(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準表面に対して移動する車両の速度を測定する自己混合レーザセンサを調整する方法であって、
−  前記表面から反射されて少なくとも１つのレーザのキャビティに再入射するレーザ光のドプラ誘起位相ずれにより生じる自己混合強度振動の周波数を決定するステップと、
−  前記自己混合強度振動の周波数から速度を計算するステップと、
−  前記自己混合レーザセンサの少なくとも第１レーザビームを用いて、前記基準面及び所定の移動方向に対する前記センサの向きを決定するステップと、
を有し、前記センサの向きを決定するステップは、当該車両の移動方向が所定の移動方向に一致するかを決定するステップと、該所定の移動方向に沿う当該車両の移動に関する速度データを得るステップと、該所定の移動方向に沿う当該車両の移動に関する前記速度データに基づいて変換を計算するステップとを有し、
当該方法が、更に、
−  前記センサの決定された向きに基づいて、前記自己混合レーザセンサにより決定された速度データを調整するステップ、
を有し、該速度データを調整するステップが、測定された速度データに前記変換を適用するステップを有する方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記センサの向きを、当該車両の前記基準表面に対して垂直な垂直速度を測定すると共に、該速度データを、座標変換により、調整された平均垂直速度がゼロとなるように調整することにより決定するステップを有する方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、互いに且つ前記第１レーザビームに対してリニアな独立した方向に放出される少なくとも第２レーザビーム及び第３レーザビームにより当該車両の向きを決定するステップを更に有し、前記速度データは前記センサと前記基準表面との向きの不整合を補償する座標変換により調整される方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、前記車両の所定の移動方向を、
−  ハンドルセンサ、又は
−  加速度センサ、又は
−  コンパス、又は
−  車輪速度センサの回転速度データの比較、又は
−  ＧＰＳユニット、
により決定するステップを有する方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法において、前記車両の前記所定の移動方向を前記測定された速度データを記憶すると共に該データを平均することにより決定するステップを有し、前記平均されたデータが前記所定の移動方向を表す方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法において、前記所定の移動方向に沿う当該車両の移動に関する速度データを得るステップが、所定の閾値を超える又は所定の閾値より小さい速度成分の測定に応答して実行される方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法において、前記所定の移動方向に沿う当該車両の移動に関する前記速度データに基づいて変換を計算するステップが、
−  前記センサの座標系の面を前記基準表面に平行に整列させる第１変換を決定するステップと、
−  前記センサ座標系の面を、該面の垂直方向の周りに、横方向速度の量が最小とされるように回転する第２変換を決定するステップと、
を有する方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法において、前記所定の移動方向に沿う当該車両の移動に関する前記速度データに基づいて変換を計算するステップが、
−  前方向速度における前記センサの座標系の前記基準表面に垂直な方向の成分又は前記速度の前記基準表面に垂直な量を最小にする第１変換を決定するステップと、
−  横方向速度の成分を最小にする第２変換を決定するステップと、
−  横方向及び垂直方向の移動成分の間の相関を最小にする第３変換を決定するステップと、
を有する方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法において、前記所定の移動方向に沿う当該車両の移動に関する前記速度データに基づいて変換を計算するステップが、
−  レーザと前記基準表面との間の３つの距離を決定すると共に、これら３つの距離から変換を計算し、該変換が前記センサの中心座標における速度を前記基準表面の速度に合わせるステップと、
を有する方法。
【請求項１０】
基準表面に対して移動する速度を決定するためのレーザ自己混合速度センサであって、
少なくとも１つのレーザと、
前記表面から反射されて前記少なくとも１つのレーザのキャビティに再入射するレーザ光のドプラ誘起位相ずれにより生じる自己混合強度振動の周波数を決定する回路と、
前記自己混合強度振動から少なくとも１つの所定方向に沿う速度を計算する回路と、
前記自己混合レーザセンサの少なくとも第１レーザビームを用いて、前記基準表面に対する前記センサの向きを決定する回路と、
を有し、前記センサの向きを決定する回路は、車両の移動方向が所定の移動方向に一致するかを決定し、該所定の移動方向に沿う当該車両の移動に関する速度データを取得し、該所定の移動方向に沿う当該車両の移動に関する速度データに基づいて変換を計算する回路を有し、
当該レーザ自己混合速度センサが、前記センサの前記決定された向きに基づいて該レーザ自己混合速度センサにより決定された速度データを、測定された速度データに前記変換を適用することにより調整する回路を有するレーザ自己混合速度センサ。
【請求項１１】
請求項１０に記載のレーザ自己混合速度センサにおいて、
−  少なくとも２つの、好ましくは少なくとも３つのレーザと、
−  前記自己混合強度振動から少なくとも１つの所定方向に沿う速度を決定する回路と、
−  スペックル誘起強度振動の境界における前記少なくとも３つのレーザのビームのうちの少なくとも１つの自己混合ドプラ誘起強度振動の位相ジャンプ又は極小を検出する回路と、
−  前記スペックル誘起強度振動の境界における前記ドプラ誘起強度振動の周波数から導出される信号の、前記位相ジャンプから生じるずれを補正する回路と、
を有するレーザ自己混合速度センサ。
【請求項１２】
基準表面に対して移動する車両の速度を測定する自己混合レーザセンサシステムを調整するコンピュータプログラムであって、該コンピュータプログラムが前記自己混合レーザセンサシステムを制御するコンピュータ上で動作した場合に、前記基準表面に対して移動する車両の速度を測定する自己混合レーザセンサシステムが請求項１に記載の方法のステップを実行するプログラムコード手段を有しているコンピュータプログラム。
【請求項１３】
請求項１２に記載のコンピュータプログラムを有するデータ記憶媒体。
【請求項１４】
請求項１３に記載のデータ記憶媒体に結合された、基準表面に対して移動する車両の速度を測定する自己混合レーザセンサシステム。
【請求項１５】
請求項１０に記載のレーザ自己混合速度センサ又は請求項１３に記載のデータ記憶媒体を有する車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の速度を測定する自己混合レーザセンサシステムを調整する方法、対応するレーザ自己混合センサ、車両の速度を測定する自己混合レーザセンサシステムを調整するためのコンピュータプログラム、斯かるコンピュータプログラムを含むデータ記憶媒体、斯かるデータ記憶媒体に結合された自己混合レーザセンサシステム、並びに上記自己混合レーザセンサシステム及びデータ記憶媒体を有する車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の車両速度の測定装置は、当該測定装置を校正するために追加の独立した基準速度を必要とする。例えば、米国特許出願公開第2006/0265112号には、複数の車輪を持つ車両の速度を校正する方法及びシステムが開示されている。該方法は、第１車両速度を複数の車輪に関連する平均タイヤ寸法に基づいて感知するステップと、第２車両速度を全地球測位データに基づいて感知するステップと、斯かる第１及び第２車両速度の速度を自動的に校正するステップとを有している。該校正方法は、上記第１車両速度及び第２車両速度が間接的に決定されると共に独立していないので、不正確である。
【０００３】
自己混合レーザドプラ干渉に基づく自動車の対地速度（speed over ground）感知は、なかでもＥＳＰ及び他の自動車安全システムを改善するために、重要性が増すものと期待される。
【０００４】
しかしながら、自動車の対地速度を測定する場合、道路表面（路面）に対する当該センサの向きが測定に影響を与える。同様に、運転方向に対して横方向の速度成分及び振動も、測定された干渉信号からの速度の計算に影響を与える。
【０００５】
自動車安全システムの場合、自動車の動力学（運動）が継続的に監視される。現在のところ、安全システムは、各車輪の回転を測定する車輪センサの入力、及び例えば多軸加速度計及びジャイロスコープ等を備える中央センサボックスからの幾つかの入力信号を利用している。記録される動的データは、残念ながら、不完全である。現在のところ、自動車の車体の加速度及び回転を、車輪の回転から導出される自動車の前方向速度と共に測定することしか可能でない。しかしながら、自動車により道路に対して抽出される速度を測定するような市販のセンサシステムは存在しない。
【０００６】
自動車の対地速度（speed-over-ground）の斯様な測定は、（１）前方向速度の導出される測定ではなく直接的な測定をもたし、且つ、（２）自動車の横方向速度の利用も可能にする。特に、自動車により抽出される横方向速度は、自動車安全システムにとり非常に有用な制御パラメータであり、現在の安全システムの大幅な改善を可能にする。
【０００７】
原理的に、対地速度を測定するには、幾つかの技術を使用することができる。例えば、レーダ、カメラによる画像認識技術又はレーザドプラ干渉分光法等を考えることができる。しかしながら、これらの技術は、自動車で典型的に遭遇する大きく変化する条件（例えば、雨又は雪等の悪い天候における）に対処することができ、扱いやすい寸法を有し、且つ、費用効果的である必要がある。最初に、これらの全ての自動車固有の要件を満足する技術、即ちレーザドプラ干渉分光法に要約される自己混合干渉原理を用いたレーザセンサが特定された。
【０００８】
ＳＭＩセンサは、或る角度で道路に狙いを定められたレーザを組み込んでいる。レーザビームが道路に当たると、該ビームは全方向に反射される。道路がレーザに対して移動すると（即ち、レーザが取り付けられた自動車が道路に対して移動すると）、反射光の周波数は入射レーザビームの周波数とは僅かに異なる。この周波数ずれは所謂ドプラシフトであり、当該レーザビームの方向における道路の速度の成分に比例する。この反射されたドプラシフトされたレーザ光のうちの小さな部分が当該レーザキャビティに再入射すると、該部分は"妨害されていない"レーザキャビティ光と混合し、干渉パターンを生じる。この干渉パターンは、正確にドプラ周波数と共に周期的に変化する。当該レーザキャビティ内の、これらの変化する干渉パターンは、レーザパワーの変動につながる。この様にして、ドプラ周波数、従って道路の速度を、レーザパワーから決定することができる。
【０００９】
道路に対する自動車の二次元速度ベクトルを測定するためには、２つのレーザビームが必要とされる。また、ドプラ周波数ずれを自動車の速度に関連させるために、レーザビームと道路との間の、及びレーザビームと当該自動車との間の正確な角度も既知である必要がある。
【００１０】
自動車の対地速度を測定するためにドプラ干渉を適用する場合の問題は、速度測定のために、道路に対するセンサの及び自動車先端方向（heading direction）に対するセンサの正確な向きが既知でなければならない事実にある。しかしながら、レーザセンサは自動車の車体に取り付けられるので、該センサの向き、従って入射レーザビームの角度は、サスペンションの振動により常に変化する。シミュレーションは、５センチメートルなる平衡サスペンション状態の小さなずれが、許容不可能な測定誤差につながることを示した。しかしながら、サスペンション系の動作は予測不可能であり、従って、許容不可能なほど低い測定精度となる。同じことが、前方向又は先端方向に対するセンサの位置合わせ誤差に対しても成り立つ。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、精度が増加された光学速度センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的は、独立請求項の主題により達成される。本発明の有利な実施例及び調整例は、従属請求項に記載されている。
【００１３】
請求項に記載された本発明の解決策は、センサに対して移動する表面に対する該センサの向きを決定し、次いで横方向速度が小さく且つ前方向速度が大きなデータを取得することに基づいている。次いで、前方向速度の方向に対する当該センサの向きが決定され、続いて測定される速度データが、基準表面及び前方向速度方向に対する当該センサの測定された向きを用いて補正される。
【００１４】
前記目的は、基準表面に対して移動する車両の速度を測定する自己混合レーザセンサを調整する方法により達成される。該方法は、
−  前記表面から反射されて少なくとも１つのレーザのキャビティに再入射するレーザ光のドプラ誘起位相ずれにより生じる自己混合強度振動の周波数を決定するステップと、
−  前記自己混合強度振動の周波数から速度を計算するステップと、
−  前記自己混合レーザセンサの少なくとも第１レーザビームを用いて、前記基準面及び所定の移動方向に対する前記センサの向きを決定するステップと、
を有し、前記センサの向きを決定するステップは、当該車両の移動方向が所定の移動方向に一致するかを決定するステップと、該所定の移動方向に沿う当該車両の移動に関する速度データを得るステップと、該所定の移動方向に沿う当該車両の移動に関する速度データに基づいて変換を計算するステップとを有する。
【００１５】
本方法は、更に、測定された速度データに前記変換を適用することにより、前記自己混合レーザセンサにより決定された速度データを前記センサの決定された向きに基づいて調整するステップを有する。
【００１６】
基準表面に対して移動する速度を決定するための対応するレーザ自己混合速度センサは、
前記表面から反射されて少なくとも１つのレーザのキャビティに再入射するレーザ光のドプラ誘起位相ずれにより生じる自己混合強度振動の周波数を決定する回路と、
前記自己混合強度振動から少なくとも１つの所定方向に沿う速度を計算する回路と、
前記自己混合レーザセンサの少なくとも第１レーザビームを用いて、前記基準面に対する前記センサの向きを決定する回路と、
を有する。上記センサの向きを決定する回路は、当該車両の移動方向が所定の移動方向に一致するかを決定し、該所定の移動方向に沿う当該車両の移動に関する速度データを取得し、該所定の移動方向に沿う当該車両の移動に関する速度データに基づいて変換を計算する回路を有する。
【００１７】
更に、測定された速度データに前記変換を適用することにより、前記自己混合レーザセンサにより決定された速度データを前記センサの決定された向きに基づいて調整する回路が設けられる。
【００１８】
前記測定された移動方向の前記所定の方向との一致は、正確でない可能性がある。むしろ、通常、閾条件が満たされた場合に既に一致と見なされる。例えば、測定された横方向速度が閾値より低くなった場合、測定された速度は、主に、横方向速度成分の実質的な貢献がない前方向に沿う速度であると見なすことができる。これらの又は他の評価基準は、更に詳細に後述する。
【００１９】
更に、本発明は、基準表面に対して移動する車両の速度を測定するための自己混合レーザセンサシステムを調整するコンピュータプログラムとして、又は斯かるコンピュータプログラムを含むデータ記憶媒体として実施化することができる。このコンピュータプログラムは、該コンピュータプログラムが前記自己混合レーザセンサシステムを制御するコンピュータ上で動作した場合に、該基準表面に対して移動する車両の速度を測定するための自己混合レーザセンサシステムに上述した方法のステップを実行させるプログラムコード手段を有する。この場合、上述した自己混合レーザセンサシステムは、本発明による上記方法を実行すべく上記データ記憶媒体に結合することができる。
【００２０】
前記所定の移動方向は、特には、前方向とすることができる。このように、自動車又はオートバイの場合、前方向は、当該車両が真っ直ぐ前方に走っている場合、実際の移動方向である。
【００２１】
移動する表面に対するセンサシステムの位置合わせ誤差は、速度ベクトル及び基準表面に対する位置合わせ誤差の両方から生じ得る。本発明による方法は、両位置合わせ誤差を補償するように作用する。前記変換が速度データに適用された場合、横方向及び前方向運動の成分は曖昧無く抽出することができる。
【００２２】
本発明の好ましい実施例によれば、速度は、各レーザビームが前記基準面の垂線に対して異なる方位角を有するような少なくとも３つのレーザビームにより決定される。３つのレーザビームの構成は、当該センサシステムの位置合わせ誤差とは略無関係な移動速度の正しい決定を可能にすることが分かった。しかしながら、本発明は、真横方向の速度成分と前方向速度成分との間を明瞭に区別するのを可能にする。
【００２３】
基準表面及び前方向速度の方向に対するレーザビームの正確な向きは、本発明による前記校正方法により得られる変換を適用した後に分かるから、本発明の方法は、精度が向上された測定を可能にする。何故なら、前方向速度を、２以上のレーザビームとは独立に決定することができるからである。
【００２４】
従って、好ましくは、多軸レーザセンサを使用することが提案される。本発明による斯様なシステムは、相互間に既知で一定な、即ち例えば一体的に固定された角度を持つ少なくとも３つのレーザを有する。これらの既知の、レーザ間の良好に固定された角度は、前方向及び横方向の速度成分を、測定結果を妨害する振動なしに３つのドプラ周波数から正確に計算することができるという驚くべき利点を有している。
【００２５】
センサｉにより測定されるドプラ周波数ｆｉは、
【数１】
0005657569.tif 000002
と書くことができる。
【００２６】
ここで、Ｍikはセンサｉと速度成分νｋの角度配置を記述する。Ｎは速度ベクトルの次元である。
【００２７】
Ｏ個のレーザセンサがＮ次元の速度ベクトルを測定するために適用されたと仮定しよう。この場合、全ドプラ周波数からの速度ベクトルの推定ｖ＾は、
【数２】
0005657569.tif 000003
により与えられる。
【００２８】
ここで、Ｍ-1は、式１の行列Ｍの逆行列である。上記式は、ＯがＮに少なくとも等しいか又はＮより大きい場合に、即ちＮ次元の速度ベクトルを決定するために少なくともＮ個のセンサが使用される場合にのみ、固有の解を有する。Ｏ＞Ｎなら、νk'の推定値は当てはめられ得（最小二乗誤差）、上記当てはめの統計的誤差平均化により一層正確な測定となる。
【００２９】
式1及び式２は、如何にして行列Ｍがセンサ座標系（周波数が決定される）を、速度が決定されなければならない座標系に接続するかを示す。しかしながら、殆どの応用例では、速度測定は遠隔的／無接触的であり、従って、センサの座標系は速度座標系に固定されてはいない。
【００３０】
前述したように、対地速度応用例では、道路に対する車両の二次元速度ベクトルを測定することが目標である。従って、原理的には、自動車のνforward及びνlateralを測定するために２つのセンサが必要とされる。該応用例においては、２つのセンサは下方向に向けられ、異なる方位角で表面を見る。式１により記述されているように、速度ベクトルは、２つのセンサにより及ばれる"周波数"面上に投影（比例定数により）される。
【００３１】
しかしながら、サスペンション系の動作により、斯様なシステムは自動車の二次元速度ベクトルを非常に高い精度では決定することができないことが分かった。サスペンション系の動作は、両座標系の向きを不知且つ制御不可能な態様で変化させ、測定に直接的に影響を与える。
【００３２】
３つのレーザセンサによれば、二次元速度ベクトルを三次元界で決定することができる。余分なレーザセンサは、統計的平均化により精度を改善するためには使用されないが、当該測定を第1次に対する周波数及び速度座標軸の整列誤差に対して不感にさせ、これは当該応用例における精度を統計的平均化よりも一層増加させる。センサを追加すると、式２は、
【数３】
0005657569.tif 000004
となる。
【００３３】
行列Ｍの逆行列は、３つのレーザセンサにより及ばれる三次元における角度配置を記載すると共に、この正方行列の逆行列を決定することにより容易に決定することができる。目標の二次元運動を決定するためには、結果としての正方行列の最初の２つの行しか必要とされない。しかしながら、前方向及び表面の両方に対する当該センサの向きの場合、例えば操縦動作等により生じる通常の前方向速度成分と追加の横方向成分との間の区別に依然として曖昧さが存在する。
【００３４】
特に、先頭方向に対するセンサの向きが既知の場合、レーザの信号は冗長情報を含む。複数のレーザが使用され、関心の角度は既知であるので（例えば、校正により若しくは前の操作に関する情報を記憶することにより、又は自己校正により）、これらのレーザは、少なくとも部分的に、感知されるべき速度の冗長情報を提供する。感知レーザの結合されていないアレイの場合、各レーザにより見られるスペックルパターンは、他のレーザのものとは独立している。この結果として、観測は独立となり、斯かる独立した観測の簡単な組み合わせは、組み合わされる観測の数の平方根に比例して、全体のｒｍｓ誤差を低減し得る。
【００３５】
特に、表面及び先頭方向に対する各レーザビームの角度が決定されるので、当該表面に沿った、特には先頭方向に沿った移動に関する速度成分を、当該移動に沿う方向成分を有する各レーザビームから決定することができる。
【００３６】
これは、各レーザが速度ベクトルの１つの成分を提供するベクトルの追加とは対照的である。かくして、ビームの運動信号の簡単なベクトル追加による速度ベクトルの決定とは対照的に、一層正確な速度信号を得るように速度信号を組み合わせることができるので、大幅に向上された精度を達成することができる。従って、本発明は、当該レーザ自己混合速度センサに沿って移動する表面の所定の方向に沿う速度を決定するレーザ自己混合速度センサであって、少なくとも１つのレーザが実装されたレーザ装置ユニットを有するようなレーザ自己混合速度センサを提案する。上記レーザ装置は、相互に一体的に固定された角度で放出される少なくとも３つのレーザビームを発生する。これらレーザビームの各々は、上記表面に向かって斜めに向けられ、上記少なくとも３つのレーザビームの各々は、例えば先頭方向に対して測定されて、異なる方位角で放出される。当該レーザ自己混合速度センサは、更に、前記表面から反射されて少なくとも１つのレーザのキャビティに再入射する前記少なくとも３つのレーザビームの各々のレーザ光のドプラ誘起位相ずれによる生じる自己混合強度振動の周波数を決定する回路を有する。更に、より正確な速度測定値を導出するために、上記自己混合強度振動から前記所定の方向に沿う速度を決定する回路が設けられ、該回路は、前記少なくとも３つのレーザビームの各々の自己混合振動から上記所定の方向に沿う速度を冗長的に決定する回路と、前記少なくとも３つのレーザビームからの速度の測定値から前記所定の方向に沿う速度を計算する回路とを有する。
【００３７】
勿論、上記速度値は速度自体でなくても良く、該速度に比例する周波数又は電圧等の、該速度を表す信号とすることもできる。
【００３８】
特に、上記冗長的決定とは、前記レーザ装置ユニットの既知の向きにより、前記所定の方向に沿う速度を上記レーザビームの各々から抽出することができ、これらの結果を組み合わせることができることを意味する。上記所定の方向は、先頭（heading）方向又は前方向とすることができるのと同様に、これに対して横方向の方向とすることもできる。特に、先頭方向に沿う前方向速度及び横方向速度の両方を、上記レーザビームの各々から同時に決定することができる。
【００３９】
既知の向き及び固定角度のレーザビーム配置を提供する目的で、本発明は、更に、当該センサに沿って移動する表面の所定の先頭方向に沿う速度を決定するレーザ自己混合速度センサであって、
少なくとも１つのレーザが実装されたレーザ装置ユニット、
を有し、該レーザ装置ユニットが、
互いに対して一体的に固定された角度で放出される少なくとも３つのレーザビームを発生する、
レーザ自己混合速度センサを提供する。上記レーザビームの各々は前記表面に向けられ、前記少なくとも３つのレーザビームの各々は異なる方位角を有する。
【００４０】
上記レーザ自己混合速度センサは、更に、前記表面から反射されて少なくとも１つのレーザのキャビティに再入射する前記少なくとも３つのレーザビームの各々のレーザ光のドプラ誘起位相ずれによる生じる自己混合強度振動の周波数を決定する回路と、上記自己混合強度振動から前記先頭方向に沿う速度を決定する回路とを有する。
【００４１】
また、上記レーザ自己混合速度センサは、前記先頭方向に対する当該レーザ自己混合速度センサの基準の向きからの実際のセンサの向きのずれを検出する回路も有する。該ずれは、前記少なくとも３つのレーザビームのうちの少なくとも２つの自己混合振動周波数、又はこの２つのレーザビームの自己混合振動周波数から導出されるパラメータの比較により検出される。自己混合振動周波数から導出されるパラメータは、例えば、各自己混合振動周波数に対応する速度成分であり得る。
【００４２】
更に、上記ずれから生じる前記少なくとも３つのレーザビームのうちの少なくとも１つの自己混合信号の周波数のずれを補償する回路が設けられる。
【００４３】
このようにして、前方向速度の正確な値が取得され、横方向速度の正確な値を同様に計算することができる。
【００４４】
前記３つのドプラ周波数並びに前方向及び横方向速度の間の関係は、一次までは、この多軸系の角度変化から独立であることが分かった。例えば道路上の当該車両の高さにより決定される、移動表面までの当該センサの距離の時間微分として定義される垂直方向速度は、少なくとも３つのセンサによっても決定することができるが、それでも、依然として振動により影響を受け、一次の所定の速度により損なわれる。
【００４５】
上記レーザ自己混合速度センサは、３つのレーザダイオードを有することができ、斯かる３つの独立したレーザダイオードの各々は前記少なくとも３つのレーザビームのうちの１つを発生する。この実施例によれば、自己混合振動は各レーザに対して独立に検出することができ、これにより、各レーザビームに対する強度振動の割り当てを容易化する。
【００４６】
複数のレーザを備える多軸レーザシステムを用いる代わりに、例えば1以上のプリズム又は格子により単一のレーザビームを分割及び偏向することも可能である。このようにして、本発明の改良例によれば、当該レーザ自己混合速度センサは単一のレーザから前記少なくとも３つのレーザビームのうちの少なくとも２つを発生するビームスプリッタを有する。
【００４７】
この場合、レーザパワーは、2以上のドプラ周波数で同時に変動する。ここでも、これらのドプラ周波数の間の関係は、前方向及び横方向速度が自動車サスペンションの動作による角度変化から独立したものとなるという驚くべき結果を有する。この実施例では自己混合信号はレーザ強度に重畳されるが、他方、単一のレーザは該単一のレーザの波長が一層容易に安定化され得るという点で有利である。
【００４８】
基準の向きからのずれは、前記レーザ自己混合速度センサの基準の向きからのずれを検出する回路により容易に決定することができ、これは、前記自己混合振動周波数を比較する、特には前記少なくとも３つのレーザビームのうちの２つの自己混合振動周波数又は斯かる２つのレーザビームの自己混合振動周波数から導出されるパラメータの間の差を検出する回路を有する。例えば、前記レーザのうちの２つが基準の先頭方向に対して同じ量の方位角を含む場合、この方向からの実際の先頭方向のずれは、異なる方位角量を生じる。このように、自己混合ドプラ誘起周波数は、僅かに相違する。特に、一層小さな方位角は、一層高い自己混合振動周波数を生じる。一次では、両周波数の間の差は、前記基準の向きに対する当該センサの回転角に直に比例する。
【００４９】
移動する表面の垂線に対して測定される前記３つのレーザビームの間の方位角は、該表面に横方向に沿う変位に対して高い感度をもたらすために、好ましくは少なくとも６０度、特に好ましくは約１２０度とする。
【００５０】
正確な角度配置を考察すると、レーザビームが、該レーザビームにより可能な限り大きな表面が照明されるように道路に当たるのが有利であることが更に分かった。更に、前記3以上のレーザビームの間の角度は、これらビームが一緒に、道路に対する当該自動車の車体からの視角により定義される半球に可能な限り多く及ぶようになるべきである。この様にして、ドプラ周波数の測定誤差の影響は最少化される。更に、より大きな極角に対してスペックル振動の周波数は減少する。大きな視角及び大きな照明表面積を得るために、前記少なくとも３つのレーザビームの少なくとも１つは、より好ましくは各々は、当該表面の法線に対して測定して少なくとも６０度の極角で放出される。
【００５１】
本発明の改良例によれば、前記レーザ自己混合速度センサは、前記表面の法線方向に沿って更なるレーザビームを放出することができる。ここでも、このレーザビームは、他のレーザビームから分離することができるか、又は別のレーザから発生することができる。上記法線、又は特には三脚構成のレーザビームの中心軸等の他のレーザビームの中心軸に沿う追加のレーザビームの追加は、誤差の検出及び補償を更に支援することができる。
【００５２】
斯様な更なるビームの特別な利点は、斯様なビームへの反射に関して期待され得る大きな信号であり、従って、中心ビームの自己混合信号の位相を正確に追跡することができる。勿論、上記例において、このビームに対して先頭方向は垂直であるので、このビームは如何なる変位も伝えてはならない。当該移動が前記表面に沿う成分のみを有する場合、スペックル遷移によるランダムな位相の歩みのみが、自己混合強度変動を生じさせるであろう。このように、この軸上に如何なるドプラ関連自己混合強度振動が見つかった場合も、これは、取り付け誤差の直接的な指示となる。
【００５３】
しかしながら、多くのシステムにおいては、実際には例えば振動等により2以上の次元における動きの成分が存在する。このような不所望な動きは、全ビームにより検出され、例えば垂直なビームは振動を高い感度で検出することができる。これは、例えばリニアな移送の間における用紙の振動が該用紙の付加的な高さの変動を生じるようなプリンタ用途において有効である。この点に関しては、検出された垂直速度を、横方向速度の値を補正するために有利に使用することができる。垂直方向の運動は、レーザビームが垂直方向成分を有するので、横方向速度の測定にも影響する。このように、本発明の他の改良例によれば、レーザ自己混合速度センサは、前記レーザビームの少なくとも１つの自己混合振動から、前記表面の法線に沿う垂直移動を決定する回路と、測定された横方向速度における垂直移動により誘起された横方向速度成分を補償する回路とを有する。
【００５４】
レーザ自己混合装置は、変位測定を極めて高い精度で提供することができる。相対測定誤差はカバーされる距離に逆比例し、センサと該センサに対して移動する物体との間の短い距離（１メートル程度の）に対しては、これは０.０１％未満であり得る。該誤差はスペックル遷移における位相の不確定さの二乗平均平方根加算に比例する。何故なら、これらの位相の不確定さは相関性がないからである。この結果、１８０度の典型的な位相不確定性に関する相対誤差に対して下記の式が得られ、
【数４】
0005657569.tif 000005
ここで、λはレーザ波長であり、αは動きの方向に対する光の角度であり、Ｌは変位であり、Ｌspeckleは平均スペックル寸法である。α＝３０度、λ＝８５０ｎｍ、Ｌ＝１ｍ及びＬspeckle＝２０μｍなる典型的な値に対して、これは、約０.０１％の誤差となる。
【００５５】
本発明の簡単な改良例によれば、前記速度値は、一層正確な運動報告を導出するために適切な回路により平均化することができる。
【００５６】
しかしながら、本発明の他の態様によれば、スペックルにおけるランダムな位相ジャンプの特性を、殆どの時間（通常、時間の少なくとも８０％）において変位測定は正確である傾向にあり、次いで突然の短時間の（ジャンプ状の）ずれがスペックル境界で発生するという意味で、利用することができる。これらの境界においては、報告される速度は前の速度及び後続の速度から大きくずれる。何故なら、速度は変位のずれ対時間であり、変位はスペックル信号の位相により示されるからである。更に、スペックル境界では信号強度が減衰し、再出現する。
【００５７】
これらの特性を用いれば、これらの遷移を検出し、これらを介して外挿することが可能である。速度の報告は殆どは正しいので、このことは、スペックル境界における位相ジャンプによる誤差は、追加される各レーザに対して殆ど大規模に低減され得ることを意味する。このように、複数のレーザのデータが比較されるなら、これらの誤差はシステム性能を、最早、支配することはない。かくして、本発明の一実施例によれば、好ましくは三脚構成の複数のレーザビームを備えるレーザ自己混合装置が提案され、該レーザ自己混合装置は、前記少なくとも３つのレーザビームの少なくとも１つの自己混合ドプラ誘起強度振動の、スペックル誘起強度振動の境界における位相ジャンプ又は極小を検出する回路と、上記スペックル誘起強度振動の境界におけるドプラ誘起強度振動の周波数から導出される信号のずれ（該ずれは位相ジャンプから生じる）を補正する回路とを有する。
【００５８】
かくして、本発明の他の態様によれば、基準表面に対して移動する速度を決定するレーザ自己混合速度センサであって、
少なくとも２つの、好ましくは少なくとも３つのレーザと、
前記表面から反射され、少なくとも１つのレーザのキャビティに再入射するレーザ光のドプラ誘起位相ずれにより生じる自己混合強度振動の周波数決定する回路と、
前記自己混合強度振動から少なくとも１つの所定の方向に沿う速度を決定する回路と、
位相ジャンプ又は極小を検出すると共に、ずれを補正する上述した回路と、
を有するレーザ自己混合速度センサが提供される。本発明の該実施例は、センサの向きの校正又は位置合わせ誤差の補正とは、各々、独立している。このように、本発明の他の態様によれば、該複レーザ速度センサは、前記基準表面に対する当該センサの向きを決定する回路を伴って又は伴わずに使用することができる。
【００５９】
更に、冗長情報を伴う複数のレーザが利用可能な場合、これら全ての源（ソース）の情報は同時に処理することができ、これら源は当該情報の信頼性に応じて選択される。この目的のために、前記スペックル境界における速度信号のずれを補正する回路は、前記少なくとも３つのレーザビームから導出される少なくとも２つの速度信号の間で選択する回路を有することができ、この回路は速度信号を、該信号に対応する自己混合強度振動においてスペックル境界が検出されたら排除する。
【００６０】
更に、上記信号処理においては、変位源の簡単な選択とは異なり、数学的重み関数を使用することができ、その場合において、重み係数はソース信号の評価から得られる。斯かる重み関数は、特に、スペックル境界における速度決定の誤りを除去するために、適切な回路により適用することができる。かくして、本発明の改良例によれば、前記少なくとも３つのレーザビームのうちの少なくとも１つの速度値に重みを付けると共に、該重みを付けられた速度から速度値を計算する回路が設けられ、これにより精度の大幅な向上を達成する。
【００６１】
例えば、３つの速度値が得られた場合、これら速度値には斯かる３つの速度から計算される平均値からの各ずれに応じて重みが付され、最も大きなずれを持つ速度値には最小の重み係数が割り当てられる。次いで、前記所定の方向に沿う速度の値が、該重みを付された値から計算される。速度値の重み付けに関しては、スペックル境界を決定することは必須ではない。何故なら、前記重み関数は、スペックル境界により影響を受けた各速度信号に小さな重みを適用することができるからである。更に、平均又は基準値は、例えば前に決定された速度値を平均化すること等により、種々の方法で計算することができる。
【００６２】
他の可能性は、重み係数又は速度値の選択を、自己混合振動の振幅又は位相に依存して適用することである。このように、重み関数又はソース選択は、スペックル遷移がない場合の平均位相微分（＝速度）に対するスペックル遷移にわたる位相微分の比較に基づくものとすることができる。
【００６３】
付加的に又は代替的に、上記重み関数又はソース選択は、スペックル遷移における極小を通過する自己混合信号の振幅を決定することに基づくものとすることができる。
【００６４】
更に、スペックル境界を介して外挿する１つの可能性は、信号処理を遅延させると共にスペックル遷移の前及び後からのデータを用いて、スペックル遷移の近傍の実際の速度値を決定する回路を使用することである。特に、この外挿は、前記少なくとも３つのレーザのうちの少なくとも１つの自己混合ドプラ誘起強度振動の位相ジャンプ又は極小を検出する回路によるスペックル境界の検出に応答して実行することができる。通常、低価格半導体レーザの波長は安定していない。即ち、８００ｎｍのソースに対して実際に０.０８ｎｍ／℃程度の、又は℃当たり０.０１％程度の波長ドリフトが予測され得る。このように、システムの誤差は、温度ドリフトによっても支配され得る。
【００６５】
これは、他のレーザ応用例でも普通に実施されているように、レーザ波長を安定させるために冷却エレメント及びサーミスタを追加することにより解決することができる。しかしながら、これはレーザ自己混合センサ自体よりも費用の嵩むものとなるので、他の解決策が求められる。モードが格子等の周波数選択性エレメントによりロックされるようなレーザの場合、レーザ波長は該エレメントにより大きく決定される。このエレメントは通常はレーザ結晶内に組み込まれ、波長ドリフトに大きな責任を負うのは、このエレメントの離調である。従って、波長ドリフトは一般的に予測可能であり、変位報告とレーザ波長との間の既知の関係を用いれば、当該センサの温度ドリフトの数学的補償は可能である。これは、サーミスタを用いる又は温度を測定するために当該センサ自体を用いることによる等の、センサ温度の測定は必要としない。レーザ波長に影響を与える他の要因はレーザ電流であることに注意すべきである。レーザ電流は当該レーザを周囲温度を超えて加熱し、これが当該デバイス内のキャリア濃度を変化させ、これが、レーザ波長をも決定する当該結晶の屈折率に影響を与える。このように、レーザ電流が一定でない場合、補償は、有利には該レーザ電流も含み得る。
【００６６】
温度ドリフトを決定する他の方法は、1以上のレーザビームの光学経路内に基準面を含めることである。レーザが変調される場合、このような面はうねり（他の自己混合特許も参照）を生じさせ、これらうねりの位相及び周波数は、レーザ温度が変化するとずれる。このように、光学的配列内の基準面を用いることによる位相及び／又は周波数の測定を、センサ精度を支援するために使用することができる。更に、外部表面からの反射が十分に強い場合、該反射を、波長安定性を改善するために、例えば外部キャビティ（共振器）レーザにおいて、レーザモードを一層精密な周波数にロックするために使用することができる。
【００６７】
従って、通常は、レーザの温度（直接的な又は例えば基準面による間接的な）を測定する回路、及び速度信号を温度ドリフトにより誘起される波長ずれに依存して、又は測定された温度に依存して、各々補正する回路を含めることが有利である。
【００６８】
前記ドプラ誘起位相ずれにより生じる自己混合強度振動の周波数を決定する回路は、好ましくは、負帰還回路、特にはフェーズロックループ（ＰＬＬ）回路及び／又は周波数ロックループ（ＦＬＬ）回路を有するものとする。これらの回路は、特に、直交振幅復調を実行する。本発明に関しては、これらの回路は、ＦＬＬ又はＰＬＬのためのドプラ回転周波数に対するフィードバック信号を全ソースの信号を一層正確な速度に処理することに基づくものとすることができるため、有利である。このようにして、フィードバック値は既に補正されており、かくして、非常に正確なフィードバック信号が発生される。従って、本発明の他の実施例によれば、前記ドプラ誘起位相ずれにより生じる自己混合強度振動の周波数を決定する回路は、フェーズロックループ又は周波数ロックループ回路（より広くは、負帰還回路）と、前記少なくとも３つのレーザビームのうちの少なくとも２つから得られる自己混合ドプラ誘起周波数の組み合わせからフィードバック信号を発生する回路とを含む。
【００６９】
３つのレーザビームを備えるレーザ自己混合センサの測定データを補正するために、本発明の方法は、有利には、互いにリニアな独立した方向に放出される少なくとも第2レーザビーム及び第3レーザビームにより当該センサの向きを決定するステップを更に有し、第１レーザビーム及び速度データは、当該センサの向きが前記基準表面と平行になるように位置合わせする座標変換により調整される。
【００７０】
同様に、採用されるレーザビームの数とは無関係に、速度の垂直成分を補償することもできる。この目的のために、当該センサの向きは、前記基準表面に対して垂直な当該車両の垂直速度の測定を含めることにより決定される。この場合、速度データは座標変換により調整され、かくして、調整された平均垂直速度はゼロとなる。
【００７１】
当該車両の前記所定の移動方向、特には前方向を決定するための幾つかの可能性が存在する。本発明の一改良例によれば、この方向を決定するために追加のセンサが使用される。好適には、舵輪（ハンドル）センサ、横方向加速度を測定するための加速度センサ又はコンパスを使用することができる。また、車輪速度センサの回転速度データを比較することも可能である。
【００７２】
前記所定の方向は、外部センサなしで決定することさえできる。車両は、平均して、殆どの時間は真っ直ぐ前方に進むので、方向の情報を含む速度データの平均を計算することができる。このように、方向の平均値は上記所定の移動方向を表す。
【００７３】
代わりに又は追加して、本発明により提案された校正は、測定された速度値に依存させることもできる。通常、車両が一層速く進むほど、ハンドルの動きは小さくなる。このように、通常、前方向速度に対する横方向成分の比は、一層高い速度では一層小さくなる。従って、調整パラメータを計算するために前記所定の移動方向に沿う当該車両の移動に関する速度データを得るステップは、所定の速度の超過に応答して実行されるのが有利である。同様に、所与の前方向速度において横方向速度が小さくなるか又は平均値に近くなった場合、当該車両は真っ直ぐ前方に進んでいると仮定することができる。従って、両方の場合において、前記所定の移動方向に沿う当該車両の移動に関する速度データを得るステップは、所定の閾値を超える又は下回る速度成分の測定に応答して実行される。
【００７４】
前記変換の決定は、
−  当該センサの座標系の面を前記基準表面に並列に整列させる第１変換を決定するステップと、
−  前記センサの座標系の面を該面の垂直方向の周りに、横方向速度の量が最小化されるように回転する第２変換を決定するステップと、
により達成することができる。上記第１の変換は、３つのレーザから得られる、距離測定又は前記基準表面に垂直な速度の測定に各々基づくものとすることができる。
【００７５】
従って、前記所定の移動方向に沿う当該車両の移動に関する速度データに基づいて変換を計算するステップは、有利には、
−  レーザと前記基準表面との間の３つの距離を決定すると共に、これら３つの距離から変換を計算するステップ、
を有し、該変換は中心座標における速度を前記基準表面の速度に合わせる。各レーザまでの前記基準表面の距離は、レーザ波長に変調を付与すると共に結果としての自己混合振動を測定することにより容易に決定することができる。上記レーザ波長の変調は、レーザ電流を変調することにより容易に達成することができる。他の効果のなかでも、とりわけ、レーザ電流の変調は、レーザパワーを変調することになり、これに伴いレーザキャビティの温度を変調することになる。この場合、レーザ波長は温度依存的なキャビティ長に応じて変化する。
【００７６】
前記第２変換の回転は、有利には、平均横方向速度がゼロとなるように実行される。
【００７７】
前記変換を決定する他の可能性は、
−  前記前方向速度における、当該センサ座標系の前記基準表面に垂直な方向の成分を、又は前記基準表面に垂直な速度の量を最小化する第１変換を決定し、
−  前記横方向速度の成分を最小化する第２変換を決定し、
−  当該移動の横方向成分と垂直成分との間の相関を最小化する第３変換を決定する、
ことである。
【００７８】
上記第３変換によれば、実際の前方向に沿う軸の周りの傾きが補償されるが、斯かる補償は他の手段により実行するのは困難である。何故なら、両成分は殆どの時間において小さく、従って"クロストーク"が無視可能となるからである。
【００７９】
両方の場合において、前記変換は、後に測定されるデータに適用される全体の変換を得るために組み合わされる。
【００８０】
通常は、本発明による校正が、２回以上実行されるのが有利である。何故なら、前方向に対する当該センサの向きは、例えば当該車両が運送している負荷の量及び分布により結局は変化し得るからである。
【００８１】
取り付け位置に応じて、当該車両に対するセンサの向きは結局は変化し得る。例えば、当該センサが自動車のバンパに取り付けられる場合、該バンパは衝撃により変形され得る。更に、全体としてのシャーシの向きは、車輪が適切な位置合わせを喪失し、僅かに回転された前方進行方向を生じる場合に変化するであろう。負荷（搭乗者、キャラバン、満タン対空の燃料タンク等）の分布に依存して、自動車は前方、後方又は横方向にニックし得る。これら全ての長期的変化（＜１０ｍｓなる当該センサの典型的な出力速度に対して長い）は、適切な校正により補償することができる。例えば、校正は規則的な間隔で及び／又は当該車両が所定の速度を超える毎に実行することができる。
【００８２】
本発明の好ましい実施例は、従属請求項と対応する独立請求項との如何なる組み合わせでもあり得ると理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】図１は、移動する表面に対するレーザビームの幾何学的配置の斜視図を示す。
【図２】図２は、前方向に対して回転的な位置合わせ誤差を伴う配置の上面図を示す。
【図３】図３は、移動する表面の法線に対して位置合わが誤った配置の側面図を示す。
【図４】図４は、２レーザ装置を用いた前方向及び横方向速度の測定のシミュレーションによるグラフを示す。
【図５】図５は、図１に示すような３つのレーザを備えるレーザ装置を用いた前方向及び横方向速度の測定のシミュレーションによるグラフを示す。
【図６】図６は、３つのレーザの自己混合強度振動の３つの例示的曲線を示す。
【図７】図７は、自己混合レーザセンサを調整する方法のフローチャートを示す。
【図８】図８は、アクセプタのルーチンのフローチャートを示す。
【図９】図９は、他のアクセプタのルーチンのフローチャートを示す。
【図１０】図１０は、他のアクセプタのルーチンのフローチャートを示す。
【図１１】図１１は、他のアクセプタのルーチンのフローチャートを示す。
【図１２】図１２は、校正ルーチンの一実施例のフローチャートを示す。
【図１３】図１３は、校正ルーチンの他の実施例のフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００８４】
本発明の前記及び他の態様は、以下に説明する実施例から明らかとなり、斯かる実施例を参照して解説されるであろう。
【００８５】
尚、請求項において、"有する"なる文言は他の構成要素又はステップを排除するものではなく、単数形の文言は複数を排除するものではない。
【００８６】
また、手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これら手段の組み合わせが有利に使用することができないということを示すものではない。
【００８７】
また、１個又は数個のユニット又は装置による決定、計算等は、如何なる他の数のユニット又は装置によっても実行することができる。本方法は、コンピュータプログラムのプログラムコード手段として及び／又は専用のハードウェアとして実施化することができる。
【００８８】
また、コンピュータプログラムは、他のハードウェアと一緒に又はその一部として供給される、光記憶媒体又は個体媒体等の適切な媒体上に記憶し又は斯かる媒体上で分配することができるが、インターネット又は他の有線若しくは無線通信システムを介して等の、他の形態で分配することもできる。
【００８９】
また、請求項における符号は、これら請求項の範囲を限定するものと見なしてはならない。
【００９０】
図１は、移動する表面１０に対して３つのレーザビーム２、４及び６を備える、本発明の好ましい実施例の構成を示す。表面１０はレーザ装置ユニット５に対して主に前方向（forward direction）８に沿って移動し、該レーザ装置ユニットは、互いに一体的に固定された角度で、且つ、表面１０に向かって斜めに放出されるレーザビーム２、４及び６を発生する。
【００９１】
全てのレーザビーム２、４及び６は、上記表面に沿う方向に対して（例えば、前方向８に対して）測定して、異なる方位角で放出される。前方向８とビーム４との間の方位角１５が、図１に示されている。図１の実施例において、レーザビーム２の投影は前方向８に沿って延在し、従って、このビームと前方向８との間の方位角はゼロである。
【００９２】
例えば当該車両がカーブを進行すると、前方向８に沿う移動に加えて、結果的に横方向９に沿う横方向移動も生じ得る。このような移動（運動）は、主に先頭方向（heading direction）に沿って移動する車両等のシステムにとっては、典型的なものである。車両の場合、本発明によるセンサは、特に、本発明の最も好ましい応用例でもある対地速度センサ（speed over ground sensor）として使用することができる。
【００９３】
更に、上記ビームは表面１０に向かって斜めに向けられているので、これらビーム２、４及び６は表面１０に沿った方向成分を有する。図１から理解され得るように、レーザビーム２、４及び６は、異なる方位角及び表面１０の法線１４に対して斜めの方向により三脚構成を形成している。
【００９４】
特に、この点に関しては、極角１６が大きい、好ましくは少なくとも６０度であることが有利である。大きな極角は、対応するビームに沿って反射される光のドプラ誘起位相ずれを増加させるのみならず、スペックル効果も減少させる。何故なら、これらビームにより大きな表面積が照明されるので、スペックルに関連する位相ずれが部分的に平均化されるからである。
【００９５】
前方向８及び表面１０に対する当該レーザセンサの向きが既知である場合、上記ビームの極角１６及び方位角が決定される。この場合、前方向８に沿う前方向速度は、上記ビームの各々から抽出することができる。何故なら、全てのビーム２、４及び６の方向が、前方向８に沿う成分を有しているからである。次いで、結果を、速度の一層正確な結果を得るために組み合わせることができる。例えば、上記３つのレーザビームからの運動報告（レポート）を単に平均することができる。
【００９６】
同様に、例えば曲がりにおける自動車の横方向の流れによる横方向速度は、上記レーザの各々の信号から計算することができる。該速度の決定は、上記表面から反射されたレーザ光のドプラ誘起位相ずれにより生じる自己混合強度振動の周波数を決定する回路と、レーザビーム２、４及び６の各々の自己混合振動から前記所定の方向（即ち、前方向８）に沿う速度を冗長的に決定する回路と、該冗長的測定から上記所定の方向に沿う速度を計算する回路とにより実行される。
【００９７】
しかしながら、とりわけ取り付けの不正確さにより、実際のセンサ取り付けの向きは基準の向きから逸脱し得る。図１の例の場合、基準の向きは、ビームが正確に前方向８に沿って指し示し、前記三脚構成の中心軸が前記表面の法線に一致することにより定義される。
【００９８】
一例として、図２は、センサの回転的位置合わせ誤差を伴う配置の上面図を示す。この図から理解されるように、当該レーザ装置ユニットは、レーザビーム２と前方向との間の方位角がゼロになるか又はレーザビーム２の表面１０上への投影が前方向８と一致するような基準の向きに対して、角度１８だけ回転されている。
【００９９】
レーザビーム２の前記前方向に沿う動きに関しては、レーザビーム４及び６により通知される変位の差が、先ず、当該センサの取り付けの角度１８による該回転に比例する。即ち、図２の配置においては、ビーム４と前方向８との間の角度１９はビーム６と前方向９との間の角度２０より小さい。かくして、レーザビーム４は、ビーム６よりも高い前方向速度を伝えるか、又は一層高いドプラ誘起自己混合強度振動周波数により変調されるであろう。
【０１００】
この回転的位置合わせ誤差により生じる測定誤差は、有利には、自己混合振動周波数の比較により基準の向きからの実際のセンサの向きのずれを検出する回路、及び該ずれから結果として生じる前記３つのレーザビーム２、４及び６のうちの少なくとも１つの自己混合信号の周波数のずれを補償する回路により処理することができる。即ち、回転角１８がレーザビーム４及び６の自己混合周波数の比較により決定されたなら、これら自己混合周波数又は対応する速度値は、該回転から結果として得られる適切な係数により補正することができる。しかしながら、取り付け誤差は、例えば当該車両がカーブに沿って進む場合に横方向速度が生じえるから、斯かる実際の横方向速度から区別されねばならない。
【０１０１】
同様に、図３の側面図に示されるような位置合わせ誤差を補償することもできる。この場合、当該レーザ装置ユニットの中心軸１３は表面法線１４に沿う基準の向きに対して角度２２だけ傾斜されている。ビーム２により伝えられる変位又は速度と、ビーム４及び６のものとの比較は、動きの方向に沿うセンサの傾斜に関する情報を与える。１以上の斯様な測定を行うことができ、変位の通知に対する誤差の補償を発生させることができる。なかでも、傾斜は垂直及び前方向の速度の混合を生じる。かくして、例えばシャーシの振動等による垂直の運動がなくても、当該車両が前記前方向に沿って移動していると、ゼロでない垂直方向速度が報告される。本発明による補償手順は、図７ないし１３を参照して後に説明する。
【０１０２】
図３に示されるように、この実施例のレーザ装置ユニットは、レーザビーム２、４及び６の三脚状配置の中心軸１３に沿って追加のレーザビーム７を発生し、誤差の検出及び補償を更に支援することができる。当該センサ、及び逆に上記追加のレーザビーム７が表面１０の法線１４に対して傾斜されると、このレーザビームは、表面１０に対する横方向の動きに際して、ドプラ誘起自己混合振動を示す。このように、上記追加のレーザビーム７の振動信号が他のレーザビーム２、４及び６の動きの報告と相関される場合、高い感度で傾斜を検出することができる。
【０１０３】
更に、上記表面法線１４に向けられた該更なるレーザビーム７は、振動、即ち表面法線１４に沿う運動を高い感度で検出するのに有効である。これは、振動により影響を受ける他のレーザビームの自己混合信号から得られる速度値の補正を容易にする。というのは、これらのレーザビームの方向も法線１４に沿う成分を有しているからである。
【０１０４】
図４及び５は、前方向及び横方向速度の測定のシミュレーションを示す。図４は、２レーザ構成を用いた測定を示し、この場合において、一方のレーザの投影は前方向を指し示し、他方のレーザは該方向に垂直な方向を指し示す。
【０１０５】
曲線２４は測定された前方向速度を示し、曲線２５は実際の（一様な）前方向速度を示す。曲線２６及び２７は、測定された及び実際の（同様に一様な）横方向速度である。横方向の移動とは別に、当該センサは更に前記表面に対して垂直に振動する。レーザビームが上記表面に対して垂直な方向の成分を有するので、測定された信号には明らかに振動が見える。特に、これら曲線から明らかなように、測定誤差が顕著である。
【０１０６】
これとは対照的に、図１に例示された三重レーザ構成は、例えば舗装面に対する自動車サスペンションの振動等の振動から生じる動きの報告のずれを補正するのを可能にする。これが、図５のシミュレーションされた測定に示されている。横方向及び前方向の両速度は、振動的動きの如何なる影響もなしに、高精度で決定されている。
【０１０７】
スペックル遷移における位相ジャンプが検出されて補償されるなら、測定精度は更に向上され得る。これを解説するために、図６は３つのレーザの自己混合強度振動の３つの例示的曲線を示す。全ての自己混合強度振動は、ドプラ誘起された規則的振動と、より低い周波数のスペックルに関係するランダムな振動との重ね合わせである。曲線３０は、レーザ２の自己混合信号である。この曲線は、レーザビーム４及び６の各々による他の曲線３１及び３２よりも一層高い周波数を有するドプラ誘起振動を示している。これは、ビーム２の表面１０上への投影が前方向に沿うのに対し、レーザビーム４及び６の投影は、これに対して斜めに延在するという事実によるものである。
【０１０８】
スペックル遷移の境界は、自己混合振動の強度の減衰と、ドプラ誘起振動の位相ジャンプにより特徴付けられる。しかしながら、簡略化のために、図６の曲線では位相ジャンプは示されていない。明らかに、曲線３０及び３１の各々は図６の時間目盛り上の大凡時刻"０"においてスペックル境界を示す一方、曲線３２による信号は時刻"２"にスペックル遷移を有している。
【０１０９】
スペックル遷移は、ドプラ誘起振動の位相及び／又は振動の振幅を評価することにより容易に識別することができる。かくして、適切な回路は、ドプラ誘起強度振動から導出される速度信号のずれをスペックル誘起強度振動の境界において補正することができる。
【０１１０】
１つの可能性は、曲線３０、３１及び３２の信号の中から選択することである。即ち、時刻"０"において、速度は曲線３２の信号のみから計算される。というのは、他の曲線はスペックル遷移を示しているので、曲線３２から導出される速度値が一層正確であることが期待されるからである。同様に、時刻"２"では、速度は両曲線３０及び３１から計算される一方、曲線３２の信号は除外される。
【０１１１】
他の可能性は、重み関数を適用するというものである。例えば、重み係数は、振動の強度に基づいて選択することができる。このように、時刻"０"では、速度の計算に対する最高の重みが曲線３２に付与される一方、時刻"２"では、この曲線は計算に関して最低の重みで含まれるようにする。
【０１１２】
図７は、例えば図１に示されるような自己混合レーザセンサを調整する手順の簡略化されたフローチャートを示す。該手順は、
−  前記表面から反射され、当該レーザのキャビティに再入射するレーザ光のビーム２、４及び６のドプラ誘起位相ずれにより生じる自己混合強度振動の周波数を決定するステップと、
−  上記自己混合強度振動の周波数から速度を計算するステップと、
−  レーザビーム２、４及び６の信号を用いて、前記基準表面及び前方向５である所定の移動方向に対する当該センサの向きを決定するステップと、
に基づいている。該向きを決定するステップは、当該車両の移動の方向が所定の移動方向に一致するかを決定するステップと、前記所定の移動方向に沿う前記車両の移動に関する速度データを得るステップと、前記所定の移動方向（即ち、前方向８）に沿う前記車両の移動に関する前記速度データに基づいて変換を計算するステップとを有する。
【０１１３】
図７に示される手順が実行された後、上記速度データは、校正手順で決定された上記変換を用いて調整される。
【０１１４】
ステップ４０において、当該手順は開示される。例えば、当該校正手順は当該車両を始動させた際に及び／又は所定の期間の後に開始することができる。
【０１１５】
次いで、処理４１において、自己混合振動から速度信号を決定するためにレーザセンサが読み出される。速度信号は、アクセプタルーチン４２に入力される。該アクセプタルーチン４２により、測定された速度値が方向８に沿う前方向速度に一致すると見なすことができるかが決定される。既述したように、該一致は正確である必要はない。むしろ、アクセプタルーチン４２は、１以上の閾条件をテストする。幾つかの有利な可能なルーチンが、図８ないし１１を参照して後述される。該ルーチンは、例えばハンドル（舵輪）センサ、加速度センサ、コンパス、車輪回転速度データ等の外部データ４３を使用することもできる。
【０１１６】
アクセプタルーチン４２が一致を確認した場合、ステップ４１のデータはステップ４４において記憶され、ステップ４５の校正ルーチンのために使用される。
【０１１７】
図８は、アクセプタルーチン４２の第１実施例を示す。
【０１１８】
アクセプタルーチン４２が、例えば図７による手順の開始４０に応答して開始（ステップ４２０）された後、サブルーチン４２１、４２２において二重のテストが実行される。判断ルーチン４２１は、当該データが信頼評価基準を満たすかを検査する。特に、十分な統計的信頼値を持つ平均速度値を計算するのに十分なデータが取得されたかを検査することができる。更に、サブルーチン４２２において、当該速度が例えば１００ｋｍ／ｈ等の所定の閾値を超えているかが検査される。上記サブルーチン４２１、４２２の各々は、対応する評価基準が満たされなかった場合に、ステップ４２３において当該データを拒絶する（不合格とする）。
【０１１９】
上記十分な統計的信頼度及び十分な速度の両評価基準が満たされた場合、当該データはステップ４２４で受容され（合格とされ）、校正のために記憶される（図７におけるステップ４４）。
【０１２０】
図９は、図８の実施例の変形例を示す。この変形例において、サブルーチン４２５は、図８のサブルーチン４２２の代わりに使用される。両サブルーチン４２２、４２５は、速度成分が閾値と比較されるという点で同様である。しかしながら、サブルーチン４２５において、当該回路は、横方向速度Ｖｘが平均横方向速度＜Ｖｘ＞に十分に近いかを判断する。即ち、偏差｜Ｖｘ−＜Ｖｘ＞｜が閾値ａより小さいかが評価される。
【０１２１】
図１０の実施例においては、サブルーチン４２１に加えて、外部データ４３を使用するサブルーチン４２６が実行される。例えば、ハンドルセンサからのデータが当該ハンドルが中立位置にあることを示しているなら、当該車両は真っ直ぐ前方に進んでいると見なされる。他の例は、ＧＰＳデータの使用であり得る。ＧＰＳデータが真っ直ぐ前方への移動を示す場合、サブルーチン４２１で信頼度条件も満たされているなら、当該データは受容される。
【０１２２】
図１１の変形例においては、センサの向きを決定するための後の校正のために、各レーザの舗装面までの距離に基づく校正が用いられる。即ち、サブルーチン４２１に加えて、サブルーチン４２７は合計速度がゼロであるか（｜ｖ｜＝０）、即ち当該車両が移動しているか、又は自動車の振動による垂直運動が所定の閾値ａより小さいかを決定する。両条件が満たされている場合、レーザビームから取得される距離データｄ１、ｄ２、ｄ３が受容され、舗装面に対するセンサの向きの決定のために使用される。
【０１２３】
以下においては、校正ルーチン４５の２つの実施例が図１２及び１３を参照して説明される。
【０１２４】
該校正は、前記アクセプタにより校正回路に供給されるデータに基づいて連続的に動作するか、又は、時折、校正データによりバッファが満たされると開始されるようにすることができる。
【０１２５】
距離が測定され得る場合、距離データにより２つの校正角度が決定され、それ以外では、当該校正は前方向速度ｖｘ及び垂直速度ｖｚの動力学のみものとすることができる。
【０１２６】
図１２に図示されたフローチャートの校正ルーチンは、センサ座標系の面を前記基準表面に平行に整列させる第１変換を決定するステップと、上記センサ座標系の面を垂直方向の周りに、横方向速度が最小とされるように回転させる第２変換を決定するステップとに基づくものである。
【０１２７】
当該手順は、例えば図９ないし１１に示したルーチンのステップ４２４に応答して、ステップ４５０において初期化される。
【０１２８】
レーザビーム２、４、６に沿う距離測定値が処理４５２に入力され（ステップ４５１）、該処理において、センサ座標系がｘ及びｚ軸の周りに、当該変換により変換された距離の値が、変換されたｘｙ面（即ち、前方向及び横方向速度の方向により占められる面）が道路面と平行に位置することを示すまで、回転される。該処理４５２は、垂直速度の速度値によっても同様に実行することができる。図３を参照して説明したように、レーザビームは、当該センサ系が前記基準表面の面垂線に対して傾斜されているなら垂直速度成分を通知する。かくして、該処理４５２は、垂直軸を垂直速度成分の平均が消滅するまで回転するように設計することもできる。
【０１２９】
当該センサの向きの最後に未知の変数は、このｘｙ面における当該車両の進行方向に対する該センサの向きの整列である。この目的のために、第１変換により調整された横方向速度ｖｘのデータが、判断ルーチン４５５に入力される（ステップ４５４）。次いで、このルーチン４５４及び判断ルーチン４５５において、ｘｙ面が、横方向速度の量＜ｖｘ＞がゼロとなるか又は所定の閾値より小さくなるまで、回転される（ｚ軸の周りで）。
【０１３０】
図１３は、校正ルーチン４５の他の実施例のフローチャートを示す。この実施例は、
−  当該センサ座標系の前記基準表面（車両等の自動車の場合における道路等）に対して垂直な方向における前方向速度の成分又は前記基準表面に対して垂直な速度の量を最小にするような第１変換を決定するステップ、
−  横方向速度の成分を最小にするような第２変換を決定するステップ、及び
−  横方向及び垂直方向の運動成分の間の相関を最小にするような第３変換を決定するステップ、
に基づいている。
【０１３１】
ルーチン４５が開始された後（ステップ４５０）、横方向速度ｖｘ及び前方向速度ｖｚのデータ４５７は、第１処理４５８に入力される。この処理４５８は、当該センサ系をｘ軸、即ち横方向速度の方向に沿う軸の周りで回転させる。判断ルーチン４５９において、この回転の結果として垂直速度成分ｖｚが十分に小さくなったかが判断される。従って、処理４５８及び判断ルーチン４５９は、一緒になって、前記前方向速度における、当該センサ座標系の道路に垂直な方向の成分を最小化するような第１変換を決定する。
【０１３２】
次いで、処理４６０及び判断ルーチン４６１において、当該センサ座標系は、ｚ軸の周りに、即ち前記基準表面に対して垂直な方向の周りに、変換された速度値の横方向速度＜ｖｘ＞が所定の閾値より小さくなる又はゼロになるまで回転される。このようにして、平均横方向速度の成分を最小化する第２変換が適用される。
【０１３３】
最後に、処理４６２及び判断ルーチン４６３において、横方向速度値及び垂直方向速度値の間の相関が最小にされるか又はゼロとなるようにされる。
【０１３４】
次いで、当該手順はステップ４６４において終了し、従って、前記第１、第２及び第３変換の組み合わせであるような変換となる。この場合、該変換は後に測定されるデータにも適用することができる。
【０１３５】
以上、本発明の好ましい実施例を添付図面及び上記説明で示したが、本発明は斯かる開示された実施例に限定されるものではなく、添付請求項に記載された本発明の範囲から逸脱することなしに種々の変更を行うことができると理解される。
【符号の説明】
【０１３６】
２，４，６，７              レーザビーム
５                          レーザ装置ユニット
８                          前方向
９                          横方向
１０                        表面
１３                        ビーム２、４、６の中心軸
１４                        表面法線
１５，１８，１９，２０      方位角
１６                        極角
２２                        傾斜角
２４                        測定された前方向速度
２５                        実際の前方向速度
２６                        測定された横方向速度
２７                        実際の横方向速度
３０，３１，３２            自己混合強度振動
４０                        自己混合レーザセンサを調整するための初期化ステップ
４１                        レーザセンサを読み出す処理
４２                        アクセプタルーチン
４３                        外部データ
４４                        処理４１において取得されたデータを記憶するステップ
４５                        校正手順
４２１，４２２，４２５
４２６，４２７              アクセプタルーチン４２の判断サブルーチン
４２３                      データを拒絶するステップ
４２４                      データを受容するステップ
４５０                      校正ルーチン４５の開始
４５１，４５３，４５７      データ
４５２，４５４，４５８
４６０，４６２              センサ座標系を回転する処理
４５５，４５９
４６１，４６３              判断サブルーチン
４６４                      校正ルーチン４５の停止
【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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【図８】
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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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