JPH11185043A

JPH11185043A - 動き検出装置

Info

Publication number: JPH11185043A
Application number: JP10105647A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Yamada; 啓一山田; Mineki Soga; 峰樹曽我
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1997-10-14
Filing date: 1998-03-31
Publication date: 1999-07-09

Abstract

(57)【要約】【課題】光検出器相互間に感度や特性の差異がある場
合でも、検出対象の像の動きの方向や速度を精度良く検
出できる動き検出装置を提供する。【解決手段】像の強度に応じた信号を出力する光検出
器10と、像と光検出器10の間に相対的な振動を生起させ
る振動手段と、光検出器10の出力信号の時間的な変化を
検出する時間エッジ検出回路21と、光検出器10の位置の
変位方向を示す信号ＣＬＫ２と時間エッジ検出回路21の
出力信号ＴＲＧに基づいて像の動きの方向を判定する動
き判定回路22とを有し、右移動を示すＭＯＶＥＲＩＧＨ
Ｔ信号、又は左移動を示すＭＯＶＥＬＥＦＴ信号を出力
する動き検出装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、像の動きの方向や
速度等を精度良く検出できる、半導体基板上への集積に
適した動き検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】テレビカメラで撮像した画像を用いて対
象物の動きの方向や速度を検出する方法として、所定時
間間隔をおいた画面間で画像の小領域の明るさや特徴点
の対応を見つけることにより、各小領域や特徴点の移動
の方向を検出したり、その移動距離に基づいて速度を検
出する方法が知られている。また、物体上の明るさが時
間的に変化しないと仮定したときの画像の明るさの時間
微分と空間微分の関係を拘束条件として、速度を求める
方法が知られている（例：「コンピュータビジョン・１
６７頁〜１８８頁（９．動画像の処理と理解）」，谷内
田正彦編，平成２年３月３１日発行，丸善（株））。

【０００３】また、「Ｃ．ミード著，白井，米津訳，ア
ナログＶＬＳＩと神経システム，（株）トッパン，１９
９３，ｐｐ．２６９−２９９」には、物体上の明るさが
時間的に変化しないと仮定したときの画像の明るさの時
間微分と空間微分の関係を拘束条件として速度を高速に
求める、半導体上に集積された動き検出チップが示され
ている。また、「Ｒ．Ｅｔｉｅｎｎｅ−Ｃｕｍｍｉｎｇ
ｓｅｔａｌ．，”ＡＦｏｃａｌＰｌａｎｅＶ
ｉｓｕａｌＭｏｔｉｏｎＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＳ
ｅｎｓｏｒ”，ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．ｏｎＣｉ
ｒｃｕｉｔｓａｎｄＳｙｓｔｅｍｓ−Ｉ，Ｖｏｌ．
４４，Ｎｏ．１，ｐｐ．５５−６６，１９９７」に
は、像の明るさの空間的な強度変化の時間変化の正負に
基づいて動きの方向や速度を検出する、半導体上に集積
された装置が示されている。

【０００４】また、「Ｊ．Ｋｒａｍｅｒ，Ｒａｈｕｌ
Ｓａｒｐｅｓｈｋａｒ，ＣｈｒｉｓｔｏｆＫｏｃ
ｈによる“Ｐｕｌｓｅ−ＢａｓｅｄＡｎａｌｏｇ
ＶＬＳＩＶｅｌｏｃｉｔｙＳｅｎｓｏｒｓ”，Ｉ
ＥＥＥＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳＯＮＣＩＲＣＵ
ＩＴＳＡＮＤＳＹＳＴＥＭＳ−２：ＡＮＡＬＯＧ
ＡＮＤＤＩＧＩＴＡＬＳＩＧＮＡＬＰＲＯＣＥ
ＳＳＩＮＧ，ＶＯＬ．４４．ＮＯ．２，ＦＥＢＲ
ＵＡＲＹ１９９７」には、２つの光検出器の出力の時
間微分信号に基づいて動きの方向や速度を高速に検出す
る、半導体基板上に集積された装置が示されている。Ｕ
ＳＰ５３７６８１３号公報には、信号強度の長期的な変
化に対応して感度を時間的に変化させることにより、信
号強度の長期的な変動に順応できる光検出回路が開示さ
れている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】テレビカメラで撮像し
た画像を用いて検出する方法は、多数の画素を参照して
計算するものであるので、処理時間が長くかかり高速な
検出は難しい問題がある。また、撮像のフレームレート
に比べて物体の動きが著しく速い場合、正しく動きを検
出することが難しい問題がある。また、一般に半導体上
に集積化するのには適さないので、装置の小型化が難し
い。

【０００６】ミードの動き検出チップでは、明るさの時
間微分と空間微分の関係を拘束条件とし速度を求めるの
で、物体の明るさが緩やかに変化している場合でないと
旨く求められないという問題がある。Ｊ．Ｋｒａｍｅｒ
ｅｔａｌ．の装置では、物体の動きによって生じる
像の明るさの時間的変化である光検出器の出力の時間微
分信号を用いて動きを検出するので、物体の動きの速さ
によって時間微分信号の大きさが変化するために広い速
度レンジで安定して動き方向や速度を検出することがで
きない問題がある。Ｅｔｉｅｎｎｅ−Ｃｕｍｍｉｎｇｓ
ｅｔａｌ．の装置では、像の明るさの空間的な強度
変化を検出し、さらにその時間変化の正負を検出する必
要があるため、回路規模が大きくなる問題がある。

【０００７】ミードの動き検出チップや、Ｅｔｉｅｎｎ
ｅ−Ｃｕｍｍｉｎｇｓｅｔａｌ．の装置では、複数
の光検出器の出力信号間の差を用いて演算するので、光
検出器相互間に感度や特性の違いが存在すると、精度良
く動きや速度を検出できない問題がある。Ｊ．Ｋｒａｍ
ｅｒｅｔａｌ．の装置では、複数の光検出器に対応
した時間微分信号の関係から動きを検出するので、各々
の時間微分回路の特性に違いが存在すると、精度良く動
きや速度を検出することが困難である問題がある。ま
た、ミードの動き検出チップ、Ｊ．Ｋｒａｍｅｒｅｔ
ａｌ．の装置、及びＥｔｉｅｎｎｅ−Ｃｕｍｍｉｎｇ
ｓｅｔａｌ．の装置では、複数の光検出器の出力信
号を使って動きの方向や速度を検出するので、基板上の
配線が複雑になる問題がある。

【０００８】また、昼間から夕暮れまでのような広い明
るさ範囲で動きが検出できるように明るさに順応する機
能を備えた光検出器（例：ＵＳＰ５，３７６，８１３）
を用いようとすると、光検出器相互間での順応の度合い
の違いにより、光検出器相互間に感度や特性の違いが発
生する。ミードの動き検出チップやＥｔｉｅｎｎｅ−Ｃ
ｕｍｍｉｎｇｓｅｔａｌ．の装置では、異なる位置
にある光検出器の出力の差を処理に用いるので、このと
き、空間微分が正しい結果でなくなり、動きを正しく検
出できなくなる。このため、この光検出回路と組み合わ
せて広い明るさ範囲で動きが検出できるようにすること
が困難である。

【０００９】本発明の目的は、テレビカメラによる撮像
画像を用いない、速い動きであっても検出できる、半導
体上に集積するのに適した、物体の明るさが緩やかに変
化していなくてもよい、広い速度レンジで安定して動き
方向や速度を高速に検出することができる、動き検出装
置を提供することである。また、光検出器や処理回路の
相互間に感度や特性の違いが存在しても精度よく検出で
きる動き検出装置を提供することである。また、明るさ
に順応する機能を備えた光検出回路と組み合わせて昼間
から夕暮れまでのような広い明るさ範囲で動きが検出で
きる動き検出装置を提供することである。また、単一の
光検出器の出力信号に基づいて検出できる、基板上の配
線が複雑でない、動き検出装置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、像に対する位
置が時間的に繰り返し変位する部位での像の強度の変化
の有無を検出し、前記部位と前記変化の有無との関係に
基づいて像の強度パターンの動き方向及び所定距離の通
過時間の少なくとも一方を求めることを特徴とする動き
検出装置である。

【００１１】まず、上述の構成に含まれる構成につい
て、例を挙げて述べる。

【００１２】（イ）例えば、「投影される像の強度に応
じた信号を出力する検出器と、投影される像と検出器と
の間に相対的な振動を生起させる振動手段と、検出器の
出力信号の時間的な変化を検出する時間変化検出手段
と、検出器の位置の変位方向と前記時間的変化検出手段
の出力信号とに基づいて像の動きの方向を判定する動き
判定手段とを有する動き検出装置」は、上述の構成に含
まれる。これは、振動手段を用い、検出器の位置の変位
方向と時間的変化検出手段の出力信号の関係に基づく検
出原理を採用する構成である。これにより、信号強度の
長期的変動に順応すること等により検出器に感度や特性
の違いが発生しても、動きや速度を精度よく検出するこ
とができる。この（イ）の構成は、例えば、「動き判定
手段が、検出器の一方への移動時に検出器の検出信号の
時間的変化が検出されず、且つ、それに続く他方への移
動時に検出器の検出信号の時間的変化が検出された時か
ら、検出器の他方への移動時に検出器の検出信号の時間
的変化が検出され、且つ、それに続く前記一方への移動
時に検出器の検出信号の時間的変化が検出されなかった
時までの所要時間と検出器の振動の振幅とに基づいて像
の移動速度を判定する、動き検出装置」というさらに下
位概念の一例の構成を含む。この（イ）の構成の詳しい
原理や、具体化した構成例については後に詳述する。

【００１３】（ロ）また、「複数の位置に設けられ投影
される像の強度に応じた信号を出力する検出器と、検出
器の出力信号を記憶する記憶手段と、記憶手段を用いて
時空間的に異なる検出器の出力信号の信号の変化を検出
する変化検出手段と、時空間的に異なる検出器の出力信
号の変化の有無が時間に対して検出器の空間的位置が一
方又は他方の何れかで検出されたかの関係から対象物の
動き方向及び速度を検出する判定手段とを有する動き検
出装置」も、本「課題解決手段」の項内の最初に於いて
述べた構成に含まれる。これは、振動手段を用いず、上
記（イ）の構成に於ける振動手段と時間的変化検出手段
を、等価な作用効果を奏する記憶手段や変化検出手段等
で代替したものである。この（ロ）の構成の詳しい原理
や、具体化した構成例については後に詳述する。

【００１４】（ハ）また、「投影される像の強度に応じ
た信号を出力する検出器と、投影される像と検出器との
間に相対的な振動を生起させる振動手段と、検出器の出
力信号の時間的な変化を検出する時間変化検出手段と、
検出器の位置の変位区間と前記時間的変化検出手段の出
力信号とに基づいて像の動きの方向を判定する動き判定
手段とを有する動き検出装置」も、本「課題解決手段」
の項内の最初に於いて述べた構成に含まれる。これは、
振動手段を用い、検出器の位置の変位区間と時間的変化
検出手段の出力信号の関係に基づく検出原理を採用する
構成である。これにより、信号強度の長期的変動に順応
すること等により検出器に感度や特性の違いが発生して
も、動き及び速度を精度よく検出することができる。こ
の（ハ）の構成の詳しい原理や、具体化した構成例につ
いては後に詳述する。

【００１５】

【発明の実施の形態】１．動き方向検出の原理．図１
（ａ）（ｂ）に即して、動き方向検出の原理を説明す
る。図１は、横方向が空間、縦方向が時間を示してい
る。図示のように、信号検出手段（例：図２の光検出器
10）が左右方向に一定の速さで振動している場合に於い
て、（ａ）のように対象物の空間エッジ（例：検出対象
のパターン（＝明領域）と非明領域の境界エッジ）が信
号検出手段の変位よりも十分に遅い速度で右方向へ移動
している場合を考える。

【００１６】この場合、初めて信号強度の変化（所定値
以上の変化）が検出されるのは、必ず、信号検出手段の
左方向への移動時である。また、信号強度の変化が検出
されるようになった後に信号強度の変化（所定値以上の
変化）が検出されなくなるのは、必ず、信号検出手段の
右方向への移動時である。

【００１７】対象物の空間エッジが上記と逆方向（左方
向）へ移動している場合は、左右の関係が上記と逆にな
る他は、上記と同様の議論が成り立つ。なお、対象物の
移動速度は上記と同様に信号検出手段の変位の速度より
十分に遅く、また、信号検出手段の振動は上記と同様で
あるとする。

【００１８】したがって、信号検出手段のａ方向（右方
向、又は、左方向）への移動時に信号強度の変化が検出
されず（＝全ての検出値が所定値未満であり）、且つ、
それに続く反ａ方向（左方向、又は、右方向）への移動
時に信号強度の変化が検出された（＝所定値以上の検出
値が得られた）場合には、対象物の空間エッジの移動方
向はａ方向であると判定することができる。

【００１９】また、信号検出手段のａ方向（右方向、又
は、左方向）への移動時に信号強度の変化が検出され
（＝所定値以上の検出値が得られ）、且つ、それに続く
反ａ方向（左方向、又は、右方向）への移動時に信号強
度の変化が検出されなかった（＝全ての検出値が所定値
未満であった）場合には、対象物の空間エッジの移動方
向は反ａ方向であると判定することができる。

【００２０】上記の議論は、対象物の空間エッジの移動
速度が信号検出手段の速度よりも十分に遅い場合の議論
であり、対象物の空間エッジの移動速度が信号検出手段
よりも十分に遅くない場合には上記の議論は成り立たな
い。

【００２１】即ち、（ｂ）に示すように、対象物の空間
エッジが信号検出手段よりも速い速度で右方向へ移動し
ている場合、初めて信号強度の変化（所定値以上の変
化）が検出されるときの信号検出手段の移動方向は不定
である。つまり、左方向と右方向の両者があり得る。ま
た、信号強度の変化（所定値以上の変化）は、１回だけ
検出される。

【００２２】したがって、前述の判定条件に適合する場
合であっても、信号検出手段のａ方向（右方向、又は、
左方向）への移動時に信号強度の変化が検出されず（＝
全ての検出値が所定値未満であり）、且つ、それに続く
反ａ方向（左方向、又は、右方向）への移動時に信号強
度の変化が検出され（＝所定値以上の検出値が得ら
れ）、且つ、さらにそれに続くａ方向（右方向、又は、
左方向）への移動時に信号強度の変化が検出されなかっ
た（＝全ての検出値が所定値未満であった）場合には、
対象物の移動速度が信号検出手段よりも速いために、動
き方向を正しく検出できていない可能性がある。

【００２３】２．動き速度検出の原理．図１（ｃ）に即
して、動き速度検出の原理を説明する。図示のように、
信号検出手段が左右方向に一定の速さで振動している場
合に於いて、対象物の空間エッジが信号検出手段よりも
十分に遅い速度で右方向へ移動する場合を考える。

【００２４】信号検出手段の左方向への移動時に、初め
て信号強度の変化（所定値以上の変化）が検出される。
その後、信号検出手段の右方向への移動時に、信号強度
の変化（所定値以上の変化）が検出されなくなる。初め
て信号強度の変化（所定値以上の変化）が検出された時
から、信号強度の変化（所定値以上の変化）が検出され
なくなるまでの時間Ｔは、対象物が信号検出手段の振動
の振幅の距離Ｌを横切るのに要した時間である。但し、
時間は振動の周期で量子化されている。

【００２５】対象物の空間エッジが上記と逆方向へ移動
する場合には、左右の関係が上記と逆になる他は、上記
と同様の議論が成り立つ。なお、対象物の移動速度は上
記と同様に信号検出手段より十分に遅く、また、信号検
出手段の振動は上記と同様であるとする。

【００２６】したがって、信号検出手段のａ方向（右方
向、又は、左方向）への移動時に信号強度の変化が検出
されず（＝全ての検出値が所定値未満であり）、且つ、
それに続く反ａ方向（左方向、又は、右方向）への移動
時に信号強度の変化が検出された（＝所定値以上の検出
値が得られた）時から計時を開始し、信号検出手段の反
ａ方向（左方向、又は、右方向）への移動時に信号強度
の変化が検出され（＝所定値以上の検出値が得られ）、
且つ、それに続くａ方向（右方向、又は、左方向）への
移動時に信号強度の変化が検出されなかった（＝全ての
検出値が所定値未満であった）時まで計時して、その間
の時間を検出することにより、振動の振幅Ｌを横切るの
に要した時間Ｔが得られる。また、この時間Ｔに基づい
て、対象物の移動速度Ｖを求めることができる。

【００２７】なお、信号検出手段のａ方向（右方向、又
は、左方向）への移動時に信号強度の変化が検出されず
（＝全ての検出値が所定値未満であり）、且つ、それに
続く反ａ方向（左方向、又は、右方向）への移動時に信
号強度の変化が検出された（＝所定値以上の検出値が得
られた）後に、信号検出手段のａ方向（右方向、又は、
左方向）への移動時に信号強度の変化が検出され（＝所
定値以上の検出値が得られ）、且つ、それに続く反ａ方
向（左方向、又は、右方向）への移動時に信号強度の変
化が検出されない（＝全ての検出値が所定値未満であ
る）という組合せの検出があった場合、そのような組合
せは原理的にあり得ないため、その場合には、誤検出で
あると判定することができる。

【００２８】３．実施例１．図２（ａ）は実施例１の装
置の構造を模式的に示す断面図、（ｂ）は外観を模式的
に示す斜視図である。図３は図２（ｂ）内の動き検出回
路20の構成例を示すブロック図、図４は図３内の動き判
定回路22の具体的構成例を示す論理回路図である。図９
は図１０〜図１４の各場合についての動き方向を纏めて
示す説明図である。図１０〜図１２は光検出器10の動き
と像（空間エッジ）の移動と時間エッジ検出回路21の出
力ＴＲＧとの関係を示す説明図である。図１５は光検出
器10を正弦波で振動させた場合の問題点を説明する図、
図１６は図２とは異なる振動手段の例を示す説明図であ
る。

【００２９】実施例１の装置では、光検出器10で検出さ
れた像の移動方向が右方向である場合には、動き検出回
路20からＭＯＶＥＲＩＧＨＴ信号が出力される。また、
像の移動方向が左方向である場合には、動き検出回路20
からＭＯＶＥＬＥＦＴ信号が出力される。

【００３０】図２に示すように、基板100 は、圧電素子
70を介して、ケース内のレンズ後方位置（結像位置）に
支持されている。圧電素子70は、基板100 を基板面内の
一次元方向（先述の左右方向）に振動させるための素子
であり、これにより、基板の受光面に照射される像に対
して基板100 を相対移動させることが可能となる。ま
た、その結果、検出対象の像の動き方向と動き速度を先
述の原理に従って検出することが可能となる。

【００３１】基板100 の上面は、レンズを介して対象パ
ターンの光像が結像される受光面とされており、該受光
面には、多数の光検出器10、各光検出器10に各々１個づ
つ接続された動き検出回路20、各動き検出回路20の出力
を読出回路40へ入力させる配線30、及び読出回路40が集
積して設けられている。

【００３２】光検出器10は、受光面上に縦方向と横方向
に多数個配列されており、各光検出器10には動き検出回
路20が接続されている。光検出器10は、照射された光の
強度に応じた電圧信号を出力し、且つ、光強度の長期的
な変動に感度が順応するように構成された光電変換器で
ある。

【００３３】動き検出回路20は、光検出器10の検出信号
の時間的変化と、光検出器10の変位の方向とを検出し、
これらに基づいて、受光面に照射される像の動き方向を
先述の原理に従って検出して、その結果を出力する回路
である。

【００３４】このため、動き検出回路20は、光検出器10
の検出信号の時間的変化を検出する時間エッジ検出回路
21を備えている。時間エッジ検出回路21は、正極性の時
間的変化を検出するための時間微分回路211 と、負極性
の時間的変化を検出するための時間微分回路212 と、各
時間微分回路の出力を所定の閾値で２値化して時間変化
の有無として出力する２値化回路213,214 と、２つの２
値化回路213,214 出力の論理和を時間的変化の有無を示
す信号ＴＲＧとして出力するＯＲゲート215 とから構成
される。

【００３５】また、動き検出回路20は、光検出器10の検
出信号の時間的変化の有無を示す上述の信号ＴＲＧと、
基板100 の動き方向、換言すれば光検出器10の振動方向
を示す信号ＣＬＫ２（又はその逆極性の信号）とに基づ
いて、像の動き方向を判定する動き判定回路22（又は動
き判定回路22A ）を備えている。なお、信号ＣＬＫは基
本クロック信号を表し、信号ＣＬＫ２との関係は図３中
に示されている。

【００３６】動き判定回路22は、光検出器10の右方向へ
の移動時（ＣＬＫ２＝１）に該光検出器10の検出信号の
時間的変化が検出されず（ＴＲＧ＝０）、且つ、それに
続く光検出器10の左方向への移動時（ＣＬＫ２＝０）に
該光検出器10の検出信号の時間的変化（ＴＲＧ＝１）が
検出された場合は、像の移動方向は右方向であると判定
して（図１０（ａ）（ｃ））、その旨を示す信号ＭＯＶ
ＥＲＩＧＨＴを出力する。

【００３７】また、動き判定回路22は、光検出器10の左
方向への移動時（ＣＬＫ２＝０）に該光検出器10の検出
信号の時間的変化が検出されず（ＴＲＧ＝０）、且つ、
それに続く光検出器10の右方向への移動時（ＣＬＫ２＝
１）に該光検出器10の検出信号の時間的変化（ＴＲＧ＝
１）が検出された場合は、像の移動方向は左方向である
と判定して（図１０（ｂ）（ｄ））、その旨を示す信号
ＭＯＶＥＬＥＦＴを出力する。

【００３８】また、動き判定回路22は、光検出器10の右
方向への移動時（ＣＬＫ２＝１）に該光検出器10の検出
信号の時間的変化（ＴＲＧ＝１）が検出され、且つ、そ
れに続く光検出器10の左方向への移動時（ＣＬＫ２＝
０）に該光検出器10の検出信号の時間的変化が検出され
なかった（ＴＲＧ＝０）場合は、像の移動方向は左方向
であると判定して（図１１（ｅ）（ｇ））、その旨を示
す信号ＭＯＶＥＬＥＦＴを出力する。

【００３９】また、動き判定回路22は、光検出器10の左
方向への移動時（ＣＬＫ２＝０）に該光検出器10の検出
信号の時間的変化（ＴＲＧ＝１）が検出され、且つ、そ
れに続く光検出器10の右方向への移動時（ＣＬＫ２＝
１）に該光検出器10の検出信号の時間的変化が検出され
なかった（ＴＲＧ＝０）場合は、像の移動方向は右方向
であると判定して（図１１（ｆ）（ｈ））、その旨を示
す信号ＭＯＶＥＲＩＧＨＴを出力する。

【００４０】時間エッジ検出回路21の出力ＴＲＧと光検
出器10の移動方向を示すＣＬＫ２とに基づいて上述の機
能を実現する動き判定回路22は、図４のような論理回路
を用いて構成してもよく、コンピュータの演算によって
実現してもよい。なお、図５内に示す動き判定回路22A
については、後述の実施例２の項で述べる。

【００４１】図１（ｂ）や図１０〜図１１から明らかな
ように、検出対象の像の移動速度が光検出器10の振動に
よる変位よりも速い場合には、像の動き方向を正しく検
出できない場合がある。このため、光検出器10を、像の
移動速度よりも十分に高速に振動させることが必要であ
る。

【００４２】また、光検出器10を正弦波で振動させる場
合、図１５に示すように、極大点と極小点付近では光検
出器10の変位の速さが小さくなり、検出対象の像の移動
速度よりも遅くなるため、例えば、図内Ａの軌跡では、
像の動き方向を正しく検出できない。しかし、振動が十
分に高速であれば、動き方向を正しく検出できない時間
が全体の時間の中で占める割合が十分に小さくなるた
め、実用上の問題は少ないと考えられる。

【００４３】なお、図内Ａに示す場合には、光検出器10
の一方（図では右方）への変位の間に信号強度の変化が
２回検出されるため、一方への変位の間にＴＲＧが２回
検出された場合には、該２回のＴＲＧが検出されなかっ
たと見做すように動き判定回路22を構成することによ
り、上述の問題を回避してもよい。

【００４４】このように、実施例１の装置では、各位置
について各々単一の光検出器10の検出信号に基づいて像
の動き方向を検出するため、個々の光検出器の間の感度
や特性に差異がある場合でも、その影響を受けることが
少ない。また、個々の光検出器の間の感度や特性の差異
の影響を受け難いため、明るさの変動に感度が順応する
特性を有する光検出回路（例：ＵＳＰ５３７６８１３号
に記載されている回路）を用いることができる。また、
これにより、対象物の明るさの変動が大きい場合（例：
昼間から夕暮れまでの明るさの変動）でも、その変動に
順応して、検出対象の像の動きを信頼性良く検出するこ
とができる。また、単一の光検出器の出力信号に基づい
て動き方向を検出するので、複数の光検出器の出力信号
の関係から動き方向を検出する方法に比べ、回路の配線
が簡略になり、集積度が高められる。また、対象物自体
の動きによる検出器出力の変化（時間微分）信号を用い
ないので、広い速度レンジでも動きを安定して検出でき
る。

【００４５】換言すれば、実施例１の装置は、「投影さ
れる像の強度に応じた信号を出力する光検出器10と、投
影される像と前記光検出器10との間に相対的な振動を生
起させる振動手段70と、前記光検出器の出力信号の時間
的な変化を検出する時間エッジ検出回路21と、前記光検
出器の位置の変位方向を示す信号ＣＬＫ２（又はその逆
極性の信号）と前記時間エッジ検出回路の出力信号ＴＲ
Ｇとに基づいて像の動きの方向を判定する動き判定回路
22とを備え、該動き判定回路22は、光検出器10の一方へ
の移動時に該光検出器10の検出信号の時間的変化が検出
されず、それに続く光検出器10の他方（上記「一方」の
反対方向）への移動時に該光検出器10の検出信号の時間
的変化が検出された場合、像の移動方向は上記「一方」
であると判定する、動き検出装置」、として記述するこ
とができる。

【００４６】また、実施例１の装置は、「投影される像
の強度に応じた信号を出力する光検出器10と、投影され
る像と前記光検出器10との間に相対的な振動を生起させ
る振動手段70と、前記光検出器の出力信号の時間的な変
化を検出する時間エッジ検出回路21と、前記光検出器の
位置の変位方向を示す信号ＣＬＫ２（又はその逆極性の
信号）と前記時間エッジ検出回路の出力信号ＴＲＧとに
基づいて像の動きの方向を判定する動き判定回路22とを
備え、該動き判定回路22は、光検出器10の一方への移動
時に該光検出器10の検出信号の時間的変化が検出され、
それに続く光検出器10の他方（上記「一方」の反対方
向）への移動時に該光検出器10の検出信号の時間的変化
が検出されなかった場合、像の移動方向は上記「他方」
であると判定する、動き検出装置」、として記述するこ
とができる。

【００４７】また、上述の例では、光検出器10を振動さ
せる手段として、基板100 の背面に設けた圧電素子70を
用いているが、これに代えて、例えば、電磁気的な力を
利用したアクチュエータを使用してもよい。また、光検
出器は固定しておいて、図１６（ａ）（ｂ）（ｃ）に示
す構成を用いて像の位置を振動させてもよい。

【００４８】例えば、図１６（ａ）には、レンズの焦点
距離が十分に大きい場合に、該レンズと結像面の間に配
置した透光ガラス板71を、図の紙面に垂直で光軸と交わ
る線を軸として微小揺動させることにより、固定状態の
基板面に照射される光を基板面上の光検出器10に対して
基板面内方向に相対変位（振動）させる構成が示されて
いる。

【００４９】また、図１６（ｂ）には、レンズの後方に
設けた反射鏡72により光の進行方向を９０°曲げて固定
状態の基板面に合焦させるとともに、該反射鏡72を鏡面
に直交する方向へ微小振動させることにより、基板面に
結像される像を光検出器10に対して基板面内方向に相対
変位（振動）させる構成が示されている。

【００５０】振動手段の他の実現方法を図１６（ｃ）に
示す。同図は、光検出器が設けられている基板の断面図
を示し、上方から光が入射してくるものとする。図示の
ように、光検出器の受光領域の前面に設置された、開口
を設けた遮光手段と、この遮光手段の位置を変位させる
手段とを用い、遮光手段の位置を例えば図１６（ｃ）上
段の状態から同図下段の状態に変位させることで、光検
出器へ入射する光の開口の位置を遮光手段の位置の変位
分だけ移動させることができる。このようにして、遮光
手段の位置を変位または振動させることで、投影される
像と光検出器との間に相対的な変位または振動を生起さ
せることができる。

【００５１】図１６の何れの場合も、図２（ａ）に示し
た圧電素子を用いる構成と同様の効果を奏する。なお、
図示の構成以外にも、例えば、レンズを含むケース全体
を振動させることによって同様の効果を奏する構成も可
能である。また、実施例１では、多数の光検出器がアレ
ー状に多数個配列された例を示したが、配列は必ずしも
アレー状である必要はないし、さらに、光検出器の個数
は１個であっても本発明が実施できることは明らかであ
る。

【００５２】４．実施例２．図５は図２（ｂ）内の動き
検出回路20の図３とは異なる構成例を示すブロック図、
図６は図５内の動き判定回路22A の具体的構成例を示す
回路図、図７と図８は動き判定回路22A の動作を示すタ
イミングチャートである。図１３〜図１４は光検出器10
の動きと像（空間エッジ）の移動と時間エッジ検出回路
21の出力ＴＲＧとの関係を示す説明図である。図１７は
実施例２の装置の回路構成を示すブロック図である。な
お、実施例２の装置の外観や、光検出器10に振動を生起
させる構造は実施例１と同様である。

【００５３】実施例２の装置では、光検出器10の右方向
への移動時（ＣＬＫ２＝１）に該光検出器10の検出信号
の時間的変化が検出されず（ＴＲＧ＝０）、且つ、それ
に続く左方向への移動時（ＣＬＫ２＝０）に該光検出器
10の検出信号の時間的変化が検出された（ＴＲＧ＝１が
存在した）時、換言すれば、図１３（ｍ）の「あ」に示
す時、その旨の信号ＭＯＶＥＲＩＧＨＴ１が、動き検出
回路20から右方向速度検出回路60R へ出力される。

【００５４】また、光検出器10の左方向への移動時（Ｃ
ＬＫ２＝０）に該光検出器10の検出信号の時間的変化が
検出され（ＴＲＧ＝１が存在した）、且つ、それに続く
右方向への移動時（ＣＬＫ２＝１）に該光検出器10の検
出信号の時間的変化が検出されなかった（ＴＲＧ＝０）
時、換言すれば、図１３（ｍ）の「い」に示す時、その
旨の信号ＭＯＶＥＲＩＧＨＴ２が、動き検出回路20から
右方向速度検出回路60R へ出力される。

【００５５】右方向速度検出回路60R では、ＭＯＶＥＲ
ＩＧＨＴ１の検出時刻からＭＯＶＥＲＩＧＨＴ２の検出
時刻までの時間Ｔｒと、光検出器10の振動の振幅Ｌとに
基づいて、先述の原理に従って、右方向の移動速度Ｖri
ght が、「Ｖright ＝Ｌ／Ｔｒ」として求められて、そ
の結果が出力される。

【００５６】また、実施例２の装置では、光検出器10の
左方向への移動時（ＣＬＫ２＝０）に該光検出器10の検
出信号の時間的変化が検出されず（ＴＲＧ＝０）、且
つ、それに続く右方向への移動時（ＣＬＫ２＝１）に該
光検出器10の検出信号の時間的変化が検出された（ＴＲ
Ｇ＝１が存在した）時、換言すれば、図１４（ｐ）の
「お」に示す時、その旨の信号ＭＯＶＥＬＥＦＴ１が、
動き検出回路20から左方向速度検出回路60L へ出力され
る。

【００５７】また、光検出器10の右方向への移動時（Ｃ
ＬＫ２＝１）に該光検出器10の検出信号の時間的変化が
検出され（ＴＲＧ＝１が存在した）、且つ、それに続く
左方向への移動時（ＣＬＫ２＝０）に該光検出器10の検
出信号の時間的変化が検出されなかった（ＴＲＧ＝０）
時、換言すれば、図１４（ｐ）の「か」に示す時、その
旨の信号ＭＯＶＥＬＥＦＴ２が、動き検出回路20から左
方向速度検出回路60Lへ出力される。

【００５８】左方向速度検出回路60L では、ＭＯＶＥＬ
ＥＦＴ１の検出時刻からＭＯＶＥＬＥＦＴ２の検出時刻
までの時間Ｔｌと、光検出器10の振動の振幅Ｌとに基づ
いて、先述の原理に従って、左方向の移動速度Ｖleft
が、「Ｖleft＝Ｌ／Ｔｌ」として求められて、その結果
が出力される。

【００５９】なお、上記の測定時間ＴｒとＴｌは、何れ
も、振動の周期で量子化されているため、振動の周波数
が高いほど速度検出の精度が向上することになる。

【００６０】また、上記ＭＯＶＥＲＩＧＨＴ１とＭＯＶ
ＥＲＩＧＨＴ２は、ＴＲＧとＣＬＫ２（及びＣＬＫ２の
逆極性の信号）を入力する動き判定回路22A （図６）に
よって、図７に示すタイミングで生成される。また、上
記ＭＯＶＥＬＥＦＴ１とＭＯＶＥＬＥＦＴ２は、同じ動
き判定回路22A によって、図８に示すタイミングで生成
される。換言すれば、上述の論理に従って生成される。

【００６１】このように、実施例２の装置では、各位置
について各々単一の光検出器10の検出信号に基づいて像
の動き方向と移動速度を検出するため、個々の光検出器
の間の感度や特性に差異がある場合でも、その影響を受
けることが少ない。また、個々の光検出器の間の感度や
特性の差異の影響を受け難いため、明るさの変動に感度
が順応する特性を有する光検出回路（例：ＵＳＰ５３７
６８１３号に記載されている回路）を用いることができ
る。また、これにより、対象物の明るさの変動が大きい
場合（例：昼間から夕暮れまでの明るさの変動）でも、
その変動に順応して、検出対象の像の動きと移動速度を
信頼性良く検出することができる。また、単一の光検出
器の出力信号に基づいて動きの方向と速度を検出するの
で、複数の光検出器の出力信号の関係から速度を検出す
る方法に比べ、回路の配線が簡略になり、集積度が高め
られる。

【００６２】換言すれば、実施例２の装置は、「投影さ
れる像の強度に応じた信号を出力する光検出器10と、投
影される像と前記光検出器10との間に相対的な振動を生
起させる振動手段70と、前記光検出器の出力信号の時間
的な変化を検出する時間エッジ検出回路21と、前記光検
出器の位置の変位方向を示す信号ＣＬＫ２（又はその逆
極性の信号）と前記時間エッジ検出回路の出力信号ＴＲ
Ｇとに基づいて像の動きの方向と速度を判定する動き判
定手段22,60R,60Lとを備え、該動き判定手段22,60R,60L
は、光検出器10の一方への移動時に該光検出器10の検出
信号の時間的変化が検出されず、且つ、それに続く他方
（前記「一方」の反対方向）への移動時に該光検出器10
の検出信号の時間的変化が検出された時から、光検出器
10の前記他方への移動時に該光検出器10の検出信号の時
間的変化が検出され、且つ、それに続く前記一方への移
動時に該光検出器10の検出信号の時間的変化が検出され
なかった時までの所要時間と光検出器10の振動の振幅と
に基づいて像の移動速度を判定する、動き検出装置」、
として記述することができる。

【００６３】さらに、実施例２の装置は、「上記の構成
に於いて、動き判定手段22,60R,60Lは、光検出器10の振
動の振幅を上記所要時間で割り算することにより像の移
動速度を求め、像の移動方向を前記一方であると判定す
る、動き検出装置」、として記述することができる。

【００６４】５．実施例３．図１８は実施例３の装置の
回路構成を示すブロック図である。なお、実施例３の装
置の外観や、光検出器10に振動を生起させる構造は実施
例１，２と同様である。また、実施例３の装置の動き判
定回路の構成は、実施例２と同様である。

【００６５】実施例３の装置では、各光検出器10に対応
する各動き検出回路20から、ＭＯＶＥＲＩＧＨＴ１、Ｍ
ＯＶＥＲＩＧＨＴ２、ＭＯＶＥＬＥＦＴ１、ＭＯＶＥＬ
ＥＦＴ２、の各信号が、実施例２の装置の場合と同様の
条件が満たされた時に、各々出力される。

【００６６】実施例３の装置では、第１の光検出器10-1
に対応する第１の動き検出回路20-1で或る方向（右方
向、又は、左方向）の動きが検出され、次に、第１の光
検出器10-1から動きの検出方向（右方向、又は、左方
向）に所定距離Ｌ1-2 だけ離れた位置の第２の光検出器
10-2に対応する第２の動き検出回路20-2で同じ動きが検
出されたとき、第１の動き検出回路20-1での検出時刻か
ら第２の動き検出回路20-2での検出時刻までの所要時間
Ｔ1-2 と、上記所定距離Ｌ1-2 とに基づいて、像の移動
速度Ｖが、「Ｖ＝Ｌ1-2 ／Ｔ1-2 」として、速度検出回
路60L1/60L2/60R1/60R2 で求められる。

【００６７】６．２次元の振動の場合（実施例４）．前
述の実施例１では、光検出器10が設けられている基板10
0 を左右方向（一次元方向）に振動させる例が述べられ
ているが、相異なる２方向の振動と、それに対応した像
の各方向成分の動きを検出することにより、像の各方向
の動きを検出することも可能である。また、相異なる２
方向の振動と、それに対応した像の各方向成分の動きと
移動速度を検出することにより、像の各方向の動きと移
動速度を検出することも可能である。

【００６８】図１９に示す例では、光検出器を（ｂ）の
ようにｘ方向とｙ方向に時間的に変位させることによ
り、（ａ）に示す軌跡で光検出器を変位させている。こ
の場合の検出原理を図２１に示す。図２０（ａ）は図１
（ａ）に対応する。また、図２０（ｃ）は図１（ｃ）に
対応する。両者の比較からわかるように、二次元方向に
於ける像の動き方向と移動速度の検出原理は、基本的に
は、一次元方向の場合の検出原理と同様である。なお、
図２０中、実線で示す部分が光検出器の右方向への変位
に対応し、破線で示す部分が左方向への変位に対応す
る。

【００６９】また、図２０（ｂ）に示すように、像の移
動速度が速くなると、光検出器が変位しない期間に於い
て像の軌跡が初めて交叉するか、又は、最後に交叉する
ようになる。このような場合、本発明の検出原理は正し
く機能しなくなる。二次元方向の振動の場合、像の軌跡
がこのようにならない速度が、検出可能な限界の速度と
なる。

【００７０】なお、二次元の速度検出では、周知の窓枠
問題（例：「アナログＶＬＳＩと神経システム・２７０
頁〜２７５頁（二次元アナログ動き検出器）」，１９９
３年２月２８日初版発行，Ｃ．Ｍｅａｄ著，白井支朗・
米津宏雄訳，（株）トッパン発行）が存在するため、図
示の方法により直接求め得る速度は、図１９（ｃ）に示
す速度空間に於けるＶx とＶy である。

【００７１】７．機械的振動を生起しない場合．機械的
振動を生起しないで像の動き方向や速度を検出する場合
の原理を図２１に示す。検出の根本原理は先述の「１．
動き方向検出の原理」の項で述べたものと同様である。
違いは、先述の原理では、像と検出器の間に相対的な振
動を生じさせるための振動手段を用いていたのに対し、
図２１の場合は、１組の検出器と記憶手段を用いること
により、振動手段を用いることなく同様な原理での動き
検出を可能にした点である。即ち、異なる２つの位置に
設定された検出器1 及び検出器2 と、異なる時刻の出力
信号を記憶する記憶手段とを用いて、図２１に示すよう
に、異なる時空間的位置（図中の＋印）での検出器の出
力信号を捉え、異なる時空間的位置での検出器の出力信
号の変化を検出することにより、先述の原理の適用を可
能にしている。図２１の原理を用いた場合は、振動手段
が不要になるため、装置の構成を簡単にできる効果があ
る。なお、図２１の構成では、複数の検出器の出力を用
いて動きを検出するため検出器の特性のバラツキは問題
になるが、それ以降の処理回路は共通であるので、検出
器の特性を揃えることで、精度の良い検出装置を実現で
きる。また、順応の機能を持たせることも、組となる検
出器に共通の制御をすることによって可能である。

【００７２】８．実施例５．実施例５は、一次元の動き
および速度の検出装置である。実施例５の装置の構造
は、図２（ａ）で圧電素子70が無い構造である。図２２
は基板上に構成された実施例５の回路の１ユニット分の
構成を示すブロック図である。図２２に示すように、実
施例５の装置は、光電変換機（検出器）、サンプルホー
ルド回路（記憶手段）、変化検出回路、および動き判定
回路から構成される。

【００７３】光電変換器1 および2 は、像のそれぞれの
位置の光強度に対応した信号を出力する。対応するサン
プルホールド回路は、それぞれの制御信号（ＳＨ１，Ｓ
Ｈ２）がハイレベルの場合には入力信号（光電変換器の
出力信号）をそのまま入力し、制御信号がハイレベルか
らローレベルに変化するときに入力信号を記憶し、制御
信号がローレベルの間は記憶された信号を出力する。変
化検出回路は、ＣＬＫの立ち上がりの時点で入力の２信
号を比較し、その差の絶対値が所定値以上であればパル
ス状の信号ＴＲＧを出力する。動き判定回路は、先述の
実施例１や実施例２に示したものと同様であるが、実施
例１や２の動き判定回路のＣＬＫ２に対応する信号は、
本実施例５の場合にはＣＬＫ２がＣＬＫ３（ＣＬＫ２が
１／４周期遅延した信号）になっている点が異なる。こ
の理由は、図２３からも分かるように、ＴＲＧパルスが
出る時期が、実施例１や２では振動による光検出器の変
移の間であったのに対して、本実施例５では仮想的な振
動の頂点に達した直後であるためである。基本クロック
信号ＣＬＫに対する各信号の時間関係を図２３に示す。
なお、動き判定回路の出力は実施例１や２と同様のもの
であるため、速度の検出は、実施例２と同様の速度検出
回路で実現できることは明らかである。

【００７４】信号強度の長期的変動に順応させるために
は、組になっている光電変換器の感度が同一に順応する
必要がある。このための感度の制御方法としては、図２
４に示すように、それぞれの光変換器の出力を用いて、
例えば信号強度の平均等によって感度を制御する方法
（ａ）、どれか１つの光変換器の出力を用いて感度を制
御する方法（ｂ）が考えられる。前者は、それぞれの光
変換器の信号に対応して感度を制御できるメリットがあ
る。また、後者は、構成が簡単になるメリットがある。
また、（ｃ）や（ｄ）のように、感度制御のための光電
変換器を、動き検出のための処理に用いる光電変換器と
は別に設ける方法もある。

【００７５】一次元の働き方向及び速度を検出する実施
例５の別の構成例について、図４０〜図４３を参照して
説明する。図４０は装置のブロック図、図４１左欄は変
化検出回路の入出力特性、図４１右欄は基本クロック信
号ＣＬＫと各信号との関係を示す。なお、ＣＬＫ及びＣ
ＬＫ２は、図２１に示したＣＬＫおよびＣＬＫ２とは位
相が異なったものである。

【００７６】光検出器は、光強度に応じた電圧の信号を
出力する。スイッチはゲート信号Ｇ１，Ｇ２がハイレベ
ルの時に導通するものである。このスイッチとコンデン
サとにより、ゲート信号がハイレベルからローレベルに
変化した時刻の光検出器の出力信号がコンデンサの電圧
として記憶される。変化検出回路では、時空間上の２点
の信号強度が比較され、その差の絶対値が閾値Ｖｔ以上
であるとき、出力信号ＴＲＧがハイレベルになる。

【００７７】動き判定回路はＣＬＫに同期した順序回路
であり、図４２はその状態遷移図である。動き判定回路
は、信号Ｐ，Ｌ，Ｒを出力する。信号Ｐは時空間上の２
点間で信号強度の変化があったことを示す信号である。
信号Ｌ，Ｒは、それぞれ左向き，右向きの動きが検出さ
れたことを示す信号である。速度計算回路は、信号Ｐが
ハイレベルであるクロック数をカウントし、ＬまたはＲ
がハイレベルになった時のカウント数から速度を計算
し、その速度を出力信号ＶＰ−ＶＮ間の電圧の絶対値
で、動きの方向（Ｌ又はＲ）をその電圧の極性で出力す
る。同時に信号Ｐをカウントするカウンタをリセットす
る。

【００７８】動き判定回路の別の例（状態遷移図）を図
４３に示す。図４２の例では信号ＴＲＧが１クロック間
だけハイレベル又はローレベルになった場合でも判定結
果に影響するため、対象物のエッジがあまり明瞭でない
場合等に誤判定し易い。そこで、何クロックか連続して
ＴＲＧ信号が同一である場合を有効なデータとして用い
るようにすることにより、上記の誤判定を軽減できる。
図４３に示す状態遷移図は、３クロック連続（但し、状
態数を２の冪乗である８とするために一部は２クロック
以上）してＴＲＧ信号が同一である場合を、有効なデー
タとして用いるようにした一例である。

【００７９】９．実施例６．図２５（ａ）は、動き方向
および速度の空間的分布を検出するときの実施例であ
る。空間的分布を検出する場合には、図２５（ｂ）に示
すように実施例５の回路をそのまま多数配置しても良い
が、図２５（ａ）に示す実施例６のように、互いに隣り
合う光電変換器を組として配置した場合には、空間的解
像度が高められる効果がある。なお、図２５（ａ）で
は、ＳＨ１、ＳＨ２の信号の意味が１組おきに逆転する
ので、変化検出回路（図２５では不図示）のＣＬＫ３の
信号は、それに対応して極性を逆転させる必要がある。

【００８０】１０．実施例７．図２６は、２次元の動き
検出装置の実施例を示す。図２６（ａ）は、図２２に示
した１次元の検出器を、縦方向（Ｙ）と横方向（Ｘ）に
組み合わせたものである。図２６（ｂ）の構成は、
（ａ）の４つの光変換器のうちの２つを共通のものにし
たもので、（ａ）に比べて構成が簡単になる効果があ
る。なお、実施例６と同様の考えに基づけば、図２６
（ｂ）の構成を、図２７に示すように２次元の動きの空
間的分布を検出する装置に拡張することも可能である。
なお、２次元の速度検出では、先述のように窓枠問題が
存在するため、本方法によって直接求められる速度は、
図１９（ｃ）に示した速度空間におけるＶｘとＶｙであ
る。

【００８１】１１．実施例８．図２８は、実施例５（図
２４（ａ））に示した構成の変形であり、１組の光電変
換器に対してサンプルホールド回路とそれ以降の回路
（図２８では不図示）を複数組（図では３組）設けたも
のである。この構成に於いて、各組の基本クロック信号
ＣＬＫを相異なる周波数に設定することにより、複数の
周波数で対象物の空間エッジの動きを検出することがで
きる。このため、単一の周波数で対象物の空間エッジの
動きを検出する実施例５の構成に比べ、検出できる速度
のレンジを広げることができる効果がある。また、変化
検出回路の閾値を相異なる値に設定して、閾値の大きい
変化検出回路の組からの動き検出結果を優先すること
で、対象物の空間エッジの強度がばらついている場合、
単一の閾値で空間エッジの動きを検出する実施例５の構
成に比べて信頼度良く動き検出できる効果がある。

【００８２】１２．凸形状の軌跡で変位する場合の原
理．次に、段落番号００１１〜００２７に示した原理と
は別の原理による実施例を示す。この検出原理を、図２
９を用いて説明する。図２９に示すように光検出器が菱
形ＡＢＣＤの辺ａ，ｂ，ｃ，ｄ上を繰り返し変位してい
る場合に於いて、対象物の空間エッジ（対象物の空間エ
ッジは局所的には直線で近似されるとする）が光検出器
の変位の周期よりも十分遅い速度でｈ〜ｉ〜ｊ〜ｋのよ
うに時間的に移動している場合を考える。このとき、そ
れぞれの区間ａ，ｂ，ｃ，ｄで、光検出器の出力に所定
値以上の変化があるか否かを検出する。即ち、時間エッ
ジを検出する。そして、時間エッジが検出された区間の
組み合わせに基づいて動きの方向を検出し、さらに、そ
の間の時間的長さから速度を検出する。なお、２次元の
速度検出では、先述のように窓枠問題が存在するため、
本方法によって直接求められる速度は図１９（ｃ）に示
した速度空間におけるＶｘとＶｙである。

【００８３】対象の空間エッジが図２９に示すように移
動する場合には、最初（空間エッジがｈからｉに移動す
る間）にａとｄの区間で時間エッジが検出され、続いて
（空間エッジがｉからｊに移動する間）にａとｃの区間
で時間エッジが検出され、最後（空間エッジがｊからｋ
に移動する間）にｃとｂの区間で時間エッジが検出され
る。最初にａとｄの区間で時間エッジが検出されたこと
から、ｘ方向の速度Ｖｘが正であることが判定できる。
続いてａとｃの区間で時間エッジが検出されたことから
ｙ方向の速度Ｖｙが正であることが判定できる。そし
て、最初にａとｄの区間で時間エッジが検出されてから
最後にｃとｂの区間で時間エッジが検出されなくなるま
での時間ｔｘからｘ方向の速度Ｖｘが求められ、ａとｃ
の区間で時間エッジが検出されている間の時間ｔｙから
ｙ方向の速度Ｖｙが求められる。即ち、空間エッジは、
時間ｔｘの間に見かけ上、距離Ｄｘだけｘ方向に移動し
たことになるので、速度Ｖｘは、Ｄｘ／ｔｘである。同
様に、速度Ｖｙは、Ｄｙ／ｔｙである。

【００８４】図３０と図３１は、空間エッジが図２９の
場合とは異なる方向へ動く場合も含め、速度ＶｘとＶｙ
の符号（即ち、動きの方向）、及び速度に対応する時間
ｔｘとｔｙの検出方法を、状態遷移図にまとめたもので
ある。また、図３２と図３３は図３０と図３１の状態遷
移図内の各遷移に対応するように記述された説明図であ
る。ここで、図３１は図３０の下方に連続する図面であ
り、両者の連続部分を破断線で示すとともに一部を重複
して示している。また、図３２は図３０の右方に配置さ
れる図面であり、図３３は図３１の右方に配置される図
面である。各々連続部分を破断線で示すとともに一部を
重複して示している。なお、図２９では光検出器が菱形
の軌跡上を変位する例が示されているが、軌跡は菱形で
なくてもよく、各点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを通過する凸形状の
軌跡であれば同様の原理が成り立つ。例えば後述の実施
例１０で示すように円形の軌跡で変位させても良い、こ
の場合、円の直径がＤｘおよびＤｙになる。

【００８５】１３．実施例９．実施例９は、２次元方向
の速度の空間的分布を検出するための速度検出装置であ
る。図３４に示すように、像が結像されているセンサ面
上にアレー状に配置されて各々の位置の像の強度に応じ
た信号を出力する複数の光検出器と、各光検出器に接続
された動き検出回路と、像に対する各光検出器の相対的
位置関係を２次元的に菱形状の軌跡で周期的に変位させ
る振動手段とから構成される。振動手段は、光検出器
（正確には光検出器等が集積されている基板）を、図３
６〜図３７に示すように菱形の軌跡を描くように振動さ
せる。この振動手段としては、例えば、圧電アクチュエ
ータ等をもちいることができる。

【００８６】各光検出器に接続されている各動き検出回
路は、図３５に示すように、対応する光検出器で検出さ
れた信号強度の時間変化の絶対値が所定値以上であると
きに信号ＴＲＧを出力する時間エッジ検出回路と、振動
手段による位置の変位区間（前述の区間ａ，ｂ，ｃ，
ｄ）と信号ＴＲＧとの関係から何れの区間で時間エッジ
が検出されたかを判定する区間判定回路と、区間判定回
路からの出力を用いて対象物の空間エッジのｘ方向およ
びｙ方向の動きの有無及びその速度に対応する時間ｔ
ｘ、ｔｙを検出する時間算出回路と、から構成される。

【００８７】時間エッジ検出回路は、図３５に示すよう
に、正極性の時間変化を検出するための時間微分回路
と、負極性の時間変化を検出するための時間微分回路
と、各々の時間微分回路出力の値を閾値で２値化して時
間変化の有無を検出するための２値化回路と、正極性の
時間変化と負極性の時間変化の論理和を得るためのＯＲ
ゲートとから構成される。

【００８８】変化位置検出回路は、時間エッジ検出回路
で検出された時間エッジ信号ＴＲＧと、振動手段の同期
信号（光検出器が何れの区間を変位しているかを示す信
号）とから、ａ，ｂ，ｃ，ｄを検出し、図３０〜図３３
に示した状態遷移図におけるａ^*ｂ，ｂ^*ｃ，ｃ^*ｄ，
ｄ^*ａ，ａ^*ｃ，及びｂ^*ｄの信号を、時間算出回路に
出力する。

【００８９】時間算出回路は、図３０〜図３３に示す状
態遷移を行う論理回路によって速度に対応した時間ｔ
ｘ、ｔｙを求める回路である。速度Ｖｘ、Ｖｙは、ｔ
ｘ、ｔｙから前述のように計算される。なお、本実施例
９では、ｔｘ、ｔｙからＶｘ、Ｖｙを求める計算は、外
部の別の回路で行われるものとする。

【００９０】１４．実施例１０．実施例９では、菱形の
軌跡上を変位させる例を示したが、軌跡は菱形でなくて
もよく、凸形状の軌跡であれば同様の原理が成り立つ。
図３８〜図３９に、光検出器を円形の軌跡を描くように
振動させた場合の例を示す。装置の構成及び動作は、光
検出器（正確には光検出器等をアレー状に配設した基
板）が円形の軌跡を描くように振動することを除いて、
実施例９と同様である。このように、光検出器を円形の
軌跡で振動させる場合には、菱形の軌跡で振動させる場
合と比較して、急激な軌跡の変化が少ないため、より少
ない力で光検出器の基板を変位させ得るというメリット
がある。

【００９１】なお、本明細書で示した時間的変化検出手
段や動き判定手段の実施例は、これと同等の処理を、公
知のディジタル画像処理技術を用いた別の機構に置き換
えることができることは明らかである。また、本発明に
於いて、明細書で「光検出器」とした部分は、必ずしも
光を検出する手段である必要はなく、例えば、電磁波や
超音波を検出する手段に置き換えることにより、電磁波
や超音波の像からその動きを検出することにも適用でき
ることは明らかである。

【００９２】

【発明の効果】本発明は、像に対する位置が時間的に繰
り返し変位する部位での像の強度の変化の有無を検出
し、前記部位と前記変化の有無との関係に基づいて像の
強度パターンの動き方向及び所定距離の通過時間の少な
くとも一方を求めることを特徴とするものであるため、
検出器相互間や処理回路相互間に感度や特性の差異があ
る場合でも、検出対象の像の動きを精度良く検出するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理の説明図であり、（ａ）は動き方
向の検出原理、（ｂ）は信号検出手段の位置の変位（振
動）の速さと動き方向の検出の可否、（ｃ）は対象物の
移動速度の検出原理を示す。

【図２】各実施例の動き検出装置を示し、（ａ）は構造
を示す断面模式図、（ｂ）は外観を模式的に示す斜視
図。

【図３】図２（ｂ）内に示す動き検出回路20の構成例を
示すブロック図。

【図４】図３内の動き判定回路22の具体的構成例を示す
論理回路図。

【図５】図２（ｂ）内に示す動き検出回路20を図３とは
異なるように構成した例を示すブロック図。

【図６】図６内の動き判定回路22A の具体的構成例を示
す論理回路図。

【図７】図７の論理回路の動作を示すタイミングチャー
ト。

【図８】図７の論理回路の動作を示すタイミングチャー
ト。

【図９】像の移動方向と信号の関係を纏めて示す説明
図。

【図１０】光検出器10の変位方向と像の移動方向とＴＲ
Ｇの関係を示す説明図。

【図１１】光検出器10の変位方向と像の移動方向とＴＲ
Ｇの関係を示す説明図。

【図１２】光検出器10の変位方向と像の移動方向とＴＲ
Ｇの関係を示す説明図。

【図１３】光検出器10の変位方向と像の移動方向とＴＲ
Ｇの関係を示す説明図。

【図１４】光検出器10の変位方向と像の移動方向とＴＲ
Ｇの関係を示す説明図。

【図１５】図１（ａ）（ｂ）に対応する説明図であり、
光検出器10を正弦波状に振動させる場合の問題点を示
す。

【図１６】動き検出装置の基板100 を像に対して振動さ
せる図２とは異なる構成例を示す説明図であり、（ａ）
は基板100 の前方の透光板71を揺動させる例、（ｂ）は
受光面に像を導く反射鏡72を進退させる例、（ｃ）は前
面に設けた遮光手段を変位させる例を示す。

【図１７】像の動き方向と速度を検出する回路を示すブ
ロック図。

【図１８】像の動き方向と速度を検出する図１７とは異
なる回路を示すブロック図。

【図１９】（ａ）は光検出器を二次元で振動させる場合
の軌跡、（ｂ）は（ａ）の軌跡を実現するためのｘ方向
及びｙ方向の時間的な変位、（ｃ）は（ｂ）の変位の場
合に直接求め得る速度を示す説明図。

【図２０】光検出器を二次元で振動させる場合の原理の
説明図であり、（ａ）は動き方向の検出原理、（ｂ）は
光検出器の位置の変位（振動）の速さと動き方向の検出
の可否、（ｃ）は像の移動速度の検出原理を示す。

【図２１】機械的振動を用いないで検出する原理の説明
図。

【図２２】実施例５の検出回路の構成を示すブロック
図。

【図２３】図２３内の各信号を示すタイミングチャー
ト。

【図２４】図２３に長期的変動に順応させるための感度
制御回路を付加した場合の構成例を示すブロック図。

【図２５】実施例６の回路構成例を示すブロック図。

【図２６】実施例７の回路構成例を示すブロック図。

【図２７】図２７（ｂ）の構成例を二次元に拡張した場
合のブロック図。

【図２８】実施例８の回路構成を示すブロック図。

【図２９】凸形状の軌跡で光検出器を変位させる場合の
検出原理の説明図。

【図３０】動き及び速度の検出法を示す状態遷移図の一
部。

【図３１】動き及び速度の検出法を示す状態遷移図の残
部。図３０の下方に連続する図であり、両者の連続部分
は各々破断線で示す。

【図３２】図３０を補足する説明図。図３０の右隣に配
置されるものとする。

【図３３】図３１を補足する説明図。図３１の右隣に配
置されるものとする。

【図３４】実施例９の装置の構成を模式的に示す断面図
と斜視図。

【図３５】実施例９の装置の光検出器と動き検出回路の
ブロック図。

【図３６】菱形の軌跡で振動させる場合の説明図の一
部。

【図３７】菱形の軌跡で振動させる場合の説明図の残
部。

【図３８】円形の軌跡で振動させる場合の説明図の一
部。

【図３９】円形の軌跡で振動させる場合の説明図の残
部。

【図４０】実施例５の装置の別の構成例を示すブロック
図。

【図４１】図４０内の変化検出回路の入出力特性図（左
欄）と、各信号の状態を示すタイミングチャート（右
欄）。

【図４２】図４０内の動き判定回路の状態遷移図。

【図４３】３クロック以上ＴＲＧ信号が同一の場合を有
効とするように図４２を変形した場合の状態遷移図。

【符号の説明】

１０光検出器２０動き検出回路２２動き判定回路２２Ａ動き判定回路７０圧電素子（振動手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】像に対する位置が時間的に繰り返し変位
する部位での像の強度の変化の有無を検出し、前記部位
と前記変化の有無との関係に基づいて像の強度パターン
の動き方向及び所定距離の通過時間の少なくとも一方を
求めることを特徴とする動き検出装置。