JPH08178936A - 空間フィルタ方式移動量測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 相対移動量を少ない累積誤差でもって正確に
計測でき、また、カーナビゲーションシステムを車両に
後付けで取り付つる場合にも、エンジン制御用のコント
ロール回路から車両の速度信号を取り出す必要がなく、
その制御信号系統との切り放しが可能な空間フィルタ方
式移動量測定装置を提供する。 【構成】 光源２により測定対象物１に対して光を照射
し、空間フィルタ光学系３を用いて測定対象物１からの
反射光より特定の空間周波数成分の信号を抽出する。こ
の出力信号は測定対象物１との相対移動量に関連した値
となっているので、測定対象物と非接触でその相対移動
量を測定することが可能となる。また、ＧＰＳにより検
出した車両の位置情報、又は空間フィルタ方式移動量測
定装置による車両の移動量と走行方向とにより求まる車
両の位置情報を用いてカーナビゲーションシステムを構
築する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空間フィルタ方式移動
量測定装置に係り、また、空間フィルタ方式での移動量
測定をカーナビゲーションシステムに適用した装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、車両等の移動量測定は、車速セン
サからの速度信号に基づいて走行距離を求めるものが一
般的であった。また、カーナビゲーションシステムは、
ＧＰＳ（グローバル・ポジショニング・システム）で地
球上の３次元座標の計測を利用したものが多いが、高層
ビル等の建物の影やトンネルの内部のように電波が届か
ない所では、位置計測ができなくなる。そこで、ＧＰＳ
による位置情報に加えて、方位を検出するジャイロや車
速センサなどによる検出情報を併用した自立航法とする
ことにより、上記問題を解決しようとしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように車速センサからの速度信号に基づいて走行距離を
求める場合には、車両タイヤの摩耗や空気圧の変化、積
載重量（搭乗人員数）の変化等により走行距離に累積す
る誤差が発生してしまう。また、カーナビゲーションシ
ステムを車両に後付けで取り付つけようとした場合に
は、車両から走行距離のセンサ信号を取り出すための工
事が必要になる。さらには、センサ信号取り出しをエン
ジン制御用のコントロール回路（ＥＣＵ）から行う場合
は、ＥＣＵとナビゲーションシステムとの間をケーブル
で接続することになるが、そのケーブルからのノイズな
どにより、ＥＣＵの動作に支障を来す虞れがあり、ま
た、車両によってはこの信号を取り出すことが困難な場
合もある。本発明は、上記問題を解決するためになされ
たもので、空間フィルタを用いて測定対象物と非接触に
て相対移動量を少ない累積誤差でもって正確に計測で
き、また、カーナビゲーションシステムを車両に後付け
で取り付つる場合にも、エンジン制御用コントロール回
路から車両の速度信号を取り出す必要がなく、その制御
信号系統と切り放した独立したシステムの構築が可能な
空間フィルタ方式移動量測定装置を提供することを目的
とする。

【０００４】

【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の空間フィルタ方式移動量測定装置は、測定
対象物に光を照射する光源と、測定対象物からの反射光
より特定の空間周波数成分の信号を抽出する空間フィル
タとを備え、空間フィルタの出力信号に基づき測定対象
物との相対移動量を測定するものである。請求項２の空
間フィルタ方式移動量測定装置は、請求項１記載の構成
において、空間フィルタが測定対象物からの反射光を受
光する受光レンズと、この受光レンズの焦点位置に設け
られる開口絞りと、この開口絞りを通過した光を分離す
る光学素子と、この光学素子により分離された光を受光
する２つの光検出器とを有するものである。請求項３の
空間フィルタ方式移動量測定装置は、請求項２記載の構
成において、開口絞りの開口形状が移動方向にのみ幅が
狭く、それと直行する方向には幅が広い形をしているも
のである。請求項４の空間フィルタ方式移動量測定装置
は、請求項３記載の構成において、光学素子が一定ピッ
チで交互に２方向へ反射分離するミラーアレイであり、
２つの光検出器はミラーアレイにより反射分離された光
をそれぞれ受光するものである。請求項５の空間フィル
タ方式移動量測定装置は、請求項４記載の構成におい
て、２つの光検出器が開口絞りによって遮光される部分
に配置されているものである。請求項６の空間フィルタ
方式移動量測定装置は、請求項５記載の構成において、
２つの光検出器が開口絞りを構成する部材に取付けたも
のである。請求項７の空間フィルタ方式移動量測定装置
は、請求項６記載の構成において、２つの光検出器が開
口絞りを挟んで互いに接近して配置されているものであ
る。請求項８の空間フィルタ方式移動量測定装置は、請
求項４記載の構成において、ミラーアレイと２つの光検
出器との間に、第２のレンズを設けたものである。請求
項９の空間フィルタ方式移動量測定装置は、請求項４記
載の構成において、ミラーアレイ及び第２のレンズは、
一方の面がレンズ機能を有し、他方の面が一定ピッチで
交互に２方向へ反射分離するような形状に作られたもの
である。請求項１０の空間フィルタ方式移動量測定装置
は、請求項３記載の構成において、光学系素子が一定ピ
ッチで交互に２方向へ分離するプリズムアレイであるも
のである。請求項１１の空間フィルタ方式移動量測定装
置は、請求項３記載の構成において、受光素子付近の温
度を検出する感温素子を備え、空間フィルタの出力信号
及び感温素子の出力信号に基づいて測定対象物との相対
移動量を測定するものである。請求項１２の空間フィル
タ方式移動量測定装置は、請求項３記載の構成におい
て、空間フィルタの出力信号に基づいて、さらに測定対
象物の相対移動速度を測定するものである。請求項１３
の空間フィルタ方式移動量測定装置は、請求項３記載の
構成において、空間フィルタの出力信号に基づいて、さ
らに測定対象物の表面状態を判別するものである。請求
項１４の車両の走行距離測定装置は、請求項１乃至１３
の空間フィルタ方式移動量測定装置を搭載し、測定対象
物としての路面に光を照射するとともに路面からの反射
光を受光することにより、走行距離を測定するものであ
る。請求項１５の車両用ナビゲーションシステムは、請
求項１乃至１３の空間フィルタ方式移動量測定装置を車
両に搭載し、路面を測定対象物として移動量測定装置に
より求めた車両の走行距離と車両の走行方位とに基づい
て車両の位置を算出する手段を備えたものである。請求
項１６の車両用ナビゲーションシステムは、請求項１乃
至１３の空間フィルタ方式移動量測定装置を車両に搭載
し、さらに、グローバル・ポジショニング・システム
（ＧＰＳ）により位置情報を検出する手段と、車両の走
行方向を検出する手段とを備え、ＧＰＳにより検出した
車両の位置情報、又は空間フィルタ方式移動量測定装置
による車両の移動量と走行方向とにより求まる車両の位
置情報を選択的に用いるようにしたものである。

【０００５】

【作用】上記の構成を有する請求項１乃至１０の空間フ
ィルタ方式移動量測定装置において、光源により測定対
象物に対して光を照射し、空間フィルタを用いて測定対
象物からの反射光より特定の空間周波数成分の信号を抽
出する。この空間フィルタの出力信号は測定対象物との
相対移動量に関連した値となっているので、該出力信号
を計測することにより、測定対象物と非接触でその相対
移動量を測定することが可能となる。請求項１１の空間
フィルタ方式移動量測定装置において、感温素子により
受光素子付近の温度を検出し、この感温素子の出力信号
に基づいて、空間フィルタの出力信号を補正することに
より、空間フィルタの周囲温度による距離誤差を補正す
ることが可能となる。請求項１２の空間フィルタ方式移
動量測定装置において、空間フィルタの出力信号は測定
対象物の相対移動速度に関連した値となっているので、
相対移動速度の測定も可能となる。請求項１３の空間フ
ィルタ方式移動量測定装置において、空間フィルタの出
力信号は測定対象物の表面状態に応じて変化する特性を
有するので、表面状態をも判別可能となる。請求項１４
の車両の走行距離測定装置において、空間フィルタ方式
移動量測定装置は、測定対象物としての路面に光を照射
するとともに路面からの反射光を受光し、その受光信号
より車両の走行距離を測定することができる。請求項１
５の車両用ナビゲーションシステムにおいて、空間フィ
ルタ方式移動量測定装置により、路面を測定対象物とし
て車両の相対走行距離を求め、これと車両の走行方位と
から車両の位置を算出することができる。請求項１６の
車両用ナビゲーションシステムにおいて、グローバル・
ポジショニング・システム（ＧＰＳ）により車両の位置
情報を検出し、また、ＧＰＳにより車両の位置情報を検
出できない時は、空間フィルタ方式移動量測定装置によ
る車両の移動量と走行方向とから車両の位置情報を求め
る。このように、空間フィルタ方式移動量測定装置によ
り走行距離が得られるため、エンジンントロール用の回
路から距離情報を取り出す必要がなくなり、ナビゲーシ
ョンシステムがエンジンントロール用の回路とは独立し
たものとなる。

【０００６】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例について
図面を参照して説明する。図１は空間フィルタ方式走行
距離測定装置の斜視図、図２は同断面図である。本装置
は、測定すべき測定対象物（路面など）１に対向する位
置にあって、測定対象物１に光を照射する発光ダイオー
ド等でなる光源２と、測定対象物１からの反射光を処理
して２方向へ分離集光する空間フィルタ光学系３とで構
成されている。上記光学系３は、測定対象物１からの反
射光を受光する第１レンズ４と、開口絞り５と、光源２
の波長と等しい波長の光だけを選択的に透過させる波長
選択フィルタや偏光利用方式における偏光フィルタであ
る光学フィルタ６と、開口絞り５及び光学フィルタ６を
通過した光をコリメートする第２レンズ７と、コリメー
トされた光に開口制限を与えるスリットアレイ８と、ス
リットアレイ８を通過した光を一定ピッチで交互に２方
向へ反射分離する鏡面を有したミラーアレイ９と、この
分離された光をそれぞれ別々に受光する２つの光検出器
１０とでなる。

【０００７】上記開口絞り５は、測定対象物１の相対的
な移動方向に対して幅の狭いスリットとしている。ま
た、ミラーアレイ９は、測定対象物１の相対的な移動方
向には三角波形状であり、その方向と垂直な方向には一
様な形状であり、ミラーアレイ９のミラー部は、特定波
長の光だけ選択的に高反射率で反射する膜のコーティン
グによって作製されている。２つの光検出器１０は第２
レンズ７と開口絞り５の間に設けられ、第２レンズ７上
の任意の点と開口絞り５内の任意の点とを結んで得られ
る光通過領域を遮らない範囲で互いに接近して配置さ
れ、これにより、装置の小型化を図っている。

【０００８】次に、上記構成の動作を説明する。光源２
から照射された光は、図１の矢印方向に相対的に移動す
る測定対象物１で反射され、この反射光は、第１レンズ
４と開口絞り５によって反射光軸に平行に近い成分だけ
が選択される。第１レンズ４によって集光された反射光
は開口絞り５を通過した後、光学フィルタ６を経て第２
レンズ７で平行にされる。平行にされた光は、スリット
アレイ８によって開口制限が与えられた後、ミラーアレ
イ９に入射される。ミラーアレイ９に入射された光は、
個々のミラーに応じて２方向の平行光に反射分離され
る。この２方向の反射光は第２レンズ７によって対応す
る２つの光検出器１０に集光される。２つの光検出器１
０の出力の差動をとれば周期信号が得られるので、これ
を２値化し、カウンタにより計数すれば、測定対象物１
の相対的移動量として検出される。

【０００９】図３、図４はミラーアレイの別の実施例を
示す。このミラーアレイ１９は、測定対象物１の相対的
な移動方向には三角波形状であって該三角波の頂上及び
谷部を平坦にした形状をしていて、その方向と垂直な方
向には一様な形状をしている。その平坦部分１９ａで反
射された光は光検出器１０に入射されないので、ミラー
アレイ１９の平坦部分１９ａはスリットアレイ８の遮光
部分と同様の効果を有する。従って、このようなミラー
アレイ構造とすることで、図１に示したスリットアレイ
８を省くことができ、測定装置のコストが抑えられる。

【００１０】図５、図６は上記第２レンズ１７とミラー
アレイ１９を一体化した場合のレンズを示す。一体化さ
れたレンズ２７の測定対象物１からの反射光が入射され
る側の面２７ａは、入射光を平行にすると共に、ミラー
による反射光を集光するようなレンズ形状となってい
て、その反対側の面２７ｂはミラーアレイ形状となって
いる。この一体化されたレンズ２７を用いることによ
り、高価な光学部品の点数を減らすことができ、コスト
ダウンになる。なお、レンズ２７のミラー部は金属膜の
コーティングによって作製されればよい。

【００１１】図７は上記光検出器１０で受光した信号を
処理する処理回路の配置領域を示す。処理回路１１は、
第１レンズ４と、第２レンズ１７とミラーアレイ１９を
一体化したレンズ２７とを保持する筐体１２の内部にあ
って、光線の通過しない領域（図中の破線による斜線部
領域）に配置されている。破線による斜線で示された領
域とは、第１レンズ４上の任意の点と開口絞り５内の任
意の点とを結んで得られる領域と、レンズ２７上の任意
の点と開口絞り５内の任意の点とを結んで得られる領域
と、レンズ２７上の任意の点と光検出器１０の受光部内
の任意の点とを結んで得られる領域とを除いた筐体１２
内部の領域である。この斜線領域内に処理回路１１を配
置することで、処理回路１１を筐体１２外部に設ける必
要がなくなり、装置の小型化が可能となる。図８は上記
実施例の変形例による空間フィルタ方式走行距離測定装
置の断面図である。この例では、上記実施例でのスリッ
トアレィ８、ミラーアレイ９に代えて、プリズムアレィ
８´、第３レンズ９´を用いており、プリズムアレィ８
´により分離された光を別々に第３レンズ９´にて受光
している。

【００１２】図９は本発明の空間フィルタ方式走行距離
測定装置に適用される光源となる発光素子の他の実施例
を示す図である。発光素子としては樹脂モールドタイプ
のＬＥＤ発光素子（以下、ＬＥＤと記す）３１を用いて
いる。このＬＥＤ３１は、リードフレーム３２と、ＬＥ
Ｄチップ３３とを有し、これらを透明樹脂３４にてモー
ルドしている。リードフレーム３２の先端には、ＬＥＤ
チップ３３の光を反射するための反射面３５が形成され
ている。また、透明樹脂３４の先端部には、ＬＥＤチッ
プ３３からの光及び反射面３５での反射光を集光するた
めにレンズ面３６が形成されている。図１０は上記構成
のＬＥＤ３１による遠距離での光強度分布を示す。ＬＥ
Ｄチップ３３からの光は直接レンズ面３６に入射される
ものと、反射面３５で反射されてレンズ面３５に入射さ
れるものとがあり、レンズ面３６の前面からＬＥＤチッ
プ３３の最大限の光が出射される。しかしながら、この
ＬＥＤ３１を照明光源として用いた場合、図示のよう
に、ＬＥＤチップ３３からの光と、反射面３５による反
射光とが分離する特性がある。このようなＬＥＤ３１を
対象物との相対移動量を計測する空間フィルタ方式走行
距離測定装置の照明用光源として使用しようとした場
合、空間フィルタ方式速度計の受光領域での照明に斑が
あると、その照明がフィルタとしての働きを持ってしま
うので、誤差を含んだ信号しか得ることができず、正確
に計測することが困難となる。

【００１３】そこで、上記のようなＬＥＤ３１を照明光
源として使用する場合は、照明の斑を無くすために、例
えば、図１１（ａ）に示すように、対象物面、ここでは
路面にて光が結像するようにＬＥＤ３１を複数個配置
し、同図（ｂ）に示す強度斑の少ない中央部分を空間フ
ィルタ方式走行距離測定装置３９の受光領域として使用
するか、あるいは、図１２（ａ）に示すように、複数の
ＬＥＤ３１を平行に配置し、同図（ｂ）に示す照明強度
の平均化を行わなければならない。なお、図１１、図１
２に示した空間フィルタ方式走行距離測定装置３９にお
いて、３７は結像レンズ、３８は受光センサである。と
ころが、上記の場合、共にＬＥＤ３１の前面から出射し
た光の１／２以下の光しか照明光として利用することが
できない。よって、空間フィルタ方式走行距離測定装置
３９に使用する照明用光源としてのＬＥＤ３１の特性を
考慮し、照明強度の斑を低減すると共にＬＥＤ３１から
出射した光を効率よく照明光に利用できるようにするこ
とが必要であり、そのための照明装置の実施例を以下に
説明する。

【００１４】図１３は第１の例であり、照明装置４０
は、光源には前述図９に示したＬＥＤ３１を用い、この
ＬＥＤ３１の出射光路上に光を集光する光学レンズ４１
が配置されている。ＬＥＤ３１の直接の光は遠距離では
図１０に示したように分離してしまうが、ＬＥＤ３１前
面から出射された直後の光量分布はほぼ均一と見なせ
る。この位置に光学レンズ４１を配置し、路面で結像さ
せることで光量分布は図示のように照射領域でほぼ均一
となり、照明の斑が低減でき、光を効率よく利用でき
る。また、ＬＥＤ３１からのビーム指向角よりも光学レ
ンズ４１の外形寸法を大きくとることでＬＥＤ３１から
出射した光のほとんどを利用することができる。

【００１５】図１４は第２の例であり、照明装置４２
は、ＬＥＤ３１及びこれに対応する光学レンズ４１をそ
れぞれ複数個用いており、路面でそれぞれの光が重なる
ように配置されている。この場合、照射領域のほとんど
を空間フィルタ方式走行距離測定装置３９の受光領域と
することができ、光強度分布はほぼ均一となっている。
この例の照明装置４２の具体的データを以下に示す。 ＬＥＤの外形：φ４．５mm、ビーム指向半値角：１５
°、光学レンズの外形：φ１５mm、焦点距離：２３mm、
照明装置から路面までの距離：３８０mm（空間フィルタ
方式走行距離測定装置として必要な照明エリア：約φ５
０mm）

【００１６】上記の構成により、前述図１１、図１２に
示した、ＬＥＤ３１だけで照明を行った場合に比べて照
明エリアが約φ１２０mmから約６０mmとなり、単位面積
あたりの照度が３．５倍となる。さらに、照明の光強度
分布は均一と見なせるようになり、空間フィルタ特性の
改善が実現できる。また、使用するＬＥＤ３１の個数は
前述図１１、図１２に示したものに較べて１／３以下で
十分な照度を得ることができるのでコストダウンを図る
ことができる。また、光学レンズ４１を外形寸法の小さ
いφ１０mmのものを用いた場合でも照度は２．５倍とな
り、コストを１／２以下に低減することが可能となる。
さらに、ＬＥＤ使用により、部品交換なしに寿命を１０
０００時間以上にする照明装置とすることができる。

【００１７】図１５は第３の例であり、照明装置４３
は、複数個のＬＥＤ３１とこれらに対応して光学レンズ
４１を有し、各々は一平面内に配置され、レンズ４１の
配置間隔に対してＬＥＤ３１のそれを図１５の（ｂ）に
示すようにずらせることで、路面においてＬＥＤ３１の
各々の光が重なるように設定している。これにより、路
面では照明が重なるようにでき、しかも、均一な照明が
得られる。図１６は、照明装置４４を空間フィルタ方式
走行距離測定装置４５に対して外部照明としてもよいこ
とを示した構成例である。同図において、Ｌは標準動作
距離、ｌは動作範囲領域であって、この動作範囲領域ｌ
内では動作距離が変わっても測定移動量に誤差がないよ
うに設計する。

【００１８】以上のように、空間フィルタ方式走行距離
測定装置の照明装置として、発光チップからの光を集光
するレンズを有した発光素子を用い、同素子から出射し
た光を更に集光するレンズを光学系に用いることによ
り、発光素子として比較的出力の小さい半導体発光素子
を採用した場合であっても、測定に必要な光量を取るこ
とができ、それに伴い部品交換の必要性が少なく照明装
置の長寿命化が図れる。また、発光素子からの光を効率
よく対象物面に照射することができると共に、対象物面
での光強度を均一にすることができるので、計測特性が
良好となり、走行距離の計測を高精度に行うことができ
る。さらに、発光素子の使用個数が少なくてもよく、照
明装置の小型化、低コスト化を実現できる。

【００１９】次に、空間フィルタ方式走行距離測定装置
の電気回路構成について図１７を参照して説明する。こ
の回路は、主として、投光用光源５１を構成する発光ダ
イオードＬＥＤ（以下、ＬＥＤという）を駆動する回路
部分と、光検出器５２を構成する受光素子ＰＤ１，ＰＤ
２による検出信号から移動量を求める回路部分とから構
成される。回路各部の信号波形を図１８、図１９に示
す。パルスジェネレータ（１）５３から出力された投光
パルス（Ａ）の発生タイミングでＬＥＤは発光する。Ｌ
ＥＤの光は地面で反射され、上述したような光学系を通
って受光素子ＰＤ１，ＰＤ２にて受光され、この受光量
に応じた電気信号に変換される。２つの受光素子ＰＤ
１，ＰＤ２の出力は差動アンプ５４に入力され、差動ア
ンプ５４によって差信号（Ｃ）が検出される。差信号を
取ることによって、外部の光によって発生する低周波信
号成分の多くは取り除かれるが、２つの受光素子ＰＤ
１，ＰＤ２にアンバランスに入力する外部の光によって
発生する低周波信号成分はここでは取り除くことができ
ない。差信号（Ｃ）はコムフィルタ５５に入力され、ま
た、コムフィルタ５５には投光パルス（Ａ）のタイミン
グに同期した信号（Ｂ）が入力される。信号（Ｂ）がハ
イになる直前の値を基準としたときの、信号（Ｂ）がハ
イの間の信号ピークの高さがコムフィルタ５５の出力
（Ｄ）となる。コムフィルタ５５により、外部の光によ
って発生する低周波信号は完全に取り除かれる。

【００２０】コムフィルタ５５の出力（Ｄ）は不必要な
高周波成分を含んでいるので、ローパスフィルタ（ＬＰ
Ｆ）５６を通し、信号（Ｅ）を得る。信号（Ｅ）には、
移動距離を示すに必要な周波数成分と共に、必要な信号
周波数の１０分の１以下の周波数に存在するノイズ成分
が存在する。そのノイズ成分は信号周波数の変化に従っ
てその周波数を変化させるため、固定周波数のハイパス
フィルタではノイズ成分を取り除くことはできないの
で、信号（Ｅ）をスイッチドキャパシタフィルタ（ＳＣ
Ｆ）５７に入力させ、ＳＣＦ５７のクロック周波数を変
化させることで、必要周波数だけを取り出すようにして
いる。本実施例では、周波数可変のバンドパスフィルタ
を構成しているが、これ以外の周波数可変フィルタであ
ってもよい。ＳＣＦ５７の出力信号（Ｆ）は必要周波数
成分だけであり、この信号をコンパレータ５８に入力す
ると、方形波信号（Ｇ）が得られる。信号（Ｇ）の立ち
上がりもしくは立ち下がりエッジをプリセットカウンタ
（１）５９でカウントし、出力端子６０に一定距離毎に
出力信号を出す。

【００２１】一定距離毎に出力される出力信号はカウン
タ（２）６１にて一定時間カウントされる。その一定時
間のカウント値はその時間の移動距離である。移動距離
が長いときは信号（Ｇ）の周波数は高く、また移動距離
が短いときは信号（Ｇ）の周波数は低い。その必要な信
号周波数だけを検出するために、Ｄラッチ６２、Ｎ分周
カウンタ６３を用いてＮを変化させることにより、ＳＣ
Ｆ５７へ入力するクロックの周波数を変化させる。移動
距離が長いときはＳＣＦ５７へのクロックを速くし、移
動距離が短いときにはＳＣＦ５７へのクロックを遅くす
る。これにより必要な周波数成分だけがコンパレータ５
８へ入力され、ノイズ成分による誤動作を防ぐことがで
きる。なお、回路はクロック６４、パルスジェネレータ
（２）６５を有している。

【００２２】上記信号（Ｇ）の１周期間の移動距離は、
空間フィルタ（スリットアレイ）のピッチにレンズの像
倍率を掛けたものである。像倍率は外部の温度変化に対
して敏感に変化するため、信号（Ｇ）の１周期における
移動距離も温度によって変化する。これを補正するため
に、気温を温度センサ６６によって検出し、その信号を
Ａ／Ｄコンバータ（ＡＤＣ）６７によってデジタル値に
変換し、プリセットカウンタ（１）５９のプリセット値
としている。図２０（ａ）（ｂ）は空間フィルタ方式走
行距離測定装置における光学系の理想結像状態と周囲温
度が低下した時の結像状態を示す。前述の図２と同等物
には同符号を付している。ａは受光レンズ４と測定対象
物１との距離、ｆ，ｆ´は受光レンズ４の温度低下の前
後の焦点距離、ｂはミラーアレィ９と光検出器１０との
距離を示す。ｘは物体ｙの像である。理想結像状態の像
倍率ｍは、ｍ＝ｘ／ｙ＝ｂ／ｆである。周囲温度が低下
した時の焦点距離ｆ´は理想結像状態の焦点距離ｆより
も小さいので、同じ長さの像ｘに対する物体の長さｙ´
はｙよりも小さくなり、従って、周囲温度が低下した時
の像倍率ｍ´は、ｍ´＝ｘ／ｙ´（＞ｍ）となる。この
ことから、図２１に示すように、周囲温度と検出距離誤
差の関係が、周囲温度の低下とともに検出距離が大きく
なっていく場合、上記プリセット値を温度が低下すると
ともに小さくなるようにしておけば、周囲温度変化によ
る距離誤差を補正することができる。

【００２３】図２２は空間フィルタ方式走行距離測定装
置をカーナビゲーションシステムに適用した実施例構成
を示す。カーナビゲーションシステム７０は、自車位置
を計算し地図表示するナビゲーションコントローラ７１
を中核とし、コンパクトディスク（ＣＤ）やＣＤ−ＲＯ
Ｍ７２に記録されたデジタルマップを読み込むためのＣ
Ｄドライブ７３と、グローバル・ポジショニング・シス
テム（ＧＰＳ）により自車位置を知るためのＧＰＳアン
テナ７４及びＧＰＳ受信機７５と、空間フィルタ方式に
より走行距離を測定する走行距離センサ７６と、自車の
進行方向を知るためのジャイロ７７と、地図や自車位置
を表示する表示用テレビ７８とからなる。ナビゲーショ
ンコントローラ７１は、ＧＰＳからの信号により自車の
緯度、経度、高度の情報を知ることができ、それと各種
信号とに基づいて自車位置を計算して地図とともに表示
用テレビ７８に表示する。

【００２４】ところで、ＧＰＳは人工衛星からの電波を
使用して動作しているため、衛星が常時見えない、例え
ば都心の高層ビル街や高架下の道路、トンネルやフェー
リー乗船時などには正確な位置を知ることができず、そ
のような場所では誤動作する可能性がある。そこで、本
実施例のナビゲーションシステムでは、ジャイロ７７と
走行距離センサ７６を追加していることから、上記のよ
うな場所であっても自車位置を正確に知ることができ、
誤動作を防ぐことができる。なお、ＧＰＳに追加する補
助的な手段としては、走行距離センサ７６だけであって
もよい。

【００２５】本実施例によるナビゲーションシステムの
作用効果を以下に説明する。従来、走行距離センサの代
用として、自動車のエンジンコントロール用の回路（Ｅ
ＣＵ）から距離情報信号を取り出すことが行われていた
が、この場合、ナビゲーションコントローラからの電気
的ノイズにより、エンジンコントローラの誤動作を発生
させることが考えられる。その点、本実施例において追
加して設けた空間フィルタ方式走行距離センサ７６は、
自動車がユーザの手に渡ってからの後付けにて容易に取
り付けることが可能で、かつ、エンジンコントローラか
ら距離情報信号を取り出す必要がないので、エンジンコ
ントローラと回路接続されることなく独立に構築できる
ので、エンジンコントローラの誤動作を来すようなこと
がなく、高精度なナビゲーションシステムを実現するこ
とができる。

【００２６】なお、本発明の空間フィルタ方式走行距離
測定装置は上記実施例構成に限られず種々の変形が可能
であり、また、測定対象物に対する相対速度の計測も可
能であり、さらには、測定対象物の表面状態、例えば湿
潤であるかどうか等によって出力に変化があることか
ら、測定対象物の表面状態の判別にも使用できる。

【００２７】

【発明の効果】以上のように請求項１乃至３，１４の発
明によれば、空間フィルタの出力から移動量を測定する
ようにしているので、非接触で測定対象物の移動距離を
計測することができ、車両等において車輪の回転数から
走行距離を計測するものに比べて、累積誤差が生じるこ
とが少なく、正確な計測が可能となる。また、請求項４
乃至７の発明によれば、上記の効果に加えて、測定対象
物からの反射光を受光処理する光学系にミラーアレイで
なる反射光学系を採用しているので、従来装置において
必要とされたプリズムアレイ通過光を光検出器に集光さ
せる光学系が不要になり、その長さ分だけ測定装置の光
学系長が短縮され、測定装置の小型化が図れる。また、
請求項８乃至１０の発明によれば、上記の効果に加え
て、開口絞りを通過した光を平行光にしてミラーアレイ
に入射させる作用と、ミラーアレイによって反射された
光を光検出器に集光させる作用とが第２レンズで行なわ
れるので、従来よりもレンズの数を１つ減らすことがで
き、コストを低減できる。また、請求項１１の発明によ
れば、上記の効果に加えて、周囲温度変化に対しても安
定して相対移動距離を計測することができる。また、請
求項１２又は１３の発明によれば、測定対象物の相対移
動速度の計測又は表面状態の判別等も可能となる。ま
た、請求項１５又は１６の発明によれば、非接触で走行
距離を計測することができ、タイヤに起因する累積する
誤差が発生しないので、高精度なナビゲーションシステ
ムを構築できる。しかも、車両の制御信号系と本システ
ムが独立となり、後付けのシステムとして、どのような
車両にも容易に本システムを取り付けることができ、ま
た、車両の制御信号系にノイズを与えて誤動作を来すよ
うなことがなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による空間フィルタ方式走行
距離測定装置の斜視図である。

【図２】上記走行距離測定装置の断面図である。

【図３】（ａ）は第２レンズとミラーアレイの断面図、
（ｂ）はミラーアレイの一部を拡大した断面図である。

【図４】上記第２レンズとミラーアレイの斜視図であ
る。

【図５】第２レンズとミラーアレイを一体化したレンズ
の断面図である。

【図６】上記レンズの断面を投影した図を含む斜視図で
ある。

【図７】光学系を保持する筐体内での処理回路の配置領
域を示すための断面図である。

【図８】本発明の変形例による空間フィルタ方式走行距
離測定装置の断面図である。

【図９】走行距離測定装置に用いられるＬＥＤを示す概
略構成図である。

【図１０】ＬＥＤの光強度を示す図である。

【図１１】（ａ）は空間フィルタ方式走行距離測定装置
の概略構成図、（ｂ）はその際の光強度を示す図であ
る。

【図１２】（ａ）は空間フィルタ方式走行距離測定装置
の概略構成図、（ｂ）はその際の光強度を示す図であ
る。

【図１３】距離測定装置に用いられる照明装置の概略構
成とその際の光強度を示す図である。

【図１４】（ａ）は距離測定装置に用いられる照明装置
の概略構成図、（ｂ）はその際の光強度を示す図であ
る。

【図１５】（ａ）は距離測定装置に用いられる照明装置
の概略構成図、（ｂ）はその照明装置を対象物面側から
見た図である。

【図１６】距離測定装置に用いられる照明装置の変形例
を示す概略構成図である。

【図１７】空間フィルタ方式走行距離測定装置における
電気回路のブロック図である。

【図１８】回路各部の信号波形図である。

【図１９】回路各部の信号波形の拡大図である。

【図２０】（ａ）（ｂ）は空間フィルタ方式走行距離測
定装置における光学系の理想結像状態と周囲温度が低下
した時の結像状態を示す図である。

【図２１】周囲温度と検出距離誤差の関係を示す図であ
る。

【図２２】空間フィルタ方式走行距離測定装置をカーナ
ビゲーションシステムに適用した場合のブロック構成図
である。

【符号の説明】

１ 測定対象物 ２ 光源 ３ 空間フィルタ光学系 ４ 第１レンズ ５ 開口絞り ７，１７ 第２レンズ ９，１９ ミラーアレイ １０ 光検出器 ３１ ＬＥＤ（光源） ３９ 空間フィルタ方式走行距離測定装置 ４５ 空間フィルタ方式走行距離測定装置 ５１ 光源 ５２ 光検出器 ６６ 温度センサ（感温素子） ７０ カーナビゲーションシステム ７５ ＧＰＳ受信機 ７６ 空間フィルタ方式走行距離センサ

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定対象物に光を照射する光源と、上記
   測定対象物からの反射光より特定の空間周波数成分の信
   号を抽出する空間フィルタとを備え、該空間フィルタの
   出力信号に基づき上記測定対象物との相対移動量を測定
   することを特徴とする空間フィルタ方式移動量測定装
   置。
2. 【請求項２】 上記空間フィルタは、測定対象物からの
   反射光を受光する受光レンズと、この受光レンズの焦点
   位置に設けられる開口絞りと、この開口絞りを通過した
   光を分離する光学素子と、この光学素子により分離され
   た光を受光する２つの光検出器とを有することを特徴と
   する請求項１記載の空間フィルタ方式移動量測定装置。
3. 【請求項３】 上記開口絞りの開口形状は、移動方向に
   のみ幅が狭く、それと直行する方向には幅が広い形をし
   ていることを特徴とする請求項２記載の空間フィルタ方
   式移動量測定装置。
4. 【請求項４】 上記光学素子は一定ピッチで交互に２方
   向へ反射分離するミラーアレイであり、上記２つの光検
   出器はミラーアレイにより反射分離された光をそれぞれ
   受光することを特徴とする請求項３記載の空間フィルタ
   方式移動量測定装置。
5. 【請求項５】 前記２つの光検出器は、上記開口絞りに
   よって遮光される部分に配置されていることを特徴とす
   る請求項４記載の空間フィルタ方式移動量測定装置。
6. 【請求項６】 前記２つの光検出器は、上記開口絞りを
   構成する部材に取付けたことを特徴とする請求項５記載
   の空間フィルタ方式移動量測定装置。
7. 【請求項７】 前記２つの光検出器は、上記開口絞りを
   挟んで互いに接近して配置されていることを特徴とする
   請求項６記載の空間フィルタ方式移動量測定装置。
8. 【請求項８】 前記ミラーアレイと２つの光検出器との
   間に、第２のレンズを設けたことを特徴とする請求項４
   記載の空間フィルタ方式移動量測定装置。
9. 【請求項９】 前記ミラーアレイ及び第２のレンズは、
   一方の面がレンズ機能を有し、他方の面が一定ピッチで
   交互に２方向へ反射分離するような形状に作られたもの
   であることを特徴とする請求項４記載の空間フィルタ方
   式移動量測定装置。
10. 【請求項１０】 上記光学系素子は、一定ピッチで交互
    に２方向へ分離するプリズムアレイであることを特徴と
    する請求項３記載の空間フィルタ方式移動量測定装置。
11. 【請求項１１】 上記受光素子付近の温度を検出する感
    温素子を備え、上記空間フィルタの出力信号及び感温素
    子の出力信号に基づいて上記測定対象物との相対移動量
    を測定することを特徴とする請求項３記載の空間フィル
    タ方式移動量測定装置。
12. 【請求項１２】 上記空間フィルタの出力信号に基づい
    て、さらに上記測定対象物の相対移動速度を測定するこ
    とを特徴とする請求項３記載の空間フィルタ方式移動量
    測定装置。
13. 【請求項１３】 上記空間フィルタの出力信号に基づい
    て、さらに上記測定対象物の表面状態を判別することを
    特徴とする請求項３記載の空間フィルタ方式移動量測定
    装置。
14. 【請求項１４】 請求項１乃至１３の空間フィルタ方式
    移動量測定装置を搭載し、測定対象物としての路面に光
    を照射するとともに路面からの反射光を受光することに
    より、走行距離を測定することを特徴とする車両の走行
    距離測定装置。
15. 【請求項１５】 請求項１乃至１３の空間フィルタ方式
    移動量測定装置を車両に搭載し、路面を測定対象物とし
    て該移動量測定装置により求めた該車両の走行距離と該
    車両の走行方位とに基づいて該車両の位置を算出する手
    段を備えたことを特徴とする車両用ナビゲーションシス
    テム。
16. 【請求項１６】 請求項１乃至１３の空間フィルタ方式
    移動量測定装置を車両に搭載し、さらに、グローバル・
    ポジショニング・システム（ＧＰＳ）により位置情報を
    検出する手段と、車両の走行方向を検出する手段とを備
    え、上記ＧＰＳにより検出した車両の位置情報、又は上
    記空間フィルタ方式移動量測定装置による車両の移動量
    と走行方向とにより求まる車両の位置情報を選択的に用
    いるようにしたことを特徴とする車両用ナビゲーション
    システム。