JP3958996B2 - 車両内での視界を改善する方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可視スペクトル以外の波長を有するレーザー光を所定の立体角領域に放射し、この領域をカメラで観察し、この画像を運転者に表示する、特に暗闇、悪天候及び霧の際に車両内での視界を改善する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
夜間の視界の悪い状況は多くの運転者が怖がるような緊張する危険な状況である。視界が悪いために、事故の頻度は昼間の視界が良好な運転時よりも夜のほうが明らかに高い。特に、夜の場合次の問題が生じる：
− 対向交通時のロービームの視界は狭く、多くの運転者は誤った判断をする。このことは照明されていない障害物、歩行者、点灯していない自転車及び動物の認識が遅れ、事故につながる。
【０００３】
− 対向車のヘッドライト及び特に路面が濡れている場合にその反射により運転者は眩惑し、運転者は短時間暗闇を走行する。夜盲症及び年輩の運転者は視力が悪いために特に危険である。
【０００４】
− 雨天、霧及び降雪の場合、視界状況はさらに明らかに悪化する。
【０００５】
夜間の視界の改善は、ドイツ国特許出願公開第４００７６４６号明細書に記載されたオプトエレクトロニクスシステムにより達成される。このシステムは交通場面のビデオ画像を撮影し、運転者に適切に表示する。表示された画像は、特に暗闇、悪天候及び霧の場合に運転者が自分自身の目では見ることができないか又は認識が困難であるような付加的な情報を含んでいる。
【０００６】
このシステムは、通常のヘッドライトに加えて、赤外線ヘッドライトを備えており、この赤外線ヘッドライトは近赤外線を放射するレーザーダイオードを光源として利用している。レーザーダイオードはパルス駆動する。ビデオ画像を撮影するＣＣＤカメラは、車両のルーフ領域に取り付けられている。このＣＣＤ−カメラはレーザーダイオードとシンクロナイズされている電子シャッタを備えている。カメラレンズの前には光学的帯域フィルタが取り付けられている。ビデオ画像は運転者にＬＣＤ−ディスプレーで表示される。
【０００７】
このレーザーは近赤外線領域において８１０ｎｍの波長で発光する。赤外線は人の目にはほとんど見えず、使用する光出力は通常の車両ヘッドライトよりも高くないため、他の道路使用者に危害を及ぼすことなく、持続的に増光照射することができるという発想である。
【０００８】
しかしながら、安全の観点から、他の道路使用者の考えられうる危険を排除することも望ましい。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の根底をなす課題は、道路使用者の目の安全性を特に簡単な方法で確実に保証することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記の課題は、可視スペクトル以外の波長を有するレーザー光を所定の立体角領域に放射し、この領域をカメラで観察し、この画像を運転者に表示する、特に暗闇、悪天候及び霧の際に車両内での視界を改善する方法において、車両のヘッドライトが作動中で、かつ車両が走行中である場合にだけレーザー光をほぼ連続的に放射することを特徴とする視界を改善する方法により解決される。
【００１１】
車両の通常のヘッドライトが作動しているかどうかもしくは車両が運転時であるかどうかの情報は、オンボードコンピュータを用いている最近の乗用車において自動的に提供される。他の場合では、この情報は極めて簡単な電気的又は電子的方法により得ることができる。
【００１２】
この情報に基づき、１以上のレーザーヘッドライトは本発明の場合において、車両のヘッドライトが作動している場合、特にハイビーム又はロービームが点灯されている場合、又は車両が走行時の場合、又はヘッドライトが作動時でありかつ車両が走行している場合に連続的に作動する。
【００１３】
ヘッドライトの作動は、暗視装置を実際に必要としているという確実な兆候である。ヘッドライトが消灯された場合には、暗視装置もスイッチオフされるため、レーザーヘッドライトはもはや危険にならない。
【００１４】
レーザーヘッドライトの作動又は非作動を、付加的に又は選択的に特に進行方向に車両が走行中にあるかどうかに依存させる場合には、車両の前方の視界内にある動かない人、例えば直立不動の歩行者又は二輪車の運転者が静止するレーザー光源に当たるような状況がさらに回避され、つまりレーザー光のコヒーレンスに基づきより長い作用時間で実際に危険を意味するような状況は回避される。さらに、走行時に場合によって数ミリ秒の長さでレーザー光が、車両から安全性が問題となる距離内にある道路使用者の網膜の一つの同じ箇所に当たるだけであるため、目の安全性は考えられえるすべての状況下で保証される。
【００１５】
本発明の他の重要な利点は、必要に応じた作動時間がエネルギーの節約、さらには限られた寿命を有するレーザー光源の保護につながることである。
【００１６】
有利な実施態様において、レーザー光は２種以上のタイプのレーザーヘッドライトから放射され、このヘッドライトはそれぞれ異なる部分の観察すべき立体角領域を照明する。それぞれのレーザーヘッドライトのレーザー光源のタイプ、光の出力、光学系及び場合により波長は、例えば道路用ヘッドライト３及び歩行者用ヘッドライト２のように、それぞれの照射目的に最適にすることができる。観察すべき立体角領域及びそのオーバーラップ領域の、多様なタイプのレーザーヘッドライトにより照射される部分を適切に選択することにより、全体−放射特性は極めて簡単に最適化することができる。
【００１７】
別の有利な実施態様において、レーザー光は車両の前面とは別の箇所で発生させ、光導波路を通して車両の前面に送られ、そこで適当な光学系から放射される。これは、敏感なレーザ光源を保護された箇所に、例えば暗視システム用のエレクトロニクス内に取り付けることができるという利点を有する。車両の前側には頑丈な光放射光学系だけが存在する。
【００１８】
光導波路の使用は、さらに、複数の光放射光学系に共通の光源からのレーザー光を提供するか、又は異なる波長を有することができる複数のレーザー光源の光を共通の光放射光学系に送るために、簡単に分岐路を設けることができという利点を有する。
【００１９】
他の有利な実施態様において、レーザー光に車両間の通信のための情報をのせて変調させ、この情報は付加的検出器又はカメラを用いて受信することができる。本発明のこの実施態様の利点は、視界改善のため並びに通信のための暗視システムの基本的部分の共通利用の点である。
【００２０】
カメラが車両のルーフ領域内のウィンドシールドの背後に取り付けられている場合、通常、車両のワイパーがウィンドシールドを拭う領域がカメラの視野にある。この場合、本発明の有利な実施態様において、カメラ及びワイパーは相互に同期して作動し、つまり、カメラを自由な視野の際に作動させるかもしくはこの場合にだけビデオ画像を表示光学系に転送することによりカメラの作動をワイパーに適合させるか、またはカメラを予め設定したインターバルで作動させかつワイパーがカメラの作動停止時にカメラの視野中に来るようにワイパーを作動させる。
【００２１】
レーザーヘッドライトもしくはカメラ又は表示光学系を間欠作動させる場合、車両が停止している場合又はワイパーがカメラの視野内にある期間では、最後に表示された画像が静止画像になり、それにより運転者は画像が欠けることにより苛立つことはない。
【００２２】
本発明の他の特徴及び利点は、引用形式請求項から及び次に記載する車両における視野を改善するためのシステムの実施例により示される。
【００２３】
自動車は走行方向に向かって放射する２以上の赤外線−レーザーヘッドライトを有する。各レーザーヘッドライトは１以上の赤外線レーザ、特に近赤外線を放射するレーザダイオードを有する。また別に、このシステムは可視スペクトル以外の他のスペクトル領域、例えば遠赤外線又は紫外線で運転することもできる。
【００２４】
各レーザーヘッドライトが１つだけのレーザーを有する場合には、観察すべき立体角領域を照明する多数の方法が存在する。
【００２５】
ａ） レーザー光線の二次元的に広がる放射により全体の領域を同時に照明する；
ｂ） １方向でのみ広がり、直交する第２の方向では同時に狭小ビームで、第２の方向で照明する平坦な立体角の部分領域をスキャンする（scan）；
ｃ） 全体の立体角領域を走査して照明するために２つの次元で全体のレーザー光線をスキャンする。
【００２６】
これとは別に、全体の立体角領域を一緒に照明するレーザーダイオードのアレイをレーザーヘッドライトとして使用する方法もある。
【００２７】
【実施例】
実施例において２つの異なるタイプのレーザーヘッドライトを使用し、このレーザーヘッドライトがそれぞれ観察すべき立体角領域の異なる部分を照明する。第１のタイプのレーザーヘッドライト、１つのヘッドライト又は複数の、例えば２つのレーザーヘッドライト３（これはそれぞれ慣用のヘッドライトの付近に取り付けられている）は、通常のハイビームの場合と同じように、車両の前にある道路１を照射する、つまり、観察すべき立体角領域の比較的狭い部分領域を照射する。第２のタイプのレーザーヘッドライト、同様に１つのヘッドライト又は複数の例えば２つのレーザーヘッドライト２（これはそれぞれ慣用のヘッドライトの付近に取り付けられている）は、車両前方の近い領域に重点を置いた立体角領域を照射する、つまり斜方前方の斜め下、並びに必要な場合に非対称で、片側だけ斜めに照射する。第２のタイプのレーザーヘッドライトが、通常のロービームと同様の照射特性を有する場合には、道路脇にいる歩行者を確実に認識するために、欠けているブラインド作用により、さらに上方向に向けることができる。
【００２８】
２つの異なるタイプのレーザーヘッドライトを使用することは、個々のレーザーヘッドライトのレーザー及び光学系をそれぞれの使用目的に最適化することができるという利点を有する。道路用ヘッドライト３について、レーザーダイオードの固有発散がハイビームに適合する値である場合には、放射を広げる光学系なしで、唯一のレーザーダイオードが用いられる。他方では、歩行者用ヘッドライト２に対するレーザーのコヒーレンス及びその放射を広げる光学系に関しては、高い要求を課す必要はない。さらに、２つのタイプのレーザーヘッドライトの光の出力及び同様に波長も、それぞれの使用目的に最適に適合させることができる。
【００２９】
このレーザー光は、通常のヘッドライトの場合と同様に車両の前方で直接発生させることはできるが、その必要はない。１実施態様において、１以上のレーザー光源は車両エレクトロニクス又は他の保護された箇所内に取り付けられ、そこからレーザー光は光導波路を通って、１以上のレーザーヘッドライトを形成する１以上の光放射光学系へ送られる。この光導波路は分岐することもでき、例えばレーザを複数のレーザーヘッドライトに供給することができる。また、前記したように照射を最適化するために異なる波長を有することができる複数種のレーザー光を、統合された又は光学的に相互に結合された導波路を通して１以上のレーザーヘッドライトに供給することができる。
【００３０】
自動車はさらに画像センサとして、走行方向に現れる交通場面を撮影するように配置されているカメラを有する。このカメラは少なくともレーザーヘッドライトの周囲からの反射光（この実施例において近赤外線）に対して敏感である。カメラに撮影されたビデオ画像は、車両中の表示光学系により運転者に表示され、この表示光学系は例えばダッシュボード上のディスプレー又はヘッドアップディスプレーの種類のフロントウィンドウの範囲内へ画像を写すためのプロジェクタである。
【００３１】
このカメラは、英国特許第２２７１１３９号明細書に記載されたように、フロントウィンドウの背後のバックミラー付近に取り付けられる。前記の明細書中に記載されたように、この箇所のフロンウィンドウはＩＲ透過性材料からなる取付部を有する。この明細書中に記載された実施例では、熱流入を回避するために赤外線遮断シートで覆われた均一の材料からなるフロントウィンドウが使用される。このシートは、カメラ用の赤外線を透化するためにカメラの視野の範囲内が空けられており、この場合、ガラス自体でＩＲ−吸収が少ないものが用いられる。
【００３２】
通常のヘッドライトと、一方でレーザーヘッドライト及び他方でカメラとの間の垂直方向の距離はできる限り大きいのが好ましく、それによりカメラはヘッドライトの光線かぶり、大気の散乱光を通して見ることができる。この観点で、今日例えば雨天センサが取り付けられているバックミラーの高さに配置することは、有利に車両のデザインに応じて、カメラをできる限り上方に取り付けることにより、さらにできる限り改善することができる。
【００３３】
上記のようにフロントウィンドウの背後にカメラを配置する場合、さらに、カメラの視野内にあるフロントウィンドウの範囲が少なくとも１つのワイパーの運転領域内にあり、それによりカメラは雨天でも鮮明な視界を有する。実施例において、カメラ及びワイパーは相互に同期して作動し、例えばワイパーがカメラの視界内にある瞬間においては実際の画像ではなく、最後に伝達された画像を車両の表示装置に表示する。この停止時間は極めて短く、運転者は気がつかない。
【００３４】
何らかの理由からカメラを車両のかなり上方には位置できないか又は望ましくない場合には、カメラを目立たずにかつフロントウィンドウを通して妨げることなくサイドミラーの一方の中に取り付けることができる。第２のサイドミラー内にもう一つのカメラを取り付ける場合、立体的な視界ひいては、別個の距離測定装置を必要とせずに対象物からの距離測定が可能である。
【００３５】
他の実施態様において、カメラはレーザーヘッドライトの波長領域において敏感なだけでなく、その他の常用の可視光用のフィルタは使用しないか又は作動させない場合に、可視スペクトル（例えばＣＣＤセンサがこの場合である）においても敏感である。それにより、カメラはその使用に対して付加的に、視界の悪い場合に例えば現在の交通状況の画像を撮影するために昼光カメラとしても使用することができ、それにより路肩、交通標識又は他の安全に関わる詳細の自動認識を実施する。この認識された詳細は、どこかに危険な状況が（例えば車線からの逸脱又は許容速度の超過により）存在するかどうかを評価し、それにより運転者は聴覚又は視覚による警告信号により注意される。
【００３６】
ＩＲ暗視のために必要なカメラの感度がその使用のために昼光カメラよりもなお高い場合には、このカメラは自動的に調整可能なアイリス絞りを備えており、この絞りは昼間の間にカメラが露出オーバーにならないように絞られる。光感度がそのエレクトロニクスを用いてそれぞれ必要な値に調整できるカメラも存在し、別の機構なしに用いられる。
【００３７】
もう一つの実施例において、１以上のレーザーヘッドライト及びカメラは、暗闇、悪天候及び霧の場合の視界の改善のための前記したシステムのためだけでなく、同時の他の車両との通信のためのシステムにより使用される、例えば作動している状態情報を送信するため、何らかの危険な状態から前を走行する車両又は対向車両の運転者に警告するかまたはハイビーム状態で向かってくる車両にロービームに切り替えるように促すために使用される。
【００３８】
このために、本来は視界を改善するために放射されるレーザー光に伝達すべき情報をのせて変調させ、同様に前記のカメラ及び／又は別のＩＲセンサを有しかつこのレーザー光の活動距離内にある車両中でレーザー光から情報を回収かつ評価する。
【図面の簡単な説明】
【図１】道路を照射する本発明によるレーザーヘッドライトを備えた車両を横から見た図。
【符号の説明】
１ 道路、 ２ 歩行者用ヘッドライト、 ３ 道路用ヘッドライト

Claims (6)

1. 可視スペクトル以外の波長を有するレーザー光を所定の立体角領域に放射し、この領域をカメラで観察し、この画像を運転者に表示する、特に暗闇、悪天候及び霧の際に車両内での視界を改善する方法において、車両のヘッドライトが作動中で、かつ車両が走行中である場合にだけレーザー光をほぼ連続的に放射することを特徴とする視界を改善する方法。
2. 車両が停止状態にある場合に、レーザー光を相互に連続的に間欠して放射し、この時間的な間隔は放射時間よりも著しく長い、請求項１記載の方法。
3. レーザー光を少なくとも２種の異なるタイプのレーザーヘッドライト２及び３から放射し、これらのレーザヘッドライトは観察すべき立体角領域のそれぞれ異なる部分を照明する、請求項１又は２記載の方法。
4. レーザー光を車両の前面から離れた箇所で発生させ、１以上の光導波路を通して車両の前面に送る、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. レーザー光に他の車両との通信のための情報をのせて変調させる、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 車両の一方のワイパーによって拭われる車両のフロントウィンドウの領域をカメラの視野内に配置し、車両内のカメラもしくは表示光学系とワイパーとを相互に同期して作動させる、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。

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