(57)【要約】  車両安全システムが、隣接する車両までの距離を求めるための距離測定装置を備える衝突回避システムを備え、その衝突回避システムは送信機（７４）及び受信機（７０）を備える。通信システムが、路側端末と通信するために用いられる。通信システムは、その同じ送信機及び受信機をそれぞれ用いて、路側端末との間でデータを送信及び受信する。
2008506927.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両安全システムであって、
隣接する車両までの距離を求めるための距離測定装置を備える衝突回避システムであって、送信器及び受信器を備える、衝突回避システムと、
路側端末と通信するための通信システムであって、同じ前記送信器及び前記受信器をそれぞれ用いて、該路側端末との間でデータを送信及び受信する、通信システムとを備え、
前記衝突回避システムは、変調信号を生成するための系列発生器と、該変調信号と時間遅延した反射された変調信号との比較から、該時間遅延した反射された変調信号の時間遅延を得るための相互相関器とを備え、
前記通信システムは、変調された光出力を与えるための変調器を備え、該変調された出力は、前記系列発生器の系列との相互相関が低いことを特徴とする車両安全システム。
【請求項２】
前記系列発生器は、最大長系列発生器を含むことを特徴とする請求項１に記載の車両安全システム。
【請求項３】
前記系列発生器は長さｋ２ｒ−１ビットの反復系列を生成し、２ｒ−１は最大長系列の長さであり、ｋはオーバーサンプリング係数であることを特徴とする請求項２に記載の車両安全システム。
【請求項４】
前記ｋ２ｒ−１ビットは、１〜１０マイクロ秒の伝送持続時間を有するようなビット速度で伝送されることを特徴とする請求項３に記載の車両安全システム。
【請求項５】
前記受信されたデータのためのアナログ／デジタル変換器が設けられ、前記通信信号は、該アナログ／デジタル変換器のクロック速度に対応する周波数を有する搬送波信号を用いて変調されることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の車両安全システム。
【請求項６】
前記通信信号のビット周期は、前記ｋ２ｒ−１ビットの前記伝送持続時間に対応することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の車両安全システム。
【請求項７】
前記通信信号の各ビットは、前記ビット周期内に０及び１の２つの取り得るパターンのうちの１つを含むことを特徴とする請求項６に記載の車両安全システム。
【請求項８】
前記系列発生器は、出力として、複数のビットによって拡張された最大長系列を与えることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の車両安全システム。
【請求項９】
前記系列発生器は、出力として、１ビットだけ拡張された最大長系列を与えることを特徴とする請求項８に記載の車両安全システム。
【請求項１０】
前記通信システム及び前記衝突回避システムに共有される前記受信器は光受信器を含むことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の車両安全システム。
【請求項１１】
前記光受信器は、受信光学系から受信される光を検出するための多領域光検出器を含み、該光検出器の異なる領域は個別に作動することができることを特徴とする請求項１０に記載の車両安全システム。
【請求項１２】
前記光受信器は多領域光検出器を含み、前記通信システムは前記光検出器の全ての領域を同時に監視することを特徴とする請求項１１に記載の車両安全システム。
【請求項１３】
前記光受信器は一次元のフォトダイオードアレイ又は二次元のフォトダイオードアレイを含むことを特徴とする請求項１２に記載の車両安全システム。
【請求項１４】
前記フォトダイオードアレイは、光入力に応答して該アレイの全てのフォトダイオード上に電荷が蓄積され、読み出されて、画像データが収集される第１のモード、及び選択された個々のフォトダイオード又は該フォトダイオードのサブグループからの信号が順次に処理手段に供給される第２のモードにおいて動作することができることを特徴とする請求項１３に記載の車両安全システム。
【請求項１５】
前記衝突回避システムは、
前記光源の照明のタイミング及び制御と、前記光検出器の前記作動とを同期させるための制御電子回路と、
全ての照明される方向について、前記光源から前記検出器の作動した部分までの光信号の飛行時間を測定し、該飛行時間から距離を導出するための処理手段とをさらに備えることを特徴とする請求項１２から請求項１４のいずれか一項に記載の車両安全システム。
【請求項１６】
前記相互相関器は、
粗い分解能で、前記時間遅延した変調信号と前記変調信号との間の前記相関を最大にするために必要とされる前記変調信号の前記時間遅延を求めるステップと、
前記粗い分解能よりも細かい分解能で、前記求められた時間遅延を中心にした或る時間遅延範囲において、前記時間遅延した変調信号と前記変調信号との間の前記相関を、前記変調信号に対する前記時間遅延した変調信号の前記時間遅延の関数として求めるステップと、
前記時間遅延した変調信号と前記変調信号との間の前記相関を最大にするために必要とされる前記変調信号の前記時間遅延から計算される距離の目安を出力するステップとを実行するように構成されることを特徴とする請求項１５に記載の車両安全システム。
【請求項１７】
前記相互相関器は、
前記時間遅延した変調信号と前記変調信号との間の前記相関を最大にするために必要とされる前記変調信号の前記時間遅延をおおまかに求めるための粗い相互相関器と、
前記粗い相互相関器によって求められた時間シフトを中心にした或る時間遅延範囲内において、前記時間遅延した変調信号と前記変調信号との間の前記相関を、受信された信号に対する前記変調信号の前記時間遅延の関数として計算するための細かい相互相関器とを含むことを特徴とする請求項１５又は請求項１６に記載の車両安全システム。
【請求項１８】
前記粗い相互相関器の動作周波数と前記細かい相互相関器の動作周波数との比は、隣接するシステム間の干渉を最小限に抑えるように調整されることを特徴とする請求項１７に記載の車両安全システム。
【請求項１９】
前記粗い相互相関器は第１の周波数においてクロック供給され、前記細かい相互相関器は、それよりも高い第２の周波数においてクロック供給されることを特徴とする請求項１７又は請求項１８に記載の車両安全システム。
【請求項２０】
前記衝突回避システムは、
前記光送信器の出力信号で対象とする視野を照明するための手段と、
解析されるべき視野から反射される光を受信するための受信光学系と、をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項１９のいずれか一項に記載の車両安全システム。
【請求項２１】
前記通信システムはさらに、隣接する車両と通信することを特徴とする請求項１から請求項２０のいずれか一項に記載の車両安全システム。
【請求項２２】
車両安全システムであって、
隣接する車両までの距離を求めるための距離測定装置を備える衝突回避システムであって、送信器及び受信器を備える、衝突回避システムと、
路側端末と通信するための通信システムであって、同じ前記送信器及び前記受信器をそれぞれ用いて、該路側端末との間でデータを送信及び受信する、通信システムとを備え、
前記衝突回避システムは、変調信号を生成するための系列発生器と、該変調信号と時間遅延した反射された変調信号との比較から、該時間遅延した反射された変調信号の時間遅延を得るための相互相関器とを備え、
前記送信器はレーザ装置を含み、前記受信器は光検出器を含むことを特徴とする車両安全システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は交通安全システムに関し、詳細には、車両に搭載されるトランスポンダと路側監視及び／又は制御ステーションとの間で通信できるようにするシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、数多くの理由から、車両管理システムに関する研究及び開発が盛んに行われてきた。たとえば、そのようなシステムは、料金を徴収する目的を果たすために、また交通量を監視するために開発されている。混雑を緩和するために、また公害を削減するために、この制御及び監視を用いて、道路開発計画を調整することができる。
【０００３】
これらの監視機能に加えて、何らかの制御情報、たとえば変更可能な速度規制をかけるための制御信号又は道路通行料金を徴収するための制御信号が車両に与えられる車両制御システム、或いは、たとえば車両制動へのより速い応答を与えるための車両間通信システムも提案されている。
【０００４】
これらのシステムは全て、車両内にあるトランスポンダ及びそれらのトランスポンダと通信する路側制御ユニットの設備を共用する。トランスポンダと車両との間でデータを搬送するために、低電力無線、及び日本道路交通情報通信システム（ＶＩＣＳ）の場合の変調光を含む、種々の伝送システムが用いられている。
【０００５】
さらに、衝突警告及び回避のために、多数の車両安全デバイスが提案されている。そのようなシステムは一般的に、正確な距離測定及び物体検出のための装置を必要とする。これにより、より進んだドライバ情報が提供され、有効且つ早期に危険を警告できるようになり、これが、種々の手段を取ることに繋がっている。
【０００６】
最も簡単な衝突回避方法は、その車両から、前方にある最も近い車両までの距離を測定し、速度が現在のままであると仮定して、ドライバがあまりにも近くを運転している場合には、ドライバに警告光又は警告音を与えることによる。この目的を果たすために、光学距離計（ＯＲＦ）又はマイクロ波測距システムを用いることができ、車両の前方のシーンにわたって距離計の視野を走査し、他の車両又は障害物までの距離を測定することが提案されている。
【０００７】
本出願人は、簡単な技術を用いて、低コストで、信頼性のある画像検出及び解析装置を提案しており、その技術は、車両の周囲の視野にわたって物体までの距離を測定することができ、誤った警告と正しい警告とが容易に区別されるようにする。システムは、多領域光検出システムを用いる。さらに、最大長系列の相互相関とともに、車両制御システムに関連する短い距離においてさえも、正確な光学飛行時間を測定できるようにするオーバーサンプリング技法を用いて、光信号の飛行時間の測定が達成される。
【０００８】
距離測定のための相互相関方法は、ＷＯ０１／５５７４６にさらに詳細に記述されており、視野を走査するシステムにおいて、その技法を用いることが、ＷＯ０２／０８２０１６に記述される。衝突回避システムにおいて距離測定技法を用いることは、ＷＯ０２／０８２２０１に記述される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
車両は将来、先に概説された２つのタイプのシステムを含む、多数の異なる付加的な電子安全システムを搭載することを要求されることになるものと予想される。このように、車両に導入される種々の電子システムの数が増えていく結果として、コストが増加することは明らかである。関連する生産量によって、規模の経済を大幅に押し進めることができるが、車両がさらに複雑になり、コストは大幅に増加し、先に概説された２つのタイプのシステムでは、送信器及び受信器の構成要素が典型的には最もコストがかかる構成要素である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、車両安全システムであって、隣接する車両までの距離を求めるための距離測定装置を備える衝突回避システムであって、送信器及び受信器を備える、衝突回避システムと、路側端末と通信するための通信システムであって、同じ送信器及び受信器をそれぞれ用いて、路側端末との間でデータを送信及び受信する、通信システムとを備え、
衝突回避システムは、変調信号を生成するための系列発生器と、変調信号と時間遅延した反射された変調信号との比較から、時間遅延した反射された変調信号の時間遅延を得るための相互相関器とを備え、通信システムは、変調された光出力を与えるための変調器を備え、変調された出力は、系列発生器の系列との相互相関が低い、車両安全システムが提供される。
【００１１】
このシステムは、距離測定の応用形態の場合に、道路施設制御システム又は他の車両との通信の場合と同じ送信器及び受信器を用いる。このようにして通信システムを使用することにより、２つのシステムに関連するハードウエアコストを削減できるようになる。距離測定信号との低い相互相関を有する通信信号を使用することによって、２つのシステムは同時に動作できるようになる。
【００１２】
系列発生器は、出力として、最大長系列、又は複数のビットによって拡張された最大長系列を与えることができる。
【００１３】
通信システム及び衝突回避システムの共有される受信器は光受信器を含むことが好ましい。
【００１４】
系列発生器は、最大長系列発生器を含んでもよい。たとえば、その系列発生器は、長さｋ２ｒ−１ビットの反復系列を生成することができる。ただし、２ｒ−１は最大長系列の長さであり、ｋはオーバーサンプリング係数である。ｋ２ｒ−１ビットは、それらが１〜１０マイクロ秒の伝送持続時間を有するようなビット速度で伝送されることが好ましい。これは、衝突回避の応用形態の場合に適した範囲である。
【００１５】
低い相互相関を与えるための１つの方法は、受信された反射光信号をサンプリングするために用いられるアナログ／デジタル変換器のクロック速度に対応する周波数を有する搬送波信号を用いて通信信号を変調することである。
【００１６】
別の方法は、ｋ２ｒ−１ビットの伝送持続時間に対応するように通信信号のビット周期を与えることである。その通信信号の各ビットは、ビット周期内に０及び１の２つの取り得るパターンのうちの１つを含むことができる。
【００１７】
衝突回避システムは、光送信器出力信号で対象とする視野を照明するための手段と、解析されるべき視野から反射される光を受信するための受信光学系とをさらに備えてもよく、光受信器は、受信光学系から受信される光を検出するための多領域光検出器を含み、光検出器の異なる領域は個別に作動することができる。
【００１８】
光検出器の複数の領域をこのように個別に作動させることによって、検出器の視野内の数多くの点にわたって距離測定を行うことができるようになる。しかしながら、光受信器は、通信信号を検出するための完全積分モードにおいて用いることもできる。
【００１９】
衝突回避システムは、送信器の放射のタイミング及び方向と、受信器の作動とを同期させるための制御電子回路と、送信器から受信器までの信号の飛行時間を測定し、飛行時間から距離を導出するための処理手段とをさらに備えてもよい。
【００２０】
衝突回避システムは、変調信号を生成するための最大長系列発生器と、変調信号と、時間遅延した反射変調信号とを比較することによって、時間遅延した反射変調信号の時間遅延を求めるための相互相関器とをさらに備えてもよい。この相互相関技法は、相対的に低いサンプリング速度を使用しながら、遅延の正確な測定値を、そして、それによって距離を与える。相互相関器は、粗い分解能で、時間遅延した変調信号と変調信号との間の相関を最大にするために必要とされる変調信号の時間遅延を求めるステップと、その粗い分解能よりも細かい分解能で、求められた時間遅延を中心にした或る時間遅延範囲内において、時間遅延した変調信号と変調信号との間の相関を、変調信号に対する時間遅延した変調信号の時間遅延の関数として求めるステップと、時間遅延した変調信号と変調信号との間の相関を最大にするために必要とされる変調信号の時間遅延から計算された距離の目安を出力するステップとを実行するように構成することができる。
【００２１】
その通信システムは、変調された出力を与えるための変調器を備えることが好ましく、変調された出力は、衝突回避システムの最大長系列との低い相互相関を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
ここで、本発明の例を、添付の図面を参照しながら詳細に記述する。
【００２３】
本発明は、光学距離測定装置を用いる衝突回避システムと、路側端末と通信するための通信システムとを組み合わせる安全システムを提供する。この通信システムは、衝突回避システムの光送信器及び光受信器を使用する。
【００２４】
本発明の組み合わせシステムにおいて用いられる衝突回避システムとして、参照により本明細書に援用されるＷＯ０２／０８２２０１に記述されるようなシステムを用いることができる。最初に、特に本発明に関連する、そのシステムの特徴を手短に説明する。
【００２５】
衝突回避システムの最も簡単なバージョンを図１に示す。
【００２６】
レーザ１から出力される一連のパルスレーザビームが、視野１０を照明するように配置される。
【００２７】
静止している受信光学系１６は、遠隔した物体からの全ての光を収集し、その光をフォトダイオードアレイ１８上に集束するように構成される。フォトダイオードアレイ１８は、前置増幅器、パルス弁別器２４及びタイミング（ＴＯＦ−「飛行時間」）電子回路２６に接続される。
【００２８】
制御電子回路２２は、レーザパルスのタイミングを制御する。各レーザパルスは、視野１０内の物体から反射され、受信光学系１６によって収集され、フォトダイオードアレイ１８上に集束されて、レーザスポットによって照明される物体の一部が集束されるアレイの一部分において、電気パルスが生成される。
【００２９】
制御電子回路は、Ｘ−Ｙでアドレス指定されるアレイの適切なＸ制御線及びＹ制御線に論理レベル信号を加えて、各フォトダイオードが順次に前置増幅器及び飛行時間電子回路２６に接続されるようにする。視野内の遠隔した物体の領域から反射されたレーザパルスは、このフォトダイオード上に集束され、このフォトダイオードによって取り込まれ、結果として生成された電気信号が、電気パルス検出器及び飛行時間（ＴＯＦ）電子回路２６に供給される。これは、Ｘ−Ｙでアドレス指定されるアレイ上にあるフォトダイオード上に集束される、視野内の遠隔した物体の領域との間のレーザ放射のＴＯＦを、すなわち、遠隔した物体のこの特定の領域から、Ｘ−Ｙでアドレス指定されるアレイまでの距離を計算する。
【００３０】
この過程は、視野内の物体の距離を測定するために、視野内の多くの領域について繰り返される。システムによって検査される領域の大きさを変更することが望ましい場合には、制御電子回路によって、検出器は、一群の隣接するフォトダイオード（たとえば、フォトダイオードの２×２サブアレイ）を同時にアドレス指定して、レーザエネルギーの収集及び検出を最適化することができる。
【００３１】
制御電子回路２２は、レーザパルスのタイミング及びフォトダイオードのＸ−Ｙアドレス指定を制御しているので、フォトダイオード位置（Ｘ、Ｙ）及びフォトダイオード上に結像する遠隔した物体までの距離Ｒ（Ｘ、Ｙ）を含む、遠隔した物体の３Ｄ表面プロファイルを表す数の行列を構築することができる。
【００３２】
このシステムでは、光検出器の選択された領域は個別に作動することができ、その作動は光源のタイミングと同期する。
【００３３】
装置の視野内にある遠隔した物体までの測定された距離を、多数の異なる方法によって処理して、衝突回避システムのために相応しい機能を実現することができる。たとえば、衝突回避システムは、コンパレータ２１を用いて、その距離を閾値と比較することができ、速度センサ２３が、その閾値を制御するために設けられる。
【００３４】
そのシステムを、フォトダイオードアレイ走査に同期したレーザ走査システム４４を使用することによって拡張し、システムの信号対雑音比を改善することができる。レーザ走査は、電磁的に、又は圧電的に走査されるミラーを用いること、又は微細加工されたシリコン又はコンパクトな圧電構造上にレーザチップを実装することを含む、多数の方法において実施することができる。
【００３５】
衝突回避システムの最も簡単な実施態様では、レーザ出力が単にパルス動作でオン及びオフされる。しかしながら、変調されたレーザ出力を与えること、及びパルス弁別器２４を相互相関システムによって置き換えることによって、システムの性能を大幅に改善することができる。この場合、そのシステムは、変調信号を供給するためのレーザのような信号源と、信号源に接続され、変調信号によって変調される送信光信号を送信するための伝送システムとを含む。
【００３６】
変調信号として、たとえば最大長系列を用いることができる。これは、その入力が適当なフィードバックタップから生成されるデジタルシフトレジスタを用いて典型的に生成される擬似ランダム雑音バイナリ信号（ＰＲＢＳ）の仲間である。最大長系列は、ｒ個のセクションのシフトレジスタで生成することができる最も長い周期を有する擬似ランダム雑音系列である。それは、Ｎ＝２ｒ−１個のシフトレジスタクロックサイクルの長さを有し、自己相関関数が相関点において−１／Ｎ又は１．０のピークのいずれかの２つの値だけを有するので、良好な自己相関特性を有する。
【００３７】
ＭＬＳ系列が用いられるとき、受信システムは、送信された信号の、反射され、遅延したバージョンを受信するように構成され、時間遅延を得るために相互相関器が用いられる。相互相関器は、粗い分解能で、時間遅延した変調信号と受信信号との間の相関を最大にするために必要とされる変調信号の時間遅延を求めるように構成されることができる。その後、相互相関器は、粗い分解能よりも細かい分解能で、求められた時間遅延を中心にした、より小さな時間遅延範囲内において、変調信号と受信信号との間の相関を、受信された信号に対する変調信号の時間遅延の関数として求めることができる。時間遅延した変調信号と受信信号との間の相関を最大にするために必要とされる変調信号の時間遅延から、距離の目安が計算される。
【００３８】
この相互相関技法は、参照により本明細書に援用されるＷＯ０１／５５７４６にさらに詳細に記述される。
【００３９】
相互相関器は実際にはデジタル形式で実装され、相互相関器のサンプリング周波数は、最大長系列発生器のクロック周波数の倍数になるように設定される。このオーバーサンプリング手法によって、システムの距離分解能を改善できるようになる。また、粗い相互相関器及び細かい相互相関器を用いる効率的な信号処理方法は、要求される処理能力を最小限に抑える。
【００４０】
ＭＬＳのような変調信号及びオーバーサンプリング手法を用いることによって、隣接する（たとえば、隣の車線にいる）車両において動作している他の類似のシステムからの干渉に対してシステムが耐える能力を高めることができる。これは、特定のオーバーサンプリング係数を用いる最大長系列（ＭＬＳ）ベースのＴＯＦシステムにおいて検出される相関ピークが、異なるオーバーサンプリング係数で生成された別のＭＬＳ信号に反応しないためである。たとえば、ＭＬＳ信号が同じ順序から成る場合であっても、オーバーサンプリング係数５のＭＬＳとオーバーサンプリング係数６のＭＬＳとの間には、ほとんど相関がない。
【００４１】
この好ましいＭＬＳ技法を図２に示す。変調された出力がレーザ１によって生成され、光学系３を通して出力されて、遠隔した物体８を照明するための出力４０が与えられる。受信された反射信号は、光学系を通過した後に、光検出器４によって検出される。その信号は、マスタークロック速度Ｆｍｃｋでクロック供給されるアナログ／デジタル変換器４２に供給される。
【００４２】
ＭＬＳ発生器３４は、ＭＬＳ信号を生成する。ＭＬＳ発生器クロック信号Ｆｍｌｓは、マスタークロック発生器３６のシステムマスタークロックＦｍｃｋから分周器３８によって導出され、ＭＬＳクロック周波数はマスタークロック信号の既知の約数Ｍになる。実際には、ＭＬＳは、時間的にＭ倍に引き延ばされる。その「引き延ばされた」ＭＬＳ信号によって、レーザは、光学的に引き延ばされたＭＬＳ信号を放射し、視野内の物体から戻される信号はデジタル化されて、粗い及び細かい相互相関計算器に渡される。
【００４３】
粗い相互相関器４４はＭＬＳクロック周波数においてクロック供給され、それゆえ、デジタル化された反射ＭＬＳ信号のサブサンプリングされたバージョンと、元の引き延ばされたＭＬＳ送信信号４０との相関をとる。この粗い相互相関器からの出力は、ピーク検出器４８によって検出されるピークであり、そのピークは反射信号の粗い時間遅延を示す。
【００４４】
その後、制御電子回路５０によって、細かい相互相関器４６が、計算された粗い時間遅延の領域内においてのみ、送信された信号と反射された信号との相互相関を計算する。典型的には、細かい相互相関関数は、粗い時間遅延の前後の２Ｍ個のサンプルについて計算されるであろう。細かい相互相関器４６の出力は、そのピークの領域内にある送信された信号と反射された信号との相互相関関数であり、制御入力３２に応答して与えられる。
【００４５】
ＭＬＳのようなＰＲＢＳ信号のための相関ピークの形状は三角パルスである。相互相関演算は、ＭＬＳをそのＭＬＳの遅延したバージョンで畳み込み、その後、その結果を相互相関器クロック周波数に等しい周波数でサンプリングすることと同様であると見なすことができる。それゆえ、相互相関ユニットによって出力される相関ピークの形状は、幅Ｔの２つの同じパルスの畳み込み関数によって与えられ、それは、相互相関器クロック周波数によってサンプリングされた三角パルスである。
【００４６】
画像解析装置は、安全距離閾値よりも近い、視野内の点の方位角及び仰角も与え、この情報を用いて、衝突が生じる可能性があることをドライバに指示することができる。たとえば、アレイ又は発光ダイオードのうちの１つを点灯することができる。
【００４７】
衝突回避システムは、光受信器としてフォトダイオードアレイを用いる。
【００４８】
上記の衝突回避システムは、レーザの形の光出力デバイスと、そのレーザの出力を変調して、データ系列（ＭＬＳ系列）が光出力によって符号化されるようにするための変調器と、広い視野から、変調された光信号を受信し、復号化するための光受信器とを備える。これらの構成要素は、高い周波数変調を検出することができ、高い周波数のデジタル変調された光出力を生成することができる。
【００４９】
本発明は車両安全システムを提供し、それは、衝突回避システムのこれらのハードウエア構成要素を用いて、交通管理又は監視システムの一部を形成する通信インターフェースを実現する。したがって、低コストの衝突警告及び通信センサを組み合わせて利用することによって、衝突回避システムのハードウエアを用いて、将来に計画されているインテリジェント輸送システムを最小限のコストで実現できるようになる。
【００５０】
図３に概略的に示されるように、交通管理又は監視システムのための共通の要件は、車両６２と、路側トランスポンダ６４との間に無線通信リンク６０が確立されることである。
【００５１】
図４は本発明のシステムを示す。ただ１つのフォトダイオードアレイ７０が、戻ってくるＭＬＳ距離測定信号のための光受信器、及び路側トランスポンダ６４とのデータ通信のための光受信器の役割を果たす。同様に、１つの変調器７２及び光放出器７４が、ＭＬＳ距離測定信号を送信する役割と、路側トランスポンダ６４のためのデータ通信信号を送信する役割とを果たす。
【００５２】
距離測定を実施しながら、同時に通信を受信できるようにするためのフォトダイオードアレイの１つの簡単な実施形態を図５に示す。ここで、光検出器は、４つのフォトダイオード（ＰＤ１１〜ＰＤ２２）を備え、それらのフォトダイオードは増幅器（Ａ１１〜Ａ２２）に接続される。各増幅器の出力は、スイッチトランジスタ（ＴＲ１１〜ＴＲ２２）を介して距離測定プロセッサに、また混合抵抗器（Ｒ１１〜Ｒ２２）を介して通信回路にも接続される。
【００５３】
フォトダイオードアレイ７０は、異なる機能を果たすために異なるモードにおいて動作することができる。
【００５４】
距離測定の場合、スイッチトランジスタを用いて、各フォトダイオードが距離測定プロセッサに順次に接続され、各フォトダイオードの視野内の物体までの飛行時間、すなわち距離が測定される。
【００５５】
通信の場合、抵抗器が各フォトダイオードの出力を混合し、アレイ内の任意のフォトダイオードに入射する通信信号を検出できるようにする。これにより、アレイ全体が、常に通信信号に応答できるようになるが、それでも個々のフォトダイオードが距離測定のためにアドレス指定可能である。
【００５６】
図４は、距離測定処理（プロセッサ８４）及び通信処理（プロセッサ８６）のための個別のプロセッサ８４、８６を示す。再び、これらのプロセッサは、ただ１つのプロセッサによって実装することもできる。
【００５７】
通信処理と距離測定処理との干渉を最小限に抑えながら、システムが両方の機能を果たすことができるようにするための数多くの異なる方法がある。
【００５８】
１つの実現可能な手法では、図６に示すように、車両からの放射の動作時間が、距離測定と通信との間で順次に切り替えられる。
【００５９】
図に示すように、車両通信は複数のフレームに分割され、各フレームが、距離測定信号が送信される部分と、通信信号が変調される部分とを有する。同様に、路側トランスポンダは、そのフレームの特定の周期においてのみ、信号を車両に送信する。
【００６０】
車両によって通信又は距離測定に費やされる時間の割合は、送信されるべき情報のレベル、及び距離計から要求される最大検出範囲に応じて設定することができる。
【００６１】
この手法は、車両から出力される変調光を、バイナリの形式に（すなわち、照明のオン又はオフに）することができ、光放出器のための高周波数ドライブ回路が簡単になるという利点を有する。
【００６２】
車両の距離測定動作の周期において、車両検出器が、反射された距離測定変調信号、及びトランスポンダ通信信号の両方を収集することになることは明らかであろう。これら２つの信号間の干渉を避けることが重要であり、これを達成することができる数多くの方法がある。１つの簡単な手法は、距離測定システムのＡＤＣサンプリング速度と同じである、通信変調のための搬送波信号を用いることである。この利点は、搬送波通信の搬送波周波数が、距離測定検出器回路内のアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）の前に周囲照明を排除するために用いられるローパスフィルタによって容易にフィルタリングして除去することができるＤＣオフセットだけを生成することである（すなわち、ナイキストのサンプリング定理によって、偽信号周波数は０である）。さらに別の利点は、通信処理回路への入力において搬送波周波数を中心周波数とするバンドパスフィルタを用いることによって、通信プロセッサが、搬送波信号の存在を通して、トランスポンダの存在を検出できることである。
【００６３】
通信搬送波信号は、数多くの標準的な変調／データ符号化方式及びプロトコルのうちの任意のものを用いて変調することができるが、変調は、このような場合にはもはや偽信号周波数が０ではなく、それゆえ距離計動作に影響を及ぼす可能性がある側波帯を生成するので、変調方式に注意を払う必要がある。
【００６４】
１つの手法は、他のシステムとのクロストークを最小限に抑えるために、距離測定変調の性質を利用することである。たとえば、距離測定のために放射される最大長系列は、ＮｍｌｓＡＤＣクロック信号サイクル後に繰り返す。ただし、
Ｎｍｌｓ＝ｋ２ｒ−１
であり、
ｋ＝オーバーサンプリング係数
ｒ＝最大長系列シフトレジスタの段数である。
【００６５】
自動車の応用形態の場合、オーバーサンプリングされた最大長系列の長さは典型的には、約２μｓに設定され、３００ｍまでの動作範囲にわたって距離が曖昧になる危険性が避けられる。
【００６６】
通信のための変調系列が、オーバーサンプリングされた各ＭＬＳサイクル中に１つの論理１及び１つの論理０を含む（すなわち、５００Ｋビット／秒（ｂｐｓ）のデータ速度を仮定すると、各ビットが２μｓ内に伝送される）ように構成される場合には、距離測定のためのＭＬＳを抽出するために受信器において用いられる相互相関動作は、通信変調を概ね排除するであろう。
【００６７】
これは、図７に示されるように、ＭＬＳサイクル当たり１つの論理１及び１つの論理０を有する位相偏移変調方式が用いられる場合を考えることによって明らかであろう。
【００６８】
最大長系列を用いる相互相関動作は、（（２ｒ）／２）−１個のサンプルに＋１／（２ｒ−１）を掛けたものと、（（２ｒ）／２）個のサンプルに−１／（２ｒ−１）を掛けたものとを加算することと同じであるので、図７に示される論理１又は論理０のいずれかからの相互相関出力は１／（２ｒ−１）であり、すなわちその相互相関出力の振幅は、（２ｒ−１）分の１にされることが明らかであろう。十分に長いＭＬＳシフトレジスタを用いることによって、通信信号の相互相関出力を無視できるようにすることができる。
【００６９】
通信信号を排除することは、各ＭＬＳサイクルの適当な時点で加えられる１つの余分なパルス（又は多数のパルス）、すなわち「ＭＬＳ＋１」信号の形で、最大長系列にわずかな変更を加えることによって、さらに改善することができる。この場合、ＭＬＳ＋１信号の長さは偶数のサンプルであり、適当に選択された変調方式の場合、相互相関の結果として、０が出力される。
【００７０】
上記の変調システムの場合、〜５００Ｋｂｐｓのビット速度で車両と路側トランスポンダとの間に通信リンクを確立することができ、同時に、衝突警告及び回避のための距離データを与えることができることが明らかであろう。
【００７１】
不可欠ではないが、トランスポンダからの放射が一度に１つの車両だけによって受信されることができるように、トランスポンダ光学系及び道路レイアウトが構成されることが好都合である。これは、トランスポンダ放射が一度に１つの車両だけによって受信されることができ、データ伝送のために利用することができる時間が長くなる場合には、より簡単な通信プロトコルを用いることができるからである。
【００７２】
衝突警告または回避及び通信のために１つの車両上の同じ放出器または検出器を用いるという、本発明の重要な概念から利益を得る他の手法も実現可能であることは当業者には明らかであろう。
【００７３】
先に説明されたように、衝突警告システムは、前方の車両から反射された照明を、１つ又は複数のどのピクセルが受信するかを特定することができる。これらの１つ又は複数の同じピクセルは、通信を目的として前方の車両によって放射される変調光信号を受信するために監視することができるピクセルであるので、この情報を、車両間通信の場合にも有益に用いることができる。それゆえ、このシステムは、全てのピクセルを同時に監視するのではなく、前方の車両からの通信のために、どのピクセルが監視されるかを選択することができる。
【００７４】
光放出器は、近赤外線波長において動作し、雨、雪又は霧であっても、透過性及び検出量を最大にするように構成されることが好ましい。レーザを用いることが記述されてきたが、用いられる光源は、レーザ、高出力発光ダイオード（ＬＥＤ）又はＬＥＤのアレイのいずれかを用いて実装することもできる。
【００７５】
これまでに詳細に記述されてきたシステムは、距離測定の応用形態において粗い相互相関及び細かい相互相関を用いる。これは当然、不可欠ではなく、距離測定の他の実施態様も同じく実現可能である。このシステムは、先に概説されたように、光通信周波数を用いて実現することができるが、マイクロ波周波数のような他の周波数を用いて実現することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明のシステムにおいて用いられる既知の衝突回避システムを示す図である。
【図２】距離測定のためのＭＬＳ系列の相互相関を用いる衝突回避システムをさらに詳細に示す図である。
【図３】路側トランスポンダと通信する車両を示す図である。
【図４】本発明のシステムを示す図である。
【図５】本発明のシステムにおいて用いられるフォトダイオードアレイを示す図である。
【図６】距離測定信号及び通信信号を組み合わせるためのフレーム構造の一例を示す図である。
【図７】本発明のシステムにおいて用いられる位相偏移変調方式を示す図である。
【符号の説明】
【００７７】
１：レーザ
１４：ミラー
２２：制御電子回路
２４：パルス検出器
２６：ＴＯＦ計算器
７０：フォトダイオードアレイ
７２：変調器
７４：光放出器
８０、８２：マルチプレクサ
８４：距離測定処理プロセッサ
８６：通信処理プロセッサ  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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