径を十分大にする必要があり、全体の大型化が避け
られない。

問題点を解決するための手段 本発明は、上記問題点の解決にあたり、レテイクル部に
結像させる光像の倍率をレテイクル部の半径方向に対す
るピッチ変化に対応させて変化させようとするものであ
り、被検出面と間隔をおいて対向させた対物レンズと、
その対物レンズの焦点位置に配置された通孔を有する光
遮断板と、その光遮光板の後方に配設され周辺に遮光部
と透光部を交互に等ピッチ角で放射状に配列したレテイ
クル部を有する円板と、そのレテイクル部の後方に配置
された光電変換素子とからなる空間フィルタ式速度検出
方式において、前記円板を前記対物レンズの光軸に対し
適宜角度傾けて配置し、前記円板の回転中心を前記対物
レンズの焦点を通り光軸と直交する線と前記円板面との
交点に設けたことを特徴とする。

そして、被検出面に対して対物レンズを対向させるに際
し、両面を平行に保つのが位置合わせ的には簡便である
が、第２図にモデル化して示すように被検出面２０に対
して対物レンズ２１を結像面２２の傾きβおよび被検出
面２０とレンズ２１の間隔Ｕに基づく所定角度αであお
り、それにより、その結像面２０の傾きをレテイクル部
の傾きβと一致させると、レテイクル部には鮮明な像が
結ばれ、より、電気的出力の周波数分布のピークは明瞭
となる。尚、そのあおりの角度αは、対物レンズ２１と
被検出面２０との間隔、対物レンズ２１の焦点距離およ
び回転レテイクル円板の傾きβにより幾何光学上一義的
に定まるものである。

作 用 以上のように、被検出面に対し対物レンズを平行に、あ
るいは適宜角度で対向させるか、さらには周波数のピー
クがより明瞭な電気的出力を取り出すために前記条件に
より定められる所定角度αだけ傾け、かつ被検出面と所
定の間隔をおいて対向させると、対物レンズと被検出面
の距離は、そのレンズの主平面方向(光軸と直交する方
向)に対して直線的に変化し、その結果、対物レンズに
近い被検出面上の光学むらに対応した結像面上の光像に
対して遠い被検出面上のむらに対応した光像の方が縮尺
率が大となり、そのレテイクル部上での光像は、レテイ
クル部の扇形状透、遮光部群に対応した台形状となる。
そして、レテイクル円板の回転によりレテイクル部が光
像に対して移動し、その各々の対向位置において透光部
の接線方向ピッチに対応する移動ごとに周期的に変化す
る光像が抽出されて光電変換素子に導入される。しかし
て、レテイクル部の半径方向の各位置で抽出される光像
のピッチは異なることになるが、その半径方向の光像は
被検出面上の光学むらをレテイクル部のピッチの変化に
対応させた倍率でそれぞれ結像させているものであり、
被検出面上のむらについてみれば、レテイクル部の半径
方向では同一の光学むらの抽出を行なっていることにな
る。したがって、光電変換素子には、被検出面とこの検
出器が相対的に所定のピッチ移動するごとに周期的に変
化する電気的出力が発生し、その周波数分布は急峻なも
のとなる。

実施例 第１図において、筒状ケース６の開口部には対物レンズ
１が固着され、その内部において、対物レンズ１の焦点
位置には散乱光の入射を防止して焦点深度を大にするた
めの通孔の穿たれた光遮断板２が配置されている。

前記光遮断板２の後方には円板の周辺に等ピッチで放射
状スリット列を形成してなるスリット円板が光遮断板２
の板面に対して適宜角度βを有しかつ、そのスリット部
分が通孔と対向する状態に配置され、そのスリット円板
３の中心は、前記光遮断板２の板面の延長線上（対物レ
ンズの焦点を通り光軸と直交する線上）に位置させられ
ている。そして、そのスリット円板３は保持板７に固着
されたモータ５の回転軸と結合されて常時一定速度で回
転させられている。前記結像面上のスリット部と対向す
る前記保持板７には、太陽電池４よりなる光電変換素子
が固着されている。そして、前記対物レンズ１のレンズ
面が、被検出面２０に対して所定のあおり角度αおよび
間隔をもつ状態(被検出面２０と対物レンズ１の間の光
軸上の距離をＵ_Ｏ、対物レンズ焦点距離をｆ、対物レン
ズとレテイクル部間の光軸上の距離をＶ_Ｏとおくとき、
スリット円板の傾きβが零のときに、明瞭な像が得られ
る条件は、結像面のどの位置でも１／Ｕ_Ｏ＋１／Ｖ_Ｏ＝
１／ｆが成立すればよいが、本発明のように零ではない
傾きβの場合には、光軸と各結像位置間の距離をｘとお
くと、前記Ｖ_Ｏがｘの位置でｘ・ｔａｎβだけ変わる。
したがって、各結像位置で１／ｆ−１／（Ｖ_Ｏ＋ｘ・ｔ
ａｎβ）＝１／（Ｕ_Ｏ−ｙ）が成り立つようにｙに基づ
いて定まるあおり角度αを与えることで、各結像位置の
像を明瞭にする。尚、あおりを与えないと像がやや不明
瞭にはなるが、この場合でも像は台形状であり、従来技
術よりも電気的出力の周波数ピークの明瞭度は十分高
い)にケース６が被検出面２０に対して傾けて配置され
ている。

第３、４図は、前記スリット円板３の傾きβおよびそれ
に伴なう対物レンズ１の所定のあおりの角度αと光像の
倍率変化との関係を説明するための幾何光学図であり、
図には対物レンズ１を水平にして記載している(相対的
な関係は第１図と同一)。いま、結像面、すなわちスリ
ット円板３の配置位置に結像させる被検出面２０を矩形
ＡＢＣＤとすると、その結像位置はレンズ１に近い▲
▼の結像▲▼に対し遠い▲▼の結像▲▼
の縮尺度合は小であり、結局幾何光学的に矩形ＡＢＣＤ
は第５図に示すようにレンズ１から距離f隔てた焦点か
ら扇状に拡がる面に結ばれる台形abcdとなり、焦点を中
心とするスリット円板３のスリット部の扇形と対応した
ものとなる。

以上のものにおいて、被検出面２０に対してケース６の
軸線角度αだけ傾け、対物レンズ１と検出面２０間の距
離を所定間隔に保持すると、被検出面２０上のむらは、
その結像面上に配置されたスリット円板３のスリット列
群の扇形に対応した台形状、すなわち、対物レンズ１と
の間隔が短い側(第１図の右側)に対して長い側(第１図
の左側)のむらの方が所定の率に応じて大きな光像とな
ってスリット部上に結像する。そしてスリット列の１ピ
ッチ移動ごとにその半径方向Ｒの各スリットピッチと対
応したピッチの各対応する光像が各部を通過して太陽電
池４に達し、その各部の通過光像の総和の光量に対応し
た電気的出力に変換される。しかして、そのスリット部
の光像は被検出面上での同一ピッチの光学むらをスリッ
ト部の半径方向に対するスリットピッチの変化に対応し
た割合で縮尺して結像させているものであり、結局、半
径方向のスリットの各部は同一ピッチの光学むらがその
ピッチ移動するごとに抽出されていることになる。ま
た、検出器と被検出面２０との間に相対速度差が生じた
場合は、それに対応した分だけ光像の移動速度が増加す
ることになり、結局、光学むらの抽出周期が小となって
太陽電池４の電気的出力の周波数が増加する。

以上のものを用いて、いま自動車のブレーキ試験を行な
うには、先ず路面と所定の間隔をおき、かつ所定速度α
あおりを設けて検出器の対物レンズ１を対抗させる。そ
して、所定速度まで車両走行速度をあげた後、ブレーキ
を操作して制動を開始させる。前記検出器による速度及
び走行距離の検出は、このブレーキ操作のタイミング信
号により自動的に開始され、その検出された電気的出力
に基づき時々刻々の速度とその積分により制動距離の算
出が行なわれる。

尚、上記実施例においては、対物レンズ１およびレテイ
クル円板としてのスリット円板３を所定角度状態で固定
させた場合につき例示したが、ケース１６に対して可動
機構を介して取付け、その取付角度を調整自在にし、対
物レンズ１と被検出面２０の距離に応じて複合あおりの
角度を変えられるようにしてもよい。

また、像が多少不明瞭となるので、電気的出力の周波数
ピークの明瞭度が前記のようにあおりを与えた場合より
多少低下はするが、設定自体は簡便となるので、あおり
角度αを与えずに、またはあおり角度に近い適当な角度
で対物レンズを被検出面と対向させてもよい。

発明の効果 以上のとおりであり、本発明は、対物レンズとレテイク
ル円板に複合あおりを施し、レテイクル部の半径方向の
ピッチ変化に対応させて光像の半径方向の倍率を変化さ
せたものであり、簡単、かつ小型な構成でありながら、
低速域までの速度を確実、正確に検出することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す正面断面図、第２図は本
発明を説明するためのモデル図、第３図は本発明の幾何
光学的関係を示す線図、第４図は第３図のＸ−Ｘ方向線
図、第５図は本発明に至る過程で考えられたものの正面
断面図、第６図は第５図のもののレテイクル部の正面図
である。 １：対物レンズ、２:光遮断板 ３：スリット円板(レテイクル円板) ４：太陽電池(光電変換素子)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被検出面と間隔をおいて対向させた対物レ
   ンズと、その対物レンズの焦点位置に配列された通孔を
   有する光遮断板と、その光遮断板の後方に配設され周辺
   に遮光部と透光部を交互に等ピッチ角で放射状に配列し
   たレテイクル部を有する円板と、そのレテイクル部の後
   方に配置された光電変換素子とからなる空間フィルタ式
   速度検出方式において、前記円板を前記対物レンズの光
   軸に対し適宜角度傾けて配置し、前記円板の回転中心を
   前記対物レンズの焦点を通り光軸と直交する線と前記円
   板面との交点に設けたことを特徴とする空間フィルタ式
   速度検出方式。