JP2008516846A - 占有者感知撮像システム - Google Patents

Abstract

自動車中に配備される少なくとも１個の撮像素子と少なくとも１個の照明装置から構成される、自動車に伴う感知領域中の対象物の存在を感知するための自動車用感知システム。本発明に従って、照明装置は光ビームを生ずる少なくとも１個の光源と前記感知領域への光の分配を不均質化するビーム成形手段から構成され、前記不均質化された光分配によって前記感知領域の特定部位に少なくとも１個の最大光強度部分が与えられる。

Description

本発明は撮像システムに基づく自動車用占有者感知システム、より詳細には占有者感知撮像システム用の照明装置に関する。

自動車においてエアバッグ等の二次的抑制装置を適切に制御するためには、抑制装置が接続されている自動車シートの占有状態を確実に感知することが要求される。二次的抑制装置は、自動車シートの実際の占有状態に適合するように配備されていれば事実上最も効果的な手段である。さらに、たとえば配備されたエアバッグによって乗員が重傷を負うような位置の占有のように占有が適正位置外である場合、占有可能性のある位置を確実に感知することはエアバックを無作動とするために極めて重要である。

占有感知装置の一形式は、占有者の存在、及び／またはその現在の着席位置を測定し、及び／または占有者の頭等の位置測定を行う光学撮像システムをベースとした装置である。このような光学撮像システムは、例えば特定感知領域をモニターするＣＣＤあるいはＣＭＯＳカメラ及びカメラによって撮像された画像の評価を行う付随制御装置で構成されている。この制御装置では、例えば乗員の存在を示す所定パターンを検出し、及び例えば乗員の頭のような特定部分の位置を検出するための適当な画像処理アルゴリズムが用いられる。制御装置は、この検出された位置に基づいて乗員の着席位置を判定し、エアバッグ制御装置へ送出する対応制御信号を生成する。

３次元空間において乗員の位置を判定しなければならないため、（例えばフライト時間（ＴＯＰ）の原理に基づく）位置画像の記録と同時に深度情報も記録する３次元カメラを用いることが有利である。すなわち、このカメラによって３次元空間における位置判定を可能とする必要データが即時に提供される。

しかしながら、自動車占有感知に用いる３次元ＴＯＦカメラへ、必要な深度解像度及びシーンの広範囲に亘る屈折係数及び周囲照明条件に関する精度を与えることを可能とするためには、調査対象領域に対して高照度密度をもつパルス形あるいは変調照明を与えることが必要とされる。そのため、この種の撮像素子を用いる感知システムには適当な照明装置が装備されなければならない。感知システムの全体寸法には制約があるため、感知システムによってカバーされるべき領域は通常かなり大きいため、前記照明装置には極めて広角度な口径が要求される。その結果、均質な高照度密度を得るためには極めて強力な光源が要求される。しかしながら、かかる強力な光源を用いることは多大な電力消費と熱発生が問題となることから、自動車分野における要求に対し適合させることはできない。

本発明は、自動車への使用に適する適切な照明装置が装備された撮像装置をベースとする感知システムを提供することを目的とする。

上述した問題点を克服するため、本発明によって、自動車に付随する感知領域内の客体の存在を感知するための、自動車内部に取り付けられる少なくとも１個の撮像素子及び少なくとも１個の照明装置を備えて構成される自動車用感知システムが提供される。本発明に従って、前記照明装置には光ビームを発生させる少なくとも１個の光源と前記感知領域内において光を不均質に分配させる光ビーム成形手段が含まれ、この不均質な光分配によって前記感知領域の特定部分に少なくとも１個の局部的な光強度最大部分与えられる。

感知領域全体を均質に光が分配されるように照明する代わりに、本発明では不均質な光強度分配を生ずる適切なビーム成形手段を備えた照明装置が提案されている。つまり、例えば自動車占有感知に特に重要な領域が識別され、かつ光の分配がその特に重要な領域に局部的に最大限与えられるように、照明装置によって光がそれら領域へ選択的に向けられることを意味している。感知領域内の特に重要な領域へ選択的に照明を行うことにより、感知装置の確実な作動に悪影響を与えることなく、全体としての電力消費及び熱発生が低減される。さらに、特定領域を選択的に照明することにより照明装置のサイズを小さくすることが可能となり、それによって自動車への一体化が容易となり、ひいてはコストの低減が達成される。

発光ダイオード、レーザダイオード、あるいは垂直空洞面放出レーザ等の少なくとも１個の半導体オプトエレクロニック装置を用いて少なくとも１個の光源装置を作製することが可能である。この少なくとも１個の光源にとって好ましい波長はＮＩＲ領域内にある約８３０ｎｍの波長である。この少なくとも１個の光源を反射空洞内に置いてより指向性の強い出力を得ることが可能である。

好ましい実施態様においては、前記ビーム成形手段には回析光学素子が前記少なくとも１個の光源の前方に配置され、この回析光学素子によって前記少なくとも１個の光源からの光が所定の光強度比に設定された異なる部分ビームへと分光され、かつ所定の方向へと伝搬されるように構成される。構成に応じて、前記ビーム成形手段へさらに屈折光学素子を備え、この屈折光学素子を前記少なくとも１個の光源と前記回析光学素子との間に配置することが可能である。光ビームが前記回析素子中へ入る前に光ビームのサイズを適合させるために、屈折光学素子、例えば適当な焦点特性をもつレンズを設けることも可能である。

回析光学素子から成るビーム成形光学素子を用いることにより種々タイプの自動車への光分配の適合化が容易となることが理解されよう。回析光学素子の回析パターンだけは特定の自動車の特定の感知領域へ適合させなければならないが、前記少なくとも１個の光源等の構成部品、及び、屈折素子等の他の光学的部品はそのままで良い。

ビーム成形光学素子は、前記少なくとも１個の光源によって発せられる照明全体が感知領域の形状と一致するように最適化される。この最適化によって、例えば屈折素子の焦点距離、光源と前記屈折素子との間隔、複数ある場合は複数の光源の相対位置、及び回析光学素子の回析パターン等のパラメータに影響を与える。この最適化は直接バイナリーサーチ等のデジタルホログラフィから公知であるアルゴリズムを用いて実施可能である。回析光学素子の特定回析パターンは例えば感光性材料におけるフォトリソグラフィーのような公知技術を用いて生成可能である。

本発明の好ましい実施態様においては、前記照明装置は列状に配列された複数の独立した光源から構成される。これら独立した光源のそれぞれは、例えば発光ダイオード、レーザダイオード、あるいは垂直空洞面放出レーザから構成可能である。好ましくは異なる光源が共通の基板上へ配置され、またより指向性の強い出力を与えるためにこれら光源を反射空洞中に配置することも可能である。構成によっては、これら光源を撮像素子と同一の基板上へ作製することも可能である。

実施可能な実施態様において、感知領域内に必要な明暗度が生ずるように、１個の単一光学素子を複数の光源へ接続することが可能である。また別の実施態様においては、前記ビーム成形手段は複数の独立した光学素子からなり、各独立光学素子は１個の独立した光源へ接続される。後者の場合、光学素子数を光源数と同数として、各光源にそれ自体へ接続されたそれ自体の光学素子を備えることが可能である。しかしながら、可能な変形例において、前記数個の光源の一部へ１個の共通光学素子を接続し、他方他の独立した光源へ該光源へ接続された独立した光学素子を備えることも可能である。

前記複数の独立した光源は、各屈折光学素子の光軸がそれら接続された光源の光軸に対してオフセットされ（ずれ）るように、それら屈折光学素子を前記接続される光源の前方へ配置される。屈折素子の光軸をオフセットして配置することにより、接続された光源によって生ずる光ビームを感知領域の特定部分へ向けさせることが可能となる。異なる光源それぞれについて個別にオフセットを調整することにより、これら屈折光学素子だけを用いて必要な光の分配を生ずることが可能である。その結果、このような実施態様においては、感知領域に所望の光分配を生ずるために、ビーム成形手段に屈折素子は必要とされない。

撮像素子と前記照明装置は自動車内において離れた位置へ配置されるように構成可能なことが理解されよう。しかしながら、好ましい実施態様においては、撮像素子と前記照明装置は好ましくは単一ハウジング内に互いに近接して配置されるように構成される。

前記照明装置には、前記少なくとも１個の光源あるいは複数の光源の照明強度を調節する手段がさらに含まれると有利であることが理解されよう。このように照明強度を調節することにより、例えば感知領域が空と検出された場合に、１または２以上の光源の照明強度を減ずることが可能である。これにより、システム全体の電力消費を低減させると同時に光源それぞれの寿命を増大させることが可能となる。さらに、光源列の各光源の光強度を適切に調節することにより感知領域への光の分配をさらに適合化することも可能となる。

本発明に従った感知システムは自動車において別の用途にも利用可能なことが理解されるべきである。この感知システムは例えば自動車の障害物感知システムにも利用可能である。かかる実施態様においては、自動車周囲の一部が感知領域に含まれるように撮像素子及び前記照明装置が自動車内に配置される。このように配置されたシステムにより、感知領域内の歩行者あるいは対象物を検出することが可能となり、またそれに相当する情報を歩行者保護システム、プリクラッシュシステム、あるいは駐車システムにおいて利用することが可能となる。このような実施態様においては、適切に光を分配させることにより、感知領域を適切に成形できることが理解されよう。実際、自動車周囲の重要でない領域の照明強度を下げることによって、感知領域からこれら重要でない領域が除かれる。

別の用途において、前記感知システムは上述したように自動車の占有者感知システムとして用いられる。この場合、撮像装置及び前記照明装置は自動車車内区画の一部が感知領域内に含まれるように乗員区画内に配置される。

光が分配されて最大強度となる前記感知領域の特定部分が、例えば撮像装置及び／または照明装置から最も離れた感知領域部分に位置してもよいことが理解されよう。占有者感知用途において感知領域の最も重要な部分は乗員が適正位置に、あるいは適正位置から全く外れた状態で座っている時に乗員の頭が位置する部分である。すなわち、この用途においては、前記特定部分は自動車シートのヘッドレスト位置付近、あるいは自動車ダッシュボード付近となる。

本発明について以下にいくつかの非限定的実施例を示し、添付図面を参照しながらさらに明らかにする。

図１は乗員側に感知システム１２が装備された自動車内部の上面図である。この感知装置１２は例えば三次元撮像カメラと自動車の天井部中に配置された１個のハウジング中に取り付けられた照明装置から構成される。この照明装置を用いて自動車内部の一部に対して時間変調された照明の分配が行われる。この照明は自動車内部と存在する場合の占有者によって屈折され、屈折された光は三次元撮像カメラへ入力される。自動車占有者の感知には前記カメラによって得られた三次元画像が用いられる。

前記照明装置は専用基板１６上の半導体オプトエレクトロニック光源と適当なビーム成形光学機器１８から作製された列状の数個の照明素子１４から成形される。これら異なる照明素子１４は、例えば撮像素子の光学機器２４の周囲へ適当な配列形状に配置される。照明素子１４の出力は、必要な照明の分配を与えるため、最適に組み合わされた屈折及び回析微小素子によって個別に処理される。前記ビーム成形光学素子１８により、異なる光源１４から発せられた照明全体は感知領域の形状に対する所定の照明分配と一致するように最適化される。

好ましい実施態様において、前記光源は発光ダイオード２０であり、これら発光ダイオードは基板１６の反射面と共に空洞２２の内側へ配置される。焦点距離ｆをもつレンズ２６が発光ダイオード２０の前方へ間隔ｄを空けて配置される。このレンズ２０は、光ビームが回析素子２８へ入る前に該光ビームの大きさを適合させるために設けられる。光は回析光学素子を通過し、該回析素子によって方向が変えられ強度比の異なる数本の部分ビーム３０、３２、３４となり異なる方向へ伝搬される。

屈折素子２６と回析素子２８を組み合わせて成るビーム成形素子１８を用いることにより種々タイプの自動車への照明分配の適合化が容易となることが理解されよう。回析素子２８の回析パターンを適合化させる必要があるだけで、光源２０及び屈折素子２６の適合化は不要である。

乗員側から見た、撮像システムを備えた自動車内部の概略図である。 撮像システムの略正面図である。 ビーム成形光学機器を備える単一発光素子の略側面図である。

符号の説明

１０：自動車内部
１２：感知装置
１４：照明素子
１６：基板
１８：ビーム成形素子
２０：発光ダイオード
２２：空洞
２４：撮像素子光学系
２６：レンズ
２８：回析素子
３０，３２，３４：部分ビーム

Claims (14)

1. 自動車内に配備された少なくとも１個の撮像素子と光ビームを生ずる少なくとも１個の光源とを備えて成る少なくとも１個の照明装置から構成される、自動車に付随する感知領域内の対象物の存在を感知する自動車用感知システムであって、前記少なくとも１個の照明装置には前記感知領域内へ光を不均質に分配させるビーム成形手段がさらに含まれ、前記不均質な光の分配によって前記感知領域の特定部分に少なくとも１個の最大光強度部分が与えられることを特徴とする前記感知システム。
2. 前記ビーム成形手段に回析光学素子が前記少なくとも１個の光源の前方へ配置されて含まれ、前記回析光学素子によって前記少なくとも１個の光源からの光が所定の光強度比に設定された異なる部分ビームへ分光されて所定方向へ伝搬されることを特徴とする請求項１項記載の感知システム。
3. 前記ビーム成形手段に屈折光学素子が前記少なくとも１個の光源と前記回析光学素子との間に配置されて含まれることを特徴とする請求項２項記載の感知システム。
4. 前記照明装置が列状に配列された複数の独立した光源から構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の感知システム。
5. 前記ビーム成形手段に複数の独立した光学素子が含まれ、独立した光学素子のそれぞれが１個の光源へ接続されていることを特徴とする請求項４項記載の感知システム。
6. 前記独立した光学素子のそれぞれが、各光学素子の光軸が前記接続された光源の光軸に対してオフセットされるように前記接続された光源の前方へ配置される屈折光学素子であることを特徴とする請求項５項記載の感知システム。
7. 前記特定部分が、前記感知領域内の前記撮像素子及び／または前記照明から最も離れた部分に位置することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の感知システム。
8. 前記特定部分が自動車ダッシュボード付近に位置することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の感知システム。
9. 前記特定部分が自動車シートのヘッドレスト付近に位置することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の感知システム。
10. 前記撮像素子及び前記照明装置が自動車内において互いに近接して配置されるように構成されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の感知システム。
11. 前記撮像素子及び前記照明装置が自動車内の離れた位置に配置されるように構成されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の感知システム。
12. 前記照明装置に前記少なくとも１個の光源の照明強度を調節する手段が含まれることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の感知システム。
13. 感知領域に自動車車内区画の一部が含まれるように前記撮像素子及び前記照明装置が乗員区画内に配備された、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の感知システムから成る自動車用占有者感知システム。
14. 感知領域に自動車周囲の一部が含まれるように前記撮像素子及び前記照明装置が自動車内に配備された、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の感知システムから成る自動車用障害物感知システム。

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