(57)【要約】  協調路車通信システムは、屋内環境と屋外環境の両方において車道、歩道および他の舗装面上の選択された塗装を感知することによって、車両および歩行者がその位置を決定することを可能にする。本システムは、ジオロケーションを決定するためにセンサの下のインテリジェント材料を認識する。インテリジェント材料は、重要な場所を標示するために路面の塗料に組み込まれている。加えて、車両は、運転者情報をサポートし、アプリケーションを制御する特殊なメッセージ内容を提供するインテリジェント塗料を有する公道塗料／標示および標識を認識する。インテリジェント塗料材料は、光を吸収し、吸収した光を電磁エネルギーに変換する塗装を含む。この電磁エネルギーは、材料を認識するためにセンサによって読み取られる。センサは、電磁エネルギーを処理信号に変換して、位置および運動特性を含む車両の動作特性を決定し、車両の運転動作を提供する。正確に定義されたジオロケーションは、身体に障害のある歩行者に、状況認識の改善をもたらす。
2019513198.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの結晶希土類蛍光体を有するインテリジェント塗料組成物または標示材料で塗装された公道面であって、前記インテリジェント塗料または標示材料が光を吸収し、前記吸収された光を電磁エネルギーに変換する、前記公道面と、
車両に結合されたセンサであって、前記センサが前記インテリジェント塗料または標示からの前記電磁エネルギーを感知し、前記電磁エネルギーを処理信号に変換する、前記センサと、
前記処理信号を識別し、前記識別された処理信号に基づいて前記車両の動作特性および前記公道面の特性のうちの少なくとも１つを決定するプロセッサと
を含む、協調誘導システム。
【請求項２】
前記公道面は前記車両が走行する車道である、請求項１に記載の協調誘導システム。
【請求項３】
前記公道面は前記車両が走行する飛行場である、請求項１に記載の協調誘導システム。
【請求項４】
前記公道面は公道標識である、請求項１に記載の協調誘導システム。
【請求項５】
前記電磁エネルギーは、前記可視光スペクトル、前記赤外スペクトル、および前記無線周波数スペクトルのうちの少なくとも１つのエネルギーを含む、請求項１に記載の協調誘導システム。
【請求項６】
前記処理信号からの位置情報に同期する全地球測位衛星（ＧＰＳ）デバイス
をさらに含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の協調誘導システム。
【請求項７】
前記プロセッサは、前記識別された処理信号に基づいて前記インテリジェント塗料または標示内の結晶希土類蛍光体を識別する、請求項１に記載の協調誘導システム。
【請求項８】
前記プロセッサは、前記処理信号を識別し、前記識別された処理信号に基づいて前記車両または歩行者の位置を決定する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の協調誘導システム。
【請求項９】
前記プロセッサは、前記識別された処理信号に基づいて前記車両に運転動作を提供する、請求項１または８に記載の協調誘導システム。
【請求項１０】
前記識別された処理信号に基づく前記車両への前記運転動作は、加速、減速、一定速度の維持、制動、停止、右左折、および警告信号の提供のうちの少なくとも１つを含む、請求項９に記載の協調誘導システム。
【請求項１１】
前記センサによって受信された空間情報を平面画像に変換し、前記車両と前記車両の走行経路との空間的関係を計算する画像処理ユニットと、
グローバル座標における前記車両の前記位置を計算する位置ユニットと
をさらに含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の協調誘導システム。
【請求項１２】
樹脂と、
結晶希土類蛍光体と
を含む、インテリジェント塗料塗装組成物。
【請求項１３】
熱可塑性樹脂と、
結晶希土類蛍光体と
を含む、舗道標示材料。
【請求項１４】
少なくとも１つの結晶希土類蛍光体を有するインテリジェント塗料組成物または標示材料で塗装された公道面であって、前記インテリジェント塗料または標示が光を吸収し、前記吸収された光を電磁エネルギーに変換する、公道面。
【請求項１５】
塗料と結晶希土類蛍光体とを含むインテリジェント塗料で塗装された公道面に光をパルス照射するステップと、
前記結晶希土類蛍光体の時間立上り特性および時間減衰特性のうちの少なくとも１つに基づいて前記インテリジェント塗料からセンサに戻る電磁エネルギーを受け取るステップと、
前記センサによって受け取られた前記電磁エネルギーを処理信号に変換するステップと、
前記処理信号を識別し、前記識別された処理信号に基づいて車両の動作特性および前記公道面の特性のうちの少なくとも１つを決定するステップと
を含む、車両の動作特性および公道面の特性のうちの少なくとも１つを決定する方法。
【請求項１６】
前記公道面は前記車両が走行する車道または飛行場である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記公道面は公道標識である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
全地球測位衛星（ＧＰＳ）デバイスを前記処理信号からの位置情報に同期させるステップ
をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記処理信号を識別するステップと、
前記識別された処理信号に基づいて前記車両の位置を決定するステップと
をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記識別された処理信号に基づいて前記車両に運転動作を提供するステップ
をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
前記識別された処理信号に基づく前記車両への前記運転動作は、加速、減速、一定速度の維持、制動、停止、右左折、および警告信号の提供のうちの少なくとも１つを含む、請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１６年２月２９日に出願された米国仮特許出願第６２／３０１２４９号の優先権を主張するものである。本出願は、参照により、米国仮特許出願第６２／３０１２４９号の全内容を組み込む。
【０００２】
連邦政府資金による研究の記載
本発明は、米国運輸省連邦高速道路局との共同研究開発契約第ＦＨＷＡ−２０１５−０１号の履行においてなされたものである。米国政府は本発明に一定の権利を有する。
【０００３】
本発明は、一般に、インテリジェント交通の分野に関し、より詳細には、交通安全および交通効率を改善するマルチモード路車協調通信に関する。
【背景技術】
【０００４】
私たちが知っている大都市環境は、劇的な変化を遂げようとしている。近年、ＳＦ小説の定番である自律走行車ネットワークは、まもなく米国や世界中の都市の交通流に目に見える影響を与えることになる。そのような根本的な変化は、既存の自動車交通の「エコシステム」、人間が制御するものとますます増える自律的なものとの両方と、生活し続け、働き続け、これらの環境を歩き続けなければならない歩行者との相互作用とに影響を及ぼすことになる。
【０００５】
加えて、道路での衝突事故は世界的に１５歳から２９歳までの主要な死亡原因でもある。自動車メーカーは車両安全技術に投資してきたが、交通管理に関し言えば同じレベルの投資は行われていない。より安全な走行を支援する新しい交通管理アプリが市場に出たのはごく最近のことである。いくつかのアプリはライブ交通最新情報を表示し、運転者がルートをうまく計画できるようにする。他のアプリは、犯罪を追跡し、抑制するために、運転者が交通違反を犯したかどうかを運転者に通知する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これらのアプリではさらなる走行安全対策を提供するが、車道その他の道路をより安全にするための取り組みはほとんどなされていない。オランダは、「スマートハイウェイ」のコンセプトを発表しており、このコンセプトは、ヨーロッパの道路安全性を改善するための発光車線ラインを特色とする。別の発明、高摩擦表面処理は、降雨時の舗道を滑りにくくして安全性を向上させる。中央線のランブルストリップは運転者に車線はみ出しを警告する。同様のイノベーションを通じて、道路設計は最終的にはそれに値する注目を集めている。多くの都市イノベーション企業が、よりスマートな移動性に向けて努力を傾注している。しかし、これまで、走行アプリ、道路工学、環境的に持続可能な道路設計その他の構想が提供したのは、走行安全性の最小限の改善にすぎない。この必然的な将来により、自動車と歩行者の両方の人々の相互利益のために自動車エコシステムの変化をインテリジェントに活用する機会が提供される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、屋内環境と屋外環境の両方において車道、歩道および他の舗装面上の選択された塗装を感知することによって、車両および歩行者がその位置を決定するシステムおよび方法を提供する。本発明は、コネクテッドビークルおよび歩行者がどんな環境においてもその位置を正確に決定するための費用効果的な技術を提供する。例えば、本発明のシステムは、ジオロケーションを確実かつ適時に決定するために、車両に搭載されたセンサの下の材料または視覚障害者が使用する「白」杖の下の材料を認識する。本発明の材料およびシステムは、車道塗料／標示（透明、着色、不透明などの）に組み込まれ、重要な位置（例えば、停止線、マイルストーンなど）を標示するために路面に位置する。加えて、車両は、標準の公道塗料／標示および運転者情報をサポートし、アプリケーションを制御する特殊なメッセージ内容を有する標識を認識する。本発明の材料は、可視波長もしくは赤外波長に（または可視波長もしくは赤外波長に）変換しながら光を吸収する結晶希土類蛍光体を組み込んでいる。この変換された光はその場合、材料を認識するために車両に搭載されたセンサによって読み取られる。センサは、変換された光を、位置および運動特性を含む車両の動作特性を決定し、運動および速度（加速、減速、制動、停止など）および位置（右左折、前進、後退など）を含む、車両の運転動作を提供するのに使用される処理信号に変換する。インテリジェントシステムは、身体に障害のある歩行者（視覚障害、認知障害、その他の身体的障害など）に対して、歩道、交差点、バス停、トイレなどを規定する正確なジオロケーションを可能にし、状況認識の改善をもたらす。
【０００８】
本発明は、「インテリジェント塗料」を利用して、歩行者および自動車運転者を等しく識別し、誘導し、保護する「インテリジェントネットワーク」を確立する。本発明は、交通安全および交通効率を改善するマルチモード路車協調通信に関連したインテリジェント交通を提供する。同様に、本発明は、航空機、バス、トラム、芝刈り機などの飛行場車両に対する正確なリアルタイムの飛行場交通管制を提供する飛行場標示を含む。本発明のシステムはまた、作業場の自動化および安全のための倉庫交通制御も提供する。同様に、本発明のシステムおよび方法は、空中および陸上のドローンおよび他のロボット工学のための誘導も提供する。
【０００９】
運転者情報および車両制御を提供するアプリケーションをサポートする車道と車両システムとの間の協調の価値は、高まり続けている。本発明は、塗料もしくは他の塗装と混合され、または路面もしくは他の標示に貼付される、他のプリフォーム交通標示に存在する結晶希土類蛍光体を組み込み、これらは、車両システムが、車両の走行を特徴付けるデータ（例えば、速度、方向など）、車道を特徴付けるデータ（例えば、道路公道上のレーンディバイダ、右左折車線、路肩など）データを受け取るように、車両に搭載されたセンサによって認識される。するとシステムは受け取られたデータを使用して車両を増強し、または自律的に操作する。他の用途には、交差点における停止線の位置の識別や、車両のＧＰＳまたは他の位置検出システムによって提供される位置データなどの他の位置データを確認および／または訂正するための車道上の特定の位置の高信頼識別が含まれる。
【００１０】
本発明の協調誘導システムは、樹脂と希土類結晶蛍光体とを含むインテリジェント塗料塗装組成物を含む。本発明はまた、熱可塑性樹脂と希土類結晶蛍光体とを含む舗道標示材料も含むことができる。本発明の協調誘導システムはまた、少なくとも１つの結晶希土類蛍光体を有するインテリジェント塗料組成物で塗装された公道面も含む。公道面は、車両が走行する車道、車両が走行する飛行場とすることができる。公道面はまた、速度制限標識、停止標識、優先標識、公道名称標識などの公道標識とすることもできる。
【００１１】
インテリジェント塗料は光を吸収し、吸収された光を電磁エネルギーに変換する。電磁エネルギーは、可視光スペクトル、赤外スペクトル、および無線周波数スペクトルのエネルギーとすることができる。
【００１２】
本システムはまた、車両に結合されたセンサも含み、センサはインテリジェント塗料からの電磁エネルギーを感知し、電磁エネルギーを処理信号に変換する。本システムはまた、処理信号を識別し、識別された処理信号に基づいて車両の動作特性および／または公道面の特性を決定するプロセッサも含む。プロセッサは、識別された処理信号に基づいて、インテリジェント塗料内の結晶希土類蛍光体材料化合物または結晶希土類蛍光体材料の混合物を識別することができる。プロセッサは、処理信号を識別し、識別された処理信号に基づいて車両の位置を決定することができる。プロセッサは、識別された処理信号に基づいて車両に運転動作を提供する。識別された処理信号に基づく車両への運転動作には、加速、減速、一定速度の維持、制動、停止、右左折、警告信号の提供などが含まれうる。
【００１３】
本発明の協調誘導システムはまた、全地球測位衛星（ＧＰＳ）装置および／または位置ユニットも含むことができる。位置ユニットは、グローバル座標における車両の位置を計算することができ、ＧＰＳデバイスは、処理信号から位置情報に同期することができる。さらに、本発明のシステムはまた、センサによって受信された空間情報を平面画像に変換し、車両と車両の走行経路との空間的関係を計算する画像処理ユニットも含むことができる。
【００１４】
本発明のシステムは、車両の動作特性および／または公道面の特性を決定することができる。本システムは、インテリジェント塗料で塗装された公道面に光をパルス照射する。本システムは、結晶希土類蛍光体の時間立上りおよび／または時間減衰特性に基づいてインテリジェント塗料からセンサに戻る電磁エネルギーを受け取る。上述したように、本システムは、センサによって受け取られた電磁エネルギーを処理信号に変換し、処理信号を識別し、識別された処理信号に基づいて車両の動作特性および／または公道面の特性を決定する。
【００１５】
本特許または出願ファイルは、カラーで実行される少なくとも１つの図面を含んでいる。（１または複数の）カラー図面を伴った本特許または特許出願公開の写しは、所定の手数料を支払って請求すれば米国特許庁より入手できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明による交通安全および交通効率を改善する例示的な協調誘導システムを示す図である。
【図２】図１のシステムの性能を追跡し表示するユーザインターフェースのディスプレイを示す図である。
【図３Ａ】異なる車両速度でのラベル信号からのデータプロットを示す図である。
【図３Ｂ】異なる車両速度でのラベル信号からのデータプロットを示す図である。
【図３Ｃ】異なる車両速度でのラベル信号からのデータプロットを示す図である。
【図３Ｄ】異なる車両速度でのラベル信号からのデータプロットを示す図である。
【図３Ｅ】異なる車両速度でのラベル信号からのデータプロットを示す図である。
【図３Ｆ】異なる車両速度でのラベル信号からのデータプロットを示す図である。
【図３Ｇ】異なる車両速度でのラベル信号からのデータプロットを示す図である。
【図３Ｈ】異なる車両速度でのラベル信号からのデータプロットを示す図である。
【図３Ｉ】異なる車両速度でのラベル信号からのデータプロットを示す図である。
【図４Ａ】システムの動作中に事前較正した全地球測位衛星（ＧＰＳ）位置および測定された位置を有する例示的な路車協調通信システムを示す図である。
【図４Ｂ】図４Ａの例示的な路車通信システムを使用した事前較正したＧＰＳ位置と測定された位置点との比較プロットを示す図である。
【図５Ａ】タグを用いて計算された車両速度と、本発明の例示的な路車協調通信システムにおいて事前較正したＧＰＳ位置を使用して測定された車両速度との比較を示す図である。
【図５Ｂ】本発明の例示的な路車協調通信システムにおける、ラベル上のセンサの移動時間とラベルの幅とに基づく測定速度の変化を示す図である。
【図６Ａ】本発明の例示的な路車協調通信システムにおいて、異なる幅のストリップを使用してＧＰＳ座標を測定し、その較正を提供するタグの時間および位置を示す図である。
【図６Ｂ】本発明の例示的な路車協調通信システムにおいて、異なる幅のストリップを使用してＧＰＳ座標を測定し、その較正を提供するタグの時間および位置を示す図である。
【図６Ｃ】本発明の例示的な路車協調通信システムにおいて、異なる幅のストリップを使用してＧＰＳ座標を測定し、その較正を提供するタグの時間および位置を示す図である。
【図６Ｄ】本発明の例示的な路車協調通信システムにおいて、異なる幅のストリップを使用してＧＰＳ座標を測定し、その較正を提供するタグの時間および位置を示す図である。
【図６Ｅ】本発明の例示的な路車協調通信システムにおいて、異なる幅のストリップを使用してＧＰＳ座標を測定し、その較正を提供するタグの時間および位置を示す図である。
【図６Ｆ】本発明の例示的な路車協調通信システムにおいて、異なる幅のストリップを使用してＧＰＳ座標を測定し、その較正を提供するタグの時間および位置を示す図である。
【図７】固有の識別可能な光学的サインを有するインテリジェント塗料を使用した本発明の例示的な車両・歩行者通信システムを示す図である。
【図８Ａ】固有の識別可能な光学的サインを有するインテリジェント塗料を使用した本発明の例示的な飛行場通信システムを示す図である。
【図８Ｂ】固有の識別可能な光学的サインを有するインテリジェント塗料を使用した本発明の例示的な飛行場通信システムを示す図である。
【図８Ｃ】固有の識別可能な光学的サインを有するインテリジェント塗料を使用した本発明の例示的な飛行場通信システムを示す図である。
【図９】固有の識別可能な光学的サインを有するインテリジェント塗料を使用した本発明の例示的な飛行場通信システムを示す図である。
【図１０】車道標示で使用されるインテリジェント塗料の光学的サインに同調された本発明のセンサで改変された視覚障害者が使用する「白」杖を示す図である。
【図１１】複数の車両と歩行者を結ぶ例示的な協調通信システムを示す図である。
【図１２】光と本発明によるインテリジェント塗料との例示的な相互作用を示す図である。
【図１３】いくつかのプラスチック組成物の透過スペクトルを示す図である。
【図１４】太陽放射スペクトルおよび得られた光学窓を示す図である。
【図１５】いくつかの希土類蛍光体の中赤外線放射を示す図である。
【図１６Ａ】標準的な熱可塑性塗料に配合されたいくつかの希土類ドープ蛍光体組成物のそれぞれのスペクトルを示す図である。
【図１６Ｂ】標準的な熱可塑性塗料に配合されたいくつかの希土類ドープ蛍光体組成物のそれぞれのスペクトルを示す図である。
【図１６Ｃ】標準的な熱可塑性塗料に配合されたいくつかの希土類ドープ蛍光体組成物のそれぞれのスペクトルを示す図である。
【図１７】１．５７０μｍレーザを使用して励起された場合の希土類蛍光体のアップコンバージョンプロセスの出力密度（Ｐｏｗｅｒ  Ｄｅｎｓｉｔｙ）依存性を示す図である。
【図１８】１．５７０μｍで励起されたＹ２Ｏ２Ｓ：Ｙｂ，ＥｒのＮＩＲアップコンバージョン発光を示す図である。
【図１９】９８０ｎｍを使用して励起されたＹｂ，Ｅｒドープ蛍光体の寿命調整可能性および１５４０ｎｍで記録された寿命測定値を示す図である。
【図２０Ａ】周波数領域計算に基づく、本発明の希土類蛍光体の計算寿命発光対実測寿命発光を示す図である。
【図２０Ｂ】周波数領域計算に基づく、本発明の希土類蛍光体の計算寿命発光対実測寿命発光を示す図である。
【図２１Ａ】赤外光で励起された場合に類似したスペクトルプロファイルを示す、非常に類似した組成を有する３つの異なる結晶希土類蛍光体を示す図である。
【図２１Ｂ】赤外光で励起された場合に類似したスペクトルプロファイルを示す、非常に類似した組成を有する３つの異なる結晶希土類蛍光体を示す図である。
【図２１Ｃ】赤外光で励起された場合に類似したスペクトルプロファイルを示す、非常に類似した組成を有する３つの異なる結晶希土類蛍光体を示す図である。
【図２１Ｄ】モフォロジーに基づく図２１Ａ〜２１Ｃの結晶希土類蛍光体の異なる時間的特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
協調誘導システムおよび協調誘導方法は、結晶希土類蛍光体または結晶希土類蛍光体の混合物から情報を読み取ることを必要とする、インテリジェント塗料を含むインテリジェント材料を使用する。本発明のシステムは、人間の視覚感知が動作するのと同様に動作する。人間の視覚感知動作では、太陽から、または電球などの他の発光源からの光子が物体から跳ね返って目に入り、複雑系を通って電気信号に変換され、格納された記憶と比較される。
【００１８】
希土類元素は、満杯の完全な外軌道殻（すなわち、電子で満たされた）を有する複雑な材料である。希土類元素の原子番号が増加するにつれて、満たされていない内軌道殻に電子が加わる。例えば、ランタンは第４軌道殻の電子が０であるが、ルテチウム（Ｌｕｔｉｔｉｕｍ）は１４個の電子を有する。
【００１９】
希土類を所定の比率およびホスト格子において制御結晶化すると、光の電磁スペクトルをアップコンバージョン変換およびダウンコンバージョン変換することができる結晶希土類蛍光体構造がもたらされる。そのような希土類蛍光体は、米国特許第９１８１４７７号明細書に記載されており、ニュージャージー州プリンストンのＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．から入手可能である。本発明における結晶希土類蛍光体は、３つの成分を含む。ホスト、吸収体、およびエミッタである。ホストは、通常、システムの量子効率を最大にするように選択される、選択されたドーパントと光学的に適合する材料である。本発明のシステムは、例えば、イットリウムやランタンを使用する。ＹおよびＬＡは、地球の地殻に豊富に存在するため安価であり、ＮｄやＤｙなどの磁気希土類の製造副産物である。
【００２０】
ホスト組成物は、オキシ硫化物、酸化物、ハロゲン化物、ガーネット、窒化物、硫化物として含む。ホストは、イットリウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、およびルテチウムを含む、希土類のうちの１または複数の中から選択された、希土類または複数の希土類元素（Ｍ）で修飾される。各希土類は、特異で測定可能な光学特性を提供する。例には、Ｙ（１−ｘ−ｙ）２Ｏ２Ｓ：Ｙｂ（ｘ＝０．００５−０．５）−，Ｅｒ（ｙ＝０．００５−０．５）が含まれ、ｘおよびｙは上記の希土類の任意の選択とすることができる。
【００２１】
一般的な赤外吸収体はイッテルビウムおよびサマリウムである。光子が結晶にぶつかり、エネルギーはエルビウム、ユーロピウム、ツリウムなどの「エミッタ」に移る。格子欠陥の少ない希土類結晶の相純度は、効率的なエネルギー交換のための重要な特性である。吸収体は、希土類のエネルギー準位図の概要を示すＤｉｅｋｅ  Ｄｉａｇｒａｍに基づいて選択される。
【００２２】
ダウンコンバージョン材料は、より高いエネルギーの光子（紫外線やＸ線放射など）を、可視光などのより低いエネルギーの光子に変換する。ダウンコンバージョン材料によって放出される電磁放射は、「蛍光」と呼ばれる。アップコンバージョンは、より低いエネルギーの光子（より低い周波数、より長い波長）をより高いエネルギーの光子（より高い周波数、より短い波長）に変換する材料を指す。イッテルビウムおよびエルビウムでドープされた酸化イットリウム（Ｙｔｒｒｉｕｍ）結晶が、アップコンバージョン材料の一例である。これらの結晶は、１５５０ｎｍの光（より長い波長、より低いエネルギー）を吸収し、より短い波長、より高いエネルギーの９８０ｎｍ光ならびに５４０ｎｍおよび６６０ｎｍの可視発光に変換する。結晶はまた、固有の時間的特性を有する。例えば、結晶が「点灯」するのに要する時間量（立上り時間）と消灯するのに要する時間量（減衰時間）を正確に制御することができ、これらは、ホスト、ドーパント、結晶の形状およびサイズに依存する。非常に類似した組成を有するが形状が異なる結晶は、パルス赤外光の下で異なる動作をする。例えば、図２１Ａ〜図２１Ｃに、非常に類似した組成を有する３つの異なる結晶を示す。これらの結晶は、赤外光で励起されると、すべてほぼ同一のスペクトルプロファイルを示すが、各結晶の時間的特性は、図２１Ｄに示すようにモフォロジーに基づいて変化する。各モフォロジーは、独自の表面積対容積比を有し、その結果、フォノンエネルギーが変化し、最終的には結晶の時間的特性が生じる。特定のエネルギー準位の寿命は、放射放出および無放射放出の総和として記述することができ、よって、モフォロジーが異なれば固有の立上り時間および／または減衰時間を有することになる。参照によりその全体が本明細書に組み込まれている米国特許第９１８１４７７号明細書も参照されたい。
【００２３】
異なる結晶希土類蛍光体は、パルス赤外光下で異なる挙動を示し、（１または複数の）結晶の時間立上り特性および時間減衰特性に基づいて識別することができる。様々な減衰時間を有する複数のＹ２Ｏ３：ＹｂＥｒ結晶を組み合わせることで、情報の多重化が可能になり、これにより車両が（インテリジェント塗料を介して）結晶を感知して様々な物体を識別し、様々な動作を取ることが可能になる。
【００２４】
希土類蛍光体
特定の酸化物組成物では、格子内に特定のランタニド族イオンが存在すると、入射放射線のアップコンバージョン（ＵＣ）とダウンコンバージョン（ＤＣ）の両方が生じる。ＵＣプロセスは通常、近赤外（ＮＩＲ）光または赤外光をより高いエネルギーに変換するし、ＤＣはより高いエネルギーの光子をより低いエネルギーの光子に変換する。ＮＩＲルミネセンスから生じるＤＣは、入射光のＤＣ修飾を利用する太陽電池の用途でかなりの注目を集めている。
【００２５】
上述したように、ダウンコンバージョンは、材料がより短い波長で光励起されて、より長い波長で複数の光電子放出をもたらす場合に生じる。図１２に、光と、インテリジェント塗料がＹ２Ｏ２Ｓ：Ｅｒ，Ｙｂ粒子を含む本発明のインテリジェント塗料との例示的な相互作用を示す。図１２の例示的な相互作用は、ダウンコンバージョンおよびインテリジェント塗料からのりん光発光を示しており、９４０ｎｍの励起により９８０ｎｍの検出が得られる。エネルギー準位が隣接したより低いエネルギー準位を有する場合、より高いエネルギー準位は、図１２にと同様にフォノン放出／結晶格子振動によってより低いレベルまで減衰する。本質的に、吸収された高エネルギー光子ごとに２つ以上の低エネルギー光子を放出することができる。本発明では、主な吸収バンドは、Ｙｂ３＋活性化材料の特性である９００〜１０５０ｎｍ（Ｙｂ３＋遷移２Ｆ７／２→２Ｆ５／２）の間にある。Ｙｂ３＋イオンの存在は、９４０ｎｍの入射光の吸収とそれに続くダウンコンバージョンを可能にする。その結果、特定の励起波長に対して、これらの組成物は２００％を超える量子効率を有することになる。
【００２６】
希土類蛍光体埋め込み道路塗料の光学遷移
本発明のインテリジェント塗料で使用される組成物および希土類ドーパントを、近赤外（ＮＩＲ）光変換効率、特に９４０ｎｍ（励起）じから９８０ｎｍ（発光）への変換を最大にするように設計した。図１３に、道路塗料で使用されるものを含むほぼすべての潜在的バインダ組成物（すなわち、アクリレートおよびその他のポリマー樹脂）が、優れたＮＩＲ透過特性、典型的には＞８５％を有するため、ＮＩＲ光学遷移が理想的であることを示す。
【００２７】
第１のインテリジェント塗料に使用される組成物および希土類ドーパントを、材料の近赤外（ＮＩＲ）光変換効率、特に約８００ｎｍまたは９４０ｎｍ（励起）から８６０ｎｍおよび／または９８０ｎｍ（発光）への変換を最大にするように設計した。道路塗料で使用されるほぼすべての熱可塑性組成物（例えば、アクリレートやその他のポリマー樹脂）は、図１３に示すように、可視光〜ＮＩＲの透過特性が優れており、大部分が８５％を超える透過率を有するため、ＮＩＲ光学遷移を選択した。加えて、図１４に示すように、ＮＩＲ光学遷移を選択したのは、太陽放射にはＮＩＲ（約９５０ｎｍ〜１０００ｎｍ）に存在するいくつかの光学窓があるかである。これらの窓は、本発明のインテリジェント塗料の光入力および光出力と一致する。一実施形態において、プロトタイプセンサは、以下の日射スペクトルで見られるＮＩＲ窓を利用し、他のセンサ設計およびインテリジェント塗料組成物は、発光が１．３〜２．０μｍの短波赤外線（ＳＷＩＲ）に、さらには図１５に示すように６μｍまでの中赤外線に存在する材料を利用する。
【００２８】
希土類の多数の電子遷移の存在により、単一の組成物において、多数の離散した励起領域ならびにアップコンバージョン発光およびダウンコンバージョン発光を提供することができる。加えて、いくつかの希土類ドープ蛍光体組成物を標準的な熱可塑性塗料に配合し、それらの光学特性を測定した。これらの材料およびそれぞれのスペクトルの例を図１６Ａ〜図１６Ｃに示す。例えば、図１６Ａには、８０８ｎｍのＣＷレーザで励起された、イッテルビウム、エルビウムでドープされたオキシ硫化イットリウムが示されている。図１６Ｂには、８０８ｎｍのＣＷレーザで励起された、Ｎｄ、Ｙｂ、およびＴｍでドープされたオキシ硫化イットリウムが示されており、図１６Ｃには、８０８ｎｍのＣＷレーザで励起された、ＣｒでドープされたＧＧＧ（ガドリニウムガリウムガーネット）が示されている。
【００２９】
本発明で使用される別の組成物であるＹ２Ｏ２Ｓ：Ｙｂ，Ｅｒは、アップコンバージョンとダウンコンバージョンの両方で複数の励起および発光遷移を有することができる。図１７の例は、１．５７０μｍのレーザと、可視とＮＩＲ両方のアップコンバージョン発光の測定強度とを使用して励起された場合のアップコンバージョンプロセスの出力密度依存性を示している。図１８に、１．５７０μｍで励起されたＹ２Ｏ２Ｓ：Ｙｂ，ＥｒのＮＩＲアップコンバージョン発光を示す。
【００３０】
この材料を検出する１つの方法は、これらの材料の特定の光学遷移と調整可能な寿命（立上りおよび減衰）特性の両方を利用する。ホスト格子またはドーパント濃度および／もしくはドーパント比率を変えることによって、これらの材料が光子を吸収、放出する速度を厳密に制御することが可能である。この速度を正確に測定して、システムに導入できる電子ノイズおよび光学ノイズを低減させることができる。例えば、図１９に、９８０ｎｍを使用して励起されたＹｂ，Ｅｒドープ蛍光体の寿命調整可能性、およびＹｂ対Ｅｒの比率を調整することによる調整可能な寿命である１５４０ｎｍで記録された寿命測定値を示す。
【００３１】
一般に、エネルギー準位が隣接したより低いエネルギー準位を有する場合、より高いエネルギー準位は、フォノン放出／結晶格子振動によってより低いレベルまで減衰する。この寿命原理は、単純な減衰法則に従って励起パルスをオンにした後の励起状態ポピュレーションの指数関数的減衰として、一次速度論によって記述される。
Ｉ（ｔ）＝Ｉ０ｅｘｐ（−ｔ／τ）  （１）
【００３２】
式中、１つの指数関数的減衰について、Ｉ（ｔ）＝時間依存性強度であり、Ｉ０＝時刻０における強度（または振幅）であり、τ＝寿命と等しい、蛍光体（または蛍りん光体）が励起状態にとどまる平均時間（または＜ｔ＞）である。
τは全減衰速度の逆数である。
τ＝（Ｔ＋ｋｎｒ）−１  （２）
【００３３】
励起後の時刻ｔにおいて、Ｔは放出速度であり、ｋｎｒは無放射減衰速度である。一般に、寿命の逆数は、励起状態をデポピュレート速度の総和である。ルミネッセンス寿命は、Ｉｎｌ（ｔ）対１／τに等しいｔのプロットの傾きから簡単に決定することができる。またルミネッセンス寿命は、強度が（時刻０における）元の値の１／ｅまで減少するのに必要な時間とすることもできる。
【００３４】
本発明のセンサは、材料の寿命識別のために周波数領域（ＦＤ）および位相変調法を利用し、この方法では励起光が強度変調され、かつ可変高周波である同じ変調周波数での発光応答は、寿命を励起に対して遅延させる。この遅延は位相ずれとして測定される。システムは、μ秒時間スケールの時間領域において検出することが困難なりん光「立上り時間」を識別するためにこの方法を組み込むことができる。蛍光体によって示される立上り時間は、圧倒的多数の公知の発光種には見られない固有のスペクトル特徴を提供する。ほとんどの場合、発光は最初に励起状態から発生し、直ちに減衰し始める。蛍光体については、発光状態がポピュレートされている間の時間遅延があり、これが立上り時間である。この立上り時間は、固有の周波数領域観測値、位相角＞９０度をもたらすことができる。蛍光体の立上り時間が励起強度に大きく依存しない場合には、立上り時間を減衰時間と同じ方法で使用することができる。典型的には、立上り時間が存在する場合、より低いパラメータ相関が存在する。図２０Ａに、８０８ｎｍ励起下でのＹ２Ｏ２Ｓ：Ｙｂ，Ｅｒの計算された寿命発光を示し、図２０Ｂに、周波数領域計算に基づく実測寿命発光を示す。
【００３５】
協調路車誘導
上述したように、異なる減衰時間を有するＹ２Ｏ３：ＹｂＥｒ結晶希土類蛍光体などの複数の結晶希土類蛍光体を組み合わせることにより、情報の多重化が可能になる。インテリジェント塗料の光学的サイン性を多重化できることにより、環境とのより深い相互作用と、現在最も自動化された能力を有する車両を誘導するマシン・ビジョン・システムの状況認識の改善が可能になる。多重化により、自動化車両の意思決定プロセスで大きな役割を果たし、この分野で人工知能および拡張現実技術が成長し続けるにつれてより関連性を増すことになる、様々な交通標識および標示からの詳細な環境フィードバックを提供する固有の光コードの割り当てが可能になる。例えば、異なる車線は、車両の位置を示すように設計された異なる結晶希土類蛍光体を有することができる。図１９に、火炎溶射熱分解によって合成され、調整可能な光学特性をもたらすＹ２Ｏ３結晶希土類蛍光体のＹｂ／Ｅｒバリエーションを示す。図１９には、ＹｂとＥｒとのわずかな比率調整による結晶希土類蛍光体の時間的特性の調整可能性を示す。レーザと検出器との同期は、結晶希土類蛍光体の立上り発光および減衰発光が、パルス発光中のレーザの「オフ」サイクルで検出器によって測定されるというものである。様々な結晶希土類蛍光体組成物の組合せ順序付けにより、車両センサに、出力密度依存性、吸収、波長シフト、ピーク比および複数の波長における時間的特性を含む、検出のための複数のパラメータが提供され、達成可能な情報量が増加する。車道上の車両は、多くの異なる物体を識別できる必要がある。ＣＡＭＰ（Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ  Ａｖｏｉｄａｎｃｅ  Ｍｅｔｒｉｃ  Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ）は、コネクテッドビークルに取り組む大手車両メーカーのコンソーシアムである。パートナーシップの目標は、すべての車両が他のすべての車両がどこにあるかを知ることである。最終的にはすべての車両が接続されることは不可避である。現在の車両位置検出システムの主な制限は、車両ナビゲーションを支援するために全地球測位衛星（ＧＰＳ）に大きく依存することである。これは、ＧＰＳが利用できない多くの環境や天候条件によるものである。「都市キャノピー」では、大きな建物のためにＧＰＳ信号が失われる。ＧＰＳ解像度は、明瞭な見通し線の欠如のために、農村部の密集した森林地帯でも阻害される。これらの例では、インテリジェント塗料は（１または複数の）車両を較正するのに役立ち、いかなる瞬間でも車両がどこにあるかを非常に正確に予測する。インテリジェント塗料の多重化は、より多くの場所でインテリジェント塗料が非ＧＰＳ環境でのＧＰＳの較正として働くことも可能にする。
【００３６】
本発明の一例では、車両が交差点に接近するときに、正確な時刻における車両の位置を測定することは現在のところ困難である。交差点の前のある距離のところに施されたインテリジェント塗料は、車両がどの車線にあるか、車両が交差点からどのくらい離れているかを識別するのに役立つ。経度緯度位置は他の車に中継され、それらの車両のＧＰＳシステムと同期させることができる。
【００３７】
本発明は、困難な公道環境、様々な光条件、悪天候、および長期の摩耗において、協調システムを介して車両を確実に位置検出するシステムおよび方法を提供する。安価なセンサ／プロセッサが車両に配置され、車道塗料およびその他の標示のシステム標示と相互作用する。様々な結晶希土類蛍光体が、車両が道路塗料およびその他の標示（例えば、標識、他の車両、踏切、ランドマークなど）に埋め込まれた様々な化合物を認識するようにコーディングを提供し、そのため車両はいくつかのコードを区別する。次いで、システムはコードを処理し、車両はコードを解釈して、車両の位置および動作に合わせた情報を得る。このシステムを使用すると、標準の車道標示が、車両制御アプリケーションを可能にし、容易にするインテリジェンスを提供する。本発明で使用される材料は、光学的、磁気的、または無線周波数放出スペクトルに対する高レベルの同調可能性を有する。本システムは、固有の光学的、磁気的、または無線周波数サインャを放出するように設計された結晶希土類蛍光体材料を使用し、その特定の材料サインに合わせて調整されたセンサを使用してこれらのスペクトルサインを容易に読み取る。例えば、１つの材料クラスは、可視〜遠赤外スペクトル（Ｖｉｓ、ＮＩＲ、ＳＷＩＲ、ＭＩＲ、ＦＩＲ／ＬＷＩＲ）の特定の波長で吸収および放射するように設計された組成物の調整可能な光学特性を利用する。結晶希土類蛍光体は、可視光および赤外光で励起され、プログラムされた時間減衰を有する赤外領域における特異な線を生成する。国家航空宇宙情報センター（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ａｉｒ  ａｎｄ  Ｓｐａｃｅ  Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ  Ｃｅｎｔｅｒ（ＮＡＳＩＣ））と最近の試験では、パッシブ励起（すなわち周囲光）を使用して１１，０００フィート（約３３５．２８ｍ）を超える距離から日中にＹＧＧ：Ｃｒ結晶希土類蛍光体の赤外線サインを検出した。
【００３８】
本発明の塗料組成物または標示材料中の結晶希土類蛍光体の濃度は、数ｐｐｂから約２０％の重量負荷までの範囲とすることができる。濃度は、１ｐｐｍ〜約１５％の負荷、または０．００１％〜約１０％、または０．１％〜約５％、または０．５％〜約３％の範囲でありうる。例えば、１％の負荷は満足のいく結果をもたらす。
【００３９】
本発明の材料およびシステムを使用して、車両は、システムが車両位置を確実かつ適時に決定するように、自車両の直下の（また前方の、または隣接した）位置を認識する。いくつかの異なる車道標示、ならびに車道外の標識、標示などと共にこの使用を支援する。本システムは、横方向と縦方向両方の位置を決定することができる。
【００４０】
本発明を備えた車両は、標示が本発明の（結晶希土類蛍光体）メッセージ材料で符号化されている場合、標準の公道塗料／標示を首尾よく認識する。本発明の標示プロセスは、運転者情報を支援し、またはアプリケーション技術を制御する一般的な意味または特定の意味を伝える。標示は、車両の直下に、または前方に、または車両に隣接して位置しうる。出願人は、本発明の認識プロセスの精度、適時性、距離、方向および信頼性を測定した。
【００４１】
例えば、本発明のインテリジェント塗料技術を評価する研究、開発、および実証試験は、標示された位置での車両の通過の確実かつ適時な識別を確認した。この試験はまた、本発明が異なる結晶希土類蛍光体で標示された位置を区別できることも確認した。加えて、試験は、本発明が車道塗料／標示をその目的および位置によって識別できることも確認した。協調技術が可能にする用途は、一般大衆に重要な安全性、移動性、および環境上の利益を提供する。
【００４２】
米国特許第９１８１４７７号明細書には、本発明のシステムおよび方法で使用できる結晶希土類蛍光体が記載されている。他の希土類蛍光体は、米国特許第５６７４６９８号明細書、米国特許第６０３９８９４明細書、米国特許第６１３２６４２明細書、米国特許第６１５９６８６明細書、および米国特許第６３７９５８４号明細書に記載されている。結晶希土類蛍光体は、ニュージャージー州プリンストンのＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．から入手可能である。
【００４３】
本発明のシステムで使用される材料は、電磁スペクトルにおいて固有の光学特性を示す結晶希土類蛍光体を組み込んでいる。製造時に、これらの結晶希土類蛍光体のモフォロジーが制御され、次に、ひいては、立上り時間や減衰時間などの時間的特性が制御される。本システムは、結晶希土類蛍光体からデータを推定する多くの異なる技術を組み込んでいる。本発明の装置は、日光およびその他の干渉条件を補償するように設計および製造される。
【００４４】
図１１に示すように、１つの協調路車通信システム２１００は、ウェアラブル歩行者センサ２１０７を使用して、複数の車両２１１０、２１９０と歩行者２１８０とを結ぶ。例えば、車両Ａ２１１０は、レーザ（エミッタ）２１９５、センサ（検出器）２１０５、ＣＰＵ２１１５、ＧＰＳ２１２５を備えている。車両Ｂ２１９０も同様に、レーザ２１９６、センサ２１０６、ＣＰＵ２１１６、およびＧＰＳ２１２６を備えている。歩行者２１８０は、レーザ２１９７、センサ２１０７、ＣＰＵ２１１７、およびＧＰＳ２１２７を着用または携帯している。
【００４５】
本発明のシステムは、統合ＧＰＳデバイス（すなわち、センサおよび／または車両と、かつ／または杖などの歩行者デバイスと一体化された）を使用することができ、または本システムは、ＧＰＳデバイスやスマートフォン上および他の携帯型ＧＰＳデバイスで利用可能なソフトウェアを使用することができる。本発明のシステムには、本発明を使用して、特定の力、角速度、ならびに車両、歩行者、およびその他の物体を取り囲む磁場を測定し、報告するために、慣性計測ユニット（ＩＭＵ）も含めることができる。ＩＭＵは、トンネル内、橋の下、都市キャノピーの下、飛行場、地下鉄内など、ＧＰＳ信号が利用できないときに、加速度計、ジャイロスコープ、および磁力計を用いてＧＰＳ受信機を動作させることができる。
【００４６】
車両Ａ２１１０が走る際に、レーザ２１９５は、車道または類似した表面上の標示２１３５として働くインテリジェント塗料２１４５内の結晶希土類蛍光体を励起する。励起により、センサ２１０５によって検出されたインテリジェント塗料２１４５から蛍光体発光が発生する。センサ２１０５はデータをＣＰＵ２１１５に渡し、ＣＰＵ２１１５はセンサデータを処理する。ＧＰＳ２１２５は、インテリジェント塗料２１４５の公知のＧＰＳ座標に基づいて再較正を行う。ＣＰＵ２１１５は、データを結合、較正し、クラウドベースの記憶や検索同期システム（ネットワーク２１９９と別に図示せず）などのネットワーク２１９９にデータを能動的にアップロードする。車両Ｂ２１９０が走り、歩行者２１８０が歩き、標示２１３６内のインテリジェント塗料２１４７に遭遇する際にも同様のプロセスが行われる。車両Ｂ２１９０と歩行者２１８０の両方で、それぞれのレーザ２１９６、２１９７は、車道、横断歩道または類似した表面上の標示２１３６として働くインテリジェント塗料２１４６内の結晶希土類蛍光体を励起する。励起により、センサ２１０６、２１０７によって検出されたインテリジェント塗料２１４６から蛍光体発光が発生する。センサ２１０６、２１０７はデータをＣＰＵ２１１６、２１１７に渡し、ＣＰＵ２１１６、２１１７はセンサデータを処理する。ＧＰＳ２１２６、２１２７は、インテリジェント塗料２１４６の公知のＧＰＳ座標に基づいて再較正を行う。ＣＰＵ２１１６、２１１７は、データを結合、較正し、データをネットワーク２１９９に能動的にアップロードする。クラウドベースの記憶および検索同期システムは、それぞれのデータをそれぞれの車両および歩行者の位置情報として共有し、車両間通信および車両歩行者間通信を可能にする。
【００４７】
図１に、動作中のシステムの追加詳細を示す。例示的なシステムにおいて、車両１１０上の１または複数のセンサ１０５は、道路標示／標識１２０、１２５内の結晶希土類蛍光体１１５から情報を読み取る。上述したように、結晶希土類蛍光体の道路標示１２０、１２５は、路面１３０に埋め込み、かつ／または貼り付けることもでき、従来の車道標識および標示を補うために使用することもできる。車両１１０内の処理ユニット（別個に図示せず）は、道路標示１２０、１２５内の結晶希土類蛍光体１１５からのセンサ１０５からの情報を処理し、受け取ったセンサ情報を車両１０５の位置、速度、方向、およびその他の位置動作特性に変換する。処理ユニットは、センサ１０５と一体化することもでき、車両１１０内または車両１１０上のディスクリート部品として構成することもできる。
【００４８】
一例示的実施態様において、システム１００は、センサ１０５を介して標示１２０、１２５によって提供された空間情報を、画像処理ユニット（図１には図示せず）における逆変換によって平面画像に変換する。例えば、画像処理ユニットは、走行経路１３５に沿って結晶希土類蛍光体１１５でペイントされた１対の白い案内線（標示１２０、１２５）を識別する。走行経路１３５は、走行経路側境界、中央線、横断歩道などとすることもできる。標示１２０、１２５の方向および向きにかかわらず、（１または複数の）センサ１０５は、標示１２０、１２５からの情報を受信するように位置決めし、方向付けることができる。次いで画像処理ユニットは、車両１１０に対するライン（標示１２０、１２５）の長さを測定する。走行経路１３５上の白線（または他の標示）を感知することにより、処理ユニットは、車両１１０と走行経路１３５との空間的関係を計算することができる。例えば、処理ユニットは、車両１１０と走行経路の左側および／または右側の白線との距離や、車両の前進方向と走行経路との間の角度や、他の幾何学的位置測定値を決定する。カーブした走行経路の場合、カーブの方向は、車両がその走行経路の距離の半分を越えたときに決定される。別の例として、システムは、車両と交差点との距離を、車両が交差点に到達する前に、白線の交点を検出し、測定することによって決定する。
【００４９】
システムが車両と走行経路との空間的関係を決定すると、処理ユニットはその空間情報を位置ユニット（図１には図示せず）に提供する。位置ユニットは、例えば、速度計や車輪速度センサからのフィードバックなどの速度および方向決定構成要素を含む。同様に、位置ユニットは、グローバル座標における車両の位置を計算することができる。センサ、プロセッサ、および位置ユニットは、車両動作を補い、または開始するために他の車両構成要素およびシステムに入力を提供する車両制御構成要素として使用することができる。例えば、システムセンサが道路標示情報を受け取り、車両が曲がろうとしていると判断した場合、車両制御構成要素は、速度（例えば、アクセルペダル）および方向（例えば、ハンドル）に影響を与える入力を提供することができる。同様に、システムセンサが道路標示情報を受け取り、車両が交差点に進入しようとしていると判断すると、車両制御構成要素は、速度（例えば制動動作）および位置（例えば、交差点停止線で停止する）に影響を与える入力を提供することができる。
【００５０】
車道標示内の結晶希土類蛍光体は、異なる種類の情報を提供するために異なる方法で成形し、組み合わせることができる。結晶希土類蛍光体の異なる形状および異なる組み合わせは、車道および車両情報を伝達するために使用できる異なる立上り特性および減衰特性を提供する。例えば、車線情報を提供するために白線車線標示を１つの組み合わせの結晶希土類蛍光体でペイントすることができ、車両の速度および方向動作に影響を与えるために速度制限標識を異なる組み合わせの結晶希土類蛍光体でペイントすることができる。停止標識は、感知されたときに、センサによって受け取られ、車両制御構成要素によって処理される情報が車両の異なる動作（例えば、交差点における制動および停止位置）に影響を及ぼすことができるように、さらに別の組み合わせの結晶希土類蛍光体でペイントすることができる。オレンジ色の工事用バレルは、車両にさらに別の位置および動作情報を提供するために、さらに別の異なる組み合わせの結晶希土類蛍光体でペイントすることができる。
【００５１】
本発明の材料は、車両動作を決定し、車両を増強または自律制御する多くの可能な方法を提供する。以下の例では、車両インテリジェント塗料間通信、およびさらなる状況認識を提供するためにインテリジェント塗料を適用できる様々な方法について詳述する。これらの例は、高い信号対雑音比および高い再現性／信頼性でインテリジェント塗料からの固有の光学的サインを探すように設計された安価なセンサを使用して実施した。
【００５２】
本発明はまた、結晶希土類蛍光体を含む塗装組成物も提供する。塗装組成物は、透明、不透明または着色されていてもよい。道路、公道、タールマカダム、歩道、工業用床材などの上の交通標示用に使用される塗装組成物が、シーラントまたはクリアコート組成物として企図される塗装組成物の例である。本発明の塗装組成物は、結晶希土類蛍光体が分散された樹脂粘結剤を含む。当技術分野で公知のように、塗装組成物は、その特定の用途に応じて、溶剤性組成物または水性組成物であってよい。結晶希土類蛍光体は、当技術分野で公知の他の顔料と同じ方法で塗装組成物に組み込まれてよい。例えば、米国特許第７３３８７０４号明細書には、蛍光着色剤を含有する塗装組成物が開示されている。別の例として、米国特許第８２９８４４１号明細書には、りん光顔料を含有する水性塗装組成物が記載されている。また公開ＰＣＴ出願である国際公開第２００７／０５６８２０（Ａ１）号パンフレットには、発光ラテックス塗料組成物および道路標示におけるその使用が開示されている。他の道路標示の組成および手順は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第３０４６８５１号明細書、米国特許第３１３６７３３号明細書、米国特許第３３２１３２９号明細書および米国特許第３４７４０５７号明細書に記載されている。
【００５３】
インテリジェント塗料組成物を作製するために本発明の結晶希土類蛍光体を塗料およびプラスチックに添加することができる、そのような塗装組成物で使用される典型的な樹脂は、を含むがこれに限定されない。結晶希土類蛍光体は、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）などのアクリル、およびＮｕｌｏｎ、ＰＬＡ、ポリベンズイミダゾール、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリエチレン、ポリエチレン、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルファイド、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、テフロン（登録商標）などの非アクリル系熱可塑性プラスチックに添加することができる。
【００５４】
塗装レオロジー、表面特性または他の塗装特性を制御するための当技術分野で公知の顔料および他の添加剤も、本発明の塗装組成物に組み込むことができる。例えば、本発明の塗装組成物は、塗装添加剤をさらに含有していてもよい。そのような塗装添加剤には、シリコーン、フルオロカーボン、セルロース化合物などの１または複数の均染剤、レオロジー、および流れ調整剤；増量剤；参照により本明細書に組み込まれる米国特許第５３４９０２６号明細書に記載されているような反応性融合助剤；可塑剤；平滑剤；顔料湿潤分散剤および界面活性剤；紫外線（ＵＶ）吸収剤；ＵＶ光安定剤；着色顔料；着色剤；脱泡消泡剤；沈降防止、垂れ防止および増粘剤；皮張り防止剤；浮き色防止および浮遊防止剤；殺生物剤、殺菌剤および防かび剤；腐食防止剤；増粘剤；または融合助剤が含まれるが、これに限定されない。そのような添加剤の具体例は、Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｐａｉｎｔ＆Ｃｏａｔｉｎｇｓ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ，１５００  Ｒｈｏｄｅ  Ｉｓｌａｎｄ  Ａｖｅｎｕｅ，Ｎ．Ｗ．，Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，Ｄ．Ｃ．２０００５より出版されているＲａｗ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｉｎｄｅｘに記載されている。そのような添加剤の別の例は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第５３７１１４８号明細書に記載されている。
【００５５】
本発明の結晶希土類蛍光体は、道路、公道、タールマカダム、歩道、工業用床材などの表面に直接塗布されるインテリジェント標示を作製するためにプラスチックに添加することができる。結晶希土類蛍光体は、位置決めおよび誘導のために標準の車道熱可塑性プラスチックに添加することができるが、結晶希土類蛍光体の発光強度を定量化し、それを塗料の安定性と相関させることによって、正確な摩耗および耐久性情報を提供する塗料内のレポータとしても機能することができる。この機能により、再適用のための正確なタイムラインが可能になる。
【００５６】
本発明の別の態様は、結晶希土類蛍光体を含有するプリフォーム熱可塑性舗道標示材料である。熱可塑性舗道標示材料は、例えば、材料を路面に加熱して付着させるために路面に施されるプリフォーム材料である。これらの舗道／標示材料およびそれらを製造、使用するための方法は、当技術分野で公知である。例えば、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第９１３３３１８号明細書を参照されたい。米国特許第９１３３３１８号明細書および同明細書で論じられている他の特許には、使用できる多種多様な熱可塑性プラスチック、および製造することができる多種多様な舗道標示材料が記載されている。熱可塑性舗道／標示材料内に結晶希土類蛍光体を組み込むことにより、本発明の協調誘導システムおよび協調誘導方法で単に塗料または他の塗装組成物として使用されるべき材料が、システムに情報を提供するために使用されることが可能になる。所与のプリフォーム材料中に存在する結晶希土類蛍光体は、本発明のシステムに情報を提供することに加えて、材料の供給源、材料の適用日、その日付以降の使用の度合い（材料上の交通による材料の損失など）などの製造および摩耗情報を識別するために使用することもできる。
【実施例】
【００５７】
［実施例１：車両の位置決定および誘導］
上述したように、図１に示すシステム１００は、直径約１０μｍのＹ２Ｏ２Ｓ：Ｙｂ，Ｅｒ粒子の組成物である、２％のインテリジェント材料結晶希土類蛍光体モデルＮ１１１（結晶希土類蛍光体１１５）を有するＦｕｊｉ  ＴＭクリアインクで印刷された２つの２０インチシート（標示１２０、１２５）を含む。シート（標示１２０、１２５）は、シート（標示１２０、１２５）間に２０インチの間隔で路面１３０上に配置した。センサユニット１０５は、結晶希土類蛍光体１１５（結晶希土類蛍光体モデルＮ１１１）の時間的特性と一致したゲート動作型シリコン検出器を備えたパルス８００ｎｍのＬＥＤを含み、これを車（車両１１０）の下に搭載し、約８インチ（図１の高さＨ）の距離で路面１３０に向けた。５Ｖバッテリでセンサ１０５に電力を供給した。センサ１０５は、センサデータを自動的に収集し格納するカスタム視覚データ取得計器制御プログラム（すなわち、データフロー）で制御される、データ取得カード（別個には図示せず）にデータを供給する。視覚データ取得計器制御プログラムは、（車両に対する）一体型コンピューティングデバイス上で、または車両１０５内のラップトップコンピュータなどの物理的に別個のコンピューティングデバイス上で動作することができる。
【００５８】
図２に、視覚データ取得計器制御プログラムに対する例示的なグラフィカル・ユーザ・インターフェースを示す。
【００５９】
図４Ａに示すように、車両４１０は、走行経路４３５において標示４２０、４２５上を走った。インテリジェント塗料の薄い縞（標示内の）を様々な速度で識別した。車両４１０が標示４２０、４２５上を通過する際に、センサ４０５は、センサが標示４２０、４２５上にあるときには高信号３３３を受信し、標示なしの路面４３０上にあるときには最小信号３３２ａ、３３２ｂ、３３２ｃを受信した。下記の図３Ａ〜３Ｈを参照されたい。
【００６０】
図２には、インテリジェント塗料標示１２０、１２５内の結晶希土類蛍光体１１５のトリガパターン２２２が示されている。センサ信号を２００ｋサンプル／秒のサンプルレートでデジタル化した。センサの測定読取り値を公知の位置と比較するために、車両１１０には、１０ＨｚでＧＰＳ情報を提供するＭＴＫ３３３９チップセットを備えた小型ＧＰＳモジュールも組み込んだ。図４Ａには、標示１２０、１２５のための事前較正したＧＰＳ比較点４６０、４６１、４６２、４６３が示されており、図３Ｉには、標示３２０、３２５を備えた路面３３０のさらに別の図が示されている。図２には、測定読取り値の記録されたＧＰＳデータ２４４が示されている。
【００６１】
図４Ａに戻って、車両１１０は、走行経路１３５内を走り、図４Ｂに菱形で示されたＧＰＳ位置情報を捕捉した。同様に、測定点４５５からのセンサデータを、事前較正したＧＰＳ点４６０、４６１、４６２、４６３に対してプロットした。８つの異なる試験からの測定ＧＰＳ位置はすべて、試験で使用したＧＰＳモジュールの誤差範囲内であった。図３Ａ〜図３Ｈに示すように、車両速度は、センサがインテリジェント塗料上を走行するのに要する時間量に基づいて推定することができる。図５Ａ〜図５Ｂに、車両速度をラベル上のセンサの移動時間とラベル５２０、５２５の幅とに基づいて推定できることをさらに示す。
【００６２】
図６Ａ〜図６Ｅに示すように、センサは、材料（標示１２０、１２５）のラベル幅を区別し、車両はこの幅を情報コードとして使用することができる。例えば、図４Ａの位置４６０、４６１、４６２、４６３の正確なＧＰＳ座標を、塗料／標示（１２０、１２５）内でバーコード化することができる。バーコード化では、異なる数の標示、異なるストリップ幅、および／または異なる標示間間隔の組み合わせを使用することができる。図６Ａ〜図６Ｅのグラフでは、異なる幅のストリップ（４インチ（約１０．１６ｃｍ）および６インチ（１５．２４ｃｍ））が幅６６４および幅６６６として正確に測定され、正確なＧＰＳ座標の較正が提供された。
【００６３】
車両は、横方向と縦方向両方の車両位置を確実かつ適時に決定できるように、自車両の（１または複数の）センサの直下の、また前方の、またはセンサに隣接した位置を認識する。
【００６４】
車両は、標準の公道塗料／標示を認識するために、本発明のシステムを装備することができる。標示は、標示で使用される結晶希土類蛍光体の種類に基づいて特殊なメッセージ内容で符号化することができる。標示は車両から離れて配置することもでき、使用される結晶希土類蛍光体の種類に基づいてそれらの一般的な意味または特定の意味を決定することができる。標示は、運転者情報を提供し、上述した運転アプリケーションを制御するために使用される。この認識プロセスの正確さ、適時性、距離、方向、および信頼性を指定することができる。
［実施例２：車両位置決定および誘導］
【００６５】
本システムは、上記の実施例１で使用したシステムと同様に物理的に構成した。本システムでは、標示から光情報を読み取るために結晶希土類蛍光体のアップコンバージョン特性を利用した。イットリウムガリウムガーネット（ＹＧＧ：Ｃｒ）およびＬａ２ＳＯ２：Ｙｂ，Ｎｄと混合したＹ２Ｏ３：Ｅｒ，Ｙｂを、透明フィルムバインダを用いて混合し、様々な位置で道路上に敷設した。検出器は、安価なテレコムレーザで結晶希土類蛍光体を励起し、その結果をシリコン検出器で読み取るように設計した。予想される検出範囲内の周波数を通過させ、他の周波数の信号と識別するために、バンド・パス・フィルタをさらに使用することができる。
【００６６】
本システムでは、ピーク波長１５６５ｎｍ、０．３５Ｗ  ＣＷ、シングルモード、ＴＯ−９トールキャップ、レンズコリメート＜１０ｍｒａｄおよび８００ｎｍ高出力ＬＥＤの円形アレイを有する２つの異なる励起源（Ｓｅｍｉｎｅｘ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ部品番号ＴＯ９−１０５１１４）と、センサとしてのシリコン検出器（Ｌａｓｅｒ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ部品番号ＳＲＳ００、シリコン・アバランシェ・フォトダイオード波長範囲＜１１００ｎｍ、９０Ｓｎｍでの感度５０Ａ／Ｗ）とを試験した。
【００６７】
レーザで励起されたインテリジェント塗料中の結晶希土類蛍光体から１．５５赤外光が発せられ、この光を、シリコン検出器が結晶希土類蛍光体の立上り時間および減衰時間を有用な情報に変換する、近赤外領域にアップコンバートした。読取り値を毎秒２００，０００回サンプリングした。車両が５０ｍｐｈで移動している間に、薄い３インチの柄（ｓｔｉｐｅｓ）を読み取った。この特定の事例では、シリコン検出器（センサ）の吸収が約１１００ｎｍでカットオフされるため、レーザのフィルタリングは不要であった。センサが感知する唯一のパルスＩＲ光は、結晶希土類蛍光体から来るＩＲ光だけである。自然界には特異なＩＲパルスは発生しない。本システムのこれらの能力は、先行技術のシステムでは類を見ない精度と再現性を提供する。これらの結晶希土類蛍光体は、単に「光る」だけの材料とは異なり、線、車両、停止標識、およびナビゲーションを決定するのに使用される他の重要な標示を区別できる特異な情報ビットを提供する。
【００６８】
さらに、希土類結晶希土類蛍光体から情報を推定することにより、車両は低コストのセンサで情報を受け取ることができる。加えて、希土類結晶希土類蛍光体は、現在のＬＩＤＡＲ装置と共に使用するもできる。市販のＬＩＤＡＲシステムは、９０５ｎｍレーザおよび１．５５レーザ（Ｖｅｌａｄｙｎｅ  ＨＤＬ−６４Ｅ）を使用して環境をスキャンする。Ｌａ２ＳＯ２：ＹｂＮｄおよびＹ２Ｏ３：ＥｒＹＢ結晶希土類蛍光体は、上述したように、ＬＩＤＡＲ波長で励起され、検出できる変換特性を有する。ＹＧＧ：ＺｎＣｒ材料は、可視光を赤外スペクトルに変換し、一定時間にわたって「残光」する。フィルタシステムを備えた市販のＣＣＤカメラは、この光を通常の白色塗料と区別することができる。本発明のインテリジェント塗料は、ＩＲ領域の白色塗料からの発光を通常塗料と区別するために増強し、他のシステムでは不可能な安全対策を提供する。
［実施例３：インテリジェント車道標示の例］
【００６９】
本発明のインテリジェント塗料は、周囲環境に関連した膨大な数の情報をもたらす固有の識別可能な光学的サインを有する。インテリジェント塗料からの情報は、車両およびユーザに環境および状況の認識を提供する。
【００７０】
例えば、本発明のインテリジェント塗料は、車両および運転者に正確な状況環境を通知する様々な環境フィードバック信号を提供する。例えば、図７に示すように、インテリジェント塗料は、停止標識７１３、優先標識７１４、速度制限標識７１５、およびバス停止標識７１６を含む、二重黄色線７１０、白破線７１１、白車線指定線７１２、交差点標示７７３、および標識などの現在の車道標示と共に使用するための光学的識別を提供する。車載センサ（例えば、前方視センサ）は、これらの車道標示および標識を検出することができる。インテリジェント塗料は、歩行者横断歩道７７１を識別するために、速度、制動力、および他の衝突回避メトリックを確立するために車両７１７、７１８にＧＰＳ較正および速度測定を提供する透明な線７７２として施すことができる。赤外線を放射するインテリジェント材料を含む可視または透明の熱可塑性標示を、ＧＰＳデバイスによって空間分解能および測位を改善するために使用される正確な地球測位座標を提供するために、様々な路面および歩道面に別々にまたは組み合わせて施すこともできる。インテリジェント材料を有する可視または透明の標示は、バス停７４９、縁石線７４６、接近する交差点の角７４７などの位置を指定する歩道および歩行者用通路の路面に施すこともでき、北東、南東、南西、北西を含むジオロケーション７４８を指示することもできる。加えて、インテリジェント塗料は、逆光や、直射日光、霧、雪など、標準的なコンピュータ・ビジョン・システムに影響を与えるその他の環境条件における車道および車線の可視性を高めるために特定の標示７７５に施される。本システムでは、ネットワーク７９９を介してすべてのユーザの間で車道および車両情報を共有する。
［実施例４：協調的な飛行場車両誘導および交通制御］
【００７１】
空港の拡張と路面経路の変更により空港の交通量は増加している。交通量が増加すると、航空交通の遅延や安全問題を引き起こす誤りの危険性が高まる。膨大な量の飛行場交通は、主に視覚、口頭（ＶＨＦ／ＵＨＦ無線）、レーダー支援による誘導の下で空港の管制塔要員によって監視され、制御される。日々の交通管制の問題は、主に大量の航空交通と天候に関連したものである。
【００７２】
本発明のインテリジェント塗料を様々な飛行場標示に適用する。それぞれのセンサユニットを、航空機、乗用車、バス、トラム、燃料補給トラック、手荷物運搬車などを含む飛行場車両に容易かつ確実に取り付ける。安全性リスクが高い飛行場の戦略的な場所を識別し、飛行場交通を調整するために車載センサにコマンドを提供するのにインテリジェント塗料システムを使用する。加えて、インテリジェント塗料および車両センサプラットフォームを、市販のリアルタイムビデオ撮像追跡アルゴリズムと併用する。これらのシステムは、追跡画像解析アルゴリズムで使用される追加情報を提供するために、光学的にバーコード化されたインテリジェント塗料を用いて正確な環境内ＧＰＳ座標を生成する。インテリジェント塗料／標示およびセンサプラットフォームは、飛行場の安全性および効率の向上、航空交通管制要員の作業負荷の軽減、さらなる車両誘導および自動化の活用による人的ミスのリスク低減を含む、リアルタイムの飛行場交通管制システムとしてのいくつかの利点を提供する。
【００７３】
飛行場標示用のインテリジェント塗料／標示およびセンサプラットフォームの使用の１つの具体例は、滑走路侵入を防止するためのものである。連邦航空局が定義するように、滑走路侵入とは、航空機の離着陸のために指定された表面の保護区域上の航空機、車両、または人の不正な存在を伴う、そこから航空機の飛行操作が行われる場所（エアロドローム）における任意の出来事である。滑走路侵入の管理および防止は、あらゆる飛行場で現在発生している問題であり、どの空港でも安全で効率的な運航に影響を及ぼす大きな懸念事項である。滑走路侵入の３つの主な原因は、誤操作、操縦士逸脱、車両／歩行者逸脱である。車両／歩行者逸脱の侵入は、車両または歩行者が航空交通管制からの許可なしに滑走路安全区域に進入した場合に発生する。滑走路安全区域は、航空機の誘導滑走、離陸、または着陸のための飛行場の指定された場所である。ＦＡＡによれば、車両／歩行者逸脱の侵入は、全滑走路侵入件数の約２０％を占める。
【００７４】
図８Ａ〜図８Ｃに示すように、地上交通が管制塔の許可を得て航空機の誘導路および滑走路を横断することができる、接近する滑走路安全区域の境界または飛行場の側道およびその他の区域で使用される「停止線」８６８を識別するために、インテリジェント塗料を飛行場の場所で適用する。車載センサは車両経路を監視し、オペレータ、管制塔要員、および他の飛行場／航空機要員に滑走路侵入を通知する。路車協調通信システムに関して上述した動作と同様に、速度、制動、加速、減速、遮断などの自動制御による車両誘導を含む様々な車両制御を実施する。
【００７５】
飛行場標示におけるインテリジェント塗料のさらなる実装により、リアルタイムの車両誘導および空港標示の光学的識別のための地球測位情報が提供される。インテリジェント塗料／標示は航空機の離着陸を支援する。図８Ａに示すように、塗料は、滑走路の幅を知らせる境界標示８５２、着陸操作のためのタッチダウンゾーンを識別し、距離情報を提供するタッチダウンゾーン標示８５３、着陸する航空機に視覚照準点を提供する照準点標示８５４、および滑走路外側線８５５などの飛行場標示を識別するのに使用される。同様に、インテリジェント塗料システムは、滑走路指定８５６、滑走路中央線８５７、距離表示８５８、および停止位置８６８の標示を提供する。
【００７６】
さらに、インテリジェント塗料システムは、図８Ｂに示すように、精密滑走路および非精密滑走路のさらなる表示を提供する。非精密滑走路は、多くの場合、小規模〜中規模の空港で使用される。これらの滑走路は、表面に応じて、境界標示、コード、中央線、場合によっては１０００フィート標示および／または１５００フィート標示（すなわち、照準点）で標示されうる。非精密滑走路は、無指向性ビーコン、ＶＨＦ全方向式無線標識、全地球測位システムなどを介して、計器進入時に飛行機に水平位置案内を提供する。精密滑走路は、中規模および大規模の空港で通常見られ、ブラストパッド／ストップウェイ（ジェット機を扱う空港用）、境界標示、コード、中央線、照準点、５００フィート、１０００フィート／１５００フィート、２０００フィート、２５００フィート、および３０００フィートのタッチダウンゾーン表示を含む。精密滑走路は、計器進入のための水平と垂直両方の誘導を提供する。
【００７７】
本発明のインテリジェント塗料は、飛行場周囲環境に関連した膨大な数の情報をもたらす固有の識別可能な光学的サインを有する。インテリジェント塗料からの情報は、車両、ユーザ、および管制塔要員に環境および状況の認識を提供する。
【００７８】
図９に、さらなる安全対策としてユーザに追加情報を提供するために、インテリジェント塗料および結晶希土類蛍光体を、停止標識９８１、注意標識９８２、およびその他の情報標識９８３、９８４、９８５などの様々な非地上信号に組み込むことができる、飛行場用途の別の例を示す。
［実施例５：歩行者用誘導のためのインテリジェント塗料］
【００７９】
スマート・コネクテッド・コミュニティのエコシステムは、これらの環境での車両との相互作用によって影響を受ける多種多様な歩行者人口の長年にわたるニーズによりよく対応しなければならない。これらの人口のうちで最も重要なのが、地元のコミュニティをナビゲートする際に既存の課題にすでに直面している失明または視覚障害者（ＢＶＩ）人口である。雇用と障害に関するコーネル大学ヤンタン研究所（Ｃｏｒｎｅｌｌ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  Ｙａｎｇ  Ｔａｎ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ）の２０１５年の研究によると、最近の推定では、米国内の７２０万人超がＢＶＩである。法定の盲人である成人の数は、米国医師会眼科グループの会誌（ｔｈｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｍｅｄｉｃａｌ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ  Ｏｐｈｔｈａｌｍｏｌｏｇｙ  Ｇｒｏｕｐ）の視覚障害および失明の人口統計的地理的推定によれば、２０５０年までに２倍になると予想されている。失明すると、自分の経験の範囲や多様性、自分の地元をナビゲートする能力および就労人口全体を支援する環境との相互作用を制限されることになる。残念ながら、ＧＰＳベースのソリューションは精度が限られており（＋／−３０ｍ）、よって、ユーザが歩いているのが歩道か、それとも通りの真ん中かをユーザに知らせることができない。これを悪化させるのが、ＢＶＩの人々が横断歩道および交差点をより安全により確実にナビゲートするために常に使用する主要なツールの１つ、「音」を消してしまう、より静かな電気自動車の増加が予測されることである。
【００８０】
車両の自動化が急速に進み、公道や車道での無人車両が普及する可能性が高まるにつれて、自動化車両と歩行者との間の相互作用の頻度や種類を十分に理解し、公共の安全上のリスクを緩和できることがますます重要になっている。都市ごとに異なる交通パターンと歩行者ルートは、歩行者も使用することができ、歩行者と車両とが共有できる統合された塗料センサプラットフォームの必要性を浮き彫りにしている。
【００８１】
本発明のインテリジェント塗料は、視覚障害および／または認知障害を有する人の歩行者誘導および安全のために使用される。大多数の人々が当たり前と考えている視覚的な合図が、盲目の人や視力が低下した人にはない。これは、それらの人々が既存の都市内を安全に移動する能力にとっての大きな障壁となる。この人口のニーズに対処するために、車載センサプラットフォームを小型化し、図１０に示すように視覚障害者が使用する「白」杖１０３８と併用されるように若干修正した。杖１０３８は、ユーザフィードバック機構と電源とを内蔵したハンドル取り付け制御ユニット１０３６と、埋め込み励振源とセンサ１０３９を備えた先端ユニット１０４０とを含む。杖１０３８は、モバイル機器およびＧＰＳとの通信を可能にするために、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、４Ｇなどを含む様々なネットワークおよび規格を使用する無線接続を含む。
【００８２】
本発明のシステムおよび方法は、これらの身体に障害のある人口をネットワークに接続して、視覚によってナビゲートできない人々にネットワーク対応の正確な位置検出サービスを提供する。上述したように、本発明では、上記の米国特許第９１８１４７７号明細書に記載されているような、２つ以上の光子を連続的に吸収し、続いて異なるエネルギーを有する単一光子を放出する光変換酸化物を使用する。より具体的には、特定の酸化物は、吸収された光子がより長い波長の光子を生成する光学プロセスであるダウンコンバージョンを示す。これらの材料は、９４０ｎｍの光の吸収後に９８０ｎｍの光を放出することができる。そのような波長の１つの利点は、舗道や歩道の標示に一般的な有機マトリックスを効率的に貫通しながら発光を促すことができることである。図１０に示すように、ダウンコンバージョン酸化物を含むインテリジェント塗料を検出する光学部品１０３７は、それらの酸化物によって放出される固有のスペクトル特性の存在を検出するために盲人用杖１０３８に取り付けることができる。
【００８３】
ますます複雑化する現在の交差点の形状は、横断歩道を見つけるタスク、横断するために並ぶタスク、移動中に横断方向を維持するタスクを含めて、ますます困難になってきている。図７に示すように、インテリジェント塗料は、安全な経路誘導を提供する様々な歩行者用通路に施すことができる。光学的にコード化された塗料は、安全な経路を強調する「芝生線」または縁石の縁７４６の識別子として働くことができる。またインテリジェント塗料およびセンサ埋め込み杖１０３８は、交差点７７１を横切る誘導や方向座標７４８（例えば、北西、南西、北東、南東の交差点の角）およびバス停７４９の識別にも使用することができる。モバイル機器アプリ（グラフィカル・ユーザ・インターフェースは別に示されていない）は、歩行者誘導のための様々な聴覚的合図を提供する。
【００８４】
センサ埋め込み杖１０３８を使用する視覚障害のある歩行者は、歩行者交差点７４７に接近し、「歩行標識」がオンであるというシステムからの可聴通知、または何らかの他の口頭および／もしくは音声による合図を受け取る。杖１０３８が詳細な空間情報を得るために周辺のＷｉ‐Ｆｉにアクセスする際に、ユーザの存在がシステムに対して空間的に明らかになる。しかし、交通量が多い場合には、交差点７４７は、歩行が可能であるという可聴信号にもかかわらず、車両７５１によってたびたび遮られる。インテリジェントセンサがなければ、視覚障害のある歩行者７５２は、環境中の車両７５１に気付かず、傷害の高いリスクにさらされることになる。同様に、歩行者用通路（交差点７４７）を遮っている車両７５１も、インテリジェントセンサを装備しており、交差点７４７を指定するインテリジェント塗料を認識する。自律走行車制御の状況では、歩行者が交差点７７１に踏み出すと、杖１０３８とインテリジェント塗料との間の相互作用によって、その区域内のすべての自律走行車は、高い確度で（１または複数の）ＢＶＩユーザの存在に気付くはずである。本システムは、車両７５１からネットワーク７９９に情報を送信し、杖１０３８のフィードバック機構１０３６を使用して視覚障害のある歩行者７５２にその情報を中継する。インテリジェント塗料の配置により、インテリジェント・コネクテッド・コミュニティ環境におけるＢＶＩの運動および移動を記述する正確なｃｍレベルのデータの収集、管理、および分析のための新しい方法が生み出される。これにより、走行安全性と効率を改善するための新しい理解と機会が得られる。
【００８５】
同様に、本発明のインテリジェント塗料システムは、身体障害も認知障害もない一般の人々のためにもなる。本システムおよびプラットフォームは、様々なはきもの類や他のウェアラブルデバイスに埋め込み、または取り付けることもでき、自動化車両間のマイナスの相互作用のリスクを低減するために、自転車、車椅子、介助犬などに埋め込み、または取り付けることもできる。本システムは、従来のシステムよりも高い安全性を提供する車両と歩行者との間の真のコネクティビティを提供するものである。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図３Ｇ】
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【図３Ｈ】
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【図３Ｉ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２１Ｃ】
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【図２１Ｄ】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年10月30日(2018.10.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
希土類含有材料と、バインダとしてのポリマー材料とを含んだ化合物。
【請求項２】
前記ポリマー材料は、炭化水素樹脂または植物由来樹脂である、請求項１に記載の化合物。
【請求項３】
前記希土類含有材料は、オキシ硫化物、酸化物、ハロゲン化物、ガーネット、窒化物、硫化物からなるグループから選択されたものであり、前記希土類含有材料は、少なくとも１つの希土類材料で修飾される、請求項１に記載の化合物。
【請求項４】
前記希土類含有材料は、単一純度結晶相である、請求項３に記載の化合物。
【請求項５】
前記化合物は、少なくとも１つの第１の波長の光を吸収して、Ｘ線、ＵＶ、可視光線、赤外線、マイクロ波、高周波からのなるグループから選択された少なくとも１つの範囲における第２の波長の光を放出する、請求項１に記載の化合物。
【請求項６】
前記化合物は、第１の波長の光を吸収して、地上、空、水上車上のセンサによって検知された第２の波長の光を放出する、請求項１に記載の化合物。
【請求項７】
前記センサは、ＬＩＤＡＲ、ハイパースペクトル画像機、ＣＣＤカメラ、光学時間センサからなるグループから選択される、請求項６に記載の化合物。
【請求項８】
請求項１に記載の化合物で塗装された公道面。
【請求項９】
前記公道面は、道路、飛行場、建物、標識、車両、覆いからなるグループから選択される少なくとも１つの公道面である、請求項８に記載の表面。
【請求項１０】
車両に結合されたセンサであって、前記車両は、請求項１に記載の化合物から公道面への出力密度または立上り時間の少なくとも１つを検出するように構成されており、前記化合物は、少なくとも１つの希土類含有材料を含み、前記化合物は、光を吸収すると共に、当該吸収された光を、測定可能な立上り時間または出力密度のどちらか１つを有する電磁エネルギーに変換する、前記センサと、
前記処理信号を識別すると共に、当該識別された処理信号に基づいて前記車両の動作特性および前記公道面の特性のうちの少なくとも１つを決定するプロセッサと
を含む、協調誘導システム。
【請求項１１】
前記公道面は、車道、飛行場、建物、高速標示、地上車、無人飛行場車両からなるグループから選択される少なくとも１つの公道面である、請求項１０に記載の協調誘導システム。
【請求項１２】
前記電磁エネルギーは、可視光スペクトラム、赤外スペクトラム、無線周波数スペクトラムからなるグループのから選択される少なくとも１つのスペクトラムにおけるエネルギーを含む、請求項１０に記載の協調誘導システム。
【請求項１３】
前記プロセッサは、前記処理信号を識別すると共に、前記処理信号に基づいて、前記車両または歩行者の位置を決定する、請求項１０に記載の協調誘導システム。
【請求項１４】
前記プロセッサは、更に、前記識別された処理信号に基づいて、前記車両に対して、少なくとも１つの運転動作を提供するように構成されており、
前記少なくとも１つの運転動作は、加速、減速、一定速度の維持、制動、右左折、後退、警告信号を提供することからなるグループから選択される、請求項１０に記載の協調誘導システム。
【請求項１５】
前記センサが受信した空間情報を平面画像に変換して、前記車両と当該車両の走行経路との空間的な関係を計算する画像処理ユニットと、
グローバル座標における前記車両の前記位置を計算する位置ユニットと、
を更に備える、請求項１０に記載の協調誘導システム。
【請求項１６】
公道面に関する信号を利用して、車両に情報を提供する方法において、
請求項１に記載の化合物から立上り時間または出力密度の少なくとも１つを検出するステップと、
前記立上り時間または前記出力密度の少なくとも１つを、処理信号に変換するステップと、
前記処理信号を識別して、当該識別された処理信号に基づいて公道面の特性または車両の動作特性との少なくとも１つを決定するステップと、
を含む方法。
【請求項１７】
少なくとも１つの波長の放射を前記公道面へパルス照射するステップを更に含み、当該パルス照射するステップにより、前記希土類含有材料が、前記少なくとも１つの波長の放射を吸収して、少なくとも第２の波長の放射を放出する、請求項１６記載の方法。
【国際調査報告】
2019513198.tif 000047
2019513198.tif 000048