JPH10507428A - 視界検出及び雨による曇り検出用センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 同時に、視界検出と雨による曇り検出とが可能であるセンサが記載されている。そのために、光は、ウィンドウガラス内部に封入されて、一部分がウィンドウガラス内部で反射され、一部分がウィンドウガラスから出射されて、ウィンドウガラスの外側に散乱されるようにされている。反射された部分からは、雨による曇りが検出され、ウィンドウガラスの方に戻された、散乱された部分からは、距離が測定され、その際、両部分は、封入機構及び受光器を用いて検出される。

Description

【発明の詳細な説明】 視界検出及び雨による曇り検出用センサ 従来技術 視界測定のためには、３つの方式に区分することができる：コントラスト−、 吸収−、及び反射測定。第１の方式の場合、黒い背景の前面で、特定できる程度 の輝度を以て際立っている対象を必須とする。この対象が人間の目によって弁別 され得る場合、この対象は、視界内に位置しているということである。この方式 は、光−及びビデオ技術を用いて自動化することができるが、モービルでの使用 の際には自動化することができない。と言うのは、対象が何時も適切なコントラ ストを持っているとは限らないからである。第２の方式は、自動車道路測定個所 で使用される。ここでは、一方の側から、光ビーム（一般には、不可視赤外線） が出射され、この光ビームは、約２ｍ離れた対向側によって受光される。霧の場 合には、受光される光出力は低下する。その際、この減衰度は、視界の尺度なの である。移動している車両内で、何等外部の援助なしに自ら検出するためには、 この方式も、実際には使用不可能である。この場合には、何れにせよ、あまり有 効性はないが、反射方式を使うことができる。この方式は、出射された光の、霧 滴による散乱に基づいてい る。この効果によって、霧の場合のハイビームによる自己眩惑も生じてしまうこ とは、良く知られている通りである。しかし、少なくとも、視界の大雑把な分類 のためには、この反射測定で充分である。このような測定のためには、基本的に は、反射光を制限するように作動する簡単な測定装置で充分である。何れにせよ 、この結果は、極めて容易に妨害作用を受け、多数のパラメータに依存している のである。 視界測定のために、間隔依存の散乱分布を利用することができる、位置分解さ れた散乱測定によって、ローブスト性を著しく改善することができる。そのよう な測定方法は、複数の離隔セルで散乱を測定することである。これは、各相関技 術によって区別することができる。この測定方法は、間隔警報及びACC用の各間 隔センサとして設けられている広範囲LIDAR‐センサ(Light Detecting and Ranging )にも相当する。各LIDAR‐センサは、視界測定にとって良好な適性を示す。しか し、まさに、霧条件下の散乱によって、このセンサの極めて大きな欠点、即ち、 検出範囲が強く低減してしまうという欠点が生じるのである。 距離分解用の択一選択的な方法は、三角測量技術であり、つまり、送信器及び ／又は受信器を、いわゆる基底幅だけ相互に離すのである。強い指向性を持った 送信ローブ及び受信ローブは、所定領域内で重畳され、その結果、散乱は、この 領域からしか検出されない のである。複数送信ローブ又は受信ローブを用いて、そのような複数散乱領域を 検出することができるのである。 この簡単な視界測定での特別な難点は、良好な視界なのかどうか、又は、重要 なセンサ部分が故障しているのかどうか、極めて区別し難いという点である。間 接的な検査は、送信器又は受信器の検査によって、一つ又は複数の基準光光路と の比較によって行うことができ、それにより、起こりうる誤差の大部分を検出す ることがぶきる。 現在、有望な、雨による曇り検出用の方法は、光路からの光ビームの出射（防 風ウィンドウガラス縁面によって制限される）に基づいている。この縁面は、プ リズムを用いて入射した光を反射する。と言うのは、光ビーム角度は、透過する のには、非常に小さいからである。雨滴によって光路が濡れている場合、この反 射条件（ウィンドウガラス−空気）は、最早成立せず、光の大部分は、この滴を 介して出射されるからである。この光路の減衰された光強度は、出射個所（つま り、上述のプリズム）で、光ダイオード又は光トランジスタを用いて測定される 。定常光及びノイズ抑圧のために、一般的には、送信出力が変調され、受信信号 が位相に応じて測定される。 課題 不利な視界条件並びに自動的に間隔調整される速度 調整器(Adaptive Cruise Control/ACC)の利用の際に、走行の仕方が早すぎる際 の、いわゆる「盲目飛行」を防止するために、視界に適合しない走行速度の場合 に、運転手に通報されるシステムが設けられている。そのような通報を供給する ことは（ＡＣＣ−システムにも供給することができる）、視界センサの課題であ る。 本発明の効果 請求の範囲第１項記載の各要件を持った、本発明によるセンサは、雨による曇 りセンサと視界センサとを機能的に組合せて、空間的に統合することができると いう効果を有している。分離は、光学的セパレーション又は所要時間差によって 行うことができる。雨による曇りセンサの誤差チェックにより、視界測定の際の 誤差検出を行うことができるようになる。視界測定は、一所定値又は複数の距離 差のある各散乱値を介して行うことができる。種々の課題（雨による曇り及び視 界検出）のために、コスト上有利に各構成部を使用することは、特に有利である 。一個所で２つの機能を行うことは、統合技術によって達成することができる。 誤差検出は、視界測定の場合、雨による曇りを検出する基準光路によって可能で ある。 図面 本発明の実施例について、図示されており、説明の欄で説明されている。その 際 図１は、基本原理を示し、 図２は、フレネルレンズの一例を示し、 図３は、受信光路の光学的分離を示し、 図４は、変調及び復調用のブロック接続図を示す。 本発明の説明 本発明では、新規なものとして、視界検出及び雨による曇り測定の各機能が一 つのユニットに結合されている。可能な一実施例は、図１に示されている：光源 １、例えば、ＬＥＤ又はＨＬ−レーザーの光は、封入媒質、例えば、或種のプリ ズムを介して、防風ウインドウガラス６内部に複数角度で封入されている。極め て強い傾斜の光ビーム部は、ウィンドウガラス内部に留まり続け、雨による曇り の測定のために利用される。このビームは、ジグザグ状に伝搬される（少なくと も雨による曇りによって出射されない限り）。ウィンドウガラスの各境界で複数 回反射された各ビームは、出射媒質４を用いて、受光器５、例えば、光ダイオー ドに供給され、この光ダイオードは、光出力を電気信号に変換する。封入媒質２ と出射媒質４との間の間隔が、基底幅Ｂである。 最後に記述した部分機能は、通常の雨による曇り測定に相応している。視界検 出のために、雨による曇りのないウィンドウガラスの場合でも出射されるビーム 部分が利用される。このビームは、霧又は飛沫付着の際に、拡散して反射（散乱 ）される。散乱された光の 一部分は、受光器にも達する。別の手段なしには、この成分は、ウィンドウガラ ス内部で案内されている光から分離することはできない。そのためには、この分 離を達成することができる２つの基本的な経路が開かれる： １． 両ビームの光学的分離 ２． 光源の変調と、各光ビームの、種々異なった所要時間差を介しての分離 １． ウィンドウガラス内部のビームと散乱された光との光学的分離 図３に示されているように、単一受光器の代わりに、２重受光器を、分離のた めに用いることもできる。受光器Ａは、とりわけ散乱されたビームを測定し、受 光器Ｂは、ウィンドウガラス内部のビームを測定する。そのために基本となるの は、出射の前と出射時とを明瞭に分離することであり、その結果、両ビーム間の 明瞭でない重畳結合が生じることがないようにすることである。 この方式は、別の構成、つまり、散乱された光ビームが、別の受光器によって 、その反射角度に応じて分離されるように構成することもできる。種々異なる角 度を介して、三角測量（基底幅Ｂ及び送信ビーム角度についての検出値を用いて ）毎に、散乱の距離についてのデータを得ることができ、それにより、視界につ いての比較的信頼度の高いデータを得ることができるようになる。 ２． 光源の変調 変調の非常に簡単な形式は、短いパルスでのパルス変調である。そのために、 パルス発生器（１３）は、周期的にカウンタ（１２）によって制御され、このカ ウンタ自体にも、クロックパルス発生器（１１）のクロックパルスが供給される 。パルス発生器は、電気的パルスを発生し、このパルスは、送信ダイオード（１ ４）によって光パルスに変換される。パルス長Δｔは、散乱された各ビームに対 して所要時間τの大きさ以下である必要がある。距離ｄ＝１０ｍの散乱の場合、 所要時間τは、往復経路で、約６６ｎｓ（τ＝２ｄ／ｃ）の大きさである（比較 のため：所要時間の大きさは、ウィンドウガラス内部では、その約１００分の１ でしかない）。受光ダイオード（２０）は、受光した光を電気信号に変換し、電 気信号は、増幅器（１９）によって増幅されて、走査回路（１８）に供給される 。走査時点自体は、送信パルスによって決められる。そのために、パルス発生器 の信号は、遅延回路（１６）に供給され、この遅延回路で、遅延制御部（１５） によって決められる時間だけ遅延される。走査された信号は、加算器（１７）で 前述のパルスの各信号に加算される。その結果は、数学的に、送信パルスの決め られた遅延時間（Ｔ）と、受光された信号との信号相 関値Ｋ（Ｔ）に相応する。 小さな遅延時間（Ｔ１）と相関された光出力Ｋ（Ｔ１）は、ウィンドウガラス 内部で案内された光ビームに相応し、若干大きな遅延時間（Ｔ２）との相関値Ｋ （Ｔ２）は、散乱されたビーム部分に対応付けることができる。具体的には、各 相関遅延時間は、パルス持続期間Δｔ及びτに依存している：Ｔ１≒Δｔ／２， Ｔ２≒Δｔ＋τ／２。別の各相関遅延時間での各測定は、ここでも、距離分解さ れた散乱測定に対して利用することができる。更に別の可能な変調形式は、１MH zの大きさの高周波変調周波数での光源の連続波振幅変調並びに擬似ランダム２ 進変調（上述の単一パルス変調の応用として理解することができる）である。 信号の評価 信号Ｔ（ｔ_i）、ウインドウガラス内部で案内されたビームの受光された出力 、及びＲ（ｄ_j，ｔ_i）、距離ｄ_jで散乱されたビーム（時点ｔ_iで全て測定された ）の受光された出力の分離後、後続の各データが得られるか、又は、各動作が行 われる。Ｔ（ｔ_i）が所定限界値以下に低下すると、ウィンドウワイパーが制御 される。その際、Ｔは、少なくとも短時間、限界値以上に上昇する（つまり、ワ イパーが、丁度検知領域の上を移動する時点で）ようにされる。この動作が、複 数回ワイパーした後も続けられる場合、一連の経路（光源の電気制御部、光源自 体、封入部、出射部、 受光器、電気信号準備処理回路）内部の欠陥を推定する必要があり、従って、エ ラーフラッグがセットされる。これに対して、限界値を超過すると、常に、この フラッグは、リセットされる。 散乱の評価は、種々異なる散乱距離に対して、唯一の値しか存在しない場合、 又は、複数の値が存在する場合とが区別される： ａ） 唯一つの値 散乱値は、記憶されている各値と比較されて、分類される。この分類は、実際 の霧の中での各比較測定に基づいており、その際、基準測定（例えば、吸収測定 又はコントラスト測定）により、視界が決められている。変化する各光源強度及 び各受光器感度による各影響は、ウィンドウガラス内部で案内されたビームの各 測定値との比較によって、少なくとも部分的に補償することができる。この分類 後、殊に、この分類の等級付けの際、最大の視界に、上述のエラーフラッグがセ ットされているかどうかチェックされる。このエラーフラッグがセットされてい ない場合には、機能が完全に最適であるということであり、しかも、散乱信号が 全く生じていないということは、実際に、大きな視界故であるということである 。もしも、ウィンドウガラス内部で案内されるビームによってチェックしない場 合には、例えば、光源内に欠陥があるということと、大きな視界での正確な測定 とを区別することは出来な いであろう。 ｂ） 種々異なる距離での複数の値 水滴での散乱は、特徴的な距離依存性を有している Lidar，1990」に記載されている。種々異なる距離での散乱の情報がある場合に は、強度のみならず、種々異なる散乱値の比も評価することができる。散乱出力 に作用する誤差（例えば、減衰した光源出力又は受光器感度、或いは、減衰した ウィンドウガラス透過性も）は、他の各反射器（例えば、近傍領域内の他の車両 ）による散乱と同様に除去することができる。唯一つだけしか値を用いない評価 の場合と同様に、ここでも、各基準値との比較によって、各視界を分類すること ができ、しかも、誤差検出のためには、上述のエラーフラッグが参照される。 可能な拡張 図１及び３に示された装置は、受光器によって得られる受光面が非常に小さい という欠点を有している。感度を高めるためには、焦点化することが望ましく、 その結果、比較的大きな受光面を利用することができる。１変換可能性が、図２ に示されており、図２は、図１の装置に基づいていて、付加的に、収束レンズ８ （この場合、特に単一構成されたフレネルレンズ）を有している。受光器は、焦 点に位置しているウィンド ウガラスから少し大きな距離離れたところに位置している。このレンズでの重要 な条件は、ウィンドウガラス内部で案内されるビームが出射されるということで あり、従って、このウィンドウガラスによって光が封入されていないということ である。それ故、雨滴検知領域内で、レンズを、直接、ウィンドウガラスの境界 面に設けてはいけない。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 例えば、自動車内での、視界検出及び雨による曇り検出用センサであって 、光源と受光器とを備えており、前記光源の光は、ウィンドウガラス内部に封入 されていて、その一部分が前記ウィンドウガラスの内部で反射されて、雨による 曇りの測定のために評価されるようにされており、前記受光器には、出射媒質を 介して、前記ウィンドウガラスからの光が案内されるセンサにおいて、 雨による曇りのないウィンドウガラスの場合でも出射される光の部分は、視 界の検出のために評価され、その際、前記ウィンドウガラスの方に戻された散乱 光は、出射媒質を介して受光器に案内されるようにしたことを特徴とするセンサ 。 ２． 光は、予め設定し得る所定角度でウィンドウガラス内部に封入されること を特徴とする請求の範囲第１項記載のセンサ。 ３． 出射媒質から到来した光は、散乱光及び反射光に分離されることを特徴と する請求の範囲第１項又は第２項記載のセンサ。 ４． 感度の増大のために、散乱光及び反射光が焦点化されることを特徴とする 請求の範囲第１項〜第３項までの何れか１項記載のセンサ。 ５． 送信光ビームを供給する光源は、変調されるこ とを特徴とする請求の範囲第１項〜第４項までの何れか１項記載のセンサ。 ６． 光源の変調は、短いパルスでのパルス変調であることを特徴とする請求の 範囲第１項〜第５項までの何れか１項記載のセンサ。 ７． 変調として、連続波振幅変調又は擬似ランダム２進変調が選定されること を特徴とする請求の範囲第１項〜第４項記載のセンサ。