JP2023504122A - 特別な形状にされたレンズを有する車両用の霧検出器 - Google Patents

Abstract

本発明は、特別な形状にされたレンズを有する、車両用の霧検出器であって、少なくとも１つの光パルスを放出するように構成された発光体（１）と、少なくとも１つの光パルスの光を第１光路に沿って差し向けるように構成された第１光学素子（２）と、少なくとも１つの光パルスの散乱光を、当該霧検出器における受光器（３）の焦点へ第２光路に沿って差し向けるように構成された第２光学素子（４）とを備え、焦点は第１光路に沿って伸びる軸線から空間的に偏位され、第１光学素子（２）と第２光学素子（４）とは、第１光路と前記第２光路とが互いに少なくとも部分的に重なり合うように配置および構成され、第１光学素子（２）と第２光学素子（４）とは、発光体（１）と受光器（３）とが共通の光軸上にて使用可能であるように配置および構成されているものに関する。本発明は更に、コンピュータープログラム、データ搬送信号、およびコンピューター読取り可能な媒体に関する。

Description

本発明は、特別な形状にされたレンズを有する霧検出器に関するものである。

本発明はまた、霧検出器を備えた運転支援システムに関するものである。

本発明は更に、運転支援システムまたは霧検出器を備えた車両に関するものである。

本発明は更に、霧検出のための方法に関するものである。本発明は更に、コンピューターによって実行されたときに当該方法の各段階を当該コンピューターに実行させる命令を備えたコンピュータープログラムに関するものである。

本発明は更に、コンピュータープログラムが伝達するデータ搬送信号に関するものである。

本発明は更に、コンピューターによって実行されたときに当該方法の各段階を当該コンピューターに実行させる命令を備えた、コンピューター読取り可能な媒体に関するものである。

先行技術の方法によれば、霧検出は、霧に誘発される光学的なぼけをカメラで検出することによって霧の存在を確認するための専用ソフトウェアを通じて行われる。幾つかの視覚システムには発光源も備え付けられている。これに関しては、特許文献１（US 6 946 639 B2）が参照される。発光源が、この特定の光源の後方散乱を検出するために用いられている。とりわけ、画像処理に高い演算能力を要することが１つの欠点である。

ＬＩＤＡＲを用いることも可能である。「ＬＩＤＡＲ」は「光による検知と測距」の略語である。それは、光学的な距離および速度の測定のためだけでなく、大気パラメータの遠隔測定のためのレーダー関連の手法でもある。大気測定用のＬＩＤＡＲシステムは、レーザーパルスを発して、大気からの後方散乱光を検出する。信号の光伝播時間から散乱の箇所までの距離が算出される。空気中の煙や塵の粒子（これらはエーロゾルを意味する）がレーザー光を散乱させ、煙やエーロゾルの層の高解像度の検出や測距を可能とするのである。もっと複雑なシステムを用いれば、大気状態のパラメータや大気中の微量ガスの濃度を測定することができる。ＬＩＤＡＲ機器は、例えば特定の制限値に従うために工場煙突からの排出物を監視するのに用いることもできる。

使用されるレーザー光の波長によっては、ＬＩＤＡＲシステムが分子や粒子の後方散乱の影響を受けやすい。また、１つの波長における後方散乱の強さは、粒子の寸法や濃度によって決まる。従って、幾つかの波長を使うＬＩＤＡＲシステムを用いることで、大気粒子の正確な寸法分布を測定することができるのである。

とりわけ、ＬＩＤＡＲを用いることの欠点は、霧と物体との間を識別するのに高い演算能力を要することである。

また、例えば特許文献２（US 2009/0138210 A1）で説明されるシステムのような幾つかのシステムは、コリメート（平行化）された光ビームを送って、受光部が後方散乱光を集める。この方法は、より廉価なものである。しかしながら、発光体と受光器との間の心ずれによって、幾つかの気象条件における実施が困難となってしまう。それは、ある種の距離から光が後方散乱された場合、例えば遠く離れすぎた距離や車両に近すぎる距離からの散乱などの場合である。そのような場合には、受光器によって後方散乱光を映すことができないのである。更なる欠点は、光学的な位相偏移が複雑な電子システムを必要としてしまうことである。

特許文献３（US 6 495 815 B1）は、車両のウインドシールド（フロントガラス）上の水分を自動的に検出するためのシステムに関するものである。それは、ウインドシールドの一部分をイメージ・アレイセンサ（例えば、ＣＭＯＳアクティブ・ピクセルセンサなど）上へと投影するための光学系を含んでいる。ピクセルそれぞれの明るさのレベルを表す電位が、アナログ・デジタル変換器によって対応するグレースケール値に変換される。画像に対応したグレースケール値は、メモリ内に記録される。グレースケール値の空間周波数成分が、存在する雨の量を測定するために解析される。それは、車両のウインドシールド用ワイパーの作動を存在する水分量の関数として制御するような制御信号をもたらすためである。当該システムは、ウインドシールドの外側だけでなくウインドシールドの内側との両方における曇りのレベルを検出するようにも適合されている。ウインドシールドの内側と外側の曇りの存在を自動的に検出するシステムを提供することによって、既知の自動レインセンサ（感雨器）の深刻な性能の制限が取り除かれるのである。

特許文献４（US 2005/253070 A1）は、霧状の媒質を検出するためのセンサに関するものである。それは、少なくとも２つの発光体と、少なくとも１つの受光器とを備えることで、発光軸が２つの異なる位置で受光軸と交わるものである。当該発明のセンサは、受光器が両方の発光体によって発せられた信号を受けたときに媒質を検出する評価ユニットをも備えている。

米国特許第６９４６６３９号明細書 米国特許出願公開第２００９／０１３８２１０号明細書 米国特許第６４９５８１５号明細書 米国特許出願公開第２００５／２５３０７０号明細書

本発明の目的は、改善された（特に、より信頼性のある）霧検出のための方法、運転支援システム、霧検出器、車両、コンピュータープログラム、データ搬送信号、およびコンピューター読取り可能な媒体を提供することである。

この目的は、各独立請求項によって達成されるものである。有利な諸実施形態は、各従属請求項に与えられている。

特に本発明は、特別な形状にされたレンズを有する、車両用の霧検出器であって、少なくとも１つの光パルスを放出するように構成された発光体と、少なくとも１つの光パルスの光を第１光路に沿って差し向けるように構成された第１光学素子と、少なくとも１つの光パルスの散乱光を、当該霧検出器における受光器の焦点へ第２光路に沿って差し向けるように構成された第２光学素子とを備え、焦点は、第１光路に沿って伸びる軸線から空間的に偏位され、第１光学素子と第２光学素子とは、第１光路と第２光路とが互いに少なくとも部分的に重なり合うように配置および構成され、第１光学素子と第２光学素子とは、発光体と受光器とが共通の光軸上にて使用可能であるように配置および構成されている、霧検出器を提供する。

本発明はまた、本発明による霧検出器のいずれかの特徴による方法段階を備えた、霧を検出するための方法にも関する。当該発明方法の最終段階は、車両において実行されるのが好ましい。本発明はまた、当該霧検出器を備えた運転支援システムにも関する。

運転支援システムは、自動ないし半自動車両それぞれの自動ないし半自動運転を支援するための運転支援システムや、様々な運転状況で車両の運転者を支援するための運転補助システムを包含することができる。

霧検出器は、車両の他の検知システムに統合されていてもよい。例えば、レインセンサのような既存の製品の補完物とすることができるかもしれない。霧検出器は、赤外線センサ（ＩＲセンサ）として設計されていることが好ましい。当該検出器は特に６００ｎｍ以上から１５００ｎｍ以下まで、できれば８００ｎｍ以上から１２００ｎｍ以下までの範囲内の波長の放射で機能することが好ましい。

本発明はまた、当該運転支援システムまたは当該霧検出器を備えた車両をも提供する。当該車両は、運転者自身の車両であることが好ましい。

本発明はまた、コンピューターによって実行されたときに当該方法の各段階をコンピューターに実行させる命令を備えたコンピュータープログラムを提供する。コンピュータープログラムは、特定種類の諸問題を解決するように設計された特定のタスクを成し遂げるための命令の集まりである。プログラムの各命令は、コンピューターによって実行されるように設計され、コンピューターが機能するためにプログラムを実行できることが必要である。

本発明はまた、当該コンピュータープログラムが伝達するデータ搬送信号を提供する。

本発明はまた、コンピューターによって実行されたとき当該方法の各段階をコンピューターに実行させる命令を備えた、コンピューター読取り可能な媒体を提供する。

本発明の原理は、送信側と受信側との２つの光学素子同士を併合することである。それは、受信後方散乱光の送信光の空気中の光路同士を併合することによって、霧の検出の範囲を拡大するためである。更に、本発明の創意工夫は、霧検出器の送信器と受信器の両者を唯一の光軸上で組み合わせることを好適に可能とする、光学素子の設計である。それにより、心ずれの欠点を取り除くことが可能となる。これもまた廉価な解決策であり、そして１つの成型光学素子しか必要としないのである。

本発明の改変された実施形態によれは、受光器は、受けた散乱光に基づいて少なくとも１つの電子ノイズ信号を作り出すように構成されている。本発明の改変された実施形態によれは、当該霧検出器は、少なくとも１つの電子ノイズ信号の形態を解析するように構成されたノイズ解析器を備えている。信号を解析するためのそのような手法は、容易に実現可能である。

本発明の改変された実施形態によれは、第１光学素子と第２光学素子とが一体品として構成されている。これにより、２つの光学素子同士を製造プロセス中に心合わせすることが可能となる。これによりまた、霧検出器の製造中に、後の労力が軽減される。

本発明の改変された実施形態によれは、第１光路は、発光体の中心にある光路に対応し、第２光路は、発光体の光路に対して偏心されている。例えば、２つの光路同士が互いにちょうど反対向きに配置されるようなやり方で２つの構成要素同士を配置することも可能である。

本発明の改変された実施形態によれは、第１光学素子と第２光学素子とは、それらの素子同士が共通の光軸を有するように構成および配置されている。

本発明の改変された実施形態によれは、第１光学素子はコリメーティングレンズを備え、第２光学素子は集束レンズを備えている。換言すれば、送信側の光学素子は、最高の光学密度で伝達光を伝えるために最善の状態で光をコリメートせねばならぬのである。そのような素子は、従来の厚レンズとして設計されることができる。

本発明の改変された実施形態によれは、第１光学素子または第２光学素子がフレネルレンズおよび／または回折素子（好適には、回折格子）を備えることがもたらされる。それに代えて、或いはそれに加えて、光学素子の一方がホログラフィック素子であってもよい。例えば、両光学素子の中心部（これは、第１光学素子によって構成されるのが好ましい）がフレネルレンズのように機能してもよく、周囲の区域（これは、第２光学素子によって構成されるのが好ましい）は、ブレーズド回折格子と連なるフレネルレンズとして設計される。

本発明の改変された実施形態によれは、第２光学素子は、プリズム形状のレンズ部分を備えている。これは、例えばビーム断面を計算するためのモデルを利用可能な、単純な光学的構成要素である。

本発明の改変された実施形態によれは、第１および／または第２光学素子は、偏心された受光器が、遠視野に置かれた目標物によって反射された後方散乱集束光を受けるように配置および構成されている。これは、やはり費用効果の高い、容易に実施可能な構造である。

本発明の改変された実施形態によれは、発光体と受光器とが互いに分離して構成および／または配置されている。これにより、霧検出器を個々のニーズや条件に適合させることが可能となる。

本発明の改変された実施形態によれは、第１および／または第２光学素子は、少なくとも部分的に、自由形状の光学的設計によって構成された設計を備えている。自由形状の光学部品は必然的に、少なくとも１つの自由形状表面を伴った光学的設計を含むものである。その自由形状表面は、ＩＳＯ規格１７４５０－１：２０１１によれば、中央面に垂直な軸線についての並進対称性も回転対称性も有していない。自由形状の光学部品を組み込むことによって、多くの自由度がもたらされる。これらの付加的な自由度によって、システムの小型化や、部品総数の低減や、光学部品工業に重大な影響を有することとなる全く新しい光学的機能までもを含む、多くの潜在的な利点を得ることができる。

本発明のこれらの態様や他の態様は、以下で説明される諸実施形態を参照することで明らかとなり、解明されることとなる。各実施形態に開示される個々の特徴は、単独で、ないしは組み合わされて、本発明のある一態様を構成することができる。様々な実施形態の諸特徴を、１つの実施形態からもう１つの実施形態へと引き継ぐことができる。

本発明による方法のフローチャート。 本発明による各光学素子の配置構成の実施形態を示す模式図。 本発明による各光学素子の配置構成の実施形態を示す別の模式図。 第２光学素子の第１実施形態を示す模式図。 第２光学素子の第２実施形態を示す模式図。 第２光学素子の第２実施形態を示す別の模式図。 第２光学素子の第２実施形態を示す別の模式図。 第１光学素子の実施形態を示す模式図。

図１は、本発明による方法のフローチャートを示している。

当該方法は、車両用の霧検出に適切なものであり、特別な形状にされたレンズを有した霧検出器や、当該方法の少なくとも１つの段階を実行するための車両統合型の運転支援システムにて行われる。

段階「１００」によれば、当該方法は、霧検出器の発光体１によって少なくとも１つの光パルスの光を発することと、当該少なくとも１つの光パルスの光を第１光学素子２によって第１光路に沿って差し向けることとを備えている。

段階「２００」によれば、当該方法は、第２光学素子４によって、少なくとも１つの光パルスの散乱光を第２光路に沿って、霧検出器における受光器３の焦点へ差し向けることを備えている。当該焦点は、第１光路に沿って伸びる軸線から空間的に偏位されている。

第１光学素子２と第２光学素子４とは、第１光路と前記第２光路とが互いに少なくとも部分的に重なり合うように配置および構成されている。また、第１光学素子２と第２光学素子４とは、発光体１と受光器３とが共通の光軸上にて使用可能であるように配置および構成されている。

段階「３００」によれば、当該方法は、受光器３によって、受けた散乱光に基づいて少なくとも１つの電子ノイズ信号を作り出すことを備えている。当該方法は更に、段階「４００」によれば、ノイズ解析器によって、少なくとも１つの電子ノイズ信号の形態を解析することを備えている。

図２には、第１光学素子２および第２光学素子４の構成の模式図が示されている。第１および第２光学素子２，４は、一体品として作られている。図３には、この構成の更なる図が示されている。その原理は、送信側と受信側との２つの光学素子同士を併合することである。それは、受信後方散乱光の送信光の空気中の光路同士を併合することによって、霧の検出の範囲を拡大するためである。

図４には、第２光学素子４の第１実施形態が示されている。第２光学素子４は、集束レンズ７とプリズム形状部分８とを備えている。受光器のための設計は非常に単純であるべきだが、それは後方散乱光を集束させることに関してである。換言すれば、発光体１と受光器３の両者のための場所を取るために、受光器３の焦点が偏心させられている。それを実現するために、レンズの後ろ側にプリズム形状部分８が付加されているのである。

図５には、第２光学素子４の第２実施形態が示されている。この実施形態によれは、第２光学素子４は、図４による実施形態に関して説明した部分に加えて、自由形状光学部品の助けを借りて構成された部分を備えている。図６および図７には、図５による光学素子４の別の見方による図が描かれている。図６は第２光学素子４の前方から見た図を示し、図７は第２光学素子４の後方から見た図を示している。

図８には、第１光学素子のあり得る実施形態が示されている。この実施形態によれは、第１光学素子２はコリメーティングレンズ６である。送信側の光学素子は、最高の光学密度で伝達光を伝えるために最善の状態で光をコリメートせねばならぬのである。そのような素子は、従来の厚レンズとして設計されることができる。

前述の光学的な配置構成は霧検出システムに用いることができるが、そのシステムは、車体の任意の透明部分（例えば、ヘッドライトやウインドシールドなど）において実施することができるかもしれない。更に、そのシステムはレインセンサのような既存の製品の補完物とすることができるかもしれない。

光学的な信号の解析は、その強度を測定することによって、或いは飛行時間型測定を行うことによって成すことができる。双方の場合において解析は、光学素子の周囲部分へと後方散乱される光学的ノイズに基づくものである。光学的ノイズの増大は、後方散乱光の増大を示すであろう。光学的ノイズを強度および／またはタイムドメイン（時間領域）において解析することによって、霧の存在を確認したり、最終的に生じ得る硬い物理特性を有するであろう物体によって発生するかもしれない光バーストと識別したりすることが可能となるのである。

１ 発光体
２ 第１光学素子
３ 受光器
４ 第２光学素子
６ コリメーティングレンズ
７ 集束レンズ
８ プリズム形状のレンズ部分
１００ 第１光学素子によって、少なくとも１つの光パルスの光を第１光路に沿って差し向ける
２００ 第２光学素子によって、少なくとも１つの光パルスの散乱光を第２光路に沿って、霧検出器における受光器の焦点へ差し向けるが、当該焦点は、第１光路に沿って伸びる軸線から空間的に偏位されている
３００ 受光器によって、受けた散乱光に基づいて少なくとも１つの電子ノイズ信号を作り出す
４００ ノイズ解析器によって、少なくとも１つの電子ノイズ信号の形態を解析する

Claims (17)

1. 特別な形状にされたレンズを有する、車両用の霧検出器であって、
   少なくとも１つの光パルスを放出するように構成された発光体（１）と、
   前記少なくとも１つの光パルスの光を第１光路に沿って差し向けるように構成された第１光学素子（２）と、
   前記少なくとも１つの光パルスの散乱光を、当該霧検出器における受光器（３）の焦点へ第２光路に沿って差し向けるように構成された第２光学素子（４）と、
   を備え、前記焦点は、前記第１光路に沿って伸びる軸線から空間的に偏位され、
   前記第１光学素子（２）と前記第２光学素子（４）とは、前記第１光路と前記第２光路とが互いに少なくとも部分的に重なり合うように配置および構成され、
   前記第１光学素子（２）と前記第２光学素子（４）とは、前記発光体（１）と前記受光器（３）とが共通の光軸上にて使用可能であるように配置および構成されている、霧検出器。
2. 前記受光器（３）は、受けた散乱光に基づいて少なくとも１つの電子ノイズ信号を作り出すように構成されている、請求項１記載の霧検出器。
3. 前記少なくとも１つの電子ノイズ信号の形態を解析するように構成されたノイズ解析器を備えた、請求項１または２記載の霧検出器。
4. 前記第１光学素子（２）と前記第２光学素子（４）とが一体品として構成されている、前記請求項のうち少なくとも一項に記載の霧検出器。
5. 前記第１光路は、前記発光体（１）の中心にある光路に対応し、前記第２光路は、前記発光体（１）の前記光路に対して偏心されている、前記請求項のうち少なくとも一項に記載の霧検出器。
6. 前記第１光学素子（２）と前記第２光学素子（４）とは、それらの素子同士が共通の光軸を有するように構成および配置されている、前記請求項のうち少なくとも一項に記載の霧検出器。
7. 前記第１光学素子（２）はコリメーティングレンズ（６）を備え、前記第２光学素子（４）は集束レンズ（７）を備えている、前記請求項のうち少なくとも一項に記載の霧検出器。
8. 前記第２光学素子（４）は、プリズム形状のレンズ部分（８）を備えている、前記請求項のうち少なくとも一項に記載の霧検出器。
9. 前記第１および／または第２光学素子（２，４）は、偏心された前記受光器（３）が、遠視野に置かれた目標物によって反射された後方散乱集束光を受けるように配置および構成されている、前記請求項のうち少なくとも一項に記載の霧検出器。
10. 前記発光体（１）と前記受光器（３）とが互いに分離して構成および／または配置されている、前記請求項のうち少なくとも一項に記載の霧検出器。
11. 前記第１および／または第２光学素子（２，４）は、少なくとも部分的に、自由形状の光学的設計によって構成された設計を備えている、前記請求項のうち少なくとも一項に記載の霧検出器。
12. 前記請求項のうち少なくとも一項に記載の霧検出器を備えた運転支援システム。
13. 前記請求項に記載の運転支援システムまたは請求項１から１１に記載の霧検出器を備えた車両。
14. 前記請求項のうちいずれか一項に記載の方法段階を備えた、霧検出のための方法。
15. コンピューターによって実行されたときに前記請求項に記載の方法の各段階を前記コンピューターに実行させる命令を備えたコンピュータープログラム。
16. 前記請求項に記載のコンピュータープログラムが伝達するデータ搬送信号。
17. コンピューターによって実行されたときに請求項１４記載の方法の各段階を前記コンピューターに実行させる命令を備えた、コンピューター読取り可能な媒体。

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