JPH06265561A - 空間フィルタ式速度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 測定対象物を照明する光源として高速変調可
能な発光素子を使用可能で、正確な速度測定ができる空
間フィルタ式速度測定装置を提供する。 【構成】 強度変調の可能な半導体発光素子２により照
射された光は、測定対象物１で反射されて第１レンズ３
及び第２レンズ４を通過してプリズムアレイ５に入射さ
れ、プリズムアレイ５において一定ピッチで交互に２方
向へ分割され、第３レンズ６によって集光される。この
光は、２つの開口絞り７を通過した後、２つの受光素子
９によりそれぞれ受光される。このようにして、検出光
は受光系に受光されるので、小さな受光面積の受光素子
９を採用することができ、高速応答が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、非接触で自動車等の対
地速度を光学的に測定する空間フィルタ式速度測定装置
に係り、特に、その光学系に関する。

【０００２】

【従来の技術】光学的測定装置においては、外乱光の影
響を防ぐために、光電スイッチに使用されるような強度
を変調した光を使用する変調光方式を採用するのが一般
的である。しかも、外乱光に強い測定装置とするには、
高速な変調光としなければならない。このような光学的
測定装置の一種として、測定対象物からの光を空間フィ
ルタにて受光して、相対移動速度を測定する速度測定装
置がある（例えば、特開昭５２−１４３０８１号公報参
照）。この種の速度測定装置においても、上記と同様、
太陽光や街灯、トンネル内の照明の影響を受けて誤動作
することを防止するために、変調光方式を採用する必要
がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この種
の空間フィルタ式速度測定装置においては、一般に、櫛
歯型の受光素子を使用しており、この受光素子は受光面
積が大きく応答速度が遅いため、上述したような変調光
方式を採用すべく測定対象物照明用に変調光を使用した
場合、高速な変調光を受光することができなくなるとい
った問題がある。

【０００４】本発明は、上述した問題点を解決するもの
で、測定対象物を照明する光源として高速変調可能な発
光素子を使用しても、正確に速度を測定することのでき
る光学系であって、外乱光の影響を受けて誤動作しにく
く、かつ、測定装置と測定対象物との間の距離が変動し
ても高い測定精度を保つことができる空間フィルタ式速
度測定装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１の発明は、測定対象物を照明する光源として
強度変調のできる発光素子を使用し、上記測定対象物か
らの反射光を受光する受光レンズと、上記受光レンズに
より受光された光から上記測定対象物の相対的な速度を
検出する空間フィルタとを備えた空間フィルタ式速度測
定装置において、上記受光レンズが、第１のレンズ群と
第２のレンズ群とで構成され、両レンズ群の焦点位置を
一致させて配置し、上記空間フィルタが、一定ピッチで
交互に少なくとも２方向へ光を分割する光学素子と、上
記光学素子により分割された光を集光する第３のレンズ
群と、上記第３のレンズ群の焦点位置付近に配置された
少なくとも２つの開口絞りを有する部材と、上記開口絞
りを通過した光をそれぞれ別個に受光する少なくとも２
つの受光素子とで構成されたものである。

【０００６】請求項２の発明は、上記少なくとも２つの
開口絞りが速度測定方向に狭く、それと直交する方向に
広い形状をしている請求項１記載の空間フィルタ式速度
測定装置である。請求項３の発明は、上記少なくとも２
つの開口絞りを有する部材が１つの金属部材で構成さ
れ、かつ、上記受光素子を固定、配線しているプリント
配線基板に固定されている請求項１記載の空間フィルタ
式速度測定装置である。請求項４の発明は、上記第１の
レンズ群と上記第２のレンズ群との間に開口絞りを有す
る遮光板を配置し、上記光学素子により少なくとも２方
向に分割された各々の光が上記受光素子の各々にのみ入
射するようにした請求項１乃至３記載の空間フィルタ式
速度測定装置である。

【０００７】

【作用】上記請求項１の構成によれば、強度変調のでき
る発光素子により測定対象物に対して光を照射し、この
光は測定対象物で反射されて第１のレンズ群及び第２の
レンズ群を通過して光学素子に入射される。光学素子に
入射された光は、光学素子において一定ピッチで交互に
２方向へ分割され、第３のレンズ群によって集光され
る。この光が空間フィルタとして得られる信号成分とな
る。この光は２つの開口絞りを通過してノイズ成分が除
去された後、２つの受光素子によりそれぞれ別個に受光
される。この受光素子による検出信号に基づき、相対移
動している測定対象物の速度を算出する。このようにし
て、信号光は、開口絞りを通って受光系に受光されるの
で、高速応答が可能な小さな受光面積のものを採用でき
る。上記請求項２の構成によれば、速度測定に必要でな
いノイズ成分としての光を遮光することができ、また、
速度測定方向に直交する方向については、開口絞りが広
くとも、空間フィルタの特性への影響がなく、広い分だ
け検出される信号量が増加するので、感度が良くなる。

【０００８】上記請求項３の構成によれば、金属部材を
プリント配線基板に接地することが可能で、電気的シー
ルド効果を持たせることができる。上記請求項４の構成
によれば、第１のレンズ群と第２のレンズ群との間に開
口絞りを有する遮光板があることにより、光学素子によ
って分割された光が迷光として同時に複数の受光素子に
入射することが防止される。

【０００９】

【実施例】以下、本発明を具体化した第１実施例につい
て図１乃至図３を参照して説明する。図１は空間フィル
タ式速度測定装置の構成図である。本速度測定装置は、
速度を測定すべき測定対象物１に対向して配置され、測
定対象物１に光を照射する強度変調のできる半導体発光
素子２と、測定対象物１からの反射光を受光する第１レ
ンズ３と、第１レンズ３を通過した光をコリメートする
第２レンズ４と、一定ピッチで交互に少なくとも２方向
へ光を分割する光学素子としてのプリズムアレイ５と、
この分割された光を集光する第３レンズ６と、２つの開
口絞り７を有する開口絞り部材８と、２つの開口絞り７
を通過した光を受光する２つの受光素子９とで構成され
ている。第１レンズ３の焦点距離をｆ１、第２レンズ４
の焦点距離をｆ２、第３レンズ６の焦点距離をｆ３とす
ると、第１レンズ３と第２レンズ４の焦点位置が一致す
るように、つまり、第１レンズ３から第２レンズ４まで
の距離が（ｆ１＋ｆ２）になるように両レンズが配置さ
れている。開口絞り部材８は、第３レンズ６の焦点位置
に、つまり、第３レンズ６から開口絞り部材８までの距
離がｆ３になるように配置されている。

【００１０】次に、上記構成における動作を説明する。
強度変調のできる半導体発光素子２から照射された光は
測定対象物１で反射され、その反射光は、第１レンズ３
を通過して第２レンズ４で平行化され、プリズムアレイ
５に入射される。測定対象物１からの反射光のうち受光
光学系に平行な成分は、レンズの焦点距離の比（ｆ２／
ｆ１）で縮小され、プリズムアレイ５に入射される。プ
リズムアレイ５に入射された光は、入射された個々のプ
リズムに応じて２方向に分割される。この受光光学系に
平行な成分の光は、第３レンズ６によって、その焦点位
置にある２つの開口絞り７に集光される。そして、光は
２つの開口絞り７を通過して、２つの受光素子９により
それぞれ別個に受光される。この２つの受光素子９の出
力が検出された信号であって、この信号の差動をとって
周期信号を得ることにより、相対的に移動している測定
対象物１の速度を算出することができる。従って、第１
レンズ３と第２レンズ４との焦点位置が一致するように
配置しているので、光学系の結像倍率は両レンズの焦点
距離の比（ｆ２／ｆ１）によって決定されるので、測定
したい空間周波数が、第１レンズ３と第２レンズ４の焦
点距離とプリズムアレイの周期で一義的に決定される。

【００１１】次に、２つの開口絞り７を有する開口絞り
部材８を設ける理由を述べる。測定対象物１からは様々
な方向の光があり、第１レンズ３を通過した測定対象物
１の１点の光は、プリズムアレイ５において複数のプリ
ズム面を通過して分割され、これらの光は開口絞り部材
８がなく受光素子９が大きいときには受光素子９に入射
してしまう場合がある。このように、複数のプリズム面
を通過して分割された光を受光素子９が同時に検出した
場合には、空間フィルタとして得られる信号成分にノイ
ズ成分が含まれることになり、正確な空間フィルタ信号
を検出することができない。

【００１２】それに対して、本実施例のように、２つの
受光素子９の前面に、速度測定方向に狭い２つの開口絞
り７を有する開口絞り部材８を配置することで、ノイズ
成分としての光を遮光することができる。開口絞り７
は、測定対象物１からの反射光の内で、測定対象物１の
１点から反射した光がプリズムの１面だけを通過したと
みなせる光成分だけを通すような有限の大きさを持った
開口である。なお、開口絞り７が光の回折限界程度に十
分に小さいものであれば、理想的な性能を有する光学系
となるが、開口絞り７が小さいと受光信号が微弱となる
ので、強い照明量の発光素子と微弱光信号を検出可能な
高感度な受光素子９とが必要となり、高価となる。そこ
で、測定対象物１の１点からの光が２つのプリズム面を
通過するものの、信号成分として必要なプリズム面を通
過する光の方がノイズ成分としての光よりも十分に大き
くなるように設計すればよい。例えば、プリズムアレイ
５のプリズムのピッチが３ｍｍであれば、開口絞り７の
速度測定方向における大きさは０．５ｍｍ程度とする。

【００１３】図２は開口絞り部材８付近の詳細を示す。
開口絞り部材８は、２つの開口絞り７を有するスリット
形状をしていて、金属部材で構成されている。また、こ
の開口絞り部材８は、受光素子９を固定、配線している
プリント配線基板（以下、ＰＷＢと略す）１０に固定さ
れている。２つの開口絞り７は速度測定方向に狭く、そ
れと直交する方向に広い形状をしている。このような形
状にすることにより、開口絞りを通過する光の大部分
は、速度測定方向に略平行な成分の光となり、それに対
して、直交方向成分の信号については、広い分だけ信号
量の増加が見込める。この開口絞り部材８がＰＷＢ１０
に固定されているので、電気的シールド効果を持たせる
ことができ、検出される電気信号のＳ／Ｎ比を向上させ
ることができる。また、本測定装置は、速度測定方向に
略平行な成分の光しか検出せず、結像倍率の変化しない
装置であるので、本測定装置と測定対象物１との間の距
離が変動しても受光量の変動が少なく、信号処理回路へ
の負担が軽い。

【００１４】図３は図２の変形例であって、開口絞り１
７の開口の大きさよりも受光素子１９の受光面積を小さ
くして、これらの組み合わせでもって、実質の開口絞り
を構成した場合である。開口絞り部材８の２つの開口絞
り１７は、図２における受光素子９の速度測定方向の長
さと同じ長さで形成されている。この例でも、図２と同
様の効果が得られ、それに加えて、受光素子１９が小さ
くなる分、コストダウンを図ることができる。以上のよ
うに、受光面積の小さい受光素子を採用することによ
り、高速変調光への対応が可能となり、ノイズが少なく
なって、測定精度が高くなる。

【００１５】なお、上記実施例では、プリズムアレイ５
が光を２分割し、それに応じて、第３レンズ６で２点に
集光される例を示したので、開口絞り部材８としては、
その開口絞り７の個数が２つのものを示したが、本発明
はこれに限られることなく、プリズムアレイ５として光
を３分割以上に分割するものを用いることもでき、その
場合は、開口絞り部材８の開口絞り７は、それに対応し
た個数だけ設けられ、また、受光素子９もその個数だけ
設けられる。

【００１６】次に、第２実施例について図４を参照して
説明する。本実施例では、第１レンズ群１３として組レ
ンズを使用し、第１レンズ群１３と第２レンズ４の間で
両レンズの焦点位置には、開口絞りを有する遮光板１８
が設けられている。この遮光板１８があるので、プリズ
ムアレイ５によって２つに分割された光が迷光として複
数の受光素子９に入射することを防ぐことができる。２
つに分割された光が迷光として複数の受光素子９に入射
すると、信号成分の低下が発生し、信号処理回路の負担
が大きくなり望ましくないが、遮光板１８を設けること
によって、その問題は解消される。

【００１７】また、収差の大きいレンズを使用すれば、
収差による影響で光が複数のプリズム面を通過したり、
プリズムアレイ５が一定ピッチで構成されているにも拘
らず、場所によって周期が異なる空間フィルタとして動
作すると速度測定誤差が大きくなる。収差を最小にする
ためには、非球面レンズを構成することが望ましいが、
レンズの外形が大きくなるとレンズを作製することが困
難となる。そこで、本実施例のように、レンズ外形が最
も大きい第１レンズを球面レンズで構成し、収差が小さ
くなる組レンズ（第１レンズ群１３）とすることで、速
度測定誤差を抑え、測定精度が低下しないようにするこ
とができる。

【００１８】

【発明の効果】以上のように請求項１の発明によれば、
測定対象物からの空間フィルタを通過した光を受光する
受光素子の前面に開口絞りを設けたことにより、ノイズ
成分の光を遮光でき、ひいては、小型の受光素子を採用
することができるので、高速変調光への対応が可能とな
り、外乱光に対して強い装置となる。また、第１のレン
ズ群と第２のレンズ群との焦点位置を一致させて配置し
ているので、光学系の結像倍率は両レンズの焦点距離の
比によって決定されるので、測定したい空間周波数が、
第１のレンズ群と第２のレンズ群の焦点距離とプリズム
アレイの周期で一義的に決定される。それに加えて、本
測定装置は速度測定方向に略平行な成分の光しか検出せ
ず、また、結像倍率が変わらないため、本測定装置と路
面等の測定対象物との間の距離が変動しても受光量の変
動が少なく、信号処理回路への負担が軽い。請求項２の
発明によれば、開口絞りを速度測定方向に狭く、それと
直交する方向に広いものとしているので、開口絞りを通
過する光の大部分は速度測定方向に略平行な成分の光と
なり、ノイズ成分の光が遮光されて、測定精度が向上す
る。また、開口絞りが直交方向に広いので、その方向成
分の検出信号量が増加し、そのため、微弱光信号が検出
可能な高感度な受光素子を用いる必要がなくなり、コス
トを抑えることができる。

【００１９】請求項３の発明によれば、開口絞りを有す
る部材が１つの金属部材で構成され、この部材はプリン
ト配線基板に接地することが可能で、この部材でもっ
て、電気的シールド効果を持たせることができ、電気信
号のＳ／Ｎ比を向上させることができる。請求項４の発
明によれば、第１のレンズ群と第２のレンズ群との間に
開口絞りを有する遮光板を配置しているので、光学素子
によって分割された各々の光が迷光として各受光素子に
入射することを防ぐことができ、従って、信号処理回路
での負担が軽減される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による空間フィルタ式速度
測定装置の構成図である。

【図２】同装置における開口絞り部材付近の詳細図であ
り、（ａ）は正面図、（ｂ）は側断面図である。

【図３】変形例における開口絞り部材付近の詳細図であ
り、（ａ）は正面図、（ｂ）は側断面図である。

【図４】本発明の第２実施例による空間フィルタ式速度
測定装置の構成図である。

【符号の説明】

１ 測定対象物 ２ 半導体発光素子 ３ 第１レンズ ４ 第２レンズ ５ プリズムアレイ ６ 第３レンズ ７，１７ 開口絞り ８ 開口絞り部材 ９，１９ 受光素子 １０ プリント配線基板 １３ 第１レンズ群 １８ 遮光板

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定対象物を照明する光源として強度変
   調のできる発光素子を使用し、上記測定対象物からの反
   射光を受光する受光レンズと、上記受光レンズにより受
   光された光から上記測定対象物の相対的な速度を検出す
   る空間フィルタとを備えた空間フィルタ式速度測定装置
   において、 上記受光レンズが、第１のレンズ群と第２のレンズ群と
   で構成され、両レンズ群の焦点位置を一致させて配置
   し、 上記空間フィルタが、一定ピッチで交互に少なくとも２
   方向へ光を分割する光学素子と、上記光学素子により分
   割された光を集光する第３のレンズ群と、上記第３のレ
   ンズ群の焦点位置付近に配置された少なくとも２つの開
   口絞りを有する部材と、上記開口絞りを通過した光をそ
   れぞれ別個に受光する少なくとも２つの受光素子とで構
   成されたことを特徴とする空間フィルタ式速度測定装
   置。
2. 【請求項２】 上記少なくとも２つの開口絞りが速度測
   定方向に狭く、それと直交する方向に広い形状をしてい
   ることを特徴とする請求項１記載の空間フィルタ式速度
   測定装置。
3. 【請求項３】 上記少なくとも２つの開口絞りを有する
   部材が１つの金属部材で構成され、かつ、上記受光素子
   を固定、配線しているプリント配線基板に固定されてい
   ることを特徴とする請求項１記載の空間フィルタ式速度
   測定装置。
4. 【請求項４】 上記第１のレンズ群と上記第２のレンズ
   群との間に開口絞りを有する遮光板を配置し、上記光学
   素子により少なくとも２方向に分割された各々の光が上
   記受光素子の各々にのみ入射するようにしたことを特徴
   とする請求項１乃至３記載の空間フィルタ式速度測定装
   置。