JPH06197015A

JPH06197015A - 周波数発振装置、周期エラー検出装置、フィルター装置、信号判定装置、及びそれを用いたドップラー速度計

Info

Publication number: JPH06197015A
Application number: JP4344562A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiko Ishida; 泰彦石田; Shinji Ueda; 伸治上田; Makoto Takamiya; 誠高宮; Hidejiro Kadowaki; 秀次郎門脇; Jun Ashiba; 純足羽; Shigeki Kato; 成樹加藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-12-24
Filing date: 1992-12-24
Publication date: 1994-07-15
Also published as: US5812250A

Abstract

(57)【要約】【目的】Ｓ／Ｎ比の悪いＬＤＶの出力信号で、ノイ
ズ、ドロップアウト等の影響をできるだけ回避した信号
処理を実現する。【構成】入力信号と比較信号との位相を比較して制御
信号を出力する位相比較器と、出力信号を形成し且つ位
相比較器からの制御信号に応じて出力信号の周波数を制
御する発振器と、位相比較器から発振器への制御信号の
伝達をスイッチングする切り替え手段と、発振器の出力
を基に比較信号を形成するための比較信号形成手段とを
有し、入力信号のエラー発生時に切り替え手段により制
御信号を遮断するとともに、位相比較器をリセットおよ
び比較停止させ、入力信号のエラー終了時に切り替え手
段に制御信号を通信させ且つ位相比較器に比較開始させ
るとともに比較信号形成手段に入力信号と位相を合致さ
せた比較信号を発生させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は移動物体の速度を速度に
比例した電気信号の周波数に変換して速度を計るドップ
ラー速度計とその信号処理に用いられる各種装置に関す
るものである。本発明は特にレーザ光を用いたレーザ・
ドップラ速度計（ＬＤＶ）に好適に用いられるものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】ＬＤＶの検出信号の信号処理において
は、信号の性格上ノイズの飛び込みやドロップアウトの
悪影響は避けられず、検出信号のＳ／Ｎが悪いため、ま
ずバンド・パス・フィルター（ＢＰＦ）を通して信号の
ノイズをカットした後、二値化して信号処理を行ない、
ＰＬＬ回路でドロップアウトの補間を行う様にしてい
る。またエラー検出回路を設け、該回路はドロップアウ
トの検出として、二値化した信号の立ち上がりから次の
立ち上がりまでの時間を観測し、ある一定以上の時間が
経ったらドロップアウトとしてエラー検出信号を出力し
ていた。そして信号の位相の進み遅れによって位相比較
器の出力をＨｉやＬｏとして発振回路の周波数を制御す
る事によりドロップアウトの補間を行うＰＬＬ回路のル
ープを、このエラー検出信号出力時に解放してその機能
を停止し、エラーの終了後に再びループを閉じて機能を
再開させて、周波数変化の比較的少ない連続信号として
いた。

【０００３】あるいはノイズとドロップアウトの影響を
防ぐような構成として図１に示すような装置構成が知ら
れている。移動物体の速度が電気的周波数に変換された
入力信号を増幅器であるＡＧＣ回路４１を通して、バン
ドパスフィルタ４２に入力する。バンドパスフィルタ４
２は入力信号の予想される周波数を中心周波数に持ち、
入力信号のノイズのカットを行う。バンドパスフィルタ
４２を通過した信号は４３の波形整形回路と４４のレベ
ル比較器にそれぞれ入力され、波形整形器４３を通った
信号は４５のＰＬＬ回路で処理され補間された矩形波信
号として出力される。また、レベル比較器４４に入力さ
れた信号は入力信号レベルＳとある値（スレッショルド
値）Ｎとの比較を行い、ＳがＮよりも大きければ信号と
判定し、ＳがＮよりも小さければドロップアウトと判定
してエラー検出信号を発生し、ＰＬＬ回路４５のループ
を開閉していた。

【０００４】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながらこの
ような装置に対し、信号のドロップアウトに起因する誤
差、ノイズの飛び込みに起因する誤差をより十分に回避
して、更なる高精度測定を実現する事が求められてき
た。

【０００５】本発明は上述従来例に鑑み、ドロップアウ
トやノイズの影響をできる限り回避できるような各種の
信号処理装置及びそれを用いた高精度なドップラー速度
計を提供する事を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述目的を達成するた
め、本願発明は、入力信号と比較信号との位相を比較し
て制御信号を出力する位相比較器と、出力信号を形成し
且つ前記位相比較器からの制御信号に応じて該出力信号
の周波数を制御する発振器と、該位相比較器から該発振
器への制御信号の伝達をスイッチングする切り替え手段
と、該発振器の出力を基に前記比較信号を形成するため
の比較信号形成手段とを有し、前記入力信号のエラー発
生時に該切り替え手段により前記制御信号を遮断すると
ともに、前記位相比較器をリセットおよび比較停止さ
せ、前記入力信号のエラー終了時に前記切り替え手段に
前記制御信号を通信させ且つ前記位相比較器に比較開始
させるとともに前記比較信号形成手段に前記入力信号と
位相を合致させた比較信号を発生させる様にしている。

【０００７】また、別の本願発明は、入力信号の周波数
をＮ倍に変換する周波数逓倍器と、前記入力信号の立上
りをリセットトリガーとし前記周波数逓倍器の出力をク
ロックとするカウンターと、前記カウンターのカウント
値と入力信号の立上りの関係から入力信号の周期エラー
を検出して検出信号を発生するエラー信号発生器とを設
けている。

【０００８】また、別の本願発明は、入力信号の周波数
をＮ倍に変換する周波数逓倍器と、前記入力信号の立上
りをリセットトリガーとし前記周波数逓倍器の出力をク
ロックとするカウンターと、前記カウンターのカウント
値と入力信号の立上りの関係から入力信号の通過遮断を
決定するフィルター手段とを設けている。

【０００９】更に、別の本願発明は予想される入力信号
の周波数に合わせたノイズカットのためのバンドパスフ
ィルタと、バンドパスフィルタ通過前と通過後の信号を
比較する比較手段とを有し、該比較手段の比較結果に基
づいて入力信号中のノイズ発生状態の判別を行う様にし
ている。

【００１０】

【実施例】まず、従来の信号の位相の進み遅れによって
位相比較器の出力をＨｉやＬｏ及びハイインピーダンス
として発振器の発振周波数を制御するするＰＬＬ方式に
おいて、単純にエラー検出信号に応じてＰＬＬ回路のル
ープを開閉した場合に、ループ解放の間も位相差検出器
が作動しているため信号のドロップアウトによるＰＬＬ
の累積誤差で発振周波数が遅れたり、ノイズの飛び込み
によるＰＬＬの累積誤差で発振周波数が進んでしまう可
能性、及びＬＤＶの信号がドロップアウトなどの前後に
おいて検出信号の周波数変化がなくて位相のみが変化し
た場合にも発振周波数が制御されてしまう可能性があっ
た事に対応した本願発明の第１実施例について説明す
る。

【００１１】図２は本願発明の第１実施例のレーザード
ップラー速度計の光学系の要部概略図である。同図に於
いて、１Ａはレーザードップラー速度計の光学検出部分
である。１はレーザーダイオード、２はコリメーターレ
ンズ、７は被測定物、１０は回折格子である。２１は曲
率１５．５７ｍｍ厚さ３．６ｍｍの両凸レンズ、２２
ａ、２２ｂは曲率１５．５７ｍｍ厚さ５．６ｍｍの平凸
レンズ群で、両凸レンズ、平凸レンズ群の焦点距離ｆは
共に約１５ｍｍである。距離ａ，ｂは、ａ＋ｂ＝２ｆの
関係を満足している。距離ａはワーキングディスタンス
ｂを大きくするために約１０ｍｍとして、ワーキングデ
ィスタンスｂを約２０ｍｍに設定している。８は集光レ
ンズ、９は光検出器である。又７ａは被測定物の速度測
定方向である。

【００１２】レーザーダイオード１から発生したレーザ
ー光束３はコリメータレンズ２により厳密にコリメート
されている。波長λが約０．６８μｍのレーザーダイオ
ード１からのレーザー光はコリメーターレンズ２によっ
て直径１．２ｍｍφの平行光束３となり、格子ピッチ
３．２μｍの透過型回折格子１０の格子配列方向に垂直
に入射し、±１次の回折光５ａ、５ｂを回折角θ＝１２
゜で出射する。光束５ａ、５ｂを焦点距離ｆの両凸レン
ズ２１に入射すると、図の様な光束１３ａ、１３ｂが得
られる。光束１３ａ、１３ｂを２ｆ離れた平凸レンズ群
２２ａ、２２ｂに入射すると、再び平行光１４ａ、１４
ｂが得られ、前述の回折格子からの回折角θと等しい角
度で１．２ｍｍφのスポット径となって被測定物７に照
射する。被測定物７からの散乱光を平凸レンズ群２２
ａ、２２ｂ及び集光レンズ８により効率よく光検出器９
の受光部９ａへと集光させ、光検出器９は（１）式に示
すドップラー信号が含有された出力信号Ｓを出力する。

【００１３】Ｆ＝２Ｖ／ｄ … （１）ここで、レーザーダイオード１の波長λが変化したとす
ると、ｄｓｉｎθ＝λに対応してθが変動するが、ドッ
プラー信号は変動しない。又、この装置では２光束スポ
ットの位置も不動にすることができる。即ち被測定物７
を図２に示す配置に設定すると、被測定物上では２光束
スポットの位置が不動なのでスポット間の位置ずれは生
じず、常に適正な交差状態を保つ。

【００１４】又、ａ＜ｂである為、ｂは比較的長くな
り、ワーキングディスタンスを大きくする事ができ、速
度計設置の自由度が大きくなる。

【００１５】図３は本実施例の周波数発振回路の回路図
であり、図中２０１は位相比較器（ＰＣ）、２０２はル
ープの開閉を行うスイッチ（ＳＷ）、２０３は電圧制御
発振器（ＶＣＯ）、２０４は第１の分周器、２０５は第
２の分周器、Ｒ１は抵抗、Ｃ１はコンデンサーであり、
抵抗Ｒ１とコンデンサーＣ１でロー・パス・フィルター
回路を形成する。図３に示した構成全体で周波数発振回
路１２６を構成する。図４は図３の各部分の信号を示し
た図で、ＡはＬＤＶのドップラー信号を二値化した入力
信号、Ｂは電圧制御発信器２０３のＶＣＯ出力、Ｃはエ
ラー検出信号、Ｄは第２の分周器２０５出力、Ｅは第１
の分周器２０４の出力信号である。

【００１６】上記構成において、ＬＤＶのドップラー信
号を二値化した入力信号は図４のＡに示すようにノイズ
やドロップアウトを含んだ信号である。そこで、まず図
４のＣ示すように信号のエラー時に公知のエラー検出回
路から出力されるエラー検出信号ＣのＯＮ（Ｈｉ）によ
り、ＳＷ２０２を開いてループを切り、同時に第２の分
周器２０５と位相比較器２０１をリセット且つ停止す
る。次に入力信号が復帰しエラー信号がＯＦＦ（Ｌｏ）
するとＳＷ２０２を閉じ、同時に分周器２０５と位相比
較器２０１を作動させる。これにより第２の分周器２０
５は出力信号を、図４のＤのように入力信号Ａと信号の
立ち上がりを合わせて分周を始める。この様にして得ら
れた信号Ｄと入力信号Ａとを位相比較器２０１で位相比
較する。この間第１の分周器２０４では電圧制御発振器
２０３からの出力Ｂを分周し続け、これを出力信号とし
て取り出すようにする。エラー検出信号に合わせて位相
比較器２０１のリセット及び停止を行うので、ループ解
放時にはまったく位相計測が行われず且つループ再開時
に以前の情報に左右されずに新たに位相比較を開始でき
る。このため、信号のドロップアウトによるＰＬＬの累
積誤差で発振周波数が遅れたり、ノイズの飛び込みによ
るＰＬＬの累積誤差で発振周波数が進んでしまう事を防
止できる。また、入力信号の復帰と同時に分周器２０５
の出力信号の立上りを形成しているので、エラー終了時
に入力信号Ａと分周器出力Ｄとの立上りを常に一致させ
ることができ、入力信号がドロップアウトなどの前後に
おいて検出信号の周波数変化がなくて位相のみが変化し
た場合に電圧制御発振器２０３が不必要に制御されてし
まう事を防止できる。

【００１７】ＳＷ２０２はハイインピーダンス、ローイ
ンピーダンスの切り替えを行うものでも良い。また、Ｋ
１とＣ１の間に置いてもよい。

【００１８】図５は本実施例のレーザー・ドップラー速
度計の回路構成を示すブロック図で、１Ａは速度測定用
光束を照射された被検物体からの光を検出して前記被検
物体の速度に応じたドップラー信号を発生する前述の光
学検出部分、１２０は光検出手段の出力を処理する信号
処理部、１２１はドップラー信号を増幅する増幅器、１
２２は増幅されたドップラー信号をフィルタリングする
ためのアナログ・バンドパス・フィルター（ＢＰＦ）、
１２３はフィルタリングされたドップラー信号を二値化
する波形整形器、１２４’は信号のエラーを検出する前
述従来例と同様のエラー検出器、１２６はエラーのある
信号を補正して連続信号とする前述の周波数発振回路で
ある。

【００１９】上記構成で光学検出部分１Ａより出力され
た検出信号は、増幅、通常のフィルタリング、二値化を
された後、前述の従来例のようにエラー検出器１２４’
によってドロップアウト等のエラーの検出信号が出力さ
れ、且つ周波数発振回路１２６では、この周期エラー検
出器１２４’の出力信号のエラー情報を元に二値化信号
に前述の信号処理を行ない、連続的な周波数の信号を発
振してこれをドップラー出力信号として出力する。本装
置の効果として、前述のようにＬＤＶ信号のドロップア
ウトによるＰＬＬの累積誤差で発振周波数が遅れたり、
ノイズの飛び込みによるＰＬＬの累積誤差で発振周波数
が進んでしまう事を防止できる。また、ＬＤＶ信号がド
ロップアウトなどの前後において検出信号の周波数変化
がなくて位相のみが変化した場合にも電圧制御発振器が
不必要に制御されてしまう事を防止できる。

【００２０】この様な本実施例の構成により、ノイズや
ドロップアウトを含み、さらに位相の変動もある信号の
処理において、エラー信号による出力変動を少なくし
て、高精度測定を実現することができる。

【００２１】次に、二値化した信号の立ち上がりから次
の立ち上がりまでの時間を観測してドロップアウトを検
出する方式では、精度の良い時間の設定が難しく、たと
えば信号周期の１／２以内の検出などは困難であった
点、またＬＤＶの信号として広範囲の信号を扱うには、
設定時間を切り換えたり可変にしなければならず、これ
も検出精度を落す要因の一つであった点を考慮し、ＬＤ
Ｖの信号処理の精度を上げる精度の良いエラー検出装置
を用いた本願発明の第２実施例について説明する。以下
の実施例では、光学検出部分は第１実施例と同様なた
め、説明を省略する。

【００２２】図６は本実施例における周期エラー検出装
置のブロック図であり、図中１０１は入力信号の周波数
をＮ倍にするＰＬＬ回路よりなる周波数逓倍器、１０２
は周波数逓倍器１０１の出力をクロックとし入力信号の
立ち上がりをリセット及び基準トリガーとするカウンタ
ー、１０３はカウンター１０２からのカウント信号の信
号値のある値Ｌとある値Ｍ（Ｌ＜Ｍ）の間でゲートを作
り、その間に入力信号の立上りが有るかどうかで信号の
エラーを検出する方式のエラー信号発生器である。エラ
ー信号発生器のゲートを発生させるための値Ｌ、Ｍは不
図示の入力手段により調節可能である。図６の部分全体
で周波数エラー検出回路１２４を形成する。

【００２３】図７は図６に示した構成における各部分の
信号を示した図で、２Ａはドップラー信号を二値化した
入力信号、２Ｂは周波数逓倍器１０２の出力信号、２Ｃ
はエラー信号発生器１０３内部でカウンター１０２の値
から作ったゲート、２Ｄはエラー信号発生器の出力信号
である。

【００２４】上記構成において、周波数逓倍器１０１で
は入力信号２Ａを１６倍に逓倍した信号２Ｂを作り、カ
ウンター１０２では入力信号の立上りを基準として信号
２Ｂをカウントする。エラー信号発生器１０３において
はまずカウンター１０２のカウント値が所定の値（ここ
では１３〜１９とする）の間にゲート２Ｃを作り、次に
そのゲートの間に入力信号２Ａの立上りが有るかどうか
を判断し、２Ｄのようなエラー検出信号を発生する。２
Ｄにおけるｄ１、ｄ２はゲートの無い所で入力信号２Ａ
の立上りが有った場合（即ちノイズ発生時）、ｄ３はゲ
ートが閉じるまでの間に入力信号２Ａの立上りが無かっ
た場合（即ちドロップアウト発生時）のエラー検出信号
である。ここで、立上りａ１によるゲートは、立上りａ
２によりカウンターがリセットされ再トリガーされるた
め信号２Ｃにおいて発生せず、その直後の立上りａ３は
エラー検出信号ｄ２となる。このように立上りが密集し
たときに前のカウントをリセットする構成にした事によ
り、ノイズが多発した場合にゲートとノイズの立上りが
偶然に一致することを防ぐことができる。このように、
ノイズの飛び込みに対してはｄ１、ｄ２のような形でエ
ラー検出信号を発生し、ドロップアウトにたいしてはｄ
３の様な形でエラー検出信号を発生している。そして検
出の時間の設定はゲートの幅（即ちＬ、Ｍの値）を変え
ることで容易に変更できる。

【００２５】図８は本実施例のレーザー・ドップラー速
度計の回路構成を示すブロック図で、１Ａは速度測定用
光束を照射された被検物体からの光を検出して前記被検
物体の速度に応じたドップラー信号を発生する前述の光
学検出部分、１２０は光検出手段の出力を処理する信号
処理部、１２１はドップラー信号を増幅する増幅器、１
２２は増幅されたドップラー信号をフィルタリングする
ためのアナログ・バンドパス・フィルター（ＢＰＦ）、
１２３はフィルタリングされたドップラー信号を二値化
する波形整形器、１２４は周期エラーを検出する前述の
周期エラー検出回路、１２６はエラーのある信号を補正
して連続信号とする前述の第１実施例で示したものと同
構成の周波数発振回路である。

【００２６】ここでエラー信号発生器のゲートの幅に関
しては、被測定物体の予想される大体の速度に合わせ
て、Ｌ、Ｍの値をあらかじめ適切に調整しておけば良
い。

【００２７】上記構成で光学検出部分１Ａより出力され
た検出信号は、増幅、通常のフィルタリング、二値化を
された後、前述のように周波数エラー検出回路１２４に
よってノイズやドロップアウト等のエラーの検出信号が
出力され、且つ周波数発振回路１２６では、この周期エ
ラー検出回路１２４の出力信号のエラー情報を元に二値
化信号に前述第１実施例同様の信号処理を行ない、連続
的な周波数の信号を発振しこれをドップラー出力信号と
して出力する。即ち周波数発振回路１２６では、ノイズ
やドロップアウトの残る信号を本発明の周期エラー検出
器の出力を元に精度良く連続したドップラー信号として
出力する。

【００２８】以上のように本実施例の周期エラー検出装
置により、信号の周期エラーを精度良く検出でき、しか
もその時間の設定が容易にできるとともに信号の周波数
を逓倍した信号をもとに検出するため、信号の周波数が
変化してもそれに追従ながら同様の精度で検出できるよ
うになる。また、それを用いたドップラー速度計では、
精度の良いドップラー信号が得られるようになる。

【００２９】次にアナログのバンド・パス・フィルター
を通し信号のノイズをカットして二値化した信号にまだ
含まれている可能性のあるノイズやドロップアウトを更
に除去でき、またＬＤＶの信号として広範囲の信号を扱
う為にドップラー信号の周波数に合わせて容易に調整で
きる、精度の良い測定を可能にするデジタル・バンドパ
ス・フィルター装置を用いた本願発明の第３実施例を説
明する。

【００３０】図９は本実施例におけるデジタル・バンド
パス・フィルター装置のブロック図であり、図中１０１
は入力信号の周波数をＮ倍にするＰＬＬ回路よりなる周
波数逓倍器、１０２は周波数逓倍器１０１の出力をクロ
ックとし入力信号の立ち上がりをリセット及び基準トリ
ガーとするカウンター、１０３Ａはカウンター１０２か
らのカウント信号の信号値のある値Ｌとある値Ｍ（Ｌ＜
Ｍ）の間でゲートを作りその間に入力信号の立上りが有
るかどうかで信号をフィルタリングするデジタル・バン
ドパス・フィルターである。図９の部分全体でデジタル
・バンドパス・フィルター装置１２５を形成する。

【００３１】図１０は図９の各部分の信号を示した図
で、２Ａはドップラー信号を二値化した入力信号、２Ｂ
は周波数逓倍器１０２の出力信号、２Ｃはデジタル・バ
ンドパス・フィルター内部でカウンター１０２の値から
作ったゲート信号、２Ｄはデジタル・バンドパス・フィ
ルター１０３Ａの出力信号である。

【００３２】上記構成において、周波数逓倍器１０１で
は入力信号２Ａを１６倍に逓倍した信号２Ｂを作り、カ
ウンター１０２では入力信号２Ａの立上りを基準として
リセットを行うとともに信号２Ｂのカウントを開始す
る。デジタル・バンドパス・フィルタ１０３Ａにおいて
はまずカウンター１０２のカウント値が所定の範囲（こ
こでは１３〜１９とする）の間にゲート２Ｃを作り、つ
ぎにそのゲートの間に入力信号２Ａの立上りが有るかど
うかを判断し、立上りがあった場合にはその際の入力信
号２Ａの矩形波を通過させ、立上りがなかった場合には
次にゲートの間に立ち上りがあるまで入力信号２Ａを遮
断する。このようなフィルタリングにより２Ｄのような
立上り周期の安定したデジタル信号を出力する。

【００３３】図１０を用いて詳しく説明すると、立上り
ａ１によるゲートはカウンター１０２のカウント値が１
３に達する前に立上りａ２によりカウンター１０２が再
トリガーされるため、信号２Ｃにおいて立上りａ１によ
るゲートは発生せず、よってこのゲートで出力されるべ
き立上りａ３の矩形波信号は出力されない。このように
立上りが密集したときに前のカウントをリセットする構
成にした事により、ノイズが多発した場合にゲートとノ
イズの立上りが偶然に一致することを防ぐことができ
る。

【００３４】図１１は本実施例のレーザー・ドップラー
速度計の回路構成を示すブロック図である。図中、１Ａ
は速度測定用光束を照射された被検物体からの光を検出
して前記被検物体の速度に応じたドップラー信号を発生
する前述の光学検出部分、１２０は光検出手段の出力の
ドップラー信号を処理する信号処理部、１２１はドップ
ラー信号を増幅する増幅器、１２２はドップラー信号を
フィルタリングするためのアナログのバンド・パス・フ
ィルタ（ＢＰＦ）、１２３はフィルタリングされたドッ
プラー信号を二値化する波形整形器、１２４は周期エラ
ーを検出する前述第２実施例のものと同構成の周期エラ
ー検出回路、１２５は図９で示したデジタル・バンドパ
ス・フィルター装置、１２６はフィルタリングされた信
号を補正して連続信号とする前述の第１実施例のものと
同構成の周波数発振回路である。

【００３５】上記構成により、光学検出部分１Ａより出
力された検出信号は、増幅、通常のフィルタリング、二
値化をされた後、前述のようにデジタル・バンドパス・
フィルター装置１２５によってノイズやドロップアウト
のフィルタリングされた周期的な信号が出力され、且つ
周波数発振回路１２６では、このフィルタリングされた
周期的な信号と第２実施例同様に周期エラー検出回路で
形成された信号のエラー情報とを元に、前述第１実施例
同様の信号処理を行なってさらにノイズやドロップアウ
トの除去された連続的な周波数の信号を発振しこれをド
ップラー出力信号として出力する。

【００３６】以上のように、本実施例によれば周波数発
信回路に入力される前の段階で信号のフィルタリングが
精度良くでき、しかもフィルタリングの時間の設定がカ
ウンターの値で決めるため容易であり、さらに信号の周
波数を逓倍した信号をもとに検出するため、信号の周波
数が変化してもそれに追従ながら同様の精度で信号のフ
ィルタリングができるようになる。そして、ドップラー
速度計においては、ノイズやドロップアウト時に不要な
信号の変動を極力小さく押えることができ、精度の良い
速度測定が行なえるようになる。

【００３７】続いて、図１の従来例においてノイズが発
生した場合には、入力信号のノイズレベルが大きいとバ
ンドパスフィルタ通過後のレベル比較器において信号と
判定してしまう等で正確に信号とノイズの判定を行うこ
とが困難であった点や、スレッショルド値Ｎを大きく設
定してノイズレベルが大きいときにも対処しようとする
と実際の信号までもノイズと判断してしまう点に鑑み、
正確に信号とノイズの判定を行う様にした各実施例につ
いて説明する。

【００３８】図１２は本願発明の第４実施例の回路部分
のブロック図である。図１２において、光学検出部分か
らの移動物体の速度が電気的周波数に変換された入力信
号を増幅器であるＡＧＣ回路３０１を通して増幅し、バ
ンドパスフィルタ３０２とレベル比較器３０４（レベル
Ｓ１側）にそれぞれ入力する。バンドパスフィルタ３０
２を通った信号は二値化信号に波形整形する波形整形回
路３０３とレベル比較器３０４（レベルＳ２側）にそれ
ぞれ入力される。４のレベル比較器では２つの入力され
た信号を半波整流し、該半波整流のレベル差とあらかじ
め設定されたある値（スレッショルド値）Ｎとの比較を
行う。入力信号内にノイズが大きく含まれる場合には、
バンドパスフィルタ３０２によってその多くが取り除か
れるために、バンドパスフィルタ３０２の出力は入力に
比べて大幅に減少する。従ってＳ１−Ｓ２がＮよりも小
さければ（Ｓ１−Ｓ２＜Ｎ）ノイズの少ない良好な信号
と判定し、Ｓ１−Ｓ２がＮよりも大きければ（Ｓ１−Ｓ
２＞Ｎ）ノイズの多い不良信号（ノイズ）と判定する。
そしてこの判定情報を出力する。この出力は、例えば周
知の表示装置で表示される。ノイズの多い不良信号の場
合にはバンドパスフィルタを通しても、出力には信号周
波数に近いノイズ成分が多く含まれる事が予想されるの
で、これを表示する事で検者に測定値の信憑性を警告す
る事ができる。

【００３９】図１３は本願発明の第５実施例の回路部分
のブロック図である。図１３において、移動物体の速度
が電気的周波数に変換された入力信号をＡＧＣ回路３０
１を通して、バンドパスフィルタ３０２とレベル比較器
３０４（レベルＳ１側）にそれぞれ入力する。バンドパ
スフィルタ３０２を通った信号は波形整形器３０３とレ
ベル比較器３０４（レベルＳ２側）にそれぞれ入力され
る。波形整形器３０３に入力された信号は二値化信号に
整流され、ＰＬＬ回路３０５を通して矩形波信号として
出力される。３０４のレベル比較器では入力された信号
を半波整流し、この半波信号のレベル差Ｓ１−Ｓ２とあ
らかじめ定められた所定のある値（スレッショルド値）
Ｎとの比較を行い、Ｓ１−Ｓ２がＮよりも小さければ
（Ｓ１−Ｓ２＜Ｎ）良好な信号と判定し、Ｓ１−Ｓ２が
Ｎよりも大きければ（Ｓ１−Ｓ２＞Ｎ）ノイズと判定す
る。この判定情報をエラー検出信号とし、このエラー検
出信号によってＰＬＬ回路３０５の開閉を前述実施例の
ようにコントロールすることによって、ノイズ発生時に
おけるＰＬＬ回路の補償を行うことが出来る。

【００４０】図１４は本願発明の第６実施例の回路部分
のブロック図である。図１４において移動物体の速度が
電気的周波数に変換された入力信号をＡＧＣ回路３０１
を通して、バンドパスフィルタ３０２と第２レベル比較
器３０４（レベルＳ１側）にそれぞれ入力する。バンド
パスフィルタ３０２を通った信号は波形整形回路３０３
と第２レベル比較器３０４（レベルＳ２側）と第１レベ
ル比較器３０６にそれぞれ入力される。第２レベル比較
器３０４では２つの入力された信号を半波整流し、該半
波整流信号のレベル差とあらかじめ設定されたある値
（スレッショルド値）Ｎ２との比較を行い、Ｓ１−Ｓ２
がＮ２よりも小さければ（Ｓ１−Ｓ２＜Ｎ２）良好な信
号と判定し、Ｓ１−Ｓ２がＮ２よりも大きければ（Ｓ１
−Ｓ２＞Ｎ２）ノイズと判定する。第１レベル比較器３
０６では入力信号を半波整流し、該半波整流信号のレベ
ルＳ２があらかじめ設定されたある値Ｎ１よりも大きけ
れば（Ｓ２＞Ｎ１）良好な信号と判定し、Ｓ２がＮ１よ
りも小さければ（Ｓ２＜Ｎ１）ドロップアウトと判定す
る。この２つの判定信号を加算してノイズ・ドロップア
ウト判定情報として出力し、この出力により良好な信号
とノイズ、ドロップアウトの判定がなされる。

【００４１】図１５は本願発明の第７実施例の回路部分
のブロック図である。図において移動物体の速度が電気
的周波数に変換された入力信号をＡＧＣ回路３０１を通
して、バンドパスフィルタ３０２と第２レベル比較器３
０４（レベルＳ１側）にそれぞれ入力する。バンドパス
フィルタ３０２を通った信号は波形整形器３０３と第２
レベル比較器３０４（レベルＳ２側）と第１レベル比較
器３０６にそれぞれ入力される。波形整形器３０３に入
力された信号はＰＬＬ回路３０５を通して矩形波信号と
して出力される。第２レベル比較器３０４では入力され
た信号を半波整流し、該半波整流信号のレベル差Ｓ１−
Ｓ２とあらかじめ設定されたある値（スレッショルド
値）Ｎとの比較を行い、Ｓ１−Ｓ２がＮよりも小さけれ
ば（Ｓ１−Ｓ２＜Ｎ）良好な信号と判定し、Ｓ１−Ｓ２
がＮよりも大きければ（Ｓ１−Ｓ２＞Ｎ）ノイズと判定
する。第１レベル比較器３０６では入力された信号の半
波整流信号のレベルＳ２があらかじめ設定されたある値
Ｎ１よりも大きければ（Ｓ２＞Ｎ１）良好な信号と判定
し、Ｓ２がＮ１よりも小さければ（Ｓ２＜Ｎ１）ドロッ
プアウトの多い不良信号（ドロップアウト）と判定す
る。この２つの判定信号を加算してノイズ・ドロップア
ウト判定情報信号として出力する。この判定情報により
ＰＬＬ回路３０５を従来例と同様にコントロールするこ
とによって、ノイズ、ドロップアウト時におけるＰＬＬ
回路の補償を行うことが出来る。

【００４２】図１６は本願発明の第８実施例のレーザー
・ドップラー速度計の回路構成を示すブロック図であ
る。図中、１Ａは速度測定用光束を照射された被検物体
からの光を検出して前記被検物体の速度に応じたドップ
ラー信号を発生する前述の光学検出部分、１２０は光検
出手段の出力のドップラー信号を処理する信号処理部、
１２１はドップラー信号を増幅する増幅器、１２２はド
ップラー信号をフィルタリングするためのアナログのバ
ンド・パス・フィルタ（ＢＰＦ）、１２３はフィルタリ
ングされたドップラー信号を二値化する波形整形器、１
２４は周期エラーを検出する前述第２実施例のものと同
構成の周期エラー検出回路、１２５は前述第４実施例の
ものと同構成のデジタル・バンドパス・フィルター装
置、１２６はフィルタリングされた信号を補正して連続
信号とする前述の第１実施例のものと同構成の周波数発
振回路である。また３０４は第２レベル比較器、３０６
は第１レベル比較器、３１０はＣＰＵ、３１１は表示器
である。

【００４３】上記構成により、光学検出部分１Ａより出
力された検出信号は、増幅、通常のフィルタリング、二
値化をされた後、前述第３実施例のようにデジタル・バ
ンドパス・フィルター装置１２５によってノイズやドロ
ップアウトのフィルタリングされた周期的な信号が出力
され、且つ周波数発振回路１２６では、このフィルタリ
ングされた周期的な信号と、第２実施例同様に周期エラ
ー検出回路で形成された信号のエラー情報を元に、前述
第１実施例同様の信号処理を行なってさらにノイズやド
ロップアウトの除去された連続的な周波数の信号を発振
しこれをドップラー出力信号として出力する。

【００４４】また検出信号は増幅器１２１を通した後、
第２レベル比較器３０４（レベルＳ１側）へも入力す
る。バンドパスフィルタ１２２を通った信号も第２レベ
ル比較器３０４（レベルＳ２側）と第１レベル比較器３
０６にもそれぞれ入力される。第２レベル比較器３０４
では２つの入力された信号を半波整流し、該半波整流信
号のレベル差とあらかじめ設定されたある値（スレッシ
ョルド値）Ｎ２との比較を行い、Ｓ１−Ｓ２がＮ２より
も小さければ（Ｓ１−Ｓ２＜Ｎ２）良好な信号と判定
し、Ｓ１−Ｓ２がＮ２よりも大きければ（Ｓ１−Ｓ２＞
Ｎ２）ノイズと判定する。第１レベル比較器３０６では
入力信号を半波整流し、該半波整流信号のレベルＳ２が
あらかじめ設定されたある値Ｎ１よりも大きければ（Ｓ
２＞Ｎ１）良好な信号と判定し、Ｓ２がＮ１よりも小さ
ければ（Ｓ２＜Ｎ１）ドロップアウトと判定する。この
２つの判定信号はノイズ・ドロップアウト判定情報とし
てＣＰＵ３１０へ出力され、ＣＰＵ３１０で信号判定が
なされる。そしてこの段階でノイズ、ドロップアウト等
の不良信号と判定された場合には、光学検出部分からの
もともとの検出信号がノイズやドロップアウトの非常に
多い不良信号であるとして、表示器にエラー表示をす
る。これにより検者は測定値の信憑性を判定でき、前述
の周波数発振回路、周期エラー検出回路、デジタル・バ
ンドパス・フィルター装置等でも除去しきれないノイ
ズ、ドロップアウトの可能性を予見できる。また、この
表示に基づき光学検出部分の配置等を調整する事ができ
る。

【００４５】本実施例において表示の代わり、または表
示と同時に、ノイズ、ドロップアウトと判定された場合
にＣＰＵ３１０からの信号で、信号処理部１２０からの
出力信号を遮断するような構成にしても良い。

【００４６】

【発明の効果】以上述べたように、本願発明によりドロ
ップアウトやノイズの影響をできる限り回避できるよう
な各種の信号処理装置及びそれを用いた高精度なドップ
ラー速度計が可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来例のブロック図である。

【図２】第１実施例のレーザードップラー速度計の光学
系の構成図である。

【図３】第１実施例の周波数発振回路を示すブロック図
である。

【図４】図３の各部分の信号を示した図である。

【図５】第１実施例のドップラー速度計の回路部分のブ
ロック図である。

【図６】第２実施例の周期エラー検出回路のブロック図
である。

【図７】図６の各部分の信号を説明する図である。

【図８】第２実施例のレーザードップラー速度計の回路
部分のブロック図である。

【図９】第３実施例のデジタル・バンドパス・フィルタ
ー装置のブロック図である。

【図１０】図９の各部分の信号を説明する図である。

【図１１】第３実施例のレーザードップラー速度計の回
路部分のブロック図である。

【図１２】本発明の第４実施例の回路部分を示すブロッ
ク図である。

【図１３】本発明の第５実施例の回路部分を示すブロッ
ク図である。

【図１４】本発明の第６実施例の回路部分を示すブロッ
ク図である。

【図１５】本発明の第７実施例の回路部分を示すブロッ
ク図である。

【図１６】本発明の第８実施例の回路部分を示すブロッ
ク図である。

【符号の説明】

１Ａ光学検出部分１０１周波数逓倍器１０２カウンター１０３エラー信号発生器１０３Ａデジタル・バンドパス・フィルター１２０信号処理部１２４周期エラー検出回路１２４’ エラー検出器１２５デジタル・バンドパス・フィルター装置１２６周波数発振回路２０１位相比較器２０２ループ開閉ＳＷ２０３電圧制御発振器２０４第１の分周器２０５第２の分周器３０１ＡＧＣ回路３０２バンドパスフィルタ３０３波形整形器３０４レベル比較器３０５ＰＬＬ回路３０６レベル比較器

フロントページの続き (72)発明者門脇秀次郎東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者足羽純東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者加藤成樹東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力信号と比較信号との位相を比較して
制御信号を出力する位相比較器と、出力信号を形成し且
つ前記位相比較器からの制御信号に応じて該出力信号の
周波数を制御する発振器と、該位相比較器から該発振器
への制御信号の伝達をスイッチングする切り替え手段
と、該発振器の出力を基に前記比較信号を形成するため
の比較信号形成手段とを有し、前記入力信号のエラー発
生時に該切り替え手段により前記制御信号を遮断すると
ともに、前記位相比較器をリセットおよび比較停止さ
せ、前記入力信号のエラー終了時に前記切り替え手段に
前記制御信号を通信させ且つ前記位相比較器に比較開始
させるとともに前記比較信号形成手段に前記入力信号と
位相を合致させた比較信号を発生させることを特徴とす
る周波数発振装置。
【請求項２】請求項１に記載の周波数発振装置と、測
定用光束を照射された被検物体からの光を検出する事に
より前記被検物体の速度に応じたドップラー信号成分を
含む信号を前記入力信号として発生させる信号発生手段
とを有し、前記発振器からの出力信号を用いて被検物体
の速度情報が測定される事を特徴とするドップラー速度
計。
【請求項３】入力信号の周波数をＮ倍に変換する周波
数逓倍器と、前記入力信号の立上りをリセットトリガー
とし前記周波数逓倍器の出力をクロックとするカウンタ
ーと、前記カウンターのカウント値と入力信号の立上り
の関係から入力信号の周期エラーを検出して検出信号を
発生するエラー信号発生器とを有する事を特徴とする周
期エラー検出装置。
【請求項４】請求項３に記載の周期エラー検出装置
と、測定用光束を照射された被検物体からの光を検出す
る事により前記被検物体の速度に応じたドップラー信号
成分を含む信号を前記入力信号として発生させる信号発
生手段と、前記信号発生手段の発生させた前記信号を基
に、前記被検物体の速度情報を測定するための概略連続
な周期信号を形成する周期信号形成手段とを有し、前記
周期エラー検出装置からの検出信号に基づいて前記周期
信号形成手段の信号形成を制御する事を特徴とするドッ
プラー速度計。
【請求項５】入力信号の周波数をＮ倍に変換する周波
数逓倍器と、前記入力信号の立上りをリセットトリガー
とし前記周波数逓倍器の出力をクロックとするカウンタ
ーと、前記カウンターのカウント値と入力信号の立上り
の関係から入力信号の通過遮断を決定するフィルター手
段とを有する事を特徴とするフィルター装置。
【請求項６】請求項５のフィルター装置と、測定用光
束を照射された被検物体からの光を検出する事により前
記被検物体の速度に応じたドップラー信号成分を含む信
号を前記入力信号として発生させる信号発生手段と、前
記被検物体の速度情報を測定するための概略連続な周期
信号を形成する周期信号形成手段とを有し、前記フィル
ター手段からの出力信号を用いて前記周期信号の信号形
成を行なって被検物体の速度情報を測定する事を特徴と
するドップラー速度計。
【請求項７】予想される入力信号の周波数に合わせた
ノイズカットのためのバンドパスフィルタと、バンドパ
スフィルタ通過前と通過後の信号を比較する比較手段と
を有し、該比較手段の比較結果に基づいて入力信号中の
ノイズ発生状態の判別を行うことを特徴とする信号判定
装置。
【請求項８】請求項７の信号判定装置と、測定用光束
を照射された被検物体からの光を検出する事により前記
被検物体の速度に応じたドップラー信号成分を含む信号
を前記入力信号として発生させる信号発生手段とを有
し、前記バンドパスフィルターからの出力信号を用いて
被検物体の速度情報が測定される事を特徴とするドップ
ラー速度計。