(57)【要約】  セルフミクシングレーザインタフェロメトリによって、タイヤ（２０）のパラメータの測定を可能にするシステムが開示される。セルフミクシングレーザインタフェロメトリを使用するレーザセンサ（１）は、タイヤ（２０）の表面要素の距離及び／または速さを測定することができる。従って、このようなレーザセンサ（１）を備えたシステムは、例えば、タイヤトレッドの摩耗、タイヤ荷重、または速さを測定し、指示するために使用することができる。公知の飛行時間法を使用するシステムをベースとするレーザセンサと比較して、開示されるシステムは簡単であり、費用効率的であり、そしてレーザセンサ（１）のサイズが小さいので容易に自動車内に組込むことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タイヤパラメータを測定するためのシステムであって、上記システムは、少なくとも１つのレーザセンサ（１）と、アナライザ（２）と、インジケータ（３）とを備え、上記レーザセンサ（１）は、レーザ光（１０）を放出し、且つタイヤ（２０）から反射して戻される上記レーザ光を自己混合レーザ干渉法によって検出するように構成されており、上記アナライザ（２）は、上記レーザセンサ（１）から供給されるセンサデータを処理するように構成されており、上記インジケータ（３）は、上記タイヤ（２０）の状態を指示するように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項２】
上記レーザセンサ（１）は、垂直空洞表面放出レーザを備えていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
車両内に組込まれていることを特徴とする請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
上記システムは更に、基準データを格納するための記憶デバイスを備え、上記アナライザ（２）は、上記自己混合レーザセンサ（１）から供給される上記センサデータと上記基準データとを比較するように構成されており、上記インジケータ（３）は、上記基準データと上記センサデータとの比較の結果を指示するように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のシステム。
【請求項５】
上記システムは、上記車両のタイヤ（２０）毎に少なくとも１つのレーザセンサ（１）を備えていることを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
上記システムは、上記車両の１つのタイヤ（２０）のパラメータを測定するための複数のレーザセンサ（１）を備えていることを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項７】
上記アナライザ（２）は更に、上記車両の異なるタイヤ（２０）のセンサデータを比較するように構成されており、上記インジケータ（３）は更に、上記車両の異なるタイヤ（２０）の上記センサデータの比較の結果を指示するように構成されていることを特徴とする請求項５に記載のシステム。
【請求項８】
タイヤトレッド摩耗の検出、タイヤ荷重の検出、または速さの検出のグループから選択された少なくとも１つの応用において、請求項１乃至７の何れか１項に記載のシステムを使用する方法。
【請求項９】
請求項１乃至７の何れか１項に記載のシステムによるタイヤパラメータの測定を改善するために、少なくとも１つの反射性構造（２１、２２）を備えていることを特徴とするタイヤ（２０）。
【請求項１０】
タイヤパラメータを測定するための方法であって、
レーザセンサ（１）によってレーザ光（１０）を放出するステップと、
タイヤ（２０）から反射して戻された上記レーザ光を、上記レーザセンサ（１）によって検出するステップと、
上記レーザセンサ（１）によって、上記放出されたレーザ光と上記反射したレーザ光の自己混合干渉法を使用してタイヤパラメータを決定するステップと、
を備えていることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイヤパラメータを測定するためのレーザセンサをベースとするシステム、タイヤトレッドの摩耗、タイヤの荷重、または車両の速度を測定するための、このようなレーザセンサをベースとするシステムの用法、及びタイヤパラメータを測定するためのレーザをベースとする方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
欧州特許第0547365 B1号明細書には、タイヤパラメータを測定する方法及び装置が開示されている。タイヤトレッドの摩耗は、この装置によって円周方向に測定することができる。レーザプローブがタイヤの各リブを順次に走査し、リブに沿う種々の点におけるトレッドの深さに関するデータを取得する。このデータがリブ毎に使用され、そのラグのヒールからトウまでの不規則な摩耗が決定され、またラグの摩耗の程度を表す合計摩耗指数が決定される。またこの方法及び装置は、タイヤの側壁を横方向に走査してタイヤの何等かの異常を確認するためのデータを取得する。信頼できる測定結果を得るためには、タイヤの運動を限定し、レーザプローブに対して厳格に制御しなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】欧州特許第0547365 B1号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、タイヤパラメータを測定するための簡単且つ費用効率の良いシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するためのタイヤパラメータを測定するシステムは、少なくとも１つのレーザセンサ、アナライザ、及びインジケータを備えている。レーザセンサは、レーザ光を放出し、タイヤから反射して戻されたレーザ光を自己混合レーザ干渉法（セルフミクシングレーザインタフェロメトリ）によって検出するように構成されている。アナライザは、レーザセンサから供給されるセンサデータを処理するように構成されており、インジケータは、タイヤの状態を指示するように構成されている。
【０００６】
セルフミクシングインタフェロメトリ（ＳＭＩ）をベースとするレーザセンサは、タイヤの表面から反射して戻されてレーザ空洞に再進入するレーザ光が、共鳴放射と干渉し、従ってレーザの出力特性に影響するという効果を使用する。反射して戻されるレーザ光は、散乱され、拡散的に反射され、及び／または、鏡面反射されたレーザ光からなる。ＳＭＩレーザセンサにおけるレーザ光源として、半導体レーザが使用されることが多い。もしこれらのレーザが、例えば周期的な鋸歯状波または三角波電流のような規定された電流形状で動作していれば、光学的共鳴器の長さが同時に変化するために、レーザの出力周波数は、ほぼ瞬時にこれらの電流変化に追随する。光検出器が、もたらされた共鳴光と後方散乱光との間の周波数の差を測定する。光検出器によって測定された信号は、アナライザにおいて評価することができ、また所望の位置または速度情報に逆変換することができる。レーザがレーザしきい値を大きく越えることなく動作している場合には、後方結合される光に対するレスポンスは線形であり、結果的な出力パワーまたは周波数の変動は、センサに対するタイヤ表面の運動または距離に関する追跡可能な情報を含む。たとえレーザがレーザしきい値を大きく越えて動作し、後方結合される光に対する非線形レスポンスが得られたとしても、もたらされる出力パワーまたは周波数の変動は、非線形であることを認識している限りにおいて、センサに対するタイヤの表面の運動または距離に関する追跡可能な情報を含む。タイヤの表面とある基準点との間の距離、タイヤの表面構造、及びタイヤの運動に関する追跡可能なこの情報を、タイヤパラメータと呼ぶ。この情報を含むレーザ出力信号は、例えばレーザセンサ内に含まれる光検出器によって収集される。物理的に、光検出器はレーザダイオードと共にレーザセンサの一体部分であることも、または代替として、光検出器をアナライザの一部とし、フォトダイオードをそのトップに取付けることもできる。従来技術に記述されている公知の飛行時間測定とは対照的に、セルフミクシングインタフェロメトリをベースとするレーザセンサを備えたタイヤパラメータ測定システムは、タイヤの運動とレーザセンサとの間のコストがかかる計時、及び測定のコストがかかる評価を必要とすることなく多くの応用が可能である。特定的に言えば、レーザダイオードは垂直空洞表面放出レーザ（ＶＣＳＥＬ）またはサイドエミッタであることができる。表面構造は、例えば、前記欧州特許第0547365 B1号明細書の図１に記載されている静止試験デバイスにおいて測定されるタイヤのトレッドであることができ、またはシステムは自動車のような車両（vehicle）内に組込むことができる。タイヤのトレッドは、レーザダイオードとタイヤ表面（タイヤの溝の底）との間の最大距離において、及びレーザダイオードとタイヤ表面との間の最小距離において、レーザ光を反射させて戻す。レーザ空洞（laser cavity）において、放出された信号と反射した信号との間の経路差に起因して、これらの異なる距離は２つの異なるビート周波数に変換される。ビート周波数の差が溝の深さの測度であり、両周波数の平均はレーザダイオードとタイヤとの間の合計距離の測度である。レーザダイオー���とタイヤとの間の合計距離は、タイヤの荷重を決定するために使用することができる。平均がゆっくりと変化する場合にだけ、２つのトレッド周波数と平均との間の差だけを測定できるという長所が得られる。これは、必要な信号処理努力を減少させるのに役立つ。特に、予測される（最後の幾つかの測定から）平均周波数（センサ−ホイール距離）を使用してミックスダウンするのを援助することができる。これによって、アナライザのデジタル部分の遙かに低めの周波数での動作が可能になり、コストが削減される。これにより、帯域幅は２つの周波数の間の差に制限される。１つのレーザセンサだけを使用する場合には、タイヤの表面構造の完全なピクチャを入手するために、レーザセンサ自体の運動を利用して、または放出されたレーザビームを偏向させることができる光学素子（例えば可動鏡）を設置してタイヤの表面を走査させることができる。代替応用または付加的な応用では、もしレーザセンサが車両内に組込まれていれば、同一のＳＭＩレーザセンサを使用してタイヤの表面要素の速さを検出し、それによって車両の速さを間接的に測定することができる。更に、タイヤの振動（ oscillating ）運動を測定することによって、タイヤの振動（ vibrations ）を検出することができる。これらの振動は、タイヤのアンバランスによって、またはタイヤの転がり表面の凹凸によって誘起され得る。これらの振動は、例えば、タイヤトレッドの振動によって生ずる２つのビート周波数をもたらす。アナライザ及びインジケータは、例えば表面構造のようなタイヤパラメータまたは速さを、例えば自動車の運転者のようなユーザに対して表現することを可能にする。タイヤパラメータの測定及び表現は連続であることも、または不連続であることもでき、インジケータは、アナライザによって解析された測定データをエンドユーザへ、またはデータを更に処理する別のデバイスへ供給する如何なる種類のインタフェースであることもできる。一般的には、アナライザ及びインジケータは、分離したデバイスであることも、または一体化されたデバイスであることもできる。更に、アナライザ及びインジケータは、他のシステム内に組込まれているソフトウェアによって実現することができる。オプションとして、タイヤパラメータ測定システムは１つのレーザセンサだけを使用して、表面構造、タイヤの表面要素の速さ、タイヤの表面要素の振動、及び／またはレーザセンサとタイヤとの間の距離のような異なるタイヤパラメータを順次に測定することができる。
【０００７】
レーザセンサは、放出されたレーザ光をビームに形成するための光学デバイスを含むことができる。この光学デバイスは、レーザ光をタイヤ表面に集束させるか、またはレーザ光を平行ビームに平行化させるレンズであることができる。レーザ光をタイヤの表面上に集束させるとレーザセンサの分解能が向上し、一方レーザ光を平行ビームにすると再集束させる必要がなくなり、固定焦点距離に伴う諸問題を防ぐことができる。何故ならば、平行ビームは距離には無関係にタイヤの表面に集束させるオートフォーカシングが可能になるからであるが、一方で、かなり高価になり、且つ多分誤差をもたらす可能性がある。平行ビームは、溝の底から反射して戻されたレーザ光によってもたらされる２つのビート周波数と、それらの間のアップスイングを、拡大したスポット直径のために同時に測定することを可能にする。更に、各々が例えば１ｃｍのような拡大スポット直径を有するレーザセンサのアレイを使用することによって、タイヤ表面の全領域走査が可能になる。
【０００８】
本発明による別の実施の形態においては、レーザセンサは、垂直空洞表面放出レーザを備えている。
【０００９】
垂直空洞表面放出レーザは、ＳＭＩをベースとするレーザセンサに最適である。赤外垂直空洞表面放出レーザ（ＶＣＳＥＬ）は、光通信応用に広く用いられている。レーザ空洞は、分布ブラッグレフレクタ（ＤＢＲ）の２つのスタックからなり、これらは、適切な基板上にエピタキシャル成長されており、そして幾つかの量子ウェルで作られた利得領域を囲む。ＤＢＲ層は電流を利得領域内へフィードする仕事をも引き受ける。従って、通常は一方のＤＢＲがｎドープされ、他方がｐドープされている。このようなＶＣＳＥＬでは、一方のＤＢＲが高度に反射性（典型的には、レージング波長に対してｐＤＢＲは＞99.9％の反射率）であるように設計されている。また他方のＤＢＲは、レーザ放射の効率的なアウトカップリングを可能にし、従ってタイヤの表面のような目標対象からレーザ空洞内へのフィードバックをも可能にするように設計されている。ＶＣＳＥＬの大きい長所は、それらの表面放出特性の故に、それらをウェーハレベルで大量に製造し、試験することができることであり、これは低コスト生産プロセスの可能性を開くことになる。更に、出力パワーは、放出表面の面積を介してある程度スケール又は拡大・縮小することができる。ＶＣＳＥＬアレイを使用することによって、より大きい出力パワーを達成することができる。驚くべきことには、外部空洞を有していないＶＣＳＥＬをベースとするＳＭＩレーザセンサは、空洞の長さが短いにも拘わらず、数ミリメートルよりも大きく離間している対象までの距離、または対象の運動を検出するために使用できることが分かった。短い空洞長は、放出されるレーザビームのコヒーレンス長を決定し、それが検出距離に制限をもたらすものと考えられてきた。検出距離が増したことによってタイヤの表面までの距離を検出することが可能になり、それをタイヤの表面構造の決定に使用することができる。ＶＣＳＥＬの特別な実施の形態は、垂直外部空洞表面放出レーザ（ＶＥＣＳＥＬ）である。ＶＥＣＳＥＬにおいては、アウトカップリングＤＢＲの反射率が低下し、従ってアウトカップリングＤＢＲのフィードバックがレーザしきい値よりも下に低下する。レージングを可能にするために、付加的な外部レフレクタ（例えばＤＢＲ）を使用して付加的なフィードバックを与える。外部レフレクタは利得媒体に関係する外部空洞を形成し、空洞の長さを、従ってレーザのコヒーレンス長を増加させ、ＳＭＩレーザセンサの検出範囲を増加させ、従ってシステムの信頼性を更に改善する。ＶＣＳＥＬ及びＶＥＣＳＥＬは、タイヤのフィードバック信号を検知する光検出器の組込みを可能にする。光検出器は、高度に反射性のＤＢＲに取付けることができる。この場合、より強い信号を光検出器へ伝送することを可能にするために、高度に反射性の鏡の反射率を、純粋なレーザ源に比して＜99.9％まで低下させることが好ましい。
【００１０】
本発明の一実施の形態では、システムは車両内に組込まれている。
【００１１】
車両は、例えば乗用車、トラック、または自動二輪であることができる。例えば自動車内にシステムを組込めば、走行中にタイヤのトレッドの摩耗を検出することが可能になる。トレッドの摩耗以外に、例えば釘によって生じたタイヤ表面の凹凸を検出することができる。更に、振動の検出によるアンバランスの検出が可能であり、従ってタイヤの早めの摩耗を防ぐことができる。代替として、または付加的に、シャシとタイヤとの間の距離を測定することによって、自動車及びタイヤの荷重を検出することができる。少なくとも１つのタイヤの表面の速さを測定することによって、自動車の速さを直接的に測定することができる。
【００１２】
本発明による別の実施の形態では、システムは更に、基準データを格納する記憶デバイスを備え、上記アナライザは、自己混合レーザセンサから供給されるセンサデータと基準データとを比較するように設計され、上記インジケータは、基準データとセンサデータとの比較の結果を指示するように構成されている。
【００１３】
基準データは、例えば、トレッドが摩耗していない新品タイヤのトレッドデータであることができる。このデータは当該タイヤに特定のものであり、パラメータを測定しようとする特定のタイヤに応じて、記憶デバイス内のデータセットを用いた較正測定の結果を比較することによって自動的に、または、システムのユーザによって手動で選択することができる。記憶デバイスは、格納されているデータをインタフェースによって更新することができる。測定を基準データと比較することによって、外部物体によって生じた凹凸または損傷、または縁の損傷を検出することができる。基準データは、センサとタイヤ表面との間の基準距離をも含むことができる。この基準距離を用いれば、好ましくは休止中にタイヤ表面までの距離を測定することによって、タイヤが結合されている乗用車またはトラックのような車両の静的荷重を検出することができる。更に、この距離測定は、例えば上述したようなある曲げを受けている間の自動車の動的荷重を検出するために使用することができ、測定の結果はインジケータを介して運転者に警告することによって危険運転であることを決定し、阻止するために使用することができる。オプションとして、距離測定は、同一のレーザセンサによって決定されるタイヤのトレッドの摩耗に対して、補正することができる（トレッド摩耗に関するデータは、例えば走行の始めに１回測定され、記憶デバイスの非恒久的メモリ内に格納される）。更に、トレッド及びトレッドの摩耗は連続的に、または少なくとも定期的に測定することができ、測定されたデータは所定の期間、記憶デバイス内に格納しておくことができる。記憶デバイス内に格納されたこのトレッドの摩耗の履歴は、実際の測定と履歴データとを比較することによってタイヤの溝内の泥または雪による誤った測定を防ぐために使用することができる（トレッドの摩耗が数分または数時間以内に発生することはない）。代替として、または付加的に、タイヤとレーザセンサとの間の絶対距離を検出する制御測定及び関連履歴データは、システムの偽警告を防ぐために使用することができる。例えば走行中、もしタイヤとレーザセンサとの間の平均距離が減少すれば、トレッドの溝を物質（泥または雪）が埋めたことの強い指示が発生する（逆に、トレッドが摩耗した場合には、タイヤとレーザセンサとの間の平均距離が増加する）。
【００１４】
本発明による別の実施の形態では、システムは、車両のタイヤ毎に少なくとも１つのレーザセンサを備えている。
【００１５】
車両のタイヤ毎に少なくとも１つのレーザセンサを使用することによって、すべてのタイヤのタイヤパラメータの検出が可能となり、これにより、１つのタイヤの測定データを別のタイヤの測定データと比較することが可能になる。
【００１６】
本発明による更に別の実施の形態では、システムは、車両の１つのタイヤのタイヤパラメータを測定するために複数のレーザセンサを備えている。
【００１７】
例えば１つのタイヤのために２つのレーザセンサを使用することによって、タイヤまでの距離及びタイヤの表面要素の速度を同時に測定することが可能になる。３つまたはそれ以上のレーザセンサの線形アレイは、レーザセンサまたは例えば鏡のような関連光学要素の何れかを運動させることなく、タイヤの表面全体を走査するために使用することができる。各タイヤに複数のレーザセンサを設ければ、１つのタイヤの異なる位置からの測定データを比較することも、また別のタイヤの測定データと比較することも可能になる。
【００１８】
本発明による別の実施の形態では、アナライザは更に、車両の異なるタイヤのセンサデータを比較するように構成されており、インジケータは更に、車両の異なるタイヤのセンサデータの比較の結果を指示するように構成されている。
【００１９】
タイヤ毎に１つのレーザセンサを使用するか、またはタイヤ毎に複数のレーザセンサを使用するか、または両者を組合せることによって、自動車の安定性に影響するタイヤのアンバランスを検出することができる。例えば、バランスの取れていない傾いたタイヤのトレッドの摩耗は、対応するタイヤの表面を検知するタイヤ毎のレーザセンサのアレイによって容易に検出することができ、ユーザに指示することができる。傾いたタイヤのトレッドの摩耗を検出し、その測定データと記憶デバイス内に格納されている基準データと比較した後に、アナライザによって処理されインジケータによって指示されるデータは、タイヤトレッドの通常の摩耗を保証するために、例えばタイヤの所定の入れ替えのような付加的な情報をユーザに与えることができる。更に、レーザセンサが取付けられている車両のシャシに対するタイヤの振動を検出することによって、望ましくない雑音及び損失を生じさせる車両の共鳴を検出するためにシステムを使用することができる。後者の場合には、例えば全てのショックアブゾーバのダンピングをまとめて能動的に調整するか、または各ショックアブゾーバのダンピングを個々に調整することによって適応ダンピングを行う別の制御システムに、システムを結合することができる。インジケータは、この制御システムとのインタフェースとして使用することができる。代替として、アナライザ及びインジケータは、制御システム内に組込むことができる（例えば、制御システムのプロセッサ上で走るソフトウェア）。ショックアブゾーバをチューニングすることによって、共鳴を減衰及び／またはデチューンすることができる。別の応用では、第１のタイヤの表面要素の速度を、少なくとも１つの異なるタイヤの表面要素の速度と比較することによって、車両の滑りを検出することができる。異なるタイヤの表面要素の速度の比較の結果は、車両のユーザに警告するために使用することができる。代替として、または付加的に、異なるタイヤの表面要素の速度の比較の結果は、滑りによってもたらされる危険な状況を防ぐ自動制御及び安全保証システムのための入力データとして使用することができる。
【００２０】
１つの、または複数のタイヤは、少なくとも１つのレーザセンサ、アナライザ、及びインジケータを備えたタイヤパラメータ測定システムによるタイヤパラメータの測定を改善するための１つまたはそれ以上の反射性構造を備えることができ、レーザセンサはレーザ光を放出し、タイヤによって反射されて戻されたレーザ光を、自己混合レーザ干渉法によって検出するように構成されており、アナライザは、レーザセンサから供給されるセンサデータを処理するように構成されており、インジケータは、タイヤの状態を指示するように構成されている。レーザセンサによって放出され、その後にタイヤによって反射されて戻されるレーザ光は、レーザセンサの一部である光検出器によって検出可能な信号強度を得るには不十分であるかも知れない。タイヤによって反射されて戻されるレーザ光の部分は、例えばタイヤのトレッド内に組込まれた１つまたはそれ以上の反射性構造によって増加させることができる。特に、タイヤのトレッドの深さに関する基準を、１つまたはそれ以上の反射性構造によって設けることができる。
【００２１】
本発明の別の目的は、簡単且つ費用効率の良いタイヤパラメータ測定方法を提供することである。
【００２２】
この目的は、
−レーザセンサによってレーザ光を放出するステップと、
−タイヤによって反射されて戻されるレーザ光を、レーザセンサによって検出するステップと、
−放出されたレーザ光及び反射したレーザ光の自己混合干渉法を使用して、レーザセンサによってタイヤパラメータを決定するステップと、
を含むタイヤパラメータを測定する方法によって達成される。
【００２３】
セルフミクシングインタフェロメトリ（ＳＭＩ）に基づく方法は、タイヤの表面から反射して戻されてレーザ空洞に再進入するレーザ光が、共鳴放射に干渉し、従ってレーザの出力特性に影響する効果を使用する。反射して戻されるレーザ光は、散乱した、拡散的に反射した、及び／または、鏡面反射したレーザ光からなる。例えば、規定された電流形状（例えば、周期的な鋸歯状波または三角波電流）と共にセルフミクシングレーザセンサに使用される半導体レーザの場合、光共鳴器の長さが同時に変化するので、レーザの出力周波数は殆ど瞬時にこれらの電流変化に追随する。その結果得られる共鳴光と後方散乱光との間の周波数の差が、アナライザにおいて評価され、変換されて所望の位置または速度情報に戻される。情報を含むレーザ出力信号を、レーザセンサからなる光検出器を介して収集することによってタイヤパラメータを決定することができる。驚くべきことに、垂直空洞表面放出レーザ（ＶＣＳＥＬ）を使用する半導体をベースとするＳＭＩレーザセンサは、空洞長が短いにも拘わらず、数ミリメートルよりも大きく離間している対象の距離または運動を検出するのに使用できることが分かった。ＶＣＳＥＬの短い空洞長が、放出されるレーザビームのコヒーレンス長を決定し、検出距離を制約するものと信じられてきた。検出距離が増加したことによってタイヤの表面までの距離を検出することが可能になり、それをタイヤの表面構造に関するタイヤパラメータの決定に使用することができる。例えば表面構造は、前記欧州特許第0547365 B1号明細書の図１に示されている静止試験デバイスにおいて、または自動車のような車両内に組込まれているシステムにおいて測定されるタイヤのトレッドであることができる。
【００２４】
本方法は、付加的に、放出されたレーザ光を集束させるステップ、または代替として、レーザ光を平行ビームとして平行化するステップを含むことができる。集束及び平行化の両ステップは、例えばレンズのような光学デバイスによって遂行することができる。レーザ光をタイヤの表面上に集束させるとレーザセンサの分解能が向上し、一方レーザ光の平行ビームは再集束させる必要がなく、固定焦点距離に関する問題を回避することができる（距離には関係なくタイヤの表面に集束するようにオートフォーカスさせることが可能であるから）が、かなり精緻であり、多分誤差をもたらし易いものと考えられる。平行ビームは、溝の底から反射して戻されるレーザ光によって生ずる２つのビート周波数と、拡大されたスポット直径のために、それらの間のアップスイングを同時に測定することを可能にする。更に、各々が例えば１ｃｍのような拡大スポット直径を有しているレーザセンサのアレイを使用することによって、タイヤ表面の全領域走査が可能になる。
【００２５】
互いに組合せることも、及びいろいろな面の何れかと組合せることができる付加的な特色を以下に説明する。特に従来技術に優る他の長所が明白になるであろう。本発明の特許請求の範囲から逸脱することなく、多くの変形及び変更が可能である。従って、本発明の形状は単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を限定する意図がないことは理解されよう。
【００２６】
本発明を図面を参照して詳細に説明する。図面では、同じ参照符号は同様の部品を指している。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明による一実施の形態の概要図である。
【図２】本発明による一実施の形態に使用可能な垂直拡大空洞表面放出レーザ（ＶＥＣＳＥＬ）に基づくレーザセンサの概要図である。
【図３】レーザセンサのアレイ及び反射性構造を有するタイヤの概要図である。
【図４】本発明による一実施の形態の一部であるレーザセンサの概要図であって、レーザセンサは自動車内に統合されている。
【図５】本発明による一実施の形態の一部であるレーザセンサの別の概要図であって、レーザセンサは自動車内に統合されている。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１は、本発明による実施の形態の概要図である。レーザセンサ１は、サイドエミッタとしてのレーザダイオード、ＶＣＳＥＬまたはＶＥＣＳＥＬ、及び光検出器を備えている。レーザダイオードは、レーザ光１０を放出する。レーザ光１０をタイヤの表面上に集束させるか、またはレーザ光１０を平行ビームに平行化させるレンズ５が使用されている。レーザ光１０は、タイヤ２０の表面、または表面の一部によって反射されて戻される。反射されて戻されたレーザ光はレンズ５によってレーザ空洞上に集束してレーザ空洞に再進入し、レーザ空洞内の共鳴光に干渉して共鳴光の変動をもたらす。これらの変動は、光検出器によって検出される。レーザ空洞内の共鳴光の検出された変動は光検出器によって電気信号に変換され、プロセッサの形態のアナライザ２によって解析され、最終的に自動車内のスクリーンの形態のインジケータ３によって指示され、タイヤ２０のトレッドの摩耗に関して運転者に通知される。
【００２９】
図２に示すレーザセンサは、２つの分布ブラッグレフレクタ（ＤＢＲ）１０２、１０４の間に埋込まれた電気的にポンプされる利得媒体１０３（ＧaＡs内に埋込まれたＩnＧaＡs量子ウェル）によって形成されているＶＣＳＥＬ層構造１１５からなるＶＥＣＳＥＬであり、レーザの内部空洞を形成している。下側のＤＢＲ １０４はレージング波長に対して高度に反射性であり（反射率は、好ましくは＞99.5％）、一方、上側のＤＢＲ １０２の反射率は外部空洞からのフィードバックを可能にするためにより小さくなっている（なお、ＶＣＳＥＬでは、外部空洞からのフィードバックなしにレージングを可能にするために、上側ＤＢＲ １０２の反射率がより高くなっている）。利得領域内に効率的な電流フィードを可能にするために、一方のＤＢＲはｐドープされており、他方はｎドープされている。この例では、より高い反射率を有する下側ＤＢＲ １０４がｐドープされ、上側ＤＢＲ １０２がｎドープされている。しかしながら、原理的には、上述したドーピングとは逆にドーピングすることも可能である。
【００３０】
利得媒体１０３内への電流注入のための動作電流は、適切な電源（図示してない）から供給される。この電源は、図２の提唱されているレーザセンサの実施の形態では、注入電流をタイムリーに変調するためのセンサ制御ユニット（図示してない）に接続されているか、またはそのような制御ユニットを含んでいる。この電流変調を用いると、放出されるレーザ放射１０７の周波数シフトが達成され、所望の距離または速度情報を得ることができる。注入された電荷キャリヤの変化が利得媒体１０３の屈折率に変化をもたらし、従って、光学空洞長Ｄの変化をもたらす。縦方向空洞モードの中心波長λcは、
λc＝２・Ｄ／ｍ
によって与えられる。ここに、ｍはそれぞれのモードのオーダーである。従って、光学空洞長が増加すると、所与の縦モードの放出波長も増加する。約Δλc≒0.5ｎｍの典型的な波長シフトを実現することができる。もし必要ならば、例えば可動レーザ鏡１０５のような他の手段を導入することによって、この範囲はかなり拡張することができる。
【００３１】
ｎＤＢＲ電気接点，ｐＤＢＲ電気接点（図示してない）を介して、適当な形状の電流が図２の実施の形態の利得領域内へ供給される。下側ＤＢＲ １０４の裏側に取付けられた光検出器１０６は、高度に反射性のｐＤＢＲ鏡１０４から漏洩する少量の放射を測定し、従って、目標対象（図示されていない）からの後方散乱光１０８のレーザへの影響を監視し、これから目標対象の距離または速度に関する情報を抽出することができる。ＶＣＳＥＬ層構造１１５は、適切な光学的に透明な基板１０１上に成長されている。この基板上のこのような層構造は、ＶＣＳＥＬチップのための低コスト生産プロセスで生産することができる。従って光検出器１０６は、このようなチップの裏側に取付けられる。
【００３２】
外部空洞は、図２に示すように、上側ＤＢＲ １０２の上の適当な距離に配置され、調整されるレーザ鏡１０５によって形成される。このレーザ鏡１０５を形成するために、例えば金属を使用することも、または、誘電体被覆された鏡または適当なＩＲ反射特性を有する狭帯域ボリュームブラッグ格子（ＶＢＧ）をレーザ鏡１０５として使用することもできる。利得媒体は、あるレベルまで電気的にポンプされるが、このレベルは、内部空洞システムがレーザしきい値を越えることはないが、レージングを達成するために外部空洞（即ち外部レーザ鏡１０５）からのフィードバックを必要とするレベルである。このように、放出された放射１０７の特性は、ＶＣＳＥＬチップ上の短い内部空洞よりも、外部空洞によって決定される。従って、純粋なＶＣＳＥＬをベースとするセンサに比して、放出されたレーザ放射１０７の発散角が狭くなり、モード品質が向上する。従って、レーザは目標対象上により良好に集束し、検知応用に必要なレーザ空洞内へのフィードバック１０８（目標対象からの後方散乱放射）が改善される。これにより、例えば図１に示すシステムの性能が改善される。
【００３３】
図３に示すレーザセンサのアレイ１１は、タイヤ２０のほぼ全トレッドのタイヤパラメータを同時に検出することができる。レーザセンサは、レーザ光をタイヤ２０の表面上の小さいスポット内に集束させるレンズを備えている。信号対雑音比を改善するために、タイヤ２０のトレッド内に組込まれている矢印２１及び２２のような反射性構造が使用され、レーザ空洞へ反射して戻されるレーザ光の量が増加される。
【００３４】
図４に示す本発明によるシステムは、自動車内に組込まれている。レーザセンサ１は、好ましくは走行中（前進走行方向を矢印で示す）の泥土によるレーザセンサの汚れが最小になるように、自動車のシャシ内に組込まれている。レーザセンサから放出されたレーザ光１０は、タイヤ２０の表面に、タイヤの表面の面と直角に衝突する。つまり、レーザ光は、タイヤの中心に向けられている。この構成は、タイヤ２０の表面要素までの距離を検出するために使用され、タイヤトレッドの摩耗の検出、タイヤ荷重の検出、及び／またはタイヤ２０に対するシャシの振動の検出を行うことができる。タイヤの表面要素の回転の速さのベクトル成分（放出されたレーザ光１０の方向の共線的な成分）が存在しないので、速さ検出は不可能である。図５は、レーザセンサ１が組込まれている場合の、車輪の拡大図である。レーザ光１０は、タイヤ２０の表面要素の回転速さのベクトル成分（放出されたレーザ光１０の方向の共線的な成分）が存在するように、タイヤ２０の表面要素に衝突する。タイヤ２０の表面要素の回転速さのこの共線ベクトル成分は、レーザセンサ１へ反射して戻るレーザ光のドップラーシフトによって自動車の速さの検出を可能にする。この構成は、レーザセンサ１の異なる駆動スキーム及び／または検出スキームを使用することによって、タイヤトレッドの摩耗の検出、タイヤ荷重の検出、及び／またはタイヤ２０に対するシャシの振動の検出のために使用することができる。タイヤトレッドの摩耗、タイヤの荷重、及び振動が、例えば自動車の速さの検出に影響を与え得るので、１つの測定の結果を使用して他の測定を修正することができる。１つの例は、タイヤ２０の荷重が、タイヤ２０の表面上の目標領域（レーザ光１０が衝突するタイヤ２０の表面）を決定し、放出されたレーザ光１０と共線であるタイヤ２０の表面要素の回転速さのベクトル成分に影響を及ぼす。検出されたタイヤ荷重に応じて、速さの測定をアナライザによって修正することができる。代替として、２つのレーザセンサ１を使用し（例えば、図４及び図５の実施の形態を組合せて）、一方のレーザセンサ１で荷重を検出し、他方のレーザセンサ１でタイヤ２０の回転速さを検出することができる。測定の結果をアナライザ２によって処理し、アナライザ内に実現されている（数学的）モデルによって、異なる測定の結果の相互依存性が斟酌される。
【００３５】
レーザセンサ１は、矢印で示す前方への走行中にレーザセンサ１が泥土で汚れるのを阻止する、または少なくとも制限する空洞内に配置されている。更に、後進する時にレーザセンサ１を保護するように閉じることができるカバーのような手段を付加することができる。また、レーザセンサを清浄化するための、水を噴出するノズルのような手段を付加することができる。更に、レーザセンサを清浄化したことを指示することも可能である。これは、泥土から反射して戻される光を、本発明によるシステムによって検出し、解析し、そして指示することによって行うことができる。
【００３６】
以上に、本発明を特定の実施の形態と若干の図面に基づいて説明したが、本発明は特許請求の範囲によってのみ限定されるものであるから、以上の説明は限定を意図するものではない。特許請求の範囲に記載されているどの参照符号も、特許請求の範囲を制限するものではない。添付図面は単に図式的であり、制限的ではない。添付図面において、若干の要素のサイズは誇張されており、図示の目的のために同一の尺度で描かれてはいない。明細書及び特許請求の範囲において“・・を備える”という用語が使用されている場合には、他の要素またはステップを排除するものではない。例えば“ある”または“１つの”または “その”のような単一の名詞を表す時に不定冠詞または定冠詞が使用されている場合は、別段指定されていなければ、これは、複数のその名詞を含んでいる。
【００３７】
更に、明細書及び特許請求の範囲における第１の、第２の、第３の等々は、類似要素を区別するために使用されているのであって、必ずしも順番または経時的順を記述するものではない。そのように使用されている用語は適切な環境の下では互換可能であり、上述した本発明の実施の形態は記述された、または図示された順序以外の順番で動作可能であることを理解されたい。
【００３８】
更に、明細書及び特許請求の範囲におけるトップ、底、第１の、第２の等々の用語は、説明の目的だけに使用されているのであって、必ずしも相対位置を記述するものではない。そのように使用されている用語は適切な環境の下では互換可能であり、上述した本発明の実施の形態は記述された、または図示された配向以外の配向で動作可能であることを理解されたい。
【００３９】
上述した実施の形態の他の変形も考案可能であり、当業者ならば、添付図面、明細書、及び特許請求の範囲を検討することにより本発明を実現することができよう。
【図１】
2010537875.tif 000003
【図２】
2010537875.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年4月28日(2010.4.28)
【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】
タイヤパラメータを測定するためのシステムであって、上記システムは、少なくとも１つのレーザセンサと、アナライザと、インジケータとを備え、上記レーザセンサは、タイヤの外部に配列されており、上記レーザセンサはレーザ光を放出し、該レーザ光を上記タイヤの外部から上記タイヤのトレッド上に衝突させるように構成されており、上記レーザセンサは、タイヤのトレッドから反射して戻される上記レーザ光を自己混合レーザ干渉法によって検出し、上記アナライザは、上記レーザセンサから供給されるセンサデータを処理するように構成されており、上記インジケータは、上記タイヤの状態を指示するように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項２】
上記レーザセンサは、垂直空洞表面放出レーザを備えていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
車両内に組込まれていることを特徴とする請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
上記システムは更に、基準データを格納するための記憶デバイスを備え、上記アナライザは、上記自己混合レーザセンサから供給される上記センサデータと上記基準データとを比較するように構成されており、上記インジケータは、上記基準データと上記センサデータとの比較の結果を指示するように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のシステム。
【請求項５】
上記システムは、上記車両のタイヤ毎に少なくとも１つのレーザセンサを備えていることを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
上記システムは、上記車両の１つのタイヤのパラメータを測定するための複数のレーザセンサを備えていることを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項７】
上記アナライザは更に、上記車両の異なるタイヤのセンサデータを比較するように構成されており、上記インジケータは更に、上記車両の異なるタイヤの上記センサデータの比較の結果を指示するように構成されていることを特徴とする請求項５に記載のシステム。
【請求項８】
タイヤトレッド摩耗の検出、タイヤ荷重の検出、または速さの検出のグループから選択された少なくとも１つの応用において、請求項１乃至７の何れか１項に記載のシステムを使用する方法。
【請求項９】
請求項１乃至７の何れか１項に記載のシステムによるタイヤパラメータの測定を改善するために、上記タイヤのトレッド内に組込まれている少なくとも１つの反射性構造を備えていることを特徴とするタイヤ。
【請求項１０】
タイヤパラメータを測定するための方法であって、
タイヤの外部に配列されているレーザセンサによってレーザ光を放出するステップと、
タイヤのトレッドから反射して戻された上記レーザ光を、上記レーザセンサによって検出するステップと、
上記レーザセンサによって、上記放出されたレーザ光と上記反射したレーザ光の自己混合干渉法を使用してタイヤパラメータを決定するステップと、
を備えていることを特徴とする方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
上記目的を達成するためのタイヤパラメータを測定するシステムは、少なくとも１つのレーザセンサ、アナライザ、及びインジケータを備えている。レーザセンサは、タイヤの外部に配列されており、レーザセンサはレーザ光を放出し、該レーザ光をタイヤの外部からタイヤのトレッド上に衝突させるように構成されており、レーザセンサは、タイヤのトレッドから反射して戻されたレーザ光を自己混合レーザ干渉法（セルフミクシングレーザインタフェロメトリ）によって検出するように構成されている。アナライザは、レーザセンサから供給されるセンサデータを処理するように構成されており、インジケータは、タイヤの状態を指示するように構成されている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
１つの、または複数のタイヤは、少なくとも１つのレーザセンサ、アナライザ、及びインジケータを備えたタイヤパラメータ測定システムによるタイヤパラメータの測定を改善するための、タイヤのトレッドに組込まれた１つまたはそれ以上の反射性構造を備えることができ、レーザセンサはレーザ光を放出し、タイヤによって反射されて戻されたレーザ光を、自己混合レーザ干渉法によって検出するように構成されており、アナライザは、レーザセンサから供給されるセンサデータを処理するように構成されており、インジケータは、タイヤの状態を指示するように構成されている。レーザセンサによって放出され、その後にタイヤによって反射されて戻されるレーザ光は、レーザセンサの一部である光検出器によって検出可能な信号強度を得るには不十分であるかも知れない。タイヤによって反射されて戻されるレーザ光の部分は、例えばタイヤのトレッド内に組込まれた１つまたはそれ以上の反射性構造によって増加させることができる。特に、タイヤのトレッドの深さに関する基準を、１つまたはそれ以上の反射性構造によって設けることができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
この目的は、
−タイヤの外部に配列されているレーザセンサによってレーザ光を放出するステップと、
−タイヤのトレッドによって反射されて戻されるレーザ光を、レーザセンサによって検出するステップと、
−放出されたレーザ光及び反射したレーザ光の自己混合干渉法を使用して、レーザセンサによってタイヤパラメータを決定するステップと、
を含むタイヤパラメータを測定する方法によって達成される。
【国際調査報告】
2010537875.tif 000008
2010537875.tif 000009