JP2019533603A - 運転支援フロントガラス - Google Patents

Abstract

外側ガラスシート（４）および内側ガラスシート（５）である２つのガラスシートを含み、該２つのガラスシートは、屈折率ｎ1の熱可塑性材料から成る中間膜（６）によって互いに接合された、自動車用積層フロントガラス（１）であって、前記フロントガラスは、前記ガラスシートのうちの少なくとも１つを貫通し好ましくは前記中間膜を貫通する孔（８）を備え、前記孔には光学素子（２）が埋め込まれ、該光学素子は、車両の外側に向けられたフロントガラスの面にほぼ水平に到達する光束（３）を偏向させるために適合されており、また該光束を車両の室内の方へ向けられたフロントガラスの面の正面に配置されるＣＣＤ検出器またはＣＭＯＳ検出器のようなカメラの画像受信装置（７）の方へほぼ変形なく収束させるために適合されており、前記検出器は、前記フロントガラスの表面（１３）にほぼ平行して配置される。【選択図】図２

Description

本発明は、ＡＤＡＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｒｉｖｅｒ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ、先進運転支援システム）カメラシステムとの組み合わせにより、自動車における画像データ収集を可能にするグレージングユニット、とりわけフロントガラスに関するものである。本発明はまた、そのような情報視覚化のための、前記カメラと前記グレージングユニット（前記フロントガラス）とを組み合わせた装置も記述している。

車両用グレージングユニットおよび組み合わされた科学技術は、とりわけ安全性を高めるために絶えず進展している。重要な新技術は、運転支援システムまたはＡＤＡＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｒｉｖｅｒ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ）に存在する。一般的原理によると、フロントガラスの裏に配置されたカメラにより、これらのＡＤＡＳが運転中に運転手を支援することが可能となる。このようなＡＤＡＳ装置は、特に次のような機能を有し得るが、以下のリストは完全なものではない。
−車両が故意ではなく車線から離れる際に運転手に警告する、
−緊急停止を知らせる、
−夜間の視力を改善する、
−運転手から可視の制御画面を通して３６０度の視界を可能にする、
−沿道に設置された標識を認識する、
−２次元さらには３次元モード（例えば複数のカメラを使った特に立体効果による）によって、距離および物体の正確な検出を保証する。

最も従来的な方法では、装置は、車両のフロントガラスの裏に配置されたカメラを少なくとも１つ含む。そのような装置の現行バージョンにおいて、嵩の問題が提起される。実際、そのような装置のために車両のフロントグレージングユニット上で利用可能な場所は非常に制限されており、というのも、安全性という明らかな理由により、そのような装置が運転手の視覚を妨げてはならないからである。本分野において時にはＹ０と呼ばれるそのような領域１００は通常、添付の図１に示されるようにフロントガラスの中央上方部分に位置する。この領域１００において、単数または複数のカメラは、フロントガラスの表面と向かい合って特定の角度を伴って方向付けられる。特に、カメラに搭載されたレンズおよびイメージセンサ（ＣＣＤまたはＣＭＯＳ）は、添付の図面で示されるように、地面に対する平行線に近い方向、すなわち道路に対してわずかに傾けられた方向に沿って、画像収集領域の方に向かって直接方向付けられる。つまりカメラは、先の機能を果たすように適合されたわずかな角度に沿って、道路に向かって方向付けられる。

添付の図１で示されるように、具体的には、フロントガラスで、カメラのレンズ、センサおよびその本体の大きさを考慮して、各カメラにアクセス可能な正しい視野はつまり、集められた外の光束（またはむしろ予め定義された立体角にしたがって集められた光束の全体）が、前記カメラのそれぞれに対して、フロントガラス上の台形の特殊な窓１０１を貫通することを必要とする。

添付の図１で示されるように、フロントガラスそれ自体が、画像捕捉領域において道路に対して比較的小さい角度を有することから、小型カメラの利用にはつまり、フロントガラス上で比較的大きな寸法の、観察すべき立体角が大きいだけにいっそう広い台形窓１０１の利用が必要となる。

そのような構造にはさらに、ＡＤＡＳカメラ（その本体を含む）を内蔵する装置の正面に配置されるグレージングユニットの全表面にわたって、装置を隠すように、黒いエナメル層またはラッカー層のような、黒いコーティング１０２の使用が含まれる。

さらに、例えば前述のような複数の機能を保証するために、さらには３次元モード（立体モード）での復元および／または解析のために複数のカメラを併用する場合、図１に示されるように、各カメラに対応するさまざまな台形領域を互いに分け隔てることがさらに必要であることは明白である。そのような場合は特に、グレージングユニット上の黒く下塗りされた表面１０２は、フロントガラスを介した運転手の全体的な視野を著しく減少させる可能性のある規模の、非常に大きな寸法となり得る。複数のＡＤＡＳカメラを内蔵した現行の構造物の大半において、添付の図１に示されるように黒い下塗り層で覆われなければならないのは、フロントガラスの中央上方部分のほぼ全表面と言えよう。

本発明の目的は、前述の問題を解決することを可能にし、特に、具体的にはグレージングユニットの裏側にあるＡＤＡＳカメラを分離させるかまたは覆い隠すためのフロントガラス上にある黒い表面を減少させることによって、前述の嵩の問題を回避することを可能にする、解決案を提案することである。

先の問題は特に、カメラを垂直線の方へ角度βだけ傾けるようにカメラの光学部品の向きを変更することによって、解決することができた。

本発明はより詳細には、自動車用積層フロントガラスに関しており、該フロントガラスは、外側および内側の２つのガラスシートを含み、該２つのガラスシートは、屈折率ｎ₁の熱可塑性材料から成る中間膜によって互いに接合され、前記フロントガラスは、前記ガラスシートのうちの少なくとも１つを貫通し好ましくは前記中間膜を貫通する孔を備え、前記孔には光学素子が埋め込まれ、該素子は、車両の外側に向けられたフロントガラスの面にほぼ水平に到達する光束を偏向させるために適合されており、また該光束を、車両の室内の方へ向けられたフロントガラスの面の正面に配置されたＣＣＤ検出器またはＣＭＯＳ検出器のようなカメラの画像捕捉装置の方へほぼ変形なく収束させるために適合されており、前記検出器の表面は、前記フロントガラスの表面にほぼ平行して配置される。

「ほぼ水平に」なる語は、地面と光束の光線との間で形成される角度が、３０°未満、特に２０°未満、さらには１０°未満であることを例として意味する。

「ほぼ平行して」なる語は、フロントガラスの内側表面とＣＣＤ検出器表面の検出表面との間で形成される角度が、３０°未満、特に２０°未満、さらには１０°未満であることを例として意味する。

本発明の有利な、ただし非限定的な特定の実施形態が以下に記述されるが、これらは当然のことながら必要があれば互いに組み合わせることができる。
−前記フロントガラスは、前記ガラスシートと前記中間膜とを貫通する孔を備える、
−光学素子は、１つ以上の収束レンズと１つ以上の発散レンズとの組合せを含む、
−光学素子は、グレージングユニットの外側から内側の方へ向かって、１番目にある収束レンズ、発散レンズおよび収束レンズを含む、
−選択的に、前記フロントガラスは、外側ガラスシートだけを貫通する孔を備え得、該孔の中に前記光学素子が挿入される。このような構造物において、光学素子は例えば、グレージングユニットの外側から内側の方へ向かって、収束レンズと発散レンズを含む。有利には、内側ガラスシートの裏面に、収束レンズが接着される、
−光学素子はさらに、屈折率ｎ₁以下である屈折率ｎ₂のプラスチック材料を含む、
−光学素子はさらに、屈折率ｎ₁未満である屈折率ｎ₂のプラスチック材料を含む、
−光学素子は、グレージングユニットの外側から内側の方へ向かって、１番目にある収束レンズ、発散レンズ、収束レンズ、および任意には、前記レンズ間に配置され屈折率ｎ₁未満である屈折率ｎ₂のプラスチック材料を含む、
−前記屈折率ｎ₂は、少なくとも０．０５、好ましくは少なくとも０．１だけ屈折率ｎ₁よりも小さい、
−中間膜はＰＶＢ製である、
−中間膜はＰＶＢ製であり、また光学素子の中に含まれる材料は、１．３１〜１．４３の屈折率ｎ₂を有する、
−屈折率ｎ₂の層の材料は、場合によってはフッ素化された、脂肪族ウレタンアクリレートポリマーから選択される、
−前記光学素子は、グレージングユニットの中央上方領域に配置される。

本発明はまた、フロントガラスを介した画像収集装置にも関しており、画像は、車両の外側に向けられたフロントガラスの面の上にほぼ水平に到達する光放射の捕捉領域に由来するものであり、前記装置は、イメージセンサを含むカメラ、特にＡＤＡＳカメラと、先に記述したようなフロントガラスとを含むことを特徴とし、該装置において、カメラのイメージセンサの表面は、前記フロントガラスの表面にほぼ平行して配置される。

先に記述したような、現在商品化されている画像収集装置の斜視図を示している。 本発明にかかる第１の構造によるフロントガラス、ならびに車両の外側からフロントガラスの裏に配置されたＡＤＡＳカメラのレンズまでの光放射の道筋を、矢状断面で図示している。 本発明にかかる第２の構造によるフロントガラス、ならびに車両の外側からフロントガラスの裏に配置されたＡＤＡＳカメラのレンズまでの光放射の道筋を、矢状断面で図示している。

さらに厳密に言えば、図２は、本発明の実施形態をより詳細にただし非限定的に示している。

この図で、矢状断面にしたがった積層グレージングユニットが示された。初期光束３は、車両の外側環境から、特に、フロントガラス１の上方部分に配置され図２でその唯一のセンサ７によって図示されるカメラによって観察しようと努める道路の領域から、フロントガラスの最も外側のガラスシート４の面の上に到達する。前記センサ７は好ましくは、マトリクス表面のＣＣＤ（電荷結合素子）またはＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）を含む。

光束とは、本発明の趣旨で、カメラ７を経由して捕捉しようと努める、特定の立体角にしたがって到達する光線の全体を意味する。より明確にするために、図２においてただ２つの光線だけでこの放射を示した。

図２によって示されるように、車両の外側の光束３は、原則として３０°未満、さらには２０°未満、さらには１０°未満である、水平の位置に対して若干の入射角αを伴ってフロントガラス上に到達する。フロントガラス１の裏側へカメラを直接設置するには、従来、前記光束を捕捉するために、つまりカメラの配向軸それ自体が、図２に点線で示されるように、前記カメラの設置領域において、道路に対する若干の角度α、およびフロントガラスの内側表面１３の垂線に対して大きい角度を有することが必要不可欠である。

図１との関連で先に述べたように、このような構造において、設置物全体を隠すためにグレージングユニット上に施された黒いラッカー塗装またはエナメル加工表面１０２は、場合によっては、フロントガラス自体を介した運転手の視野全体を著しく減少させるに至るほどの非常に大きな寸法であり得る。

図２で示されるグレージングユニット１は、第１のガラスシート４および第２のガラスシート５を含む従来の積層フロントガラスであり、２つのガラスシートは、熱可塑性材料で大抵の場合ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）製の中間膜６によって互いに接合されている。公知である従来の方法により、フロントガラスは、構成要素４、５および６の熱ラミネート加工によって得られる。中間膜は当然のことながら、本発明の範囲を逸脱することなく、異なった性質の熱可塑性材料製の複数の膜、とりわけ異なった硬度のＰＶＢ膜の集合を含み得、例えば米国特許第６１３２８８２号明細書中で記述されているような、音響機能を保証するための異なった硬度のものが挙げられる。同様に、ガラスシートのうちの１つは、従来使用されている厚みと比べて薄くすることが可能である。本発明によると中間膜はまた、特にＨＵＤ（ヘッドアップディスプレイ）アプリケーション用にくさび形を呈することもできる。さらに、中間膜のうちの１つはバルク着色され得る。

中間膜６において、求められているカメラの最終的な位置づけ部位に準備される、グレージングユニットの領域内で、フロントガラスの中に切抜きを行って孔８を作るが、該孔は厚みがフロントガラスの厚みとほぼ等しく、本発明による光学素子２をそこに挿入するのに十分かつ必要な寸法のものである。

図２に示される素子２は、収束レンズと発散レンズのセットを含み、このような構造物は、本発明の範囲の制限例として見做され得ない。レンズは、前述したように初めはほぼ水平の放射３が前記光学素子を経由してセンサ７の感知部の方へ偏向しまた収束するように、先行技術を用いて寸法決めされ間隔があけられ、センサはそれに伴い、今度はその作用面が画像捕捉領域において第２のガラスシート５の内側表面にほぼ平行して配置されるように、位置づけ直されることができる。そのようにして、カメラ全体を傾けること、したがって、グレージングユニットの裏側で画像の処理に使用される全ての構成要素およびそれらの本体が占める場所を最小にすることが可能となる。また、カメラのセンサ７をグレージングユニットのできるだけ近くに近づけることも可能であり、それはまた、その使用に関連する嵩の著しい減少となって現れる。

先にも説明されたように、このような構造はそのようにして、フロントガラス上の光束が貫通する台形領域の寸法、したがって最終的にはグレージングユニット上の黒く下塗りされた領域１０２の全面積を、極めて大幅に制限することを可能にする。例として、カメラの僅か５°の傾斜βにより、前記台形領域の面積を５０％以上減少させることが可能になることを算出することができた。このようにして、図１に、現行の構造による台形領域を実線で、また本発明にかかる構造における台形領域を点線で示した。

したがって本発明によると、フロントガラス上の黒く下塗りされた領域の面積を大幅に制限すること、または代替的に、とりわけ立体視を目ざしてさらには道路上のチェックポイントおよび／または前述のような機能の数を増やすために、フロントガラスのアクセス可能な領域内により多くのカメラを配置することが可能となる。

より詳細には、図２で、光学素子内の光線３の道筋を示す点線で示されているように、入射放射は、１番目にある収束レンズ９によって偏向される。このように偏向された光束は次に、２番目にある発散レンズ１０によってまっすぐにされ、有利には熱可塑性膜６の屈折率よりも低い屈折率ｎ₂の熱可塑性材料１２によって光学素子内に閉じ込められる。

屈折率ｎ₂のこの材料は、より詳細には、ガラス表面またはプラスチック表面に対する粘着特性を有するプラスチック材料の中から選択される。

材料１２は特に、その屈折率ｎ₂が、中間膜６を構成する材料の屈折率よりも有意に低くなるように、有利にまた好ましくは選択される。有意に低いとは、少なくとも０．０５、好ましくは少なくとも０．１の屈折率の違いを意味する。

特に、例えば材料６が、屈折率がおよそ１．４８であるＰＶＢタイプの熱可塑性樹脂である場合、屈折率ｎ₂の材料を構成するために選択される材料は、有利には屈折率が製造方法に応じて１．３１〜１．４２の間で変化し得るアクリレートポリマー、特に、場合によってはフッ素化された脂肪族ウレタンアクリレートポリマーの中から選択され得る。このような粘着性ポリマーは例えば、Ｎｏｒｄｌａｎｄ社によって、ＮＯＡ １３１５、ＮＯＡ １３２、ＮＯＡ １３２７、ＮＯＡ １３２８、ＮＯＡ １３３、ＮＯＡ １３６８５、ＮＯＡ １３７５、ＮＯＡ １３８、ＮＯＡ １４２の参照番号で商品化されている。

フロントガラス内の切抜き部分８は通常、フロントガラスまたはグレージングユニットの面積との関係において小さい寸法である。

切抜き部分８の形および寸法はまた、先行技術によって設定され、カメラを経由して捕捉しようと努める、車両の前の領域から来て車両の外側の立体角の範囲に由来する、フロントガラスを貫通する入射光放射の全体を、効果的にかつ選択的に収集するようになっている。

図３は、本発明の別の実施形態を示しており、該実施形態において、フロントガラスは、今度は外側ガラスシート４だけを貫通する孔８を備えており、該孔の中に、収束レンズと発散レンズの組合せを含む前記光学素子２が挿入される。この形態によると、内側ガラスシート５は切り抜かれておらず、光学素子２によって偏向された光線が貫通している。この形態によると、収束レンズ１１はここでは、カメラのセンサ７の方へほぼ変形なく光束を偏向させるために、内側ガラスシート５の裏面１３に配置（接着）される。

１ フロントガラス
２ 光学素子
３ 光束
４ 外側ガラスシート
５ 内側ガラスシート
６ 中間膜
７ センサ
８ 孔
９ 収束レンズ
１０ 発散レンズ
１１ 収束レンズ
１２ 熱可塑性材料
１３ フロントガラスの内側表面
１０２ 黒く下塗りされた領域

Claims (15)

1. 外側ガラスシート（４）および内側ガラスシート（５）である２つのガラスシートを含み、該２つのガラスシートが、屈折率ｎ₁の熱可塑性材料から成る中間膜（６）によって互いに接合された、自動車用積層フロントガラス（１）であって、前記フロントガラスが、前記ガラスシートのうちの少なくとも１つを貫通する孔（８）を備え、前記孔には光学素子（２）が埋め込まれ、該光学素子が、車両の外側に向けられたフロントガラスの面にほぼ水平に到達する光束（３）を偏向させるために適合されており、また該光束を車両の室内の方へ向けられたフロントガラスの面の正面に配置されたＣＣＤ検出器またはＣＭＯＳ検出器のようなカメラの画像捕捉装置（７）の方へほぼ変形なく収束させるために適合されており、前記検出器が、前記フロントガラスの表面（１３）にほぼ平行して配置される、自動車用積層フロントガラス。
2. 光学素子（２）が、１つ以上の収束レンズと１つ以上の発散レンズとの組合せを含む、請求項１に記載の積層フロントガラス。
3. 前記フロントガラスが、前記ガラスシート（４、５）と前記中間膜とを貫通する孔（８）を備える、請求項１に記載の積層フロントガラス。
4. 光学素子が、グレージングユニットの外側から内側の方へ向かって、１番目にある収束レンズ（９）、発散レンズ（１０）および収束レンズ（１１）を含む、請求項１から３のいずれか１つに記載の積層フロントガラス。
5. 光学素子がさらに、屈折率ｎ₁以下である屈折率ｎ₂のプラスチック材料（１２）を含む、請求項１から４のいずれか１つに記載の積層フロントガラス。
6. 光学素子がさらに、屈折率ｎ₁未満である屈折率ｎ₂のプラスチック材料を含む、請求項１から５のいずれか１つに記載の積層フロントガラス。
7. 光学素子が、グレージングユニットの外側から内側の方へ向かって、１番目にある収束レンズ（９）、発散レンズ（１０）、収束レンズ（１１）、および前記レンズ間に配置された、屈折率ｎ₁未満である屈折率ｎ₂のプラスチック材料（１２）を含む、請求項１から６のいずれか１つに記載の積層フロントガラス。
8. 屈折率ｎ₂が、少なくとも０．０５、好ましくは少なくとも０．１だけ屈折率ｎ₁よりも低い、請求項１から７のいずれか１つに記載の積層フロントガラス。
9. 中間膜（６）がＰＶＢ製であり、また光学素子の中に含まれるプラスチック材料（１２）が、１．３１〜１．４３の屈折率ｎ₂を有する、請求項１から８のいずれか１つに記載の積層フロントガラス。
10. 屈折率ｎ₂の層のプラスチック材料が、場合によってはフッ素化された、脂肪族ウレタンアクリレートポリマーの中から選択される、請求項５から９のいずれか１つに記載の積層フロントガラス。
11. 前記フロントガラスが、外側ガラスシート（４）だけを貫通する孔（８）を備え、該孔の中に前記光学素子が挿入される、請求項１に記載の積層フロントガラス。
12. 光学素子が、グレージングユニットの外側から内側の方へ向かって、収束レンズ（９）と発散レンズ（１０）とを含む、請求項１１に記載の積層フロントガラス。
13. 収束レンズ（１１）が、内側ガラスシート（５）の裏面に配置される、請求項１１または１２に記載の積層フロントガラス。
14. 前記光学素子が、グレージングユニットの中央上方領域に配置される、請求項１から１３のいずれか１つに記載の積層フロントガラス。
15. フロントガラスを介した画像収集装置であって、画像は、車両の外側に向けられたフロントガラスの面の上にほぼ水平に到達する光放射の捕捉領域に由来するものであり、前記装置が、
    −イメージセンサ（７）を含むカメラ、とりわけＡＤＡＳカメラ、
    −請求項１から１４のいずれか１つに記載のフロントガラス（１）、
    を含むことを特徴とし、
    カメラのイメージセンサ（７）の表面が、前記フロントガラスの表面にほぼ平行して配置される、画像収集装置。

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