JP4252695B2

JP4252695B2 - 視程計測装置

Info

Publication number: JP4252695B2
Application number: JP29627899A
Authority: JP
Inventors: 悦男飯田; 恒石川
Original assignee: Koito Industries Ltd
Current assignee: Koito Industries Ltd
Priority date: 1999-10-19
Filing date: 1999-10-19
Publication date: 2009-04-08
Anticipated expiration: 2019-10-19
Also published as: JP2001116691A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、視程計測装置に関し、特に自動車、航空機、船舶などの交通機関で必要とされる視界の良否を視程距離として計測出力する視程計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車、航空機、船舶などの交通機関では、その運行の安全を確保するために視界の良否を判断する必要がある。例えば、自動車では霧、雨、雪あるいはトンネル内での微塵などにより運転者の視界が妨げられるため、これらを観測して走行速度制限や通行止めなどの交通規制を適切に実施する必要がある。
このような視界の良否を客観的な数値すなわち視程距離として計測する装置として視程計測装置が用いられる。図１４は従来の視程計測装置を示す説明図である。
【０００３】
従来の視程計測装置では、発光器と受光器を用い、発光器から空間に射出された線状の光ビームを受光器で受光し、その受光レベルの低下により、空間すなわち周囲環境における視程距離を計測している。
図１４（ａ）は、発光器１１１と受光器１２１とを対向させて、例えば霧１４１を透過した透過光１３１を受光するように構成されている。この場合、霧１４１が濃くなると透過光１３１の受光レベルも低下する。したがって、霧１４１が発生していない状態での受光レベルを絶対基準とし、受光レベルの低下率から視程距離が算出される。
【０００４】
図１４（ｂ）は、図１４（ａ）の構成に加えて、受光器１２２を備えたものである（例えば、特開平５−８７７３５号公報など参照）。この例では、受光器１２２は、その光軸が発光器１１１および受光器１２１の光軸から傾斜するように配置され、霧１４１で散乱した散乱光１３２を受光している。この場合、霧１４１が濃くなると透過光１３１の受光レベルが低下するか、散乱光１３２の受光レベルが増加する。したがって、この透過光１３１と散乱光１３２との受光レベルの変化に応じて相対的に視程距離が算出される。これにより、図１４（ａ）の構成とは異なり、被計測領域の透過率の低下に伴って受光レベルが絶対的に低下しても計測分解能の低下を抑制できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の視程計測装置では、独立した複数の受光器を用いているため、集光レンズなどの光学系の汚れや計測環境さらには経年変化に応じて、それぞれの受光器の受光特性にバラツキが生じ、精度よく視程距離を測定できない問題点があった。また、このような視程計測装置を車載して使用する場合があり、従来の視程計測装置では複数の受光器を設ける必要があり、装置全体の規模が大きく、車載に適さないという問題点があった。
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、光学系の汚れや計測環境さらには経年変化に影響されることなく高精度で安定した視程距離計測が行えるとともに、車載に適した小型化が可能な視程計測装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明による視程計測装置は、第１の光軸を中心として広がる照射パターンで所定のビーム光を照射する発光器と、ビーム光を集光する集光レンズおよび互いに隣接して配置された第１および第２の受光部を有し、集光レンズで集光された光を２つの受光部のそれぞれで受光する受光器と、この受光器の２つの受光部で得られたそれぞれの受光出力に基づき視程を算出する制御部とを設け、受光器は、ビーム光の照射パターン内であってかつ第１の光軸に対して傾斜する第２の光軸に沿って配置することにより、異なる角度領域から集光レンズへ入射したビーム光が２つの受光部のそれぞれで個別に受光されるようにしたものである。さらに、発光器からの光ビームを、第１の光軸を中心として広がる扇形の照射パターンで照射するようにしたものである。
【０００７】
第２の受光部を受光器内部のうち第２の光軸の発光器側に配置するとともに、第１の受光部を受光器内部のうち第２の光軸を挟んだ反対側であって、かつ第２の受光部と並列する位置に配置し、集光レンズで、第２の光軸から発光器側の角度領域からの光をビーム光の透過光として第１の受光部へ集光し、第２の光軸から発光器とは逆側の角度領域からの光をビーム光の散乱光として第２の受光器へ集光するようにしたものである。また、制御部では、第１の受光部の受光出力と第２の受光部の受光出力との比に基づいて視程を算出するようにしたものである。
【０００８】
遮光部を設けて、ビーム光のうち、受光器への透過光と発光器の光軸との間の所定領域へのビーム光を遮光するようにしたものである。
第１および第２の受光部として、同一パッケージ内に複数形成された分割型半導体受光素子を用いてもよく、受光面に入射された複数の光スポットの重心位置を電気的に検出する半導体位置検出素子を用いてもよい。
【０００９】
発光器と受光器を、走行する車両の外部に配置してもよい。この場合、第１および第２の光軸は、それぞれ同一水平面上に配置し、車両の進行方向から後方へ９０度以上回転した方向に設定すればよい。また、発光器と受光器は、車両の周囲を流れる気流が安定している位置に配置すればよい。
制御部に比較判定部を設けて、受光器で得られた受光出力の瞬時的なレベル変化に基づき、降雨または降雪を検出してもよい。さらに、比較判定部で、受光器で得られた受光出力と基準値とを比較し、その差分の大きさに基づきビーム光が透過する光学系の汚れを検出してもよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明について図面を参照して説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態である視程計測装置の構成図であり、以下では、霧により低下した視程距離を計測する場合を例に説明する。同図において、１は発光器、２は受光器、４は発光器１と受光器２との間に発生した霧、５は発光器１を駆動するとともに、受光器２で得られた受光出力に基づき視程距離を算出する制御部である。
発光器１は、制御部５からの駆動信号１４に応じて発光するＬＥＤなどの発光素子１１と、この発光素子１１からの光を光軸１３を中心として広がりを持つ光ビーム３として照射する照射レンズ１２から構成される。
【００１１】
光ビーム３は、駆動信号１４に応じて所定の周波数でパルス状に照射される。また、光ビーム３の照射パターンは、光軸１３を中心として受光器２まで広がっている。この照射パターンとしては、例えば照射レンズ１２を頂点とする円錐形状であってもよい。また、図２の照射パターン例に示すように、照射レンズ１２としてシリンドリカルレンズを用いて、ＬＥＤなどの発光素子１１から放射される光を所定の厚さを有する扇形の照射パターンで照射してもよい。これにより、円錐形状の照射パターンと比較して上下方向に放射される光が扇形照射パターンの厚さ方向に集光される。
【００１２】
このようにして発光器１から照射された光ビーム３のうち、一部は透過光（直進光）３１として受光器２へ直進して到達し、一部は散乱光３２として発光器１と受光器２との間の霧４で散乱して受光器２へ屈折して到達する。
受光器２は、ビーム光３の照射パターン内に配置されており、その光軸２３が発光器１の光軸１３に対して約３０゜だけ傾斜する方向に配置されている。受光器２は、ビーム光３を集光する集光レンズ２４と、この集光レンズ２４で集光された光ビームをそれぞれ個別に受光する２つの受光部２１，２２から構成されている。なお、発光器１および受光器２を車両外部に取り付けて走行しながら視程距離を計測する場合、光軸１３および光軸２３が、それぞれ地面と平行する同一水平面上に位置するとともに、いずれも車両の進行方向から後方へ９０゜以上回転した方向となるように、発光器１および受光器２が取り付けられる。
【００１３】
図３は受光器での光の振る舞いを示す説明図である。受光部２１，２２は、互いに隣接して配置されている。集光レンズ２４は、凸レンズから構成されており、受光部２１，２２はその光軸２３を挟んで並列して配置されている。そして、光軸２３を境にして発光器１側の角度領域Ａ側から入射した光は、集光レンズ２４で集光されて受光部２１に配光される。一方、光軸２３を挟んで角度領域Ａとは反対側の角度領域Ｂ側から入射した光は、集光レンズ２４で集光されて受光部２２に配光される。これにより、光軸２３を境にして角度領域Ａ側から入射した透過光３１と角度領域Ｂから入射した散乱光３２は、互いに分離されて受光部２１および受光部２２へ集光される。したがって、受光部２１からの受光出力２６は主に透過光３１の受光レベルを示し、受光部２２からの受光出力２７は主に散乱光３２の受光レベルを示すものとなる。
【００１４】
図１において、受光部２１，２２で得られた受光出力２６，２７は、制御部５に入力され、視程距離の算出に用いられる。制御部５は、発光部１１を駆動する駆動信号１４を出力する駆動部と５１、受光出力２６，２７を増幅して検波する増幅検波部５２と、この検波出力をディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換部５３と、Ａ／Ｄ変換部５３の出力２６Ｄ，２７Ｄから視程距離を算出して視程距離出力５４を出力する制御部６とから構成されている。
【００１５】
増幅検波部５２に入力された受光出力２６，２７は、まずその微少な振幅が増幅器で増幅された後、光ビーム３のパルス周波数付近を通過帯域とするバンドパスフィルタで検波され直流化される。この検波出力はＡ／Ｄ変換部５３でディジタル値に変換され、受光出力２６Ｄ，２７Ｄとして制御部６に入力される。
処理部６は、受光出力２６，２７のレベル比を算出する出力比算出部６１と、このレベル比と視程距離との対応関係を示す視程距離特性を記憶する記憶部６２と、記憶部６２の視程距離特性から出力比算出部６１の出力に対応する視程距離を算出し、視程距離出力５４を出力する指定距離算出部６３とから構成される。
【００１６】
図４は透過光および散乱光と透過率の関係を示す説明図であり、特性４１は透過率により変化する透過光の受光レベルを示し、特性４２は透過率により変化する散乱光の受光レベルを示している。一般に、特性４１に示すように、霧がなく透過率が高い場合、透過光３１の受光レベルは大きく、霧が発生して透過率が低くなるにつれて、透過光３１の受光レベルは小さくなる。一方、特性４２に示すように、霧がなく透過率が高い場合、散乱光３２はほとんど発生しないためその受光レベルは小さく、霧が発生して透過率が低くなるにつれて、散乱光３２が発生しその受光レベルは大きくなる。
【００１７】
図５は透過光と散乱光のレベル比と視程距離の関係を示す説明図である。特性４３に示されているように、散乱光の受光レベルを透過光の受光レベルで除算して得られるレベル比Ｒは、そのときの視程距離と対数的に対応している。散乱光に比較して透過光が大きくレベル比Ｒが小さい場合は、霧が発生しておらず視程距離Ｌが長い。一方、散乱光に比較して透過光が小さくレベル比Ｒが大きい場合は、霧が発生しており視程距離Ｌが短い。
【００１８】
処理部６では、このような特性が利用され、次のようにして視程距離が算出される。なお、この算出処理に先立って、図５に示した特性４３すなわち視程距離特性が予め記憶部６２に格納されているものとする。まず、出力比算出部６１では、入力された受光出力２７Ｄが同じく入力された受光出力２６Ｄで除算されレベル比Ｒが算出される。そして、視程距離算出部６３では、出力比算出部６１で算出されたレベル比Ｒに基づき記憶部６２の視程距離特性が参照されて、そのレベル比Ｒに対応する視程距離が取得され、視程距離出力５４として出力される。
【００１９】
このように、本発明によれば、発光器１から光軸１３を中心とした広がりを持つビーム光３を照射するとともに、このビーム光３の照射領域内に発光器１の光軸１３に対して傾斜する方向に受光器２を配置し、受光器２に隣接して設けたの２つの受光部２１，２２で、異なる方向から集光レンズ２４へ入射したビーム光を個別に受光し、その受光レベルに基づき視程距離を算出するようにしたので、同一光源から同時に照射された光ビーム３を、同一の集光レンズ２４を介して２つの受光部２１，２２で受光することができる。
【００２０】
これにより、図１４（ｂ）に示したように、別個に設けられた２つの受光器を用いる従来の構成と比較して、集光レンズ２４の汚れによる受光レベルのバラツキを抑制できる。また受光部２１，２２を同一受光器１内に隣接配置したので、計測環境さらには経年変化に影響されることなく、２つの受光部２１，２２の受光特性のバラツキ発生を抑制できる。したがって、光学系の汚れや計測環境さらには経年変化に影響されることなく高精度で安定した視程距離の計測が可能となる。また、発光器および受光器がそれぞれ１つで済むため、従来のように２つの受光器を必要とするものと比較して装置規模を小型化（コンパクト化）でき、車載に適した視程計測装置を実現できる。
【００２１】
発光器１から照射するビーム光３の照射パターンとしては、上下方向に所定の厚さを持つ扇形の照射パターンを用いてもよい。これにより、発光器１を頂点として円錐形状にビーム光３を照射する場合と比較して、上下方向に放射される光が扇形照射パターンの厚さ方向に集光される。したがって、同じ光源出力でより強いビーム光３を照射でき、結果として高い計測分解能が得られる。
【００２２】
また、受光器内部のうち、受光部２２を光軸２３の発光器１側に配置するとともに、受光器２１を光軸２３を挟んで受光部２２と並列する位置に配置しておき、集光レンズ２４を凸レンズで構成し、集光レンズ２４に入射される光ビーム３のうち、光軸２３から発光器１側の角度領域からの光を透過光３１として受光部２１へ集光し、光軸２３から発光器１とは逆側の角度領域からの光を散乱光３２として受光部２２へ集光するようにしたので、発光器１から照射された同一のビーム光３のうちの透過光３１と散乱光３２とを、それぞれ対応する受光部２１，２２へ容易に分離して集光でき、透過光３１および散乱光３２の受光レベルを正確に検出できる。
【００２３】
視程距離については、透過光３１と散乱光３２の受光レベルのレベル比Ｒと視程距離Ｌとの対応関係を示す視程距離特性を記憶部６２に予め格納しておき、実際に受光器２で得られた透過光３１と散乱光３２の受光レベルを用いて両者のレベル比Ｒを算出し、得られたレベル比Ｒに基づき記憶部６２の視程距離特性を参照することにより、そのレベル比Ｒに対応する視程距離Ｌを取得するようにしたので、複雑な演算処理を行うことなく極めて短い時間で視程距離を求めることができる。
【００２４】
したがって、本発明の視程計測装置を走行車両に搭載し、所定の区間を走行しながら連続して視程距離を計測する場合、その区間における平均的な視程距離や視程距離分布を極めて高い精度で計測できる。また、受光レベル比を用いて視程距離を得るようにしたので、視程距離を得るために必要な入力変数が１つで済み、視程距離算出に要する時間を大幅に短縮でき、走行速度を落とすことなく通常の走行速度で視程距離が計測できる。さらに、入力変数が１つなので視程距離特性の記憶に必要な記憶容量を削減できるとともに、処理部６として高性能な演算処理回路を必要とせず、処理部５を簡素でかつ安価に構成できる。
【００２５】
次に、図６を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明する。図６は第２の実施の形態で用いられる分割型フォトダイオードを示す説明図であり、（ａ）は外観図、（ｂ）は回路図である。
本実施の形態では、受光部２１，２２として、同一パッケージ２００内に形成された分割型の半導体受光素子、具体的には、分割型フォトダイオードや分割型フォトトランジスタなどを用いている。同図において、フォトダイオード２０１，２０２が受光部２１，２２として用いられる。これらフォトダイオード２０１，２０２は、パッケージ２００の中央に隣接して配置されており、リード端子２０５がフォトダイオード２０１，２０２の各電極に接続されている。フォトダイオード２０１，２０２の上部には、光を受光面へ導入するための窓部２０３が形成されており、外乱光を遮断するためのフィルタ２０４で密閉されている。
【００２６】
このような構成の分割型半導体受光素子を受光部２１，２２として用いることにより、２つの受光部２１，２２が持つ電気的および光学的特性すなわち受光特性を同一化できるとともに、極めて小さく受光部２１，２２を実現できる。したがって、計測環境さらには経年変化に影響されることなく極めて高精度で安定した視程距離の計測が可能となるとともに、透過光３１および散乱光３２をわずかな間隔の２つの集光点に集光させるだけでよく、集光レンズ２４さらには受光器２の構成を簡略化できるとともに小型化できる。
【００２７】
次に、図７を参照して、本発明の第３の実施の形態について説明する。図７は第３の実施の形態による受光器での光の振る舞いを示す説明図である。
本実施の形態では、受光部２１，２２として、１つの半導体位置検出素子（以下、ＰＳＤという：Positon Sensitive Device）を用いている。ＰＳＤ２５は、シリコンフォトダイオードを応用して光スポットの位置を検出するセンサである。ＰＳＤ２５は、図８のＰＳＤの動作原理を示す説明図に示すように、シリコン基板７２の表面に形成されたｐ形半導体層７１と、シリコン基板７２の裏面に形成されたｎ形半導体層７３とから構成される。ｐ形半導体層７１の両端には、電極７１Ａ，７１Ｂが設けられており、ｎ形半導体層７３の中央には共通電極７４が設けられている。
【００２８】
このような構成において、ｐ形半導体層７１およびｎ形半導体層７３は、その長さ（あるいは幅，厚さ）に比例して抵抗値が変化する均一な抵抗層と見なせる。ここで、図７（ａ）に示すように、ｐ形半導体層７１の光スポットＰに光が照射された場合、その光の強さに応じた電流Ｉ_Pが光スポットＰで発生する。この電流Ｉ_Pは左右の電極７１Ａ，７１Ｂに向けて分流される。
Ｉ_P＝Ｉ_A＋Ｉ_B
分流される比率は光スポットＰと各電極７１Ａ，７１Ｂとの間の抵抗値Ｒ_A，Ｒ_Bにより決定される。電極７１Ａ，７１Ｂへ流れる電流をＩ_A，Ｉ_Bとすると、次の式のようになる。
Ｉ_A／Ｉ_B＝Ｒ_A／Ｒ_B
【００２９】
図７に示すように、ｐ形半導体層７１上に２つの光スポットＰ₁，Ｐ₂が存在する場合、ＰＳＤ２５の動作は図８（ｂ）のようになる。光スポットＰ₁，Ｐ₂において電流Ｉ₁，Ｉ₂が発生した場合、これら電流Ｉ₁，Ｉ₂は、前述と同様に抵抗値Ｒ_A，Ｒ_B，Ｒ_Cの大きさに応じてそれぞれ分流される。そして、左右の電極７１Ａ，７１Ｂでこれら電流が合成され電流Ｉ_A，Ｉ_Bとなる。
Ｉ₁＋Ｉ₂＝Ｉ_A＋Ｉ_B
したがって、電流Ｉ_A，Ｉ_Bは、光スポットＰ₁，Ｐ₂の重心位置を示すことになる。
【００３０】
このようにして、ＰＳＤ２５から得られた電流Ｉ_A，Ｉ_Bを受光部２１，２２の受光出力２６，２７と見なし、前述と同様にして、制御部６で視程距離が算出される。なお、この場合の電流比Ｉ_A／Ｉ_Bと視程距離Ｌとの関係は、前述した図５と同様の特性で示されるものの、実際の受光レベル比Ｒと電流比Ｉ_A／Ｉ_Bとの間には、スポットＰ₁，Ｐ₂の位置に応じて若干のズレを生じる。したがって、受光部２１，２２としてＰＳＤ２５を使用する場合は、電流比Ｉ_A／Ｉ_Bと視程距離Ｌとの関係を図５の視程距離特性と同様に予め記憶部６２に格納しておけばよい。
【００３１】
図８（ｂ）において、Ｒ_CがＲ_A，Ｒ_Bよりも大きく、Ｒ_A≪Ｒ_C＋Ｒ_B，Ｒ_B≪Ｒ_C＋Ｒ_Aとなる場合は、次のような式が成立し、Ｒ_Cが大きくなるにつれて両辺の値の差は小さくなる。
Ｉ_A／Ｉ_B≒Ｉ₁／Ｉ₂
したがって、透過光３１および散乱光３２が集光される光スポットの位置を、電極７１Ａ，７１Ｂの近くに設定することにより、前述の図５で示した視程距離特性４３をそのまま利用するようにしてもよい。
【００３２】
次に、図９を参照して、本発明の第４の実施の形態について説明する。図９は第４の実施の形態によるビーム光の照射パターンを示す説明図である。
前述した図３において、角度領域Ａ側から透過光３１とは別の散乱光が入射した場合、受光部２１で検出される透過光３１の受光レベルに誤差が生じる。したがって、このような誤差を低減するためには、角度領域Ａ側で特に受光器２に近い領域３５から入射する散乱光を削減すればよい。
【００３３】
一般に、水の粒子による散乱光のほとんどは入射光に対して所定の散乱角度を持って生じるといわれており、領域３５においてもこの散乱角度で散乱光が発生する。したがって、前述した第１の実施の形態では、このような散乱光の散乱角度を利用して、領域３５を通過するビーム光３と光軸３２との傾斜角度として、水分子の散乱角度より大きい値、すなわち約３０゜を用いることにより、角度領域Ａ側から入射される余分な散乱光を除去している。
本実施の形態では、発光器１の前方に遮光板（遮光部）１６を設けて、ビーム光３が特定の領域３５へ照射されないように遮光している。これにより、領域３５における散乱光の発生が抑止され、角度領域Ａ側から集光レンズ２４へ入射される散乱光がなくなり、受光部２１において透過光３１の受光レベルを誤差なく検出でき、高精度で視程距離を算出できる。
【００３４】
次に、図１０を参照して、本発明の第５の実施の形態について説明する。図１０は第５の実施の形態による発光器および受光器の取り付け状態を示す説明図である。
前述の図１および図９でも示したように、発光器１および受光器２を車両外部に取り付けて走行しながら視程距離を計測する場合、光軸１３および光軸２３がそれぞれ地面と平行する同一水平面上に位置するとともに、いずれも車両の進行方向から後方へ９０゜以上回転した方向となるように、発光器１および受光器２が取り付けられる。
【００３５】
図１０の例では、車両の屋根部９１に台座９２を固定し、台座９２に発光器１および受光器２が、所定の角度で取り付けられている。光軸１３および光軸２３とがなす角度を３０゜とすると、ここでは光軸１３および光軸２３が車両の進行方向からそれぞれ１０５゜（＝９０゜＋１５゜）ずつ回転した方向となるように、発光器１および受光器２が取り付けられている。
これにより、発光器１の照射レンズ１２および受光器２の集光レンズ２４に対して、車両走行による気流が、直接、当たらなくなり、これらレンズの汚れを低減できる。
【００３６】
走行する車両の周囲には、図１１に示すような、車体形状に依存して気流の分布が発生する。特に、車体形状が大きく変化する箇所では、気流が乱れやすいため、霧の濃度が安定せず、計測にバラツキが生じる。したがって、気流が安定した位置に発光器１および受光器２を取り付けることにより、走行中であっても安定した視程計測が行える。
気流が安定している領域は、車体形状に依存するが、例えば図１１に示す車両では、屋根の上部領域９５、ボンネットの上部領域９６やリアトランクの上部領域９７などが適当である。
【００３７】
次に、図１２を参照して、本発明の第６の実施の形態について説明する。図１２は第６の実施の形態による処理部を示すブロック図であり、図１の処理部６に対して、比較判定部６４が追加されている。
比較判定部６４は、Ａ／Ｄ変換部５３から出力された受光出力２６Ｄ，２７Ｄのレベル変動を所定しきい値と比較し、その比較結果に応じて降雨や降雪を検出する。
【００３８】
降雨や降雪がある場合、発光器１から照射されたビーム光３は、図１３に示すように、雨粒や雪粒により瞬間的に反射あるいは遮断される。図１３は降雨降雪時の受光出力変化を示す波形図であり、（ａ）は高周波変調時、（ｂ）は低周波変調時の受光出力を示している。
図１３の期間Ｔ１では、ビーム光３が雨粒や雪粒に反射して、通常より強い光が山状に受光器２で検出されている。また期間Ｔ２では、ビーム光３が雨粒や雪粒に遮断され、通常より弱い光が谷状に受光器２で検出されている。
【００３９】
比較判定部６４では、これら山状あるいは谷状に瞬時的に変化する受光出力と、所定のしきい値とを比較することにより、雨粒や雪粒を検出し降雨降雪出力５５を出力している。これにより同一装置で視程距離だけでなく降雨降雪の有無も検出できる。なお、受光出力のレベル比較だけでなくその変化期間についてもしきい値と比較することにより、精度よく雨粒や雪粒を検出できる。また、これら変化の頻度を検出することにより、降雨降雪の有無だけでなくおよその降雨降雪量を算出するようにしてもよい。ここで用いる受光出力は、透過光３１および散乱光３２のいずれでもよい。
【００４０】
前述の図１で説明したように、発光器１から照射されるビーム光３は、所定周波数のパルス光として照射されている。これは増幅検波部５１でフィルタリングすることにより、ビーム光３以外の外乱光を除去するためである。ここで図１３（ｂ）に示すように、ビーム光３のパルス周波数が期間Ｔ１，Ｔ２に対して低い場合、各パルスのピーク値を結んだ包絡線はなだらかに変化するため、山部や谷部でのレベル変化が小さくなる。これに対して図１３（ａ）では、数ｋＨｚ〜数十ｋＨｚのパルス周波数を用いているため、山部や谷部でのレベル変化を正確に捉えることができる。
【００４１】
次に、図１２を参照して、本発明の第７の実施の形態について説明する。前出した比較判定部６４において、透過光３１に対応する受光出力２６Ｄのレベルを基準値と比較し、光学系の汚れを検出出力するようにしてもよい。
発光器１の照射レンズ１２および受光器２の集光レンズ２４は、長期間にわたって計測していると、埃などの付着による汚れが生じて受光レベルで減衰し、計測精度が低下する。
【００４２】
本実施の形態では、これら光学系に汚れがない状態で透過光３１の受光出力２６Ｄを計測し、これを基準値として予め設定しておく。その後に計測された透過光３１の受光出力２６Ｄと基準値とを比較して、受光出力２６Ｄの低下がある程度確認された時点で、汚れ発生と判断して警報表示する。これにより、光学系の汚れ有無あるいはその程度を装置自体で検出でき、光学系を掃除すべき旨を知らせることができる。なお、このような光学系汚れ検知動作は、ビーム光３が照射される計測領域が高い透過率を有する環境で行うことが前提となっている。
【００４３】
以上の説明では、霧などが発生している道路で視程距離を計測する場合を例として説明したが、これに限定されるものではなく、航空機、船舶などの交通機関における視界の良否を判断する場合にも利用できる。また、室外などの開放された空間だけでなく、室内などの閉じられた空間の透過率を計測する場合にも利用できる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、発光器からのビーム光の照射領域内に発光器の光軸に対して傾斜する方向に受光器を配置し、受光器に隣接して設けた２つの受光部で、異なる方向から集光レンズへ入射したビーム光を個別に受光し、その受光レベルに基づき視程距離を算出するようにしたので、同一光源から照射された光ビームを同一の集光レンズを介して２つの受光部で受光することができ、集光レンズの汚れによる受光レベルのバラツキを抑制できる。また受光部を同一受光器内に隣接配置したので、計測環境さらには経年変化に影響されることなく、２つの受光部の受光特性のバラツキ発生を抑制できる。したがって、集光レンズの汚れや計測環境さらには経年変化に影響されることなく高精度で安定した視程距離の計測が可能となる。また、発光器および受光器がそれぞれ１つで済むため、従来のように２つの受光器を必要とするものと比較して装置規模を小型化（コンパクト化）でき、車載に適した視程計測装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による視程計測装置の構成図である。
【図２】ビーム光の照射パターン例を示す説明図である。
【図３】受光器での光の振る舞いを示す説明図である。
【図４】透過光および散乱光と透過率の関係を示す説明図である。
【図５】透過光と散乱光のレベル比と視程距離の関係を示す説明図である。
【図６】第２の実施の形態で用いられる分割型フォトダイオードを示す説明図である。
【図７】第３の実施の形態による受光器での光の振る舞いを示す説明図である。
【図８】ＰＳＤの動作原理を示す説明図である。
【図９】第４の実施の形態によるビーム光の照射パターンを示す説明図である。
【図１０】第５の実施の形態による発光器および受光器の取り付け状態を示す説明図である。
【図１１】走行車両で発生する気流を示す分布図である。
【図１２】第６および第７の実施の形態による処理部を示すブロック図である。
【図１３】受光器からの受光出力例を示す波形図である。
【図１４】従来の視程計測装置を示す説明図である。
【符号の説明】
１…発光器、１１…発光部、１２…照射レンズ、１３…光軸（第１の光軸）、１４…駆動信号、２…受光器、２１…受光部（第１の受光部）、２２…受光部（第２の受光部）、２３…光軸（第２の光軸）、２４…集光レンズ、２６，２６Ｄ…受光出力（透過光）、２７，２７Ｄ…受光出力（散乱光）、３…ビーム光、３１…透過光、３２…散乱光、５…制御部、５１…駆動部、５２…増幅検波部、５３…Ａ／Ｄ変換部、５４…視程距離出力、６…処理部、６１…出力比算出部、６２…記憶部、６３…視程距離算出部。

Claims

第１の光軸を中心として広がる照射パターンで所定のビーム光を照射する発光器と、
前記ビーム光を集光する集光レンズおよび互いに隣接して配置された第１および第２の受光部を有し、前記集光レンズで集光された光を前記２つの受光部のそれぞれで受光する受光器と、
この受光器の２つの受光部で得られたそれぞれの受光出力に基づき視程を算出する制御部とを備え、
前記受光器は、前記ビーム光の照射パターン内であってかつ前記第１の光軸に対して傾斜する第２の光軸に沿って配置され、異なる角度領域から前記集光レンズへ入射した前記ビーム光が前記２つの受光部のそれぞれで個別に受光されることを特徴とする視程計測装置。
請求項１記載の視程計測装置において、
前記発光器からのビーム光は、前記第１の光軸を中心として広がる扇形の照射パターンを有することを特徴とする視程計測装置。
請求項１記載の視程計測装置において、
前記第２の受光部は、前記受光器内部のうち前記第２の光軸の前記発光器側に配置されるとともに、前記第１の受光部は、前記受光器内部のうち前記第２の光軸を挟んだ反対側であって、かつ前記第２の受光部と並列する位置に配置され、
前記集光レンズは、前記第２の光軸から前記発光器側の角度領域からの光を前記ビーム光の透過光として第１の受光部へ集光し、前記第２の光軸から前記発光器とは逆側の角度領域からの光を前記ビーム光の散乱光として第２の受光器へ集光するレンズからなることを特徴とする視程計測装置。
請求項１記載の視程計測装置において、
前記制御部は、前記第１の受光部の受光出力と前記第２の受光部の受光出力との比に基づいて視程を算出することを特徴とする視程計測装置。
請求項４記載の視程計測装置において、
前記扇形のビーム光のうち、前記受光器への透過光と前記発光器の光軸との間の所定領域へのビーム光を遮光する遮光部を備えることを特徴とする視程計測装置。
請求項１記載の視程計測装置において、
前記第１および第２の受光部は、同一パッケージ内に複数形成された分割型半導体受光素子からなることを特徴とする視程計測装置。
請求項１記載の視程計測装置において、
前記第１および第２の受光部は、受光面に入射された複数の光スポットの重心位置を電気的に検出する半導体位置検出素子からなることを特徴とする視程計測装置。
請求項１記載の視程計測装置において、
前記発光器と前記受光器は、走行する車両の外部に配置されていることを特徴とする視程計測装置。
請求項８記載の視程計測装置において、
前記第１および第２の光軸は、それぞれ同一水平面上に配置され、前記車両の進行方向から後方へ９０度以上回転した方向に設定されていることを特徴とする視程計測装置。
請求項８記載の視程計測装置において、
前記発光器と前記受光器は、前記車両の周囲を流れる気流が安定している位置に配置されていることを特徴とする視程計測装置。
請求項１記載の視程計測装置において、
前記制御部は、前記受光器で得られた受光出力の瞬時的なレベル変化に基づき、降雨または降雪を検出する比較判定部を有することを特徴とする視程計測装置。
請求項１記載の視程計測装置において、
前記処理部は、前記受光器で得られた受光出力と基準値とを比較し、その差分の大きさに基づき前記ビーム光が透過する光学系の汚れを検出する比較判定部を有することを特徴とする視程計測装置。