JPS6024452A - 移動物体の対地速度ベクトル測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は移動物体の対地速度ベクトル測定装置に係り、
特に、地面上を移動する自動車等の移動物体の速度及び
その方向を測定するのに好適な移動物体の対地速度ベク
トル測定装置に関する。

〔発明の背景〕

路面上を移動する自動車等の移動物体の速度及びその方
向を測定する場合、従来２つの方式が採用されていた。

一方の方式は、移動物体よりキャスタ付の車輪を路面に
下してその車輪の向（方向と＠転数を計測する方法であ
る。他方の方式は、路面の粒子の流れを、移動物体に固
定された座標系の２軸方向の速度を光学的に計測するこ
とによってめる方法である。

前記各方式を採用することによって移動物体の速度及び
その方向を測定することができる。しかし、前者の方式
の場合、速度の方向が急激に変化するとその変化に追従
できず、不整路面では車輪が振動して正常な計測ができ
なかった。又後者の方式の場合は２軸方向別々な速度計
測装置が必要になり装置が大がかりになること、又それ
に伴ないコストアップとなるという欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明は、前記従来の課題に鑑みて為されたものであり
、その目的は、簡単な構成で移動物体の速度及びその方
向を測定することができる移動物体の対地速度ベクトル
測定装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

前記目的を達成する為に、本発明は、少な（とも路面に
対向したレンズを有し、移動物体に支持され鉛直軸とほ
ぼ平行な回転軸に、前記レンズがその光軸を鉛直軸より
傾斜させて回転可屈に支持され、かつ光軸の延長線と路
面とが交わる測定点に前記レンズの一方の焦点が調整さ
れて測定点からの入射光を結像する光学系と、この光学
系と共に前記回転軸の周りを回転し光学系により結像し
た測定点像を電気信号に変換するフォトセンサと、前記
回転軸を駆動すると共にその回転速度を周期的に変化さ
せる回転軸駆動装置と、７オトセ／ｌの出力信号をパル
ス信号に変換しこのパルス信号のパルス数に応じたレベ
ルの信号を発生する信号発生回路と、信号発生回路の出
力レベルを検出しこの検出レベルのうち前記回転軸の各
回転周期内の検出レベルが各回転周期内で最大又は最小
レベルになったときタイミングパルスを発生ずる第ｌの
タイミングパルス発生回路と、前記回転軸の回転速度を
検出する回転角センサと、回転角センサの検出出力を受
け、前記タイミングパルスにより、最大又は最小レベル
に対応したタイミングパルス発生時の回転角センサの検
出出力を＋９０″　又は−９００シフトし、シフトした
回転角就かも移動物体の基準方向に対する方向を算出す
る第１の演算部と、フォトセンサの検出出力によるパル
ス信号の発生が停止し、前記信号発生回路の出カンベル
が零レベルに近似したときタイミングパルスを発生する
第２のタイミングパルス発生−路と、回転角センサの出
力信号を微分する微分回路と、第２のタイミングパルス
発生回路からのタイミングパルスにより微分回路の出力
信号を取り込み、移動物体停止時光学系の回転により定
まる測定点の集合によって形成される円の牛径とタイミ
ングパルス発生時の微分回路の出力信号のレベルとを掛
算して移動物体の速度を算出する第２の演算部とにより
移動物体の対地速度ベクトル測定装置を構成し、簡単な
構成によって移動物体の速度及びその方向を測定するよ
うにしたことを特徴とする。

〔発明の実施例ｊ 以下、−面に基づいて本発明の好適な実施例を説明する
。

ｉｆ図には、本発明の好適な実施例の構成が示されてい
る。

第１図において、路面１０に対向したレンズ１２を有す
る光学系と、フォトセンサを構成するフォトトランジス
タエ４とが一体となってハウジング１６内に収納されて
おり、このハウジング１６が、車両等の移動物体（図示
省略）に支持され鉛直軸とほぼ平行な回転軸１８に、レ
ンズ１２の光軸を鉛直軸より傾斜させて回転可能に支持
されている。

レンズ１２は、その光軸の延長縁と路面１０とが交わる
測定点２０にレンズ１２の一方の焦点が調整されて測定
点２０における路面の粒子の拡大された測定点像がフォ
トトランジスタ１４の受光面に結像するように調整され
ている。フォトトランジスタ１４の受光面に結像した測
定点像はフォトトランジスタ１４によって電気信号に変
換され、この電気信号は、回転軸１８に装置されたスリ
ップリング２２を介して、移動物体に固定されたブラシ
２４に供給される。

回転軸１８の下部には歯車２６が固定されており、この
歯車２６は、モータ２８に連結された歯車３０と噛合し
ており、モータ駆動装＠３２の駆！ｖＩＫよってモータ
２８が作動すると、歯車３０．２６０回転駆動によって
回転軸１８が矢印×方向へ回転するように構成されてい
る。即ち本実施例においては歯車２６．３０、モータ２
８、モータ駆動装置３２から構成された回転軸駆動装ｆ
ｆＫよって回転軸１８を矢印×方向に回転駆動すること
ができる。又本実施例における回転軸駆動装置は、回転
軸重８を回転駆動すると共にその回転速度を周期的に変
化させるように構成されている。

回転軸１８が回転すると、回転軸１８に連結されたハウ
ジング１６が回転軸１８と共に回転し、かつ移動物体停
止時の測定点２０の集合によって円が形成される。又更
に移動物体がある速度をもって路面工０上を移動した場
合には路面粒子の明暗の変化が測定点像としてフォトト
ランジスタ１４に与えられ、この測定点像が電気信号に
変換される。フォトトランジスタ１４の出力信号はスリ
ップリング２２、ブラシ２４を介して信号発生回路３４
に供給される。

信号発生回路３４は増幅器３６、比較器３８、カウンタ
４０から構成されており、増幅器３６からは、第２−の
ｆａＪに示される信号が出力される。

この４ぎ号は比較器３８によって、そのスレッショルド
レベルＶｌと比較され、比較器３８からは、第２図の（
ｂＪに示されるようなパルス信号が出力され、このパル
ス信号がカウンタ４０によってカウントされる。カウン
タ４０は比較器３８の出力パルスをカウントし、出力パ
ルスのパルス数に応じたレベルの信号、即ち第２図の（
Ｃ）　Ｉｃ示されるように、あるバイアス信号に重畳さ
れた正弦波状の信号を出力するよプに構成されている。

即ち、測定点２ｏにおける路面粒子の明暗の変化が７オ
トトランジス月４によって第２図の（ａ）で示される信
号となって出力され、比較器３８から（ｂ）　Ｋ示され
るパルス旧号が出力されるので、比較器３８の出方パル
スをカウントすることによってカウンタ４ｏから正弦波
状の出方信号を出力することができる。又、移１１Ｅ！
＋１ｌＩＩ！Ｉ体の速度に応じてフォトトランジスタ１
４の出刃信号の周波数が変化するので、移動物体の速度
が遅い場合にはカウンタ４０がらは（Ｃ）のｍ線で示さ
れるような信号が出力され、−刃移動物体の速度が速く
なった場合には（Ｃ）の実線で示される信号がカラ／り
４ｏから出力される。

又、観測点２ｏが移動物体から見て円形に移動した場合
、第３図に示されるように、移動物体から見た路面ＩＱ
の流れの方向Ｙに対し、観測点２゜の速度ベクトルγω
の方向が反対の向きＫなる点ＡＩＣおけるフォトトラン
ジスタ１４の出力信号は円形の測友点２０のうち最も周
波数の高い旧号となる。−万、点Ａと１８０’ずれた点
Ｂ、即ち路面ｌＯの流れの方向Ｙと観測点２ｏの相対ベ
クトルγωが同方向となる点は路面１０と観測点２゜の
相対速度が最小になるので、点Ｂにおけるフォトトラン
ジスタ１４の出力信号は、測定点２ｏのうち最も低い周
波数になる。従って、比較器３８の出力パルスをカウン
タ４ｏによってカウントすることにより、カウンタ４ｏ
の出刃は第２図のＩＣ）で示されるようなバイアス１６
号に重畳された正弦波状の信号となる。

ここで、第３図に示される点Ａ、Ｈの可成は、移動物体
の移動方向と直交する角度なので、点Ａ。

Ｂにおける回転軸１８の角度に＋９０’又は−９０’加
えれば移動物体の基準方向に対する方向をめることがで
きる。

そこで、本実施例においては、カウンタ４ｏの出力レベ
ルのうち、回転軸１８の各回転周期内の出力レベルが各
回転周期内で最大又は最小レベルになったときを検出す
るための第１のタイミングパルス発生回路を構成するタ
イミングパルス発生器４１を設けると共に１回転軸１８
の回転角度を検出する回転角センサ４２、及び回転角セ
ンサ４２とタイミングパルス発生器４１に基づいて移動
物体の基準方向に対する方向を演算する第１の演算部４
４が設けられている。

即ち、タイミングパルス発生器４１は、カウンタ４０の
出力レベルを検出し、第２図の（ｄ）　Ｋ示されるよう
に、回転軸１８の各回転周期内の出力レベルが各回転周
期内で最大又は最小レベルになったときタイミングパル
スを発生するように構成されており、このタイミングパ
ルス発生器４１のタイミングパルスは第１の演算部４４
のゲート回路４６に供給される。

一方、回転軸１８に固定された回転角センサ４２は、゛
回転軸１８の角度を検出し、この検出信号を角度センサ
信号処理回路４８に供給するように構成されている。こ
の角度センサ信号処理回路４８からは第２図の（ｅ）に
示されるような信号が出力される。

角度センサ信号処理回路４８、ゲート回路４６、演算回
路５０から構成された第１の演算部４４の演算回路５０
は、タイミングパルス発生器４１からタイミングパルス
が出力されたとき、ゲート回路４６を開いて角度センサ
信号処理回路４８の出力信号を取り込み、最大又は最小
レベルに対応したタイミングパルス発生時の回転角セン
サ４２の検出出力を、第２図のｔｅｌ　Ｉｃ示されるよ
うに、＋９０゜又は−９０°シフトし、シフトした回転
角度ψから移動物体の基準方向に対する方向を算出する
ように構成されている。

このように本実施例においては、カウンタ４０の出力レ
ベルのうち、回転軸１８の各回転周期内の出力レベルが
各回転周期内で最大又は最小レベルになったときの回転
角センサ４２の検出出力を十９０°又は−９０°シフト
し、シフトした回転角度ψかう移動物体の基準方向に対
する方向をめることができる。

ところで、前述したように、回転軸１８は回転軸駆動装
置によってその回転速度が周期的に変化するようにされ
ている。そのため、回転軸１８の速度変化の幅を充分大
きくとれば、路面１０の流れ速度と測定点２００周速が
一致する回転数が存在する。そして、移動物体の速度と
回転軸１８の速度との相対速度が一致した場合には、カ
ウンタ４０の出力レベルがほぼ苓レベルに近似するので
、カウンタ４０の出力レベルを検出することによって路
面ｌＯの流れ速度と観測点２００周速が一致した時点を
検出することが可能である。即ち、カウンタ４０の出力
レベルがほぼ零レベルに近似したときは、移動物体の速
度と観測点２００周速が等しいので、この時点の回転角
センサ４２の出力信号を微分して、この微分値と、移動
物体停止時光学系の回転により定まる測定点２００呆合
によって形成される円の半径とを掛算すれば移動物体の
速度をめることができる。

そこで本実施例においては、カウンタ４０の出力レベル
が零レベルに近似したことを検出するための第２のタイ
ミングパルス発生回路５２を設けると共に、角度センサ
信号処理回路４８の出力信号を微分する微分回路５４と
、微分回路５４と第２のタイミングパルス発生回路５２
からのタイミングパルスに基づいて移動物体の速度を算
出する第２の演算部５６が設けられている。

第２のタイミングパルス発生回路５２は、比較器５８と
タイミングパルス発生器６０から構成されており、カラ
／り４０の出力信号が比較器５８に供給されている。そ
して、カウンタ４０の出力レベルが零レベルに近似した
微小な値となったことが比較器５８によって検出された
とき、比較器５８の比較出力がタイミングパルス発生器
６０に与えられ、比較器５８の出力信号の立ち上り時に
、タイミングパルス発生器６０から第２の演算部５６の
ゲート回路６２にタイミングパルスが与エラれるように
構成されている。−万、微分回路５４は角度センサ１！
号処理回ｊｉ！ｒ４Ｂの出力信号を取り込み、このｉｒ
ｇ号を微分し、第２図のげ】に示されるような信号をゲ
ート回路６２に供給するように構成されている。

ゲート回路６２と演算回路６４から構成された第２の演
算部５６は、タイミングパルス発生器６０から出力され
るタイミングパルスによってゲート回路６２を開き微分
回路５４の出力信号を演算回路６４に取り込み、移動物
体停止時光学系の回転により定まる測定点２０の果合に
よって形成される円の半径ｒとタイミングパルス発生時
の微分口ｗ！ｒ５４の出力信号のレベルωとを掛算して
移動物体の速度を算出するように構成されている。

このように本実施例においては、カウンタ４０の出力レ
ベルかはぼ零レベルに近似したとき回転角センサ４２の
微分値と測定点２０の集合によって形成される円の半径
ｒとを掛算することによって移動物体の速度をめること
ができる。

以上のように、本実施例によれば、簡単な構成によって
移動物体の速度及びその方向を測定することができるの
で、従来の装置よりもコストの低減が図れると共に、移
動物体の速度及びその方向を測定する実験を効率良（行
なうことが可能となる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、測定点における
路面の粒子の変化を正弦波信号に変換し、この正弦波信
号の各周期内の出力レベルが最大又は最小レベルになっ
たとき、移動物体の移動方向と直交する角度として検出
された値を＋９０Ｑ又は−９０°シフトして移動物体の
基準方向に対する方向をめ、又移動物体の速度と観測点
の周速とが等しいときを前記正弦波信号が零に近似した
時点としてとらえ、この時点の測定点の角度変化を微分
し、この微分値と移動物体停止時光学系の回転により定
まる測定点の集合忙よって形成される円の半径とを掛算
して移動物体の速度をめるようにしたので、簡単な構成
によって移動物体の速度及びその方向を測定することが
でき装置の生産コストの低減が図れるという優れた効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図の（ａ
）〜（ｆ）はそれぞれ第１図に示す装置の４！ｒ都の作
用を説明するための波形図、第３図は第１図に示す装置
の構成を説明するための図である。 １２・・・レンズ、１４・・・フォトトランジスタ、１
８・・・回転軸、２０・・・測定点、２８・・・モータ
、３４・・・信号発失回路、４１・・・タイミングパル
ス発生器、４２・・・回転角セ／す、４４・・・第１の
演算部、５２・・・第２のタイミングパルス発生回路、
５４・・・微分回路、５６・・・第２の演算部。 代理人　鵜　沼　辰　之 （ほか１名） 第２図 □時間 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　少なくとも路面に対向したレンズを有し、移動
   物体に支持され鉛直軸とほぼ平行な回転軸Ｋ、前記レン
   ズがその光軸を鉛直軸より傾斜させて回転可能に支持さ
   れ、かつ光軸の延長線と路面とが交わる測定点に前記レ
   ンズの一万の焦点がｖ！４整されて測定点からの入射光
   を結像する光学系と、この光学系と共に前記回転軸の周
   りを回転し光学系により結像した測定点像を電気信号に
   変換するンオトセンサと、前記回転軸を駆動すると共に
   その回転速度を周期的に変化させる回転軸駆動装置と、
   ７オトセンサの出力信号をパルス信号Ｋｆ換しこのパル
   ス信号のパルス数に応じたレベルの信号を発生する信号
   発生回路と、信号発生回路の出力レベルを検出しこの検
   出レベルのうち前記回転軸の各回転周期内の検出レベル
   が各回転周期内で最大又は最小レベルになったときタイ
   ミングパルスを発生する第１のタイミングノくルス発生
   回路と、前記回転軸の回転角度を検出する回転角センサ
   と、回転角センサの検出出力を受け、前記タイミングパ
   ルスにより、最大又は最小レベルに対応したタイミング
   パルス発生時の回転角センサの検出出力ヲ＋９０°又は
   −９０’シフトし、シフトした回転角度から移動物体の
   基準方向に対する方向を算出する第１の演算部と、７オ
   トセンサの検出によるパルス信号の発生が停止し前記信
   号発生回路の出力レベルが零レベルに近似したときタイ
   ミングノくルスを発生する第２のタイミングノくルス発
   生回路と、回転角センサの出力信号を微分する微分回路
   と、第２のタイミングノぐルス発生回路カ１らのタイミ
   ングパルスにより微分回路の出力信号を取り込み、移動
   物体停止時光学系の回転により定まる担）１定点の集合
   によって形成される円の半径とタイミングパルス発生時
   の微分回路の出力信号のレベルとを掛算して移動物体の
   速度を算出する第２の演算部と、を有することを特徴と
   する移動物体の対地速度ベクトル測定装置。