JPH11194091A - 車道表面の状態を求める方法及びこの方法を実施する装置 - Google Patents

車道表面の状態を求める方法及びこの方法を実施する装置

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JPH11194091A
JPH11194091A JP10268868A JP26886898A JPH11194091A JP H11194091 A JPH11194091 A JP H11194091A JP 10268868 A JP10268868 A JP 10268868A JP 26886898 A JP26886898 A JP 26886898A JP H11194091 A JPH11194091 A JP H11194091A
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absorption
wavelength
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ice
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Manfred Dr Griesinger
マンフレート・グリージンゲル
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Daimler Benz AG
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Daimler Benz AG
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 車道表面の状態を特に水、氷及び／又は雪の
存在に関して比較的僅かな費用で非常に精確にかつ車道
被覆に関係なく求めることができる、車道表面の状態を
求める方法及び装置を提供する。 【構成】 車道表面の状態を求める方法において、車道
表面から後方散乱される光がスペクトル成分に分解さ
れ、こうして得られる後方散乱強さの波長に関係する推
移が評価される。そのため乾いた車道表面の波長に関係
する後方散乱スペクトルが、自由パラメータを持つ数学
関数により評価され、この関数が特定の厚さの水層の光
透過を記述する指数関数的吸収項に乗算されて、受信機
へ当る後方散乱強さの波長に関係する推移の数学関数を
得る。それから実際の測定値に基いて、できるだけ良い
近似のため関数の自由パラメータが計算され、これから
特に水層の厚さが得られる。この方法を実施する装置は
分光計であり、分散素子の代わりに吸収素子が使用され
て、ＣＣＤ列上に直接設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、請求項１又は２の
上位概念に記載の車道表面の状態を求める方法に関す
る。更に本発明は、特にこの方法の実施に適した請求項
８の上位概念に記載の装置に関する。
【０００２】この方法は、特に車道表面における水又は
氷の存在を定性的にかつなるべく定量的にスペクトルす
るのに用いられ、車両に取付けられる装置により実施さ
れることができる。
【０００３】
【従来の技術】大体においてこのような方法は、ドイツ
連邦共和国特許出願公開第４１３３３５９号明細書に記
載されている。この方法により、車道上の水層の厚さを
無接触で検出できるようにする。そのため車道表面へ照
射される光は、異なる強さの水吸収を受ける近赤外線範
囲からの少なくとも２つの波長を含んでいる。例えば敏
感な測定範囲に対しては、１４５０ｎｍの測定波長とそ
れにより弱い吸収を持つ１１９０ｎｍの比較波長が選ば
れ、敏感でない測定範囲に対しては、１１９０ｎｍの測
定波長と１０８０ｎｍのもつと弱い吸収の比較波長が選
ばれる。指数関数的吸収法則と灰色の車道表面即ちすべ
ての波長を同じ割合で吸収するような車道表面とを仮定
して、車道表面にある水層の厚さが求められる。
【０００４】車道表面のための灰色放射体を仮定するこ
とは危険である。なぜならば、種々の車道被覆の測定か
ら、測定が限られた範囲でのみ有効であり、例えば多く
の車道被覆は波長の増大と共にスペクトル反射能力を著
しく増大させることがわかつたからである。従つてそれ
ぞれ車道表面のスペクトル反射能力とは大幅に無関係な
方法への要求がある。更に必要な場合車道表面の氷被覆
又は雪被覆の検出にも適するように構成可能な方法も望
ましい。
【０００５】ドイツ連邦共和国特許第４１４１４４６号
明細書から、車道表面上の水、雪又は氷から成る層の厚
さを測定する、遅延時間測定に基く方法が公知である。
【０００６】ドイツ連邦共和国特許出願公開第３０２３
４４４号明細書に開示されている街路状態を求める装置
は、雪の反射能力が乾いた車道表面の反射能力より小さ
いような波長の赤外線が車道表面へ照射され、後方散乱
される光が特定のやり方で前もつて分類された車道表面
の状態に相当する基準信号レベルと比較されるように、
動作する。
【０００７】ドイツ連邦共和国特許第３８４１３３３号
明細書に記載されている方法では、車道の状態を監視す
るため、車道上を走行する車両の車輪の踏面へ電磁波が
照射され、この踏面から後方散乱される電磁波が分析さ
れる。
【０００８】ドイツ連邦共和国特許出願公開第３５４５
３６６号明細書には、例えば金属表面にある水膜の厚さ
を光学的に求める測定装置が開示されており、水膜によ
り吸収される波長を持つ測定光線と水膜による吸収を受
けない波長を持つ基準光線とを含む光が、水膜へ照射さ
れる。後方散乱される測定光線を表わす測定信号レベル
と後方散乱される基準光線を表わす基準信号レベルとの
比に温度補正係数を乗算したものから、水膜厚さが求め
られ、その際測定信号レベル及び基準信号レベルは、場
合によつては複数の測定過程を経て求められる。
【０００９】ドィツ連邦共和国特許出願公開第４０４０
８４２号明細書には、車道状態を検出するため、特に車
道が乾いているか、湿つているか又は凍結しているかを
検出するための赤外マイクロ波センサ装置が開示されて
おり、このセンサ装置は、１つ又は複数の比較器、１つ
又は複数のゲート、及び赤外線又はマイクロ波受信機の
信号を処理するフリツプ・フロツプから成る回路網を含
んでいる。２つの異なる波長又は狭い波長帯について、
電磁波の後方散乱される強さが評価され、これら両方の
強さ又はそれから誘導される検出器信号電圧の商が形成
される。求められる商の値に応じて、乾いているか、湿
つているか又は凍結している車道が推論される。
【００１０】未公開のドイツ連邦共和国特許出願第１９
７３６１３８号明細書には、車道表面の状態を求める方
法が記載されており、この方法により車道表面の状態
を、特に水、氷及び／又は雪の存在に関して、比較的僅
かな費用で非常に確実にかつ車道被覆に関係なく求める
ことができる。この方法では、雪を含む水又は氷による
著しい吸収なしの第１の波長範囲から成る少なくとも１
つの第１の光成分と水−氷又は雪による著しい吸収を持
つ第２の波長範囲から成る第２の光成分とを含む光が車
道表面へ照射され、その際少なくとも第１の光成分が複
数の異なる波長の光を含んでいる。ここで″著しい吸収
なし″は、場合によつてはある程度の僅かな吸収が存在
してもよいが、いずれにせよこの吸収が著しい吸収を持
つ波長範囲におけるより著しく少ないことを意味してい
る。車道表面により後方散乱される光が検出され、スペ
クトル的に評価される。そのため第１の光成分の複数の
異なる波長に属する第１の後方散乱光成分について得ら
れるスペクトルデータに基いて、近似基準曲線が求めら
れる。これは、例えば普通の補償計算により、これらの
スペクトルデータの個々の測定点にわたつてパラメータ
化される補償曲線として近似基準曲線を求めることによ
つて、行うことができる。近似基準曲線は、後方散乱さ
れる光の全スペクトル推移にわたつて、従つて水−氷に
よる著しい吸収を持つ第２の光成分の波長範囲にわたつ
ても延び、その際この近似基準曲線は、著しい水−氷吸
収なしの第１の光成分の波長範囲にある測定点から始ま
つて、第２の光成分のこの波長範囲へ内挿又は外挿され
ている。
【００１１】近似基準曲線は、こうして第２の光成分の
波長範囲に、乾いた車道表面においてこの波長範囲で後
方散乱される光のスペクトル推移を少なくとも近似的に
再現する基準曲線を形成する。従つて湿るか又は凍結し
ている車道では、第２の波長範囲にある後方散乱光のス
ペクトルデータは、水又は氷による第２の光成分の適当
な吸収のため、近似基準曲線とは著しく相違している。
従つてこの方法は、第２の光成分に由来する第２の後方
散乱光成分のスペクトルデータと近似基準曲線の対応す
るデータとの間の差を、第２の波長範囲の少なくとも１
つの波長について求めるようにしている。こうして求め
られる差は、全光強さとは無関係になるようにするた
め、なるべく全光強さ又は吸収しない波長範囲にある成
分へ標準化され、車道表面における水又は氷の存在に対
する確実な定性的及び定量的な程度である。
【００１２】上述した方法では、後方散乱される光の評
価にとつて重要な第１及び第２の光成分が、約８００ｎ
ｍと約１１００ｎｍとの間にあるのがよい。これは特
に、著しい水−氷吸収なしの波長範囲が、第２の波長範
囲より下又は上の２つの部分範囲から構成される、とい
う利点を持つている。それにより第２の波長範囲の両側
に、乾いた車道において後方散乱される光のスペクトル
推移についての近似基準曲線を求めるための測定点が存
在し、それにより著しい水−氷吸収を持つ波長範囲につ
いてのこのスペクトル推移を、良好な精度で内挿するこ
とができる。別の利点として、選ばれる波長範囲におい
て、交通路上にある水層又は氷層を完全に通過できるよ
うにするため、光の侵入深さが充分大きい。更に安価な
シリコン受信機を後方散乱検出器として使用でき、特別
な赤外線検出器を必要としないことが有利である。
【００１３】前述したのと類似な方法は国際出願公開第
Ｗ０９６／２６４３０号明細書にも開示されている。更
にドイツ連邦共和国特許出願第１９７３６１３８号明細
書は方法の展開を含み、第２の光成分も複数の異なる波
長の光を含み、第２の光成分に由来する後方散乱光成分
のスペクトルデータと近似基準曲線の対応するデータと
の差が、１つの点だけでなく適当に多くの点で差曲線と
して求められる。差曲線の推移から、車道表面の状態が
比較的精確に定性的かつ定量的に求められる。この目的
のため特に差曲線の積分が第２の波長範囲にわたつて求
められる。その結果得られてなるべく標準化される積分
は、場合によつては車道表面に形成される水膜の厚さに
対する非常に精確な程度を形成する。別の構成では、差
曲線の重心が求められる。この重心位置を知ることによ
り、車道表面にある被覆が水層であるか又は氷−雪層で
あるかを決定できることは明らかである。雪の場合差曲
線は氷の差曲線のように見えるが、もつと小さい振幅を
持つているので、氷と雪との付加的な区別が可能であ
る。
【００１４】水層又は氷層の温度の低下と共に、差曲線
の重心位置は大きい波長の方へ移動するので、この移動
から水層又は氷層の温度を推論することができる。水層
又は氷層の温度を知ると、層厚を知ることに加えて、凍
結による危険を評価できるための貴重な示唆が与えられ
る。車道上に水が存在し、水の温度が氷点に近づくと、
水に移行する水分が考慮されることを適時に警報され
る。
【００１５】車道表面の状態を求めるための上述した方
法の欠点は、水−氷の吸収波長より上又は下に、吸収が
起こらずかつ車道被覆の影響を相殺するため基準形成に
利用できる範囲が存在することを必ず前提条件とするこ
とである。この前提条件は必ずしも満たされず、１１０
０ｎｍより上の特に大きい波長では、水−氷による著し
い吸収なしの範囲はもはや隔てられないので、そこに基
準曲線を形成することはできない。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】車道表面の状態を特に
水、氷及び／又は雪の存在に関して僅かな費用で非常に
確実かつ精確にしかも車道被覆に関係なく求めることが
でき、前述した制限も回避されるようにする、車道表面
の状態を求める方法を提供することが、技術的問題とし
て本発明の基礎となつている。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明は、請求項１及び
２の特徴を持つ方法によつてこの課題を解決する。
【００１８】請求項１による第１の方法によれば、後方
散乱される光がスペクトル成分に分解され、こうして得
られる後方散乱強さの波長に関係する推移が評価され
る。このため乾いた車道表面の波長に関係する後方散乱
スペクトル（車道散乱係数）が、自由パラメータを持つ
数学関数で評価され、この関数が特定の厚さの水層の光
透過を記述する指数関数的吸収項に乗算されて、後方散
乱強さの波長に関係する推移の数学関数を得る。吸収項
へ入る水又は氷の吸収曲線のモデル化形成の際、水又は
氷の実際の吸収曲線を基礎とすることができる。それか
ら実際の測定値に基いて、最も良い近似のため、関数の
自由パラメータを計算することができ、それから特に水
層の厚さが得られる。
【００１９】請求項２による第２の方法の特徴によれ
ば、後方散乱される光についての情報がスペクトルで存
在する必要はなく、異なるスペクトル感度を持つ複数の
検出器を使用することができる。その変換される光強さ
は、それぞれの検出器のスペクトル感度と光のスペクト
ル後方散乱強さとの積についての波長の積分として得ら
れる。後方散乱強さは、請求項１による方法におけるよ
うに、自由パラメータを持つ数学関数によりモデル化さ
れる。検出器の寄与が互いに直線的に無関係であるとい
う正当な仮定のもとに、各寄与はモデルパラメータを求
めるために利用できる式システムの式を与える。検出器
のスペクトル感度のためにδ関数が使用されると、即ち
スペクトル推移が種々の離散波長で点状に評価される
と、評価が簡単化される。この場合請求項１による方法
が得られる。
【００２０】本発明による第２の方法は、後方散乱され
る光のスペクトル情報が間接にのみスペクトルされる場
合にも適用可能である、という別の利点を持つている。
特にこの方法は、広帯域光源及びそれぞれ異なるスペク
トル感度を持つ広帯域検出器を有する測定装置に適用可
能である。この場合乾いた車道における曲線推移及び後
方散乱される光のスペクトル推移の吸収による落ち込み
についての情報は、常に混合して受信機信号中に存在す
る。
【００２１】本発明による両方法の有利な構成では、周
囲光とセンサ光との間のスペクトルの区別の特徴を利用
することによつて、周囲光による外乱の影響を計算によ
り除去することができる。これは周囲光の影響を除去す
るためパルス化される光源（チヨツパ）を使用せねばな
らない他の公知の方法に比べて、利点を与える。
【００２２】本発明による装置は、特に有利な構成にお
いて、街路状態検出のためのみならずスペクトルを測定
せねばならないすべての応用のために使用できるスペク
トロメータ（分光計）である。公知の分光計に対して、
分散素子の代わりに、ＣＣＤセンサ列に直接設けられる
吸収素子が使用される。吸収素子の特定の特徴では、フ
ーリエ変換を使用して、測定される強さから光のスペク
トル組成を求めることができる。
【００２３】本発明の実施例が図面に示されており、以
下に説明される。
【００２４】
【実施例】図１は方法特に請求項１による方法を実施す
るのに適した装置を示す。この装置は、反射鏡２の焦点
近くに設けられる光源３を持つ光発生装置１を含み、光
源３は例えば自動車の車載電源から１２Ｖの供給電圧を
供給され、特定の波長範囲にある光を広帯域に発する。
約８００ｎｍと約１１５０ｎｍとの間にある範囲は、安
価なシリコン検出器を使用できるという利点を与える。
発せられる光は、ほぼ平行な光線の束４として反射鏡２
を出て、図示しない車道表面へ照射される。受信機５
は、車道表面からこれへ後方散乱される光６をレンズ及
び／又は光フアイバを介して受光し、そこから光は受信
機５の分散素子７へ入射し、こうしてスペクトルに分解
されてＣＣＤセンサ列（以下ＣＣＤ列という）８の形の
シリコン光受信機へ反射される。分散素子７は、例えば
回折格子、干渉フイルタ又はプリズムから形成すること
ができる。ＣＣＤ列８の出力信号９は評価装置１０へ供
給される。この評価装置１０も同様に１２Ｖの供給電圧
から給電され、データバス１１例えばＣＡＮバスに接続
されている。
【００２５】評価装置１０は、請求項１の本発明による
方法に従つて、ＣＣＤ列８の出力信号９を適当に評価す
るように構成されている。各画素即ちＣＣＤ列８の各走
査単位セルは、分散素子７から、それぞれ付属する波長
又は付属する狭いスペクトル線の後方散乱光を受光す
る。従つて出力信号９に対するこのような各画素の寄与
は、関係する波長における後方散乱光の強さに対応す
る。こうして評価装置１０は、種々の測定波長につい
て、ＣＣＤ列８の画素の信号から、後方散乱強さを求め
ることができる。
【００２６】詳細には次の方法過程が生じる。まず評価
装置１０は、後方散乱される光のスペクトルデータを、
測定値の形で、それぞれのＣＣＤ列画素の出力信号寄与
に従つて、ＣＣＤ列画素の数に対応する特定数の測定点
についての波長λに応じて求める。
【００２７】評価方法は、特に周囲光により起こり得る
外乱の影響を相殺できるように構成されている。本発明
によれば、周囲光とセンサ光との分離は、スペクトルの
区別特徴に基いて純計算的なやり方で行われる。図３に
は、周囲光ＵＬ及び光発生装置の光ＳＬの赤外範囲にお
ける典型的なスペクトル推移が示されている。測定から
わかるように、１日中における周囲光スペクトルは僅か
しか変化しない。両方のスペクトルＵＬ，ＳＬの顕著な
相違は、以下に述べる方法の確実な適用を可能にする。
【００２８】そのために２つの基準スペクトルが採用さ
れ、しかも日光用の一方の基準スペクトルＳ１（λ）
は、光発生装置が停止されている場合即ちセンサ光なし
の場合、他方の基準スペクトルＳ０（λ）は、周囲光が
なく光発生装置が動作せしめられている場合、それぞれ
特定の基準車道被覆について採用される。
【００２９】測定からわかるように、種々の車道被覆に
対するスペクトル反射能力の推移は、連続的に推移する
単調な曲線により、非常に良好な近似で記述され、これ
らの曲線は、特定のパラメータＡ，Ｂ・・・を持つ適当
な関数Ｐ（λ，Ａ，Ｂ・・・）との乗算により互いに変
えられることができる。この仮定のもとに、任意の車道
被覆において測定される後方散乱光スペクトルが、パラ
メータに関係する関数Ｐ（λ，Ａ，Ｂ・・・）と第１の
基準スペクトルＳ０（λ）の一部分及び第２の基準スペ
クトルＳ１（λ）の一部分から成る和との積から得られ
る。
【００３０】乾いた任意の車道の後方散乱光スペクトル
のためにこうして得られる関数は、特定の厚さｄの水層
の光透過を記述する指数関数吸収項Ｔ（λ，ｄ）＝ｅｘ
ｐ（−α（λ）ｄ）に乗算され、ここでα（λ）は水又
は氷の波長に関係する吸収係数である。吸収係数α
（λ）は、メモリに記憶されるか又はガウス曲線又はロ
ーレンツ曲線のような解析関数により部分的に近似され
ることができる公知の推移を持つている。吸収スペクト
ルは公知のように氷点へ近づく温度と共に大きい波長の
方へ移動するので、α（λ）のための近似曲線へ別の適
応すべきパラメータとして温度ｔを導入するか、又はα
（λ）のための曲線を温度に従つてパラメータ化して記
憶するのが有利である。
【００３１】氷又は氷と水との混合物上の水層の場合も
検出できるようにするため、どんな程度で水又は氷の吸
収曲線が吸収項Ｔ（λ）の数学モデルヘ入つているかを
決定する氷割合用の別のパラメータを導入することもで
きる。
【００３２】全体として次式の後方散乱強さの波長に関
係する推移についての数学関数が得られる。 Ｓ（λ）＝（ａＳ０（λ）＋ｂＳ１（λ））Ｐ（λ，
Ａ，Ｂ，Ｃ・・・）Ｔ（λ，ｄ，ｔ） ここでａ及びｂはセンサ光又は周囲光の割合で、ａ＋ｂ
＝１が成立する。氷割合のパラメータは、簡単にするた
めここでは省かれる。
【００３３】実際の測定値に基いて、できるだけ良好な
近似のため、後方散乱強さＳ（λ）の関数の自由パラメ
ータを計算することができ、これから特に水層の厚さが
得られる。ｎがＰ（λ，Ａ，Ｂ，Ｃ・・・）の全体数で
あると、ｎ＋３の異なる波長λｉの測定により、ｎ＋３
の式を持つ式システムが立てられて、関数Ｐの選択に応
じて精確に又は近似的に解かれる。それによりパラメー
タＡ，Ｂ・・、水層の厚さｄ、水温度ｔ及び両方の関数
スペクトルが寄与する一部分係数ａ／ｂを計算すること
ができる。測定の数がｎ＋３より大きいと、式システム
が冗長に求められる。この場合補償計算により、最もよ
く合う解が見出され、それにより信号雑音の影響を少な
くし、精度を高めることができる。
【００３４】一部分係数ａ／ｂが著しい水−氷吸収なし
の波長範囲で求められると、簡単化した評価が行われ
る。著しい水吸収なしの波長範囲では、透過率Ｔ（λ，
α）＝１であり、後方散乱強さの上述した式は次のよう
に簡単化される。
【００３５】この式は水吸取なしの範囲のすべての波長
について成立せねばならない。著しい水−氷吸収なしの
波長範囲にある充分多くの測定点により、測定されるス
ペクトル曲線Ｓ（λ）に対する偏差の自乗和がすべての
波長にわたつて最小であるように、パラメータａ，ｂ，
Ａ，Ｂ，Ｃ・・・が定められる。この補償計算により、
最もよく近似しかつパラメータに関係する関数Ｐ、及び
両方の基準を前記の和に寄与させる一部分係数ａ／ｂが
計算される。
【００３６】さてすべてのパラメータがわかつたので、
吸収の行われる範囲へ関数Ｐ（λ，Ａ，Ｂ，Ｃ・・・）
が内挿される。測定系のこの補正により、乾いた車道表
面状態で著しい水−氷吸収を持つ波長範囲にある測定点
の後方散乱強さを、内挿点又は外挿点とみなすことがで
きる。この内挿される曲線は、乾いた車道の測定曲線に
相当する。
【００３７】ドイツ連邦共和国特許出願第１９７３６１
３８号明細書にあげられているような第１の変形例で
は、次の段階で実際の測定曲線に対する差が求められ
る。差面積の大きさ及び重心の位置から、水面の高さ、
水温度及び氷の存在を求めることができる。
【００３８】第２の変形例では、水吸収なしの範囲で求
められる点Ｐ及び一部分係数ａ／ｂをＳ（λ）の上述し
た全体式へ入れることができるので、著しい水−氷吸収
を持つ範囲にある測定点の補償計算を減少した数のパラ
メータで行うことができ、これらのパラメータでは吸収
項Ｔ（λ，ｄ，ｔ）のパラメータのみが適合されるべき
である。この適合から水層厚さｄ及び水温度ｔが得られ
る。
【００３９】第３の変形例では、水吸収なしの範囲で求
められる一部分係数ａ／ｂのみが引継がれ、一方パラメ
ータに関係する関数Ｐ（λ，Ａ，Ｂ，Ｃ・・・）が、再
びできるだけ良好な近似のため、吸収項Ｔ（λ，ｄ，
ｔ）と共に計算され、これから特に水層の厚さｄ及び水
温度ｔが得られる。
【００４０】水又は氷の温度も同じ評価方法で求める可
能性は、温度により将来の警告を誘導できるという利点
を与える。即ち車道上に水が存在し、この温度が氷点に
近づくと、氷に移行する水分が考慮されることを運転者
へ適時に警告することができる。
【００４１】周囲光とセンサとを分離する方法を援助す
るために、車両に既に使用されているような周囲光セン
サの信号、又は国際出願第９７／２７０７７号明細書か
ら公知のような周囲光の色温度を求めるセンサの信号
も、使用することができる。このようなセンサは、暗や
み及び悪天候の場合自動的な照明開始のため車両に使用
されている。周囲光センサにより、一部分係数ａ／ｂを
連続的に求めて、上述した評価装置へ供給することがで
きる。
【００４２】本発明による方法は、後方散乱される光が
どんな割合で散乱される周囲光又は散乱されるセンサ光
の割合から構成されているかに原理的に関係ないので、
周囲光に対する遮蔽手段を必要としない。特に日光のも
とでのみ行われる測定も行うことができる。これは、測
定を先まで見通して行うことができ、その際周囲光によ
り照らされる範囲の散乱光が車両の前でセンサにより検
出されかつ評価される、という利点を持つている。別個
の光源（センサ光）は省略することができる。夜及び薄
明では、測定のために車両の前照灯を利用できるので、
ここで長い到達距離の強力な光源が利用可能である。も
ちろんこの構成で、センサ光又は周囲光の割合を示すパ
ラメータａ及びｂの規定が、前照灯光の動作に関係して
も評価法に前もつて与えられることができ、ここで前照
灯の光がセンサ光の代わりになる。
【００４３】国際出願第Ｗ０９６／２６４３０号明細書
に述べられているように、反射で動作する方法により、
先まで見通す車道表面状態検出は不可能である。なぜな
らば、反射法則により与えられる角度比を維持できない
からである。
【００４４】図１で説明した従来の分光計は、写像分光
計に発展させることができ、この写像分光計では入口間
隙の各点が、スペクトルを受入れる検出器面の行又は列
に一義的に写像される。この場合検出器は二次元ダイオ
ードアレイ又はＣＣＤアレイでなければならない。これ
は、空間的に一次元の場所を解像される測定を可能に
し、この測定により例えば全車道幅にわたつて車道状態
の場所を解像される評価を行うことができる。その代わ
りに、車両にある種々の測定点特に車輪の近くにある測
定点から来て光フアイバを介して分光計へ導かれる光信
号を、装置において互いに無関係に分析することができ
る。
【００４５】図１に示すような分光計による測定装皿で
は、車道から後方散乱される光がスペクトルに分解さ
れ、スペクトルがダイオードアレイ又はＣＣＤアレイに
写像される。この場合各画素は非常に狭く限られた波長
範囲を持つ。この方法では、分光計の高い費用が不利で
ある。
【００４６】分散素子として例えば干渉フイルタを持つ
分光計の代わりに、異なるスペクトル感度の検出器も使
用することができる。これは、例えばＳｉ，Ｇｅ又はＩ
ｎＧａＡｓから成りかつ異なるスペクトル感度を持つ
か、又は広帯域フイルタによりスペクトル感度を変えら
れるフオトダイオードとすることができる。例えば色ガ
ラス又はプラスチツクから成り検査すべき波長範囲で典
型的な吸収特性及び通過特性を示すフイルタの使用は、
安価な解決策を与える。受信機のために異なるフイルタ
を持つ複数の検出器が使用されると、個々の信号は入力
光のスペクトル推移についての互いに無関係な情報を得
る。
【００４７】この測定装置では光がスペクトルに分解さ
れないので、上述した本発明による第１の評価方法は適
用不可能である。従つて光をスペクトルに分解しない測
定装置に適用可能な第２の方法が提供される。
【００４８】このような検出器ｉにより全体として変換
される光強さＩｉは、フオトダィオード検出器のスペク
トル感度Ｅｉ（λ）と波長に関係する後方散乱強さＳ
（λ）との積関数について波長の積分として得られる。 Ｉｉ＝∫Ｅｉ（λ）Ｓ（λ）ｄλ 感度曲線Ｅｉ（λ）の推移に応じて、水吸収が個々の検
出器ｉへ異なるように作用する。
【００４９】さて本発明による第２の方法に従う評価の
際、波長に関係する後方散乱強さＳ（λ）は、本発明に
よる第１の方法におけるように、指数関数的吸収項と乾
いた車道表面の波長に関係する散乱係数との積として記
述される関数を生じるパラメータに関係する関数Ｓ
（λ，Ａ，Ｂ・・・）として評価される。
【００５０】互いに直線的に無関係なスペクトル感度推
移Ｅｉ（λ）を持つ適当な多数の検出器の使用により、
式システムが得られ、この式システムから自由パラメー
タ、水層厚さ、水温度等を求めることができる。この場
合も測定点の数はなるべく検出器の数より大きいので、
式システムは冗長であり、補償計算により信号雑音の影
響を少なくし、精度を高めることができる。
【００５１】図２は、特に前述した本発明による方法を
実施するのに適した本発明による装置を示している。
【００５２】赤外範囲の広帯域平行光線束を発生しかつ
測定のため車道表面を照らす光発生装置は図示されてい
ないが、図１に示すのと同じように構成することができ
る。８００ｎｍと１１５０ｎｍとの間の波長範囲の選択
は、安価なＳｉ検出器を使用できるという利点を与え
る。受信機１２は、車道表面からこれへ後方散乱される
光１３を、レンズ及び／又は光フアイバを介して受光す
る。この光１３は、車道表面から後方散乱される光発生
装回の光（センサ光）と後方散乱される周囲光とから構
成されている。光１３は、穴付き絞り１４及び断面変換
器としての円柱レンズ１５を介して、ＣＣＤセンサ列
（以下ＣＣＤ列という）１７の形のシリコン光受信器へ
できるだけ均一に分布して写像される。ＣＣＤ列１７の
各列画素は、列画素へ当たる前に通過せねばならない広
帯域フイルタを持つている。画素に属するフイルタのス
ペクトル感度は、互いに直線的に無関係に選ばれてい
る。
【００５３】各画素の前にある広帯域フイルタは、なる
べくフイルタ厚さに関係する吸収特性を持つ吸収フイル
タにより形成されている。このような吸収フイルタはプ
ラスチツク又はガラスから成り、その典型的な例は符号
ＲＧ１０００を持つ色ガラスである。本発明によれば、
画素に属する吸収フイルタは、ＣＣＤ列１７にわたつて
延びる１つの吸収列フイルタ１６にまとめられ、この吸
収列フイルタの厚さは、各画素にフイルタ厚さ従つてス
ペクトル感度曲線が反転可能に一義的に対応するよう
に、ＣＣＤ列にわたつて変化している。好ましい実施例
では、吸収列フイルタ１６は色ガラス楔として楔状に構
成されている。
【００５４】ＣＣＤ列１７の出力信号１８は評価装置１
９へ供給される。この評価装置は１２Ｖ供給電圧から給
電され、データバス２０例えばＣＡＮバスに接続されて
いる。評価装置１９は、本発明による方法に従つて、Ｃ
ＣＤ列１７の出力信号１８を評価するように適当に設計
されている。
【００５５】ここで詳細には次の方法過程が生じる。各
画素即ちＣＣＤ列１７の各走査単位セルは、付属するフ
イルタ曲線を持つ吸収フイルタによりスペクトル分布を
変化される後方散乱光を受光する。出力信号１８に対す
るこのような各画素ｉの寄与は、全体として変換される
光強さＩｉに相当し、上述したように計算により、画素
ｉに属する吸収フイルタのスペクトル感度Ｅｉ（λ）と
波長に関係する後方散乱強さＳ（λ）との積について波
長λの積分として得られる。均質な吸収フィルタのスペ
クトル感度Ｅｉ（λ）に対して次の透過法則が成立す
る。 Ｅｉ（λ）＝ｅｘｐ（−αＦ（λ）Ｄｉ） ここでＤｉは画素ｉ（７）所におけるフイルタ厚さ、ま
たαＦ（λ）はフイルタ材料のみに関係する吸収係数で
ある。
【００５６】さて評価装置１９は、ＣＣＤ列１７の画素
の出力信号１８から、列画素の充分大きい数において、
車道表面の状態を求めるための上述した第２の方法を実
施し、この方法で後方散乱強さがパラメータに関係する
関数Ｓ（λ，Ａ，Ｂ・・・）として評価され、測定され
る強さＩｉが関係するパラメータを求めるために利用さ
れる。
【００５７】本発明による装置の有利な構成では、第１
の係数の対数と波長との間に直線的な関係 ｌｏｇｎαＦ（λ）＝ａλ＋ｂ を持つフイルタ材料が選ばれる。これは、例えば色ガラ
スＲＧ１０００のような多くの典型的なフイルタ材料に
対しても満たされるこの関係は一般的な変位法則に至
る。 Ｅ（λ，Ｄ）＝Ｅ（λ十λ０，Ｄ０）ただしλ０＝ｌｏ
ｇｎ（Ｄ／Ｄ０）／ａ 従つてフイルタ厚さＤの変化は、波長範囲における透過
曲線Ｅ（λ）を移動させるが、その推移を変化しない。
【００５８】図４には、３つのフイルタ厚さＤについて
の透過曲線が示されている。全体として厚さＤのフイル
タを通過して検出器へ当たる全強さＩ（Ｄ）に対して、
変位法則により次の変形が行われる。 Ｉ（Ｄ）＝∫Ｅ（λ，Ｄ）Ｓ（λ）ｄλ＝∫Ｅ（λ＋λ
０，Ｄ０）Ｓ（λ）ｄ
【００５９】これは次のことを意味する。即ち厚さＤの
フイルタの通過後全強さＩ（Ｄ）が、基準厚さＤ０にお
けるフイルタのスペクトル感度を記述する畳込み芯を持
つ散乱強さＳ（λ）についての畳込み積分として表示可
能である。全強さは、上述し きる。
【００６０】さてそれぞれ特定の厚さ又はλ０のフイル
タを持つ多数の検出器が使用されると、測定光成分強さ
の全体から、フイルタの透過曲線により測定すべきスペ
クトルの折畳み曲線が得られる。
【００６１】既知の透過においてこのような折畳み曲線
から例えばフーリエ変換を介して最初のスペクトルを回
復するため、公知の数学的方法が存在する。フーリエ変
換では、フーリエ空間における折畳み積分が積に移行す
る。従つて式はフーリエ空間において散乱強さＳのフー
リエ変換後代数学的に解くことができる。この散乱強さ
は、測定される全強さＩのフーリエ変換される値と透過
曲線Ｅのフーリエ変換される値として得られる。従つて
フーリエ変換により、異なる厚さ又はλ０における測定
される強さＩの全体から、スペクトルＳ（λ）を再構成
することができる。
【００６２】本発明による装置は、この構成では、街路
状態検出のためだけでなくスペクトルを測定せねばなら
ないあらゆる 応用のために使用できる分光計を表わし
ている。公知の分光計に比べて、散乱素子の代りに吸収
素子が使用され、それに伴う利点は、この吸収素子が直
接ＣＣＤ列上に設けられることである。必要なフーリエ
逆変換のための費用は僅かなものとみなすことができ
る。なぜならば、このフーリエ逆変換は、市販のマイク
ロプロセツサにより準備される標準演算だからである。
続つて全体として本発明による装置は、市販の分光計に
対する有利な代替品である。
【００６３】こうして測定されるスペクトルは、前述し
た両方法により、特にドイツ連邦共和国特許出願第１９
７３６１３８号明細書に記載されているような方法によ
つても、後方散乱強さＳ（λ）の評価のために評価する
ことができる。
【００６４】しかし例えば曲線Ｓ（λ０）の微分又はそ
の直接の評価を発見的方程式に関係させる評価も考えら
れる。
【００６５】色ガラス楔のような吸収素を持つ上述した
装置も、図１に関して述べたのと同じように発展させ
て、ダイオード列又はＣＣＤ列の代わりに二次元アレイ
を使用する場合、場所について解かれる測定を可能にす
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】車道表面の状態を求める本発明の方法を実施す
るための第１の装置の構成図である。
【図２】車道表面の状態を求める本発明の方法を実施す
るための第２の装置の受信側の構成図である。
【図３】周囲光ＵＬ及び光発生装置の光ＳＬの赤外範囲
におけるスペクトル強さの典型的推移を示す図である。
【図４】種々の厚さの吸収色ガラスの透過曲線を示す図
である。
【符号の説明】
１ 光発生装置 ５ 光受信機 ７ 散乱素子 ８，１７ ＣＣＤ列 １０，１９ 評価装置 １６ 吸収フイルタ

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 車道表面へ光が照射され、車道表面によ
    り後方散乱される光がスペクトル成分に分解され、かつ
    スペクトル的に評価され、これから車道表面の状態が、
    少なくとも水−氷の存在に関して推論される、車道表面
    の状態を求める方法において、 後方散乱される光のスペクトル評価のため、後方散乱強
    さの波長に関係する推移が、乾いた車道表面の波長に関
    係する後方散乱光スペクトルを表わす自由パラメータを
    持つ関数と特定の厚さの水層の光透過を記述する指数関
    数的吸収項との積として評価され、 自由パラメータが、最も良い近似のため実除の測定値に
    基いて計算され、 この近似から車道表面の状態が推論されることを特徴と
    する、車道表面の状態を求める方法。
  2. 【請求項２】 車道表面へ光が照射され、車道表面によ
    り後方散乱される光が、それぞれ異なるスペクトル感度
    を持つ検出器により検出され、測定信号に含まれる情報
    から、車道表面の状態が少なくとも水−氷の存在に関し
    て推論される、車道表面の状態を求める方法において、 検出器により変換される光強さを評価するため、検出器
    ｉにより全体として変換される各光強さ１ｉが、光検出
    器のスペクトル感度Ｅｉ（λ）と波長に関係する後方散
    乱強さＳ（λ）との積関数について波長の積分として表
    わされ、 波長に関係する後方散乱強さＳ（λ）が、乾いた車道表
    面の波長に関係する後方散乱光スペクトルを表わす自由
    パラメータを持つ関数と特定の厚さの水層の光透過を記
    述する指数関数的吸収項との積として評価され、 自由パラメータが、最も良い近似のため実除の測定値に
    基いて計算され、 この近似から車道表面の状態が推論されることを特徴と
    する、車道表面の状態を求める方法。
  3. 【請求項３】 乾いた車道の後方散乱光スペクトルが、
    第１の基準スペクトルＳ０（λ）の一部分と第２の基準
    スペクトルＳ１（λ）の一部分との和に乗算されかつス
    ペクトル及び波長に関係する関数Ｐ（λ，Ａ，Ｂ・・
    ・）として評価され、その際周囲光がなく光発生装置が
    動作している場合第１の基準スペクトルＳｏ（λ）、及
    び光発生装置が動作停止している場合日光用の第２の氷
    −雪スペクトルＳ１（λ）が、それぞれ特定の基準車道
    被覆について記録され、近似から、両方の基準スペクト
    ルが寄与する一部分係数も求められることを特徴とす
    る、請求項１又は２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 一部分係数及び／又はパラメータに関係
    する関数Ｐ（λ，Ａ，Ｂ・・・）が、著しい水−氷吸収
    なしの波長範囲で求められることを特徴とする、請求項
    ３に記載の方法。
  5. 【請求項５】 近似から求められて水層厚さのほかに指
    数関数的吸収項へ入る別のパラメータが、水温度、氷温
    度、又は氷成分のパラメータであり、モデル形成の際水
    又は氷の実際の吸収曲線が基礎とされることを特徴とす
    る、請求項１又は２に記載の方法。
  6. 【請求項６】 求められる水温度が表示され、かつ／又
    は求められる水温度が氷点に近い時、警報が発せられる
    ことを特徴とする、請求項５に記載の方法。
  7. 【請求項７】 一部分係数が少なくとも一時的に周囲セ
    ンサにより求められ、以前の近似から計算された一部分
    係数の代わりに評価装置へ供給されることを特徴とす
    る、請求項３又は４に記載の方法。
  8. 【請求項８】 光を評価する装置が受信装置を待ち、こ
    の受信装置において光が複数の検出器により検出され、
    これらの検出器のスペクトル感度がフイルタにより異な
    るようにきわだつているものにおいて、 検出器がセンサ列の画素であり、 フイルタが、フイルタ厚さに関係する吸収特性を持つガ
    ラス体又はプラスチツク体から成る吸収フイルタであ
    り、 これらのフイルタが吸収列フイルタにまとめられ、この
    吸収列フイルタが光通過方向においてセンサ列の前に設
    けられ、各画素にフイルタ厚さ従つてスペクトル感度が
    反転可能に一義的に対応するように、吸収列フイルタの
    フイルタ厚さが変化することを特徴とする、光を評価す
    る装置。
  9. 【請求項９】 吸収列フイルタが色ガラス楔であること
    を特徴とする、請求項８に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 吸収係数の対数と波長との間に直線的
    関係があるように、フイルタ材料が選ばれ、 マイクロプロセツサが設けられて、 第１の段階で、測定される面素強さの総和からフーリエ
    変換された値を形成し、 第２の段階で、画素強さのフーリエ変換された４値と特
    定の基準厚さＤ０でフイルタの透過曲線のフーリエ変換
    された値とから商を形成し、 第３の段階で、フーリエ逆変換により、光の波長に関係
    するスペクトル強さを計算することを特徴とする、請求
    項８又は９に記載の装置。
JP10268868A 1997-08-20 1998-08-19 車道表面の状態を求める方法及びこの方法を実施する装置 Pending JPH11194091A (ja)

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DE19736138.2 1998-02-26
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