JP2003532278A

JP2003532278A - 車室における物体または人物を捕捉検出するための装置および方法

Info

Publication number: JP2003532278A
Application number: JP2001570488A
Authority: JP
Inventors: アーノルトマルティン; シュティールレトーマス
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2000-03-28
Filing date: 2001-03-08
Publication date: 2003-10-28
Also published as: DE50106259D1; EP1276639B1; WO2001072557A1; US7022970B2; US20030160154A1; KR20020089414A; EP1276639A1

Abstract

(57)【要約】少なくとも１つのレーザ光パルスが送信されかつ物体または人物において反射されたレーザ光パルスを受信されるという形式の、車両の車室における物体または人物を捕捉検出するための装置および方法であって、連続的に受信パワーが突き止められかつ十分な受信パワーに相応する限界値に達するとレーザ光パルスが遮断されるという装置および方法が提供される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は車室における物体または人物を捕捉検出するための装置および方法に
関し、その際装置はレーザレーザレーザ光パルスを出射するためのレーザおよび
物体または人物で反射されるレーザレーザ光パルスに対する受光器を有しており
かつ方法は少なくとも、レーザレーザ光パルスを出射することと物体または人物
で反射されるレーザ光パルスを受信することとを含んでいる。

【０００２】インストルメントパネルの方向において前方に一段と飛び出ている人物、殊に
子供は、エアバックを装備している自動車の運転期間には事故発生時のエアバッ
クの膨張の勢いで怪我する危険にさらされている。人物保護に対する今日の制御
システムでは、エアバックをこのような状況で遮断するかまたは勢いを低減させ
て膨張させて乗員の怪我の危険を防止することに努力が払われている。車両にお
ける乗員位置を突き止めるために有利には無接触の、光センサが使用される。

【０００３】車室における物体または人物を無接触に識別するための公知の装置は例えばＵ
Ｓ５５８５６２５号またはＥＰ０６６９２２７号から公知である。その際車両座
席は複数の発光ダイオードによって照射される。車両座席ないし車両座席上の人
物または物体から反射される光線はホト検出フィールドによって受光される。

【０００４】光学的な捕捉検出システムの光源として有利にはレーザが使用される。レーザ
は単色のビームに基づいて場所的に正確な走査を可能にする。普通、レーザダイ
オードおよび殊に半導体レーザダイオードが送信機として使用される。

【０００５】車室の人物にレーザにより持続的なエネルギー負荷がかかるのを回避するため
に、レーザはパルス作動される。しかしこの作動モードでも、放射されるレーザ
レーザ光パルスに基づいて乗員の健康が損なわれることがあってはならない。

【０００６】本発明の課題は、車室における物体または人物を捕捉検出するための冒頭に述
べた公知の装置および冒頭に述べた公知の方法から出発して、自動車乗員の健康
状態が損なわれることなくレーザの使用を可能にする事前措置を講ずることであ
る。

【０００７】この課題の装置に関連する部分は請求項１の特徴部分によって解決される。こ
の課題の方法に関する部分は請求項６の特徴部分によって解決される。本発明の
思想の実施形態および発展形態は従属請求項の対象である。

【０００８】本発明は、短時間のパワーも大きな時間空間にわたる総パワーもできるだけ僅
かに保持され、にも拘わらず乗員位置の確実な識別が保証されるという利点を有
している。

【０００９】このことは、レーザ光パルスを送信するためのレーザと、物体または人物にお
いて反射されたレーザ光パルスを受信するための受光器またはセンサとを備えて
いる車両の車室における物体または人物を捕捉検出するための冒頭に述べた形式
の装置において、前記レーザに接続されている捕捉検出装置を備え、該捕捉検出
装置は連続的に受信パワーを捕捉検出しかつ十分な受信パワーに相応する限界値
に達するとレーザ光パルスを遮断することによって実現される。

【００１０】本発明の方法の実施形態において、レーザレーザ光パルスの受信の際に遠方捕
捉検出および近傍捕捉検出が設けられており、その際遠方捕捉検出および近傍捕
捉検出の際の受信信号がそれぞれ積分されかつ遠方捕捉検出および近傍捕捉検出
においてそれぞれ積分された受信信号の合計が限界値と比較される。相応の捕捉
検出装置はこのために２つの光センサに接続されており、そのうちの一方は遠方
捕捉検出のために設けられておりかつ他方は近傍捕捉検出のために用いられる。

【００１１】センサ信号の積分は積分装置を用いて実施され、積分装置にコンパレータ段が後
置接続されており、該コンパレータ段は積分装置の出力信号の合計を限界値と比
較する。全体のパワーの記録、すなわち近接および遠方捕捉検出からのパワーを
合計することで既に、距離決定に対する指数が電圧の形で使用することができか
つ乗員識別に対する測定および評価コストが著しく簡単化される。乗員識別のた
めに更に遠方捕捉検出の結果を読み出しさえすればよく、そうしてただちに距離
に対する尺度が得られる。従って近接および遠方捕捉検出の二重利用によって、
著しいコストが節約される。更に、別個の近接および遠方捕捉検出によって総パ
ワーを著しく正確に突き止めることができるようになる。

【００１２】有利には、センサはそれぞれ、阻止方向において作動されるホトダイオード並
びに場合により該ホトダイオードに並列に接続されている２つの電流源を有して
おり、そのうち一方は定電流を送出しかつ他方はパルス状の定電流を送出する。

【００１３】本発明の実施形態において、積分装置は周囲光補償のための装置を有している
。周囲光成分の抑圧によって実際に送出されたパワーの測定も距離の測定も著し
く正確になる。

【００１４】その際周囲光補償のための装置は積分要素を有しており、該積分要素はそれぞ
れのセンサの出力信号を補正信号を差し引いて積分し、そこから参照信号を減算
しかつそこから得られた差−補正信号を形成する−を積分する。

【００１５】次に本発明を図面の図に示されている実施例に基づいて詳細に説明する。その
際：図１助手席の断面図、図２本発明の装置のブロック線図、図３本発明の装置における近くおよび離れたところを捕捉検出するための２つ
のセンサを備えている制御装置、図４本発明の装置における光センサ、図５本発明の装置における積分装置、図６本発明の方法における信号波形図を示している。

【００１６】図１には、助手席側の前部座席が断面にて示されている。その際車室はルーフ
１，フロントガラス２，インストルメントパネル３および足置き４によって形成
されている。しかし車室を形成するために必ずしもルーフ１が、ひいては閉じら
れた助手席が存在している必要はない。更に座席５が設けられており、この上に
人６が上体を前方に移した位置で座っている。ルーフ１に物体または人を捕捉検
出するための装置７が配置されている。この装置は図示されている作用領域８を
有している。インストルメントパネル３は助手席用エアバックモジュール９を畳
まれた状態において含んでいる。広げられた状態において助手席用エアバックは
人６の頭部の方向に勢いよく膨張する。装置７によって、折り畳まれているエア
バックモジュールの前方の危険領域は膨張方向において監視される。乗員または
チャイルドシートが作用領域８において識別されると、エアバッグモジュール９
のトリガが妨げられるかまたは適当に配量される。しかし装置７は運転者席の方
を配向されていてもよくかつ人物の、通常の座席位置からのずれを捕捉検出する
こともできる。前部の車室空間全体を複数のセンサで走査しかつどんな形式の物
体または人物位置でもピックアップすることができる装置も考えられる。従って
本発明は物体または人物のイメージの具体的な捕捉検出に制限されておらず、殊
に、車室における所定の領域または所定のゾーンの、物体または人物の存在に関
する監視のためにも用いられる。その際本発明は無接触な捕捉検出のために構想
されている。

【００１７】装置７のセンサはその作用領域８を光線、殊に赤外線を用いて走査する。しか
し別の波長を有する放射線も使用可能である。センサは例えば、レーザダイオー
ドの形の赤外線送光器を含んでいる。これは１つまたは複数のビームまたは放射
線カーテンを出射する。センサは更に、ホトセルの形の１つまたは複数の受光素
子を含んでいる。これは物体または人物で反射された散乱光をピックアップする
。散乱光の評価によって、センサと物体との間の距離並びに場合によっては２次
元または３次元の空間における正確な位置決定を突き止めることができる。有利
にはセンサは走行方向において前後に段階付けられて存在している複数のビーム
カーテンを垂直方向の平面において張りかつ車両の横軸に関してビームカーテン
毎に複数の受光素子を含んでいる。すなわち３次元の人物または物体識別が保証
されている。というのは、それぞれの受光素子が２次元の価値の情報を供給しか
つ第３の、垂直方向の次元を反射されたビームの強度、パワーまたはエネルギー
内容の評価によって得ることができるからである。簡単な技術手段を有する適当
な装置は例えば、エアバックの展開空間を走査する１つのライトバリヤだけを有
している。物体または人物位置は有利には伝搬遅延時間測定法または三角測量を
用いて求められる。

【００１８】図２はレーザ光パルスを出射するためのレーザ１０を備えている本発明の装置
のブロック線図である。その際制御ユニット１１はトランジスタ１２を用いてレ
ーザ１０をパルス作動において作動しかつその際にレーザ１０から放射される最
大パワーを制限する。このためにトランジスタ１２の制御入力側は制御ユニット
１１に接続されておりかつトランジスタの制御区間はレーザ１０に直列に並びに
抵抗１３に直列に、詳細に示されていない電流供給部の極１４，１５の間の電流
制限するように介挿されている。捕捉検出ユニット１６は人物６から散乱する、
レーザ１０の光を受光しかつそこから連続的に受信パワーを突き止め、その際装
置は十分な受信パワーに相応する限界値に達するとレーザ１０をトランジスタ１
２を介して遮断する。制御ユニット１１および捕捉検出装置１６はこのためにそ
れぞれオープン−コレクタ出力側を有している。これらは両方とも相互に接続さ
れておりかつ抵抗１７を介して電流供給部の一方の極１４に接続されている。こ
のようにして制御装置１１および捕捉検出装置１６の出力側は相互にＡＮＤ論理
結合される。従って制御装置１１は固定のオンオフ比を予め定める。この比はと
いうとレーザ１０の最大パワーを規定する。しかし捕捉検出装置１６を用いてパ
ルスを短縮しかつこれによりパワーを最小限必要な大きさに低下させることがで
きる。

【００１９】図３には、図２の捕捉検出装置１６の可能な形態が示されている。図示の実施
例は２つの光センサ１８および１９を有しており、これらの一方１８は近傍捕捉
検出のために用いられかつ他方１９は遠目を捕捉検出するために用いられる。２
つの光センサ１８および１９にそれぞれ積分段２０ないし２１が続いており、こ
れらには１つの共通の加算段２２が後置接続されている。加算段２２の出力側は
コンパレータ段２３に接続されており、このコンパレータ段には限界値信号２４
が加えられるようになっている。コンパレータ段２３は最終的にトランジスタ２
５を制御する。トランジスタはというと、トランジスタ１２の制御接続端子（図
３に示されていない）に接続されているオープン−コレクタ出力側を形成してい
る。従って捕捉検出装置１６において遠目の捕捉検出も近めの捕捉検出も設定さ
れている。遠目の捕捉検出および近めの捕捉検出の受信信号は引き続いてそれぞ
れ積分されかつ遠目の捕捉検出および近めの捕捉検出におけるそれぞれ積分され
た２つの受信信号から成る和が限界値信号２４から送出される限界値と比較され
る。その際限界値は十分な受信パワー、すなわち車両の車室における物体または
人物を捕捉検出するために十分であるパワーを特徴付けている。

【００２０】有利な光センサは図４に示されているようにホトダイオード２６を含んでいる
。ホトダイオードは詳しく示されていない電圧供給部２７によって給電され、そ
の際阻止方向において駆動される。その際ホトダイオードには一方においてコン
デンサ２８が並列に接続されておりかつホトダイオードおよびコンデンサには抵
抗２９が直列に接続されている。更に抵抗２９とホトダイオード２６ないしコン
デンサ２８との直列接続に抵抗３０が並列接続されている。更に、ホトダイオー
ドには安定化定電流源３１並びに安定化パルス電流源３２が並列に接続されてい
る。

【００２１】積分装置は有利には周囲光を補償するための装置を有している。この形式の積
分段は図５に示されている。この積分段は演算増幅器３３を有している。その非
反転入力側は参照電位３４に接続されておりかつその反転入力側はコンデンサ３
５を介挿して積分段の出力側を形成している出力側に接続されている。コンデン
サ３５にはトランジスタ３６の被制御区間が並列接続されている。トランジスタ
はリセット信号３７によって制御されかつコンデンサ３６の放電、ひいては積分
段全体のリセットのために用いられる。演算増幅器の反転入力側には更にトラジ
スタ４０の被制御区間を中間介挿してそれぞれの光センサから供給される入力信
号３８が加えられるようになっており、その際トランジスタはセット信号４１に
よって制御される。その際トランジスタ４０の制御は、セット信号４１が現れる
と入力信号が演算増幅器３の反転入力側に供給されるように行われる。入力信号
３８は更に、リセット信号３７によって制御されるトランジスタ４２の被制御区
間を中間介挿して、演算増幅器４３の反転入力側に加えられるようになっている
。演算増幅器４３の非反転入力側は更にコンデンサ４４を介して基準電位４５に
結合されている。演算増幅器４３の反転入力側は一方において抵抗４６を介して
参照点４７に接続されておりかつ他方においてコンデンサ４８を介してその出力
側に接続形成されている。演算増幅器４３の出力側は更にトラジスタ４９を制御
する。トランジスタの被制御区間は基準電位４５と入力信号３８を導くノードと
の間に接続されている。

【００２２】図６には、種々の信号の経過が電圧Ｕとしてないし電流Ｉとして時間ｔに関し
て図示されている。波形図ａ）にはまず、リセット信号Ｒが示されている。リセ
ット信号Ｒの近似的に矩形形状のパルスの発生後、レーザ制御信号Ｌが発生され
る。この信号はレーザをスイッチオンする。その際リセットは所定の時間間隔を
おいて繰り返し行われ、そのたびにレーザの新たなスイッチオンが行われる。レ
ーザ制御信号Ｌの負の側縁によって作用される、レーザのスイッチオフは、近め
および遠目の捕捉検出の際のパワーの総計から生じる総受信パワーが限界値Ｔを
上回るときに行われる。その際限界値Ｔは捕捉検出のために必要な最小パワーを
指示している。総パワーＰおよび遠目の捕捉検出の際に求められるパワーを用い
て、直ちに、距離Ｄがパルスの安定状態において突き止められる。波形図ｃ）に
は更に、本発明のパワー制限のない例が示されている。その際２つのパルス、す
なわち所定の一定の、最大パワーを定義するパルスＮおよびＦ（それぞれ遠目お
よび近めの捕捉検出に対して）が送出されるが、その振幅はそれぞれの目的（近
めおよび遠目の捕捉検出）に相応して種々異なっている振幅を有している。見て
取れるように、パルスは本発明によれば最大パルス持続時間によって決まってく
るものより早期に終了される。

【００２３】距離測定は例えばいわゆる三角測量法に基づいているものでよい。その際測定
すべき物体がレーザ、例えば半導体レーザによって線形状に照射される。この「
レーザストリップ」は光学素子によって２つのホトダイオードにて結像される。
放射レーザおよび観察光学素子は相互に角度をなしているので、レーザストリッ
プの像は、測定すべき物体とセンサ装置との間の距離が変化するやいなや、ホト
ダイオード対に移動する。２つのホトダイオードは三角形でかつ相互にずらして
配置されていることができる。２つのダイオードの１つは近いところを捕捉検出
するために用いられ、もう一つは遠目の所を捕捉検出するために用いられる。２
つのホトダイオードは更に逆向きに配置されているので、レーザストリップの位
置に依存して２つのダイオード中に異なったホト電流が生じる。従って物体距離
Ｄは近傍検出の場合のホト電流ｎと遠方検出の場合のホト電流ｆとの差に比例し
ている。観察された物体の拡散反射の影響を受けないですむように、２つの信号
の和は正規化されなければならない。その際Ａは正規化された差を距離に換算す
るための比例定数である。従って次式が生じる：Ｄ＝Ａ・（ｎ−ｆ）／（ｎ＋ｆ）計数器において近め検出のための要素かまたは遠目検出のための要素にだけ制
限してかつ差形成を行わないようにすると、距離の測定を一段と簡素化すること
ができる。その場合このことから結果的に得られる、変形された比例定数Ｂを有
する式は次の通りである：Ｄ＝Ｂ_ｆ・ｆ／（ｎ＋ｆ）またはＤ＝Ｂ_ｎ・ｆ／（ｎ＋ｆ）今日の装置では普通そうであるように、信号の加算、減算および除算がデジタ
ルで行われるべきであれば、２つのホト電流を変換するために使用されるＡＤ変
換器のダイナミック特性は、種々異なっている物体の種々様々な拡散反射係数を
正しく評価するために非常に高くなければならない。殊に、ＳＮ比に関して前置
されているアナログ回路に課せられる要求は非常に高い。その際採算のとれるダ
イナミック特性で間に合わせるために、レーザ出力はこれまでマイクロコントロ
ーラによってパルス長に関して調整設定された。しかし有効な測定値を求めるた
めに時として複数回レーザパルスが送出されなければならないことが分かってい
る。更に、非常に計算の込んだ除算（例えば１６ビット）も見逃せない。このた
めに小さくかつ安価なマイクロコントローラは使用することができない。

【００２４】レーザパルスの長さを直接制御する代わりに、本発明ではコントローラは例え
ば、例えば２つのアナログ回路を用いて入力積分器を零にセットした後、パルス
を生成するための外部の回路にイネーブル信号を送出だけする。イネーブル信号
を得ると、レーザはスイッチオンされかつ積分器は返ってきた光の強度を２つの
ホト電流を介して測定し始める。その際近め検出のための要素および遠目検出の
ための要素の２つの出力信号が加算器を介して加算されかつコンパレータに供給
される。コンパレータで設定されているしきい値を上回るや否や、レーザは遮断
されかつ同時にホトダイオードと所属の積分器との間の接続がアナログスイッチ
を用いて中断される。外部光の影響はこのような仕方で低減される。というのは
、レーザも物体を照射している間だけ積分器が働くようになっているからである
。

【００２５】比較しきい値の大きさは既知であるので、上に挙げた式の分母である近めおよ
び遠目検出の信号強度の和は１として分けられ、換言すると比例定数Ａのところ
に取り込むことができる。これにより除算が省略され、安価なコントローラの使
用が可能になる。距離の算出は近めおよび遠目検出の際の信号強度の測定並びに
差形成に限られる。

【００２６】同様に上に説明したように、近め捕捉検出だけに係わるかまたは遠目捕捉検出
だけに係わるときには、マイクロコントローラに対する作業コストは唯一の測定
値の算出だけに低減される。測定方法を上に述べたように変化すると有効な結果
のない多重パルスはもはや必要なく、これにより測定速度が高められかつ放射線
の周囲に対する影響の及ぼしにくさ（Strahlungsimmission）が高められる。

【００２７】本発明は更に、イネーブル信号の長さに相応して、比較しきい値が障害によっ
てまたは低すぎる拡散反射によって実現されないとき、レーザが制限されずに放
射することを妨げるリミット遮断が行われるように設定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】助手席の断面略図である。

【図２】本発明の装置のブロック線図である。

【図３】本発明の装置における近くおよび離れたところを捕捉検出するための２つのセ
ンサを備えている制御蔵置の回路略図である。

【図４】本発明の装置における光センサの回路略図である。

【図５】本発明の装置における積分装置の回路略図である。

【図６】本発明の方法における信号波形図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3D054 AA03 AA14 EE11 EE29 EE31 5F089 BA02 BB03 BC02 BC25 BC30 CA16 CA21 FA03 FA10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光パルスを送信するためのレーザ（１０）と、物体ま
たは人物（６）において反射されたレーザ光パルスを受信するための受光器（１
８，１９）またはセンサとを備えている車両の車室における物体または人物（６
）を捕捉検出するための装置において、前記レーザ（１０）に接続されている捕捉検出装置（１６）を備え、該捕捉検出
装置は連続的に受信パワーを捕捉検出しかつ十分な受信パワーに相応する限界値
（２４）に達するとレーザ光パルスを遮断することを特徴とする装置。
【請求項２】前記捕捉検出装置（１６）は２つの光センサ（１８，１９）
に接続されており、そのうちの一方（１９）は遠方捕捉検出のために設けられて
おりかつ他方（１８）は近傍捕捉検出のために設けられており、該２つのセンサ（１８，１９）にそれぞれ１つの積分装置が後続しておりかつ該積分装置（２０，２１）にコンパレータ段（２３）が後置接続されており、該
コンパレータ段は積分装置（２０，２１）の出力信号の合計を前記限界値（２４
）と比較する請求項１記載の装置。
【請求項３】前記センサ（１８，１９）は少なくとも１つのホトダイオー
ドを有している請求項１または２記載の装置。
【請求項４】前記積分装置は周囲光補償のための装置を有している請求項２または３記載の装置。
【請求項５】前記周囲光補償のための装置は積分要素を有しており、該積
分要素はそれぞれのセンサの出力信号を補正信号を差し引いて積分する請求項４記載の装置。
【請求項６】少なくとも１つのレーザ光パルスを送信しかつ物体または人
物（６）において反射されたレーザ光パルスを受信するという形式の、車両の車
室における物体または人物（６）を捕捉検出するための方法において、連続的に受信パワーを捕捉検出しかつ十分な受信パワーに相応する限界値（２４
）に達するとレーザ光パルスを遮断することを特徴とする方法。
【請求項７】レーザ光パルスを受信するために遠方捕捉検出または近傍捕
捉検出が設定されており、遠方捕捉検出または近傍捕捉検出における受信信号をそれぞれ積分しかつ遠方捕捉検出または近傍捕捉検出においてそれぞれ積分された２つの受信信号の
合計を限界値と比較する請求項６記載の方法。