JPH0552858A - 空間フイルタ式速度計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 空間フィルタ式速度計測装置において、受光
器の受光量が必要最小な略一定値になるように、路面の
状態に応じ投光器の出射光量を調整し、消費電力を小さ
くし、ランプ寿命を長くする。 【構成】 受光素子２９の出力信号（空間フィルタ信
号）は増幅回路１１によって増幅され、次いで全波整流
回路１２によって全波整流され、さらに平滑回路（ロ−
パスフィルタ）１３によって平滑化されて直流電圧に変
換される。この平滑回路１３から出力される直流電圧
は、受光素子２９の出力信号の振幅の平均値に比例して
おり、従って受光器２の受光量と比例している。制御回
路１４はこの直流電圧レベルを監視し、その直流電圧レ
ベルをほぼ一定の大きさに保つようにランプ用電源１５
の出力電圧すなわち投光器１の出射光量をコントロール
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空間フィルタの原理を
用いた速度計測装置に関する。例えば、この速度計測装
置は、車載形の完全非接触車速計等として用いられるも
のである。

【０００２】

【従来の技術】図７に、空間フィルタ式速度計測装置の
構造を示す（オーム社「エレクトロニクス」昭和５９年
１月号、７３頁〜７６頁）。空間フィルタ式速度計測装
置２１は、ホルダー２２に固定された投光器１と受光器
２を有しており、投光器１の光出射側及び受光器２の光
入射側を路面５に向けて自動車等に取り付けられる。

【０００３】投光器１は、凹面反射鏡２３、ランプ２４
及び非球面レンズ２５をケース２６内に納めたものであ
り、ランプ２４から放射された光及び凹面反射鏡２３で
反射された光を非球面レンズ２５を通して路面５へ照射
させるようになっている。

【０００４】また、受光器２は、対物レンズ２７、スリ
ット２８、受光素子２９及びプリアンプ３０をケース３
１内に納めたものであり、路面５で反射した光を対物レ
ンズ２７で収束させ、スリット２８を通過した光を受光
素子２９の上に結像させる。

【０００５】受光素子２９（差動形空間フィルタ検出
器）は、図８に示すように、基板３２の表面に櫛型構造
をした電極３３，３４を形成したものであり、路面５上
の表面模様は、この受光素子２９上に結像される。さら
に、自動車が移動すると、受光素子２９上で光の反射ム
ラが移動し、光電流変化が発生する。この時、格子ピッ
チにあった反射ムラ（間隔Δ）は、一対の電極３３，３
４にそれぞれ半波長ずれた大きな光電流変化を生じさせ
るので、Δの間隔の規則的な反射ムラのみが受光素子２
９によって取り出される。

【０００６】路面等には、小石、砂、アスファルトなど
の１ｍｍ〜数ｃｍの種々の大きさの粒子やタイヤ跡によ
る不規則な模様が含まれており、反射ムラ（色ムラ、凹
凸ムラなど）を形成している。空間フィルタ式速度計測
装置２１は、これらの不規則な模様からΔ（＝約２.３
ｍｍ）の間隔で整然と並んでいる成分だけを受光素子２
９によって取り出し、それによって発生する反射光量の
変動を電気信号に変換し、速度計本体（図示せず）に送
る。速度計本体では、この信号をバンドパス・フィルタ
に通して波形整形し、パルス列に変換して計測する。こ
の信号は、Δの間隔の反射ムラから生じたものであるか
ら、１秒間相当のパルスの計数値に値Δを掛けることに
より速度を求めることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような構造の空間フィルタ式速度計測装置にあっては、
対路面車載速度計として用いる場合には、問題があっ
た。

【０００８】すなわち、路面の状態は一様ではなく、黒
いアスファルト路面や灰色のコンクリート路面であった
り、白線がひかれていたり、水溜まりがあったりする
が、対路面車載速度計として用いる場合には、これらの
あらゆる路面状態に対応する必要があり、最も反射率の
悪い路面でも充分な受光量が得られるように投光器から
の出射光量をセットしておかなければならなかった。従
って、投光器からはほとんどの場合必要以上に大きい光
量の光を出射しており、その結果、消費電力が大きく、
ランプ寿命が短くなるという問題があった。

【０００９】本発明は叙上の従来例の欠点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、路面の状態
に応じた必要最小の光量の光を出射させることができる
空間フィルタ式速度計測装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の空間フィルタ式
速度計測装置は、路面等の相対移動物に光を照射する投
光器と、前記相対移動物からの反射光を検出する受光器
とを備え、空間フィルタの原理を用いて速度計測する装
置において、前記受光器の受光量が略一定になるように
前記投光器の出射光量を調整するようにしたことを特徴
としている。

【００１１】

【作用】本発明にあっては、受光器の受光量が略一定に
なるように前記投光器からの出射光量を調整するので、
路面の反射率が高い状況では投光器の出射光量を必要最
小の光量に絞ることができる。従って、投光器の消費電
力を小さくし、ランプ寿命を長く保つことができる。

【００１２】

【実施例】図１は本発明の一実施例による空間フィルタ
式速度計測装置を示す概略構成図である。この投光器１
及び受光器２は従来例において説明した投光器及び受光
器と同様な構造を有しているが、図１では概略的に表わ
している。受光素子２９の出力には制御回路１１が接続
され、制御回路１１の出力には全波整流回路１２が接続
され、全波整流回路１２の出力には平滑回路１３が接続
されている。さらに、投光器１のランプ２４を駆動する
ランプ用電源１５は制御回路１４によって制御されてお
り、平滑回路（ローパスフィルタ）１３の出力は制御回
路１４に入力されている。

【００１３】図２は受光素子２９から出力される空間フ
ィルタ信号ａの波形の一例を示す。空間フィルタを用い
る速度計測においては、得られる信号は原理上狭帯域不
規則信号であり、図２にみられるように振幅と位相がゆ
っくり不規則に変動するほぼ正弦波状の信号である。こ
の空間フィルタ信号ａの振幅は受光素子２９の受光量に
比例している。

【００１４】しかして、ランプ用電源１５を駆動するこ
とによってランプ２４から出射された光は路面５で反射
され、受光器２内の受光素子２９内に入射する。路面５
からの反射光を受光すると、受光素子は図２のような空
間フィルタ信号ａを出力する。受光素子２９から出力さ
れた空間フィルタ信号ａは増幅回路１１によって増幅さ
れ、増幅回路１１から出力された増幅信号ｂは全波整流
回路１２に入力される。増幅信号ｂは全波整流回路によ
って全波整流され、全波整流信号ｃはさらに平滑回路１
３で平滑化され、直流電圧信号ｄに変換される。この平
滑回路１３から出力される直流電圧信号ｄは、受光素子
２９から出力される空間フィルタ信号ａの振幅の平均値
に比例しており、従って受光素子２９の受光量と比例し
ている。制御回路１４はこの直流電圧レベルを監視し、
その直流電圧信号レベルを予め設定されているほぼ一定
レベルに保つようランプ用電源１５に制御信号ｅを出力
し、ランプ用電源１５の出力電圧ｆ、すなわちランプ２
４の光量をフィードバック制御する。

【００１５】したがって、受光器２内の受光素子２９の
受光量が速度を正確に測定できる必要最低限の大きさに
保たれるようにランプ光量の制御レベルを設定しておけ
ば、投光器１の出射光量を走行中の路面の状態に応じた
必要最低限の大きさに調整でき、消費電力を必要最小に
し、且つ、ランプ寿命を長く保つことができる。

【００１６】図３は本発明の別な実施例による空間フィ
ルタ式速度計測装置の概略構成図を示す。投光器１の光
出射窓の前面には偏光用の偏光板３が配置され、受光器
２の光入射窓の前面には検光用の偏光板４が配置されて
おり、両偏光板３，４の偏光方向は、互いに直交してい
る。すなわち、投光器１から出射し、路面５等で反射
し、受光器２へ入射する光線６ａ，６ｂの光路を追跡し
た時、光線６ａ，６ｂから見た一方の偏光板３の偏光方
向αと他方の偏光板４の偏光方向βとが互いに直交する
よう配置してある。

【００１７】例えば、図４に示すように、偏光板３の偏
光方向αは、出射光線６ａと反射光線６ｂを含む面と平
行な方向（図３の紙面と平行な方向）を向いており、偏
光板４の偏光方向βは、出射光線６ａと反射光線６ｂを
含む面と垂直な方向（図３の紙面と垂直な方向）を向い
ている。

【００１８】また、これらの偏光板３，４は適宜方向へ
移動させることができるようになっており、偏光板３，
４を移動させることにより光路へ挿入したり、光路から
外したりできる。

【００１９】受光器２の前方もしくは近傍には、乾燥、
水たまり等の路面状態を判別できる光学式の路面状態セ
ンサ８が設けられている。

【００２０】図５は路面状態センサ８の一例を示す概略
図である。これは、透明媒質への入射角が媒質によって
決まる一定角（これをブリュースタ角θbという。）に
等しい時、正反射光がほぼ完全な偏光になるというブリ
ュースタの法則を利用したものである。

【００２１】路面状態センサ８は、光源である投光器１
と路面状態センサ８とのなす角がブリュースタ角の２倍
（２θb）となるように配置されており、路面状態セン
サ８の光入射部には、平凸レンズと屋根型プリズムを貼
り合わせた像分割レンズ５１が配置され、路面状態セン
サ８に入射した反射光線６ｂは像分割レンズ５１によっ
て集光されると同時に光路を２分割される。

【００２２】分割された一方の光路上の結像位置には第
一の受光素子５４が設けられており、第一の受光素子５
４の前方には偏光方向が入射面（光線６ａ及び６ｂを含
む面）と平行な方向を向くようにして第一の直線偏光素
子５２が配置されている。

【００２３】また、他方の光路上の結像位置には第二の
受光素子５５が設けられており、受光素子５５の前方に
は偏光方向が入射面と垂直な方向を向くようにして第二
の偏光素子５３が配置されている。また、両受光素子５
４，５５の出力は増幅器５６，５７によって増幅された
後、電圧信号Ｖ１，Ｖ２として出力される。

【００２４】しかして、路面状態センサ８に入射した路
面反射光線６ｂは像分割レンズ５１によって２方向に分
けられ、第一の受光素子５４では第一の偏光素子５２を
通過した平行偏光成分のみが検出され、増幅器５６から
は平行偏光成分の強度に比例した信号Ｖ１が出力され
る。同様に、第二の受光素子５５では第二の偏光素子５
３を通過した垂直偏光成分のみが検出され、増幅器５７
からは垂直偏光成分の強度に比例した信号Ｖ２が出力さ
れる。

【００２５】ここで、路面５が乾燥している場合には、
反射光線６ｂは拡散光であるため、平行偏光成分と垂直
偏光成分とは等しく、出力信号はＶ１≒Ｖ２となる。こ
れに対し、路面５が濡れている場合には、反射光線６ｂ
は鏡面反射しているので、垂直偏光成分をほとんど含ま
ず（ブリュースタの法則）、Ｖ２≒０となる。従って、
例えば出力の比ｋ＝Ｖ２／Ｖ１を監視し、この値ｋがあ
るしきい値以上になったら乾燥面と判断させ、ｋがしき
い値以下になった場合には濡れた路面であると判断させ
ることができる。

【００２６】制御回路１７は、受光器２近傍に設置した
路面状態センサ８の出力する信号を判別して路面５上の
鏡面反射物の有無を検知し、その検知結果に応じて偏光
板３，４の駆動装置１６を駆動させる。

【００２７】駆動装置１６はモータ等の動力によって偏
光板３，４を移動させるものであって、偏光板３，４を
光路に挿入し、あるいは光路外へ退去させる。

【００２８】本実施例においても図１の実施例と同様
に、受光素子２９の出力信号（空間フィルタ信号）によ
り受光器２の受光量をモニターし、受光量を一定に保つ
ように投光器１の出射光量をコントロールするようにし
てある。

【００２９】この実施例にあっても、受光素子２９から
出力された空間フィルタ信号は増幅回路１１、全波整流
回路１２及び平滑回路１３を介してランプ用電源１５の
出力をコントロールする制御回路１４に入力されてい
る。

【００３０】しかして、路面５が水溜まり７等により鏡
面反射する状態にある場合には、路面状態センサ８によ
ってこれを検知し、制御回路１７によって駆動装置１６
を駆動して偏光板３，４を光路に挿入する。このため、
投光器１から出た光（無偏光）は第一の偏光板３で直線
偏光に変換され、路面側へ出射される。そして、水溜ま
り７の表面では、投光器１から出射された光線６ａは鏡
面反射され、偏光状態を保存されるため、第二の偏光板
４を通過せず、受光器２で検出されない。これに対し、
水溜まり７を透過して路面５で反射した光線６ｂは、乱
反射のために無偏光状態となり、その一部は第二の偏光
素子４を通過し、受光器２で検出される。

【００３１】よって、路面５が水溜まり７等により鏡面
反射する場合でも、水溜まり７等による鏡面反射成分を
カットし、路面５からの反射光のみを受光器２に結像さ
せることができる。すなわち、投光器１から出射された
光線６ａの大部分が水溜まり７の表面で鏡面反射する
と、水溜まり７の表面で反射した光線６ｂを受光素子に
結像してしまうため、水溜まりの底の路面５からの反射
ムラを検出することができず、正確な速度を計測するこ
とができないが、本実施例によればこのような困難を避
けることができる。

【００３２】一方、路面５に水溜まり７等がなく路面５
が拡散反射する場合には、偏光板３，４は必要ないばか
りか受光量を小さくし、却って正確な測定が行なわれる
のを妨げる。したがって、この場合には、駆動回路１６
を駆動して両偏光板３，４を図４に点線で示すように光
路から外す。

【００３３】一方、投光器１からの出射光量が一定であ
ると、偏光板３，４を光路に挿入したり、光路から外し
たりする時、受光器２の受光量が大きく変動するが、本
実施例では、受光素子２９の受光量をモニターし、受光
量がほぼ一定となるよう制御回路１４によりランプ用電
源１５の出力をフィードバック制御している。

【００３４】従って、路面が鏡面反射する状態（水溜ま
り等がある状態）であっても拡散反射する状態（乾燥し
た状態）であっても正確な速度計測を行なうことがで
き、しかもランプ光量を必要最小限にすることができ、
消費電力を少なくし、ランプ寿命を長く保つことができ
る。

【００３５】図６は本発明のさらに別な実施例による空
間フィルタ式速度計測装置の概略構成図を示す。この実
施例においては、受光器２内において受光素子２９の近
傍にフォトダイオード１８を設置し、フォトダイオード
１８の出力信号ｇを制御回路１４へ直接に出力してい
る。

【００３６】しかして、制御回路１４は、受光素子２９
の近傍に配置されたフォトダイオード１８によって受光
素子２９の受光量をモニターし、そのモニター量を一定
に保つようランプ用電源１５の出力電圧ｆ、すなわちラ
ンプ２４の光量をフィードバック制御している。このた
め、受光器２内の受光素子２９の受光量が速度を正確に
測定できる必要最低限の大きさに保たれるようにランプ
光量の制御レベルを設定しておけば、投光器１の出射光
量を走行中の路面の状態に応じた必要最低限の大きさに
調整でき、消費電力を必要最小にし、且つ、ランプ寿命
を長く保つことができる。

【００３７】なお、受光量をモニターするためのフォト
ダイオード１８の設置位置は特に限定されないが、受光
器２の外で少し前方（車の進行方向）に設置するのが好
ましい。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、走行中の路面がいかな
る状態にあっても、受光器の受光量が速度を正確に測定
できる必要最低限の大きさになるように、投光器からの
出射光量を調整させられるので、投光器の消費電力を必
要最小にし、且つ、ランプ寿命を長く保つことができ
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式速度計
測装置を示す概略構成図である。

【図２】受光素子から出力される空間フィルタ信号の一
例を示す波形図である。

【図３】本発明の別な実施例による空間フィルタ式速度
計測装置を示す概略構成図である。

【図４】同上の動作説明図である。

【図５】同上の路面状態センサを示す概略断面図であ
る。

【図６】本発明のさらに別な実施例による空間フィルタ
式速度計測装置を示す概略構成図である。

【図７】空間フィルタ式速度計測装置の構造を示す断面
図である。

【図８】同上の受光素子の構造を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ 投光器 ２ 受光器 ５ 路面 ２４ ランプ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 路面等の相対移動物に光を照射する投光
   器と、前記相対移動物からの反射光を検出する受光器と
   を備え、空間フィルタの原理を用いて速度計測する装置
   において、 前記受光器の受光量が略一定になるように前記投光器の
   出射光量を調整するようにしたことを特徴とする空間フ
   ィルタ式速度計測装置。