JPH06139500A

JPH06139500A - 車間距離制御装置

Info

Publication number: JPH06139500A
Application number: JP4315975A
Authority: JP
Inventors: Tomihiko Okayama; 富彦岡山
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-10-29
Filing date: 1992-10-29
Publication date: 1994-05-20

Abstract

(57)【要約】【目的】車間距離制御装置において複数の車両の車間
距離を制御することに関する。【構成】光源ドライバ９と発光ダイオード８で発光器
１９を構成し光フィルタ７と受光光学系６と光ファイバ
１０と光増幅器１とフォトセンサ２と増幅器３で受光器
１８を構成する。【効果】発明は、受光光学系６に入力された信号を光
増幅器１で直接増幅しているため、電磁ノイズによる誤
動作がなく、また、光強度による距離演算を行なうため
気象条件によって誤動作しない車間距離制御装置を得る
効果がある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、走行中の複数の車両の
車間距離の制御や追突防止を行なう車間距離制御装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】現在までに行なわれている車両の車間距
離の制御方法として、電波を用いた電気的な手法と光学
的な手法、そして音波を用いた手法が知られている。電
気的な手法は、走行中の車両から前方に向けてレーダー
電波を放射すると、その前方を走行している車両によっ
て、電波が反射される。この反射波を受信機で受信し放
射波と反射波の時間差から前方の車両の距離を演算し、
車間距離を制御するものである。また、光学的な手法に
おいては、テレビカメラやＣＣＤなどで、車両に書かれ
た図形パターンや車両の大きさを計測し、距離を演算す
る方法や、レーザレーダーなどで、電波の代わりに光を
使用し、前述したような電気的な手法を踏襲した手法、
すなわち時間差を計測して車間距離を制御する手法が用
いられている。また、音波を用いた手法においては、や
はり、前述のような電気的な手法での電波を超音波など
で代用し、放射波と反射波の時間差から車間距離を算出
するものなどが一般的である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような手法では、
基本的、原理的には合理性を有していても実際に使用し
た場合、後述するような問題を持っていることが明らか
となった。まず、電気的な手法においては、レーダー電
波によってテレビや自動車電話などに電波障害が発生す
る。最近の傾向として、自動車電話や携帯電話などの電
話通信機器の普及が目覚ましく、この点は特に考慮され
なければならない。また、他の車両が放射したレーダー
電波や、路面で反射されたレーダー電波などがノイズと
なり車間距離の測定に誤差が出る場合も問題である。こ
れを解決する方法として光学的な手法や音波を用いた手
法があるが、これらの手法では、気象条件などで誤差が
発生しやすい、例えば、テレビカメラやＣＣＤなどによ
る方法では、車両の形や車両に書かれた特定の図形が、
雨や雪、霧などでさえぎられると、測定できなくなる欠
点があった。また、レーザレーダーなどは、雨や雪など
の水滴によってレーザ光が散乱されたり、反射されると
測定誤差が大きくなる。また、音波を用いた手法では、
音波は、大気中を伝搬するため強風下では、使用できな
くなる問題があった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】これらの問題を解決する
には、気象条件によらない光学的な手法で対策をたてる
ことが適当であると考えられた。その理由として、音波
は、大気を媒質としており、音速は、気温によって変わ
るため、どのようにしても気象条件の影響を避けること
ができないからである。いろいろと検討した結果、送信
機に発光器１９を使用し、光強度の強弱で距離計測を行
なうことができれば、問題が無いことが考えられた。一
般的に、この方法では、受光器側で受けることのできる
光強度が微弱となる。通常、微弱な強度の光を光センサ
ーで電気的な信号に変換することは、電磁誘導などによ
るノイズの影響で成功しないことが多い。すなわち、こ
れは、電気的な高入力インピーダンス増幅器と、電気的
な光学センサーが発生するノイズで受光器側のダイナミ
ックレンジが決定されることが原因している。しかし、
希土類元素をドープした機能性光ファイバや同様な機能
を持つ光導波路などを、構成部品として用いた光増幅器
で、微弱な強度の光を電気信号に変換すること無く直接
増幅すれば、電磁ノイズの影響の出やすい、高入力イン
ピーダンス増幅器を使用する必要はなくなる。また、光
ファイバや光導波路は、電磁誘導の影響を受けず、光増
幅器の耐電磁ノイズ性は、極めて良好である。

【０００５】この発明に係わる車間距離制御装置とは、
次のようなものである。図１より発光ダイオード８と光
源ドライバ９は発光器１９を構成する。また、光フィル
タ７、受光光学系６、光ファイバ１０、光増幅器１、フ
ォトセンサ２、増幅器３は、受光器１８を構成する。Ａ
／Ｄコンバータ４と演算装置５は、受光器１８の信号を
演算処理し、距離情報と速度制御信号を出力する。速度
制御信号出力は、走行制御装置とブレーキ制御装置に対
して、出力される。したがって、車間距離制御装置と走
行制御装置とブレーキ制御装置は、連動しているが、走
行制御装置とブレーキ制御装置の詳細については、本発
明の請求の範囲外である。

【０００６】受光器１８において、光フィルタ７は、発
光ダイオード８の光のみを透過させる光学的なフィルタ
である。受光光学系６と光増幅器１とフォトセンサ２
は、光ファイバ１０によって光学的に結合され、フォト
センサ２と増幅器３とＡ／Ｄコンバータ４は、電気的に
結合されている。ここでいうフォトセンサ２とは、フォ
トダイオードやフォトトランジスタや光電管のような光
を電気信号に変換するセンサのことである。増幅器３
は、フォトセンサ２の電気信号をＡ／Ｄコンバータ４の
入力条件に整合させるための整合回路である。Ａ／Ｄコ
ンバータ４は、入力された距離情報を持った電気信号を
アナログ信号からデジタル信号に変換するための変換回
路である。このようにしてデジタル信号に変換された電
気信号は、演算装置５によってプログラム処理される。
すなわち演算装置５は、距離情報と速度制御信号を演算
結果として出力できるデジタルコンピュータである。後
で紹介する各実施例は、本発明を有効とする好ましい例
であるが、所定の技術機能を持つ装置、回路、部品なら
びにそれらの構成をこれに共通した技術機能を有する他
の装置、回路、部品ならびにそれらの構成に置き代える
などのさまざまな修正をもたらすことも、本発明の請求
の範囲を超える事なく実施が可能である。また、本発明
の車間距離制御装置を搭載する車両についても、鉄道、
自動車、工場内の搬送機、地上を移動中の航空機などの
種類を問わず、陸上を移動できる物体であるならば、い
ろいろな設備方法や搭載方法で実施が可能であること
は、いうまでもない。

【０００７】光増幅器１の基本構成は、本発明の請求の
範囲外であるが、本発明の特徴を明瞭にするため、その
一般的な基本構成を図６に示す。例えば光増幅器１は、
光アイソレータ１１と希土類元素ドープ光ファイバ１２
と光カプラ１３と半導体レーザ１４によって光学的に構
成される。これらの部品や装置は、例えば光ファイバ１
０などに代表されるような導光系によって結合されてい
る。半導体レーザ１４は、半導体レーザドライバ１５と
電気的に接続され、そのレーザ光出力は、半導体レーザ
ドライバ１５に設定入力される電気信号によって変化さ
せることができる。半導体レーザドライバ１５は、電気
出力を変化させることのできる安定化電源である。光カ
プラ１３は、半導体レーザ１４のレーザ光を希土類元素
ドープ光ファイバ１２に入力する機能を持つ、半導体レ
ーザ１４の強力な光は、希土類元素ドープ光ファイバ１
２を励起し、希土類元素から蛍光を放出させる、この、
希土類元素から放出された光は、光信号を直接増幅させ
るのに使用されるが、希土類元素ドープ光ファイバ１２
の蛍光励起に用いられたレーザ光は、そのままフォトセ
ンサ２などに入力されると、しばしば損傷を与えること
がある。こういったことから光学部品や光電子部品を保
護するために光アイソレータ１１が用いられている。

【０００８】

【作用】光増幅器１の基本構造や原理は、前述したよう
に本発明の請求の範囲外であるが、通常の電気的な増幅
との原理の違いを明確にするため、光直接増幅の原理を
簡単に説明する。希土類元素の多くは、赤外域の蛍光を
放出することが知られており。中でもエルビウムは、波
長０．９８ミクロン、もしくは、波長１．４８ミクロン
の光を吸収し、吸収波長より長波長の１．５５ミクロン
の蛍光を放出する。例えば波長１．４８ミクロンの半導
体レーザでエルビウムをドープした光ファイバを励起す
ると波長１．５５ミクロンに蛍光が発生する。この定常
的に蛍光が発生している状態の時に蛍光波長と一致する
微弱な強度の光信号をエルビウムをドープした光ファイ
バに入力すると、その微弱な強度の光信号は、定常的に
発生している蛍光強度に重畳され、蛍光強度は、増加
し、結果的に微弱な強度の光信号は、増幅される。ま
た、微弱な強度の光信号を遮断すれば、エルビウムをド
ープした光ファイバからの蛍光強度も減少する。

【０００９】この現象を利用すれば微弱な強度の光信号
を電気信号に変換する事なく増幅することが可能とな
る。ここで、エルビウムをドープした光ファイバとは、
図６の希土類元素ドープ光ファイバ１２を示し、半導体
レーザ１４は前述の１．４８ミクロンの励起用レーザを
示す。また、光ファイバは、電磁ノイズの影響を受けな
いので、光増幅器１を利用したシステムの耐電磁ノイズ
性は、向上する。光増幅器１に唯一使用されている電気
装置は、半導体レーザドライバ１５であるが、これは、
安定化電源の一種で、耐電磁ノイズ性は極めて良好であ
る。したがって、光増幅器１の耐電磁ノイズ性は損なわ
れることが無い。

【００１０】図１より、発光器１９を構成している光源
ドライバ９は、安定化電源の一種であり、なおかつ発光
ダイオード８に変調をかけることができる光源制御装置
としての機能を持つ、発光器１９からの放射光２４に、
一定周期の強度変調をかけておけば、他の光源からのノ
イズ的な光の中から、放射光２４を検知することが可能
である。発光ダイオード８の発光波長は、人体に有害で
なく、なおかつ、車両の運転に支障が無く、大気中を最
も効率良く伝搬する波長であれば、どのようなものでも
採用できる。また、発光ダイオード８以外に、前述の目
的に適合する光源であれば、レーザやその他の安定な光
源も採用できる。しかし、光増幅が可能な波長でなけれ
ばならない、通常は、赤外の波長がこの目的に該当して
いるが、テルビウムやサマリウム、ユウロピウムなどの
ように、可視光に蛍光を持つ希土類元素も存在している
ので、この目的に採用できる波長は、多い。

【００１１】放射光２４は光フィルタ７で可視光やその
他の直接光増幅に有害な波長の光がカットされ、受光光
学系６に入力される。受光光学系６は、光ファイバ１０
に有効に光を集光して入射させる。受光光学系６で集光
された微弱な光信号は、光増幅器１で前述の増幅機構に
よって直接光増幅される。この時、光増幅器１が飽和し
ないように設定入力でゲインを調整しておく。フォトセ
ンサ２は、光増幅器１で増幅された変調光を受光し電気
信号に変換する。増幅器３は、変調光のみを増幅し、Ａ
／Ｄコンバータ４に最適な入力信号に整合させる事がで
きる。この増幅器３の増幅率は、あまり高くする必要
は、無く、したがって増幅器３の入力インピーダンスも
高くないため、電磁ノイズに対して強い回路を構成する
ことが可能である。

【００１２】Ａ／Ｄコンバータ４は、アナログ信号をデ
ジタル信号に変換し、演算装置５に信号を入力する。演
算装置５は、入力されたデジタル信号の解析を行ない、
デジタル信号から、距離情報と、その他の変調信号を分
離する。距離情報は、設定入力から設定された距離情報
入力と演算装置５によって比較され、測定された車間距
離が設定入力より小さければ車両を減速させ、設定入力
より大きければ車両を加速させる、速度制御信号を他の
走行装置やブレーキ装置に出力する。演算装置５におけ
る、これら一連の情報制御は、演算装置５に記憶された
プログラムによってなされる。

【００１３】車間距離制御装置２０を使用するために
は、発光器１９、受光器１８を例えば図３、図４、図５
のように設備する。図３の場合は、発光器１９を車両の
後部に搭載し、受光器１８を車両の前部に搭載してい
る。発光器１９の放射する光は、光源ドライバ９によっ
て変調がかけられ、昼間における迷光を除去することが
できるように配慮された光源である。また、受光器１８
の増幅器３は、発光器１９の変調光を選択的に増幅する
能力を持つ。これは、光増幅器１は、入力される光を全
て増幅するためである。図３、図４、図５には、説明の
ため演算装置５と走行装置や制動装置などの車両の運用
に必要な装置を一括して車間距離制御装置２０として示
している。

【００１４】図３における放射光２４の光強度と車間距
離との関係は、次の様になる。今ここで車両がｘ方向に
運動していると考えると、先行車１６と後続車１７の距
離が接近した場合、受光器１８が受ける放射光２４の光
強度は、増加する。また、先行車１６と後続車１７との
距離が離れると放射光２４の光強度は、減少する。した
がって、放射光２４の光強度を一定の強度で受信できる
ように走行するよう車間距離制御装置２０を設定してお
けば、車間距離を一定に保つことができる。

【００１５】図４の場合は、発光器１９と受光器１８が
車体前部に搭載され、反射器２１が車体後部に搭載され
ている。発光器１９から放射された放射光２４は、反射
器２１で反射され、反射光２５として受光器１８に入力
される。放射光２４と反射光２５の光強度の関係は、図
３における場合と同様である。すなわち、車間距離が離
れているときの反射光２５の強度は小さく、接近した場
合は、反射光２５の強度は、大きくなる。また、受光器
１８が車体からの反射光を受光する事ができるならば、
反射器２１は、不要である。車間距離の制御は、図３の
場合と同様にして行なう。

【００１６】図５の場合は、地上設備である電柱２３に
発光器１９を設備したもので、走行中の車両２２に停止
信号を与えるためのものである。走行中の車両２２がｘ
方向に走行している場合、この発光器１９から強力な光
を走行中の車両２２に放射すると、走行中の車両２２に
搭載された受光器１８が、その放射光２４を検知し図
３、図４、の場合と同様に、車間距離制御装置２０が、
近距離に先行車が存在する場合と同様の動作を行なう。
すなわち、車両のブレーキ装置を働かせて、確実に車両
を停止させる事ができる。後続する車両も先行車の減速
を受光器１８で検知することができ、順次、停車してい
く。したがって、この地上設備を要所、要所に配置すれ
ば、地震発生時やトンネル火災などの緊急事態発生時
に、速やかに交通規制を行なうことができ、事故を未然
に防ぐことができる。

【００１７】また、光源ドライバ９は、発光ダイオード
８が放射する光強度に変調をかけることができるので発
光ダイオード８を半導体レーザやその他の高速変調が可
能な光輝度光源に置き換えることができるならば、図
３、図４、図５の場合においては、前述したようなレー
ザレーダとして本装置を働かせることも可能である。し
たがって光強度による距離情報とレーザレーダによる時
間的な距離情報や従来方式の車間距離制御装置とを併用
総括して運用すれば、そのどちらかが使用不能になるよ
うな気象条件や走行条件に車両が遭遇した場合でも確実
に車間距離を保つことができる。そして、車間距離制御
装置は、ブレーキ装置とも連動しているので先行車１６
が急停車した場合でも、確実に後続車１７を停車させる
ことができ、車両どうしの追突防止装置としての機能も
持つ。そして、光源ドライバ９の変調機能を活用すれば
図５の場合の地上設備から、あるいは、図３、図４の場
合の各車両間で通信、通話が可能である。ここで紹介し
た、発光器１９、受光器１８、の搭載方法や設備方法
は、好ましい利用法の一例であり、その他にもいろいろ
考えられることは、いうまでもない。

【００１８】

【実施例】

実施例１図１は、実施例１を示す、装置構成および回路図であ
る。光源ドライバ９、発光ダイオード８、で発光器１９
が構成され、光フィルタ７、受光光学系６、光増幅器
１、フォトセンサ２、増幅器３、によって受光器１８が
構成されている。Ａ／Ｄコンバータ４と演算装置５で、
最終的に電気的なデジタル信号に変換された放射光２４
の演算を行ない、速度制御信号と距離情報を出力する。
光増幅器１のゲイン（増幅度）は、可変であり、あらゆ
る条件に実施例１を適用することが可能であるように構
成されている。また、主要な増幅は、光増幅器１が行な
うため、実施例１の装置構成を持つ車間距離制御装置の
耐電磁ノイズ性は、良好である。

【００１９】実施例２図２は、実施例２を示す、装置構成及び回路図である。
光源ドライバ９、発光ダイオード８、で発光器１９が構
成され、光フィルタ７、受光光学系６、光増幅器１、に
よって受光器１８が構成されている。受光器１８からの
光信号は、光ファイバ１０によって直接光演算装置２６
に入力される。この光演算装置２６は、入力された光信
号を直接演算する、光アナログ演算装置である。光で直
接演算を行なうため、フォトセンサ２と増幅器３とＡ／
Ｄコンバータ４などの電子装置および回路を用いない、
したがって、光演算装置２６の耐電磁ノイズ性は、良好
である。光演算装置２６は、演算の結果として距離情報
と速度制御信号を出力するが、この信号は、光演算装置
２６の内部で電気信号に変換されている。光演算装置２
６に用いられている、光部品は、電磁波によって誘導さ
れないので、光演算装置２６は、通常の電気的なコンピ
ュータや演算増幅器と比較して、極めて優れた耐電磁ノ
イズ性を持っている。したがって、車間距離制御装置の
誤動作は、なくなり、これを搭載する車両の安全性は、
向上する。

【００２０】

【発明の効果】この発明に係わる車間距離制御装置にお
いては、車間距離の計測に光が用いられている。また光
強度による距離の計測を行なうため、気象条件によらな
い車間距離計測を行なうことのできる車間距離制御装置
を得る効果がある。また、光増幅器１が主要な光信号の
増幅に使用されているため、車間距離制御装置の耐電磁
ノイズ性は良好である。したがって、車間距離制御装置
の誤動作は、無くなり、これを装備した車両の安全性を
向上させる効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の装置構成図。

【図２】実施例２の装置構成図。

【図３】車体後部に発光器を搭載した場合の利用形態説
明図。

【図４】車体前部に発光器を搭載した場合の利用形態説
明図。

【図５】地上の電柱に発光器を設置した場合の利用形態
説明図。

【図６】一般的な光増幅器の装置構成図。

【符合の説明】

１光増幅器２フォトセンサ３増幅器４Ａ／Ｄコンバータ５演算装置６受光光学系７光フィルタ８発光ダイオード９光源ドライバ１０光ファイバ１１光アイソレータ１２希土類元素ドープ光ファイバ１３光カプラ１４半導体レーザ１５半導体レーザドライバ１６先行車１７後続車１８受光器１９発光器２０車間距離制御装置２１反射器２２走行中の車両２３電柱２４放射光２５反射光２６光演算装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光器と前記発光器から光を受ける受光
光学系と前記受光光学系からの光を直接光増幅する光増
幅器と演算装置とを有することを特徴とする車間距離制
御装置