(57)【要約】【課題】  道路上の運転条件を検出する。【解決手段】  本発明は、  −可視光ビームを発生するための第１光源（１５）および車両の前方の道路に沿ったシーンに向けて赤外線光ビーム（２２）を発生し、特に高周波で変調できる少なくとも１つの光源（１１）を有する少なくとも１つのヘッドライト（３０）と、  −前記シーンの画像を撮影するための少なくとも１つのビデオカメラと、  −前記シーンによって反射された赤外線光ビームを受信するための少なくとも１つの光センサ（３６）と、  −前記反射されたセンサ光ビームの少なくとも一部を前記センサに向けるための光学手段（３８）とを備えた、道路上の運転条件を検出するための、自動車に搭載されたシステムを提供するものである。【選択図】    図３
2005195601.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可視光ビームを発生するための第１光源（１５）および前方道路シーンに向けて、すなわち車両の前方の、道路に沿ったシーンに向けて赤外線光ビーム（２２）を発生するための少なくとも１つの第２光源（１１）とを備える、少なくとも１つの照明用ヘッドライト（３０）と、
前方道路シーンの画像を撮影するための少なくとも１つのビデオカメラとを備える、道路上の運転条件を検出するための車載システムにおいて、
前記赤外線光ビーム（２２）が、変調され発生された信号、特に高周波信号を搬送し、
かつ前記システムが、
前方の道路シーンによって反射された赤外線光ビームを受けるようになっている少なくとも１つの光センサ（３６）と、
前記反射された赤外線光ビームの少なくとも一部を前記光センサに向けるための光学手段（３８）と、
前記反射された赤外線光ビーム内の、前記変調され、発生された信号に対応する、受信された変調信号を検出するとともに、経過時間または位相シフトの関数として、更に前記反射された赤外線光ビームのフォームに基づき、前記運転条件を決定するための手段とを備えることを特徴とする、道路上の運転条件を検出するためのシステム。
【請求項２】
前記光センサが、高速光検出器であることを特徴とする、請求項１記載のシステム。  
【請求項３】
前記光学手段（３８）が、前記光センサに前記前方道路シーンの画像を形成するためのレンズまたは対物レンズタイプのコリメート手段を含むことを特徴とする、請求項１または２記載のシステム。
【請求項４】
前方光学手段（３８）が、前記反射された赤外線光ビームの少なくとも一部を、前記ビデオカメラおよび前記光センサに向けて反射させるためのリフレクタ（反射器）を含むことを特徴とする、請求項１または２記載のシステム。
【請求項５】
前記リフレクタが、前記カメラの内部に配置された半透明ウェーハであることを特徴とする、請求項４記載のシステム。
【請求項６】
前記ビデオカメラ内、または前記照明用ヘッドライト内にセンサが組み込まれていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のシステム。
【請求項７】
前記第２光源（１１）がレーザーダイオードであることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載のシステム。
【請求項８】
前記システムが２つの光センサを含み、前記各光センサが、車両のヘッドライト内またはカメラ内に組み込まれていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載のシステム。
【請求項９】
前記システムが、前記２つの第２光源を含み、各第２光源が、それぞれのヘッドライト内に設置されており、各第２光源が、赤外線光ビームを発生するようになっており、これら２つの前記赤外線光ビームが、少なくとも１つの光センサによって捕捉されるようになっていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載のシステム。
【請求項１０】
前記赤外線光ビームが、連続的にまたはパルス変調で変調されるようになっていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載のシステム。
【請求項１１】
前記２つの第２光源によって発生される赤外線ビームが、互いに独立して変調されるようになっていることを特徴とする、請求項９または１０に記載のシステム。
【請求項１２】
少なくとも１つの変調された赤外線光ビーム（２２）を発生するステップと、
前方道路シーン内の障害物または不明瞭化物質によって反射される少なくとも１つの赤外線光ビームを検出するステップと、
前記反射された赤外線光ビームを分析するステップと、
不明瞭化物質の存在または不存在、
存在し得る障害物と自動車との間の距離、および
不明瞭化物質が存在する場合の最大可視距離のうちの少なくとも１つを、経過時間または位相シフトおよび前記反射された赤外線ビームのフォームに応じて決定するステップとを有することを特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載のシステムによって実行される、道路上の運転条件を検出するための方法。
【請求項１３】
少なくとも１つの運転条件を決定するための前記ステップが、２つの第２光源と１つの光センサとの間で、三角測量法を利用することを特徴とする、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
少なくとも１つの運転条件を決定するための前記ステップが、１つの第２光源と２つの光センサとの間で、三角測量法を利用することを特徴とする、請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
少なくとも１つの運転条件を決定するための前記ステップが、２つの第２光源と２つの光センサとの間で、三角測量法を利用することを特徴とする、請求項１２記載の方法。
【請求項１６】
請求項１〜１１のいずれかに記載の、道路上の運転条件を検出するためのシステムを含むことを特徴とする自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、道路上の運転条件、例えば天候条件または別の車両が接近することに伴う条件を検出するためのシステムであって、自動車に搭載されるものに関する。また本発明は、前記検出システムによって実施される方法にも関する。
【０００２】
本発明は、道路上で走行する車両、特に自動車の技術分野で実施でき、特にかかる車両による道路での光の投射の技術分野に用途がある。
【背景技術】
【０００３】
道路を多数の車両が走行しているため、運転のための一般的条件に適合するだけでなく、必要な照明を、これらの車両に設ける必要がある。特に、夜間または悪天候時（例えば霧、雨、雪などのとき）に、ドライバーは、前方に広がる道路上において、できるだけ最良の視界を得ることが重要である。換言すれば、安全上の理由から求められていることは、自動車の前方の道路に沿って見ることができるシーン（以下、前方道路シーンと称す）の照明を改善し、運転条件に関してドライバーに与えられる情報量を増やすことである。
【０００４】
前方道路シーンの視界を改善するために、可視性の悪い、例えば夜間の前方道路シーンの画像を、ドライバーに提供するようになっている適当な形態の車載装置は多数存在している。
【０００５】
しかし、現在車両に設置されている照明機能のすべてだけでなく、運転をアシストする機能のすべてを組み込むこと、例えば前方道路シーンの画像をディスプレイするには、かなり広いスペースが必要となり、特にこれら機能を達成するのに使用される照明用ヘッドランプの寸法は大となる。そのため、車両のヘッドライトのメーカーは、主要な多数の照明機能を組み込み、しかも車両の前方におけるヘッドライトの占有表面積が広くなることを防止したいと考えている。
【０００６】
このような空間の欠点を防止するために、可視スペクトル内にある光を供給する光源と、赤外線光を供給する光源との双方を、併せて内蔵する自動車用照明ヘッドライトがある。図１には、かかるヘッドライトが示されている。このヘッドライトは、長手方向光軸に沿って後方から前方に向かう順に、楕円リフレクタ１４と、このリフレクタの第１焦点の近くに配置された主要光源１６と、ヘッドライト１０が発生する照明ビーム内にカットオフを構成するよう、前記リフレクタの第２焦点の近くに形成された、カットオフエッジを含むマスク１２と、リフレクタの第２焦点の近くを通過する焦点平面を有する収束主要レンズ１８とを備えている。
【０００７】
このヘッドライトは、マスクとメインレンズとの間に配置された二次光源１１と、光学的分散素子１３も備え、光学分散素子１３は、二次光源によって発生される光線を主要レンズの入力表面１９上に分散させ、かつ二次照明ビームを発生するように、マスクの前方に配置されている。
【０００８】
このヘッドライトの第２光源は、赤外線照明ビームを発生するレーザーダイオードである。この第２光源は、マスク１２とレンズ１８との間に軸方向に配置されており、光学分散素子は、二次光ビームを発生するために、ダイオード１１が発生する光線をレンズ１８の入力表面１９に分散させるよう、マスクの前方に配置されている。
【０００９】
この赤外線光ビームは、パッシングまたはディップ光ビームの前方で軸方向に照明するために一般に使用され、赤外線カメラと組み合わされて、前方道路シーン内で検出できる障害物の画像を、自動車の車室に配置された制御スクリーンにディスプレイするのに使用される。人の眼で赤外線を観察する際に危険性が生じるために、見ることができない赤外線照明機能を、車両に組み込むことは特に困難である。
【００１０】
このヘッドライトでは、赤外線光ビームは、可視光である主要光ビームと同じ表面を通って離間する。この目的のために、レーザーダイオードは、ランプ１７が発生し、マスク１２を通過し、レンズ１８の入力表面１９に到達する光線の光路の外部に配置されている。このレーザーダイオードは、レーザーダイオードが発生する赤外線を光学分散素子１３に向けるようになっている光学素子を有している。この光学素子は、例えば収束レンズ、またはこのレーザーダイオードに重ねることができる偏光素子、例えばホログラムである。
【００１１】
従って、主要光軸Ａ−Ａに対して傾斜し、ダイオード１１から光学分散素子１３に向かって配向され、すなわち前方から後方に配向された光拡散方向Ｂ−Ｂに、光学素子の出力から赤外線が発生される。
【００１２】
この光学分散素子は、リフレクタまたは異方性拡散器または等方性拡散器とすることができる。異方性拡散器の場合、この素子は、等方性材料、例えば酸化マグネシウムがコーティングされた支持体を含むものとされ、この支持体に、素子の光学拡散モチーフのネットワークがエングレーブされている。前記の拡散器は、干渉タイプのものでもよい。
【００１３】
光学分散素子１３は、受光した光を立体拡散角で再送信するようになっている。従って、この分散素子は、レンズ１８の第２焦点の近くに配置でき、その立体拡散角が、レンズ１８の第２焦点、およびこのレンズの入力表面１９によって構成される立体角とほぼ対応するように選択できる。この光学分散素子１３は、主要光軸Ａ−Ａの近くにあるマスク１２の遮蔽部分１７の正面に固定される。
【００１４】
光学分散素子１３が拡散器である場合（このことは、この光学素子の別の実施例でも有効であるが）、レーザーダイオード１２が点灯すると、ダイオードは拡散器１３の正面に向かう赤外線を発生する。拡散器１３は、この赤外線をレンズ１８の入力表面１９に再送信する。レーザーダイオードは、第１光源と同時に付勢される。従って、赤外線ビームは、パッシングビームの眩惑ゾーンで発生される。
【００１５】
赤外線ビームを、このように位置決めすることによって、反対方向に走行する車両のドライバー、および前方道路シーン内にいる歩行者が、眩惑ゾーンで発生される可視光線によって生じる対光反射に比例する程度まで、赤外線ビームを直視することを回避できる。従って、このヘッドライトは、保護することなく、赤外線光ビームを人が直視する危険性を減少させることができる。その理由は、レンズ１８および光学素子によって、赤外線源が外部からアイソレートされているからである。
【００１６】
レーザーダイオードから赤外線光を投射するかかるヘッドライトは、適当なゾーン、すなわちスイープ動作をすることなく、路側帯と共に車両の前方に位置する道路を含む前方道路シーンを完全にカバーし、かつ前方の道路にいる人、または反対方向に走行する車両内にいる人が、赤外線光をストレートに見てしまうという危険性を、すべての付随的な危険性と共に回避できる。
【００１７】
赤外線カメラに関連して、このヘッドライトは、前方道路ストレート内に存在し得る種々の障害物を示す前方道路シーンの画像を、車両内のモニタスクリーンにディスプレイできる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、天候条件が不良のとき、特に視界を不明瞭にする物質が存在するとき、例えば霧がかかっていたり、湿潤状態の天候時において、ドライバーは、このヘッドライトによって、障害物と車両との間の距離を知ることはできない。例えば、視界を不明瞭にする物質に関連し、上記装置は、障害物が存在すること、例えば別の車両が存在することを検出することはできない。
【００１９】
従って、ドライバーは、前方の道路上に障害物がないと考えることがあり、これに伴って危険性が生じる。晴天時においても、距離を知ることは有効であり、この情報は、種々の自動制御システムによっても利用できる。更に悪天候時において、システムは、視界距離を供給するに過ぎないことが時々あるが、このような情報でも、安全制限速度を計算するために重要である。
【００２０】
従って、本発明の目的は、上記装置の欠点に対する対応策を提供することである。このため、本発明では、上記ヘッドライトに関連して、道路上の運転条件、例えば障害物とドライバーの車両との間の距離、またはドライバーが道路での自分の行動を変えるようにする霧、またはその他の天候条件の存在を判断できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
この目的のために、本発明は、光の発生時間と障害物での前記光の反射時間と光センサへの戻り時間との間の光の経過時間、または変調された発生光ビームと受信されたリトロ拡散光との間の位相シフトを評価することを提案するものである。障害物と光源との間の距離は、この経過時間の関数であり、更に発生された信号と比較して、応答信号の外観が変形している場合、その外観は、霧または雨が存在することによって決まる。
【００２２】
換言すれば、本発明のシステムは、不明瞭化物質が存在しない場合に存在し得る障害物までの距離を検出できるようにするか、または不明瞭化物質が存在することを決定するか、またはその位置を決定できるようにする。この場合、本システムは、可視距離の計算を可能にする。
【００２３】
この目的のために、車両には、前に説明したタイプのヘッドライトだけでなく、ヘッドライトのレーザーダイオードにより三角測量法計算を実行できるようにし、車両の前方に存在し得る障害物を、水平距離および水平角の双方で距離を決定できるようにする、少なくとも１つの光センサを車両に設けなければならない。
【００２４】
より詳細には、本発明は、
可視光ビームを発生するための第１光源および前方道路シーンに向けて、すなわち、車両の前方の、道路に沿ったシーンに向けて赤外線光ビームを発生するための少なくとも１つの第２光源とを備える、少なくとも１つの照明用ヘッドライトと、
前方道路シーンの画像を撮影するための少なくとも１つのビデオカメラとを備える、道路上の運転条件を検出するための車載システムにおいて、
前記赤外線光ビームが、変調され発生された信号、特に高周波信号を搬送し、
かつ前記システムが、
前方の道路シーンによって反射された赤外線光ビームを受けるようになっている少なくとも１つの光センサと、
前記反射された赤外線光ビームの少なくとも一部を前記光センサに向けるための光学手段と、
前記反射された赤外線光ビーム内の、前記変調され、発生された信号に対応する、受信された変調信号を検出するとともに、経過時間または位相シフトの関数として、更に前記反射された赤外線光ビームのフォームに基づき、前記運転条件を決定するための手段とを備えることを特徴とする、道路上の運転条件を検出するためのシステムを提案するものである。
【００２５】
本発明のシステムは、次のような改良事項を含むことができる。
【００２６】
前記光センサを、高速光検出器とする。
【００２７】
前記光学手段は、前記光センサに前記前方道路シーンの画像を形成するためのレンズまたは対物レンズタイプのコリメート手段を含んでいる。
【００２８】
前方光学手段は、前記反射された赤外線光ビームの少なくとも一部を、前記ビデオカメラおよび前記光センサに向けて反射させるためのリフレクタ（反射器）を含んでいる。
【００２９】
前記リフレクタは、前記カメラの内部に配置された半透明ウェーハである。
【００３０】
前記ビデオカメラ内、または前記照明用ヘッドライト内に、センサが組み込まれている。
【００３１】
前記第２光源は、レーザーダイオードである。
【００３２】
前記システムは、２つの光センサを含み、前記各センサは、車両のヘッドライト内またはカメラ内に組み込まれている。
【００３３】
前記システムは、前記２つの第２光源を含み、各第２光源は、それぞれのヘッドライト内に設置されており、各第２光源は、赤外線光ビームを発生するようになっており、これら２つの前記赤外線光ビームは、少なくとも１つの光センサによって捕捉されるようになっている。
【００３４】
前記赤外線光ビームは、連続的に、またはパルス変調で変調される。
【００３５】
前記２つの第２光源によって発生される赤外線ビームは、互いに独立して変調される。
【００３６】
このシステムは、比較的安価な素子を組む込むことにより、現在のヘッドライトに適用できるという利点を有する。
【００３７】
本発明は、本発明のシステムにより実行される方法をも提供するものである。
【００３８】
この方法は、
少なくとも１つの変調された赤外線光ビームを発生するステップと、
前方道路シーン内の障害物または不明瞭化物質によって反射される少なくとも１つの赤外線光ビームを検出するステップと、
前記反射された赤外線光ビームを分析するステップと、
不明瞭化物質の存在または不存在、
存在し得る障害物と自動車との間の距離、および
不明瞭化物質が存在する場合の最大可視距離のうちの少なくとも１つを、経過時間または位相シフトおよび前記反射された赤外線ビームのフォームに応じて決定するステップとを有している。
【００３９】
本方法は、次の異なる事項の１つまたはそれ以上を含むことが好ましい。
【００４０】
少なくとも１つの運転条件を決定するための前記ステップは、２つの第２光源と１つの光センサとの間で、三角測量法を利用する。
【００４１】
少なくとも１つの運転条件を決定するための前記ステップは、１つの第２光源と２つの光センサとの間で、三角測量法を利用する。
【００４２】
少なくとも１つの運転条件を決定するための前記ステップは、２つの第２光源と２つの光センサとの間で、三角測量法を利用する。
【００４３】
本発明は、本発明の検出システムを含む車両も提供するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
本発明は、センサとヘッドライトのレーザーダイオードとの間で三角測量法を実行できるようにする、光センサと、図１のヘッドライトとを連動させるシステムに関する。光ビームを発生し、検出する機能を有するこのシステムは、図２に略図で示されている。
【００４５】
図２は、車両の右側ヘッドライトＰＤ、および左側ヘッドライトＰＧを示す。これらのヘッドライトは、図１に示されたヘッドライトと同じタイプのヘッドライトである。これらヘッドライトのうちの少なくとも１つは、特に高周波で変調できる少なくとも１つの光源を含んでいる。この光源は、レーザーダイオードとすることができる。図２の実施例では、変調可能な光源は、レーザーダイオードである。本発明の変形例では、１つの共通するヘッドライト内に、２つのレーザーダイオードが連動している。
【００４６】
本発明では、ヘッドライトは、少なくとも１つの光センサに関連している。この光センサは、ヘッドライトＰＤまたはＰＧの一方に組み込むことができる。これとは異なり、光センサを、１つのヘッドライトとは別の場所、例えばフロントガラスの後方の自動車の車室内、または自動車のバックミラー内に配置してもよい。
【００４７】
図２に示す例では、本発明のシステムは、２つのレーザーダイオードと２つの光センサとを有し、これらダイオードおよびセンサは、車両の１つのヘッドライト内に組む込まれている。
【００４８】
この場合、車両の照明機能が作動中であると、レーザーダイオードおよびヘッドライトＰＤは前方道路シーンに向かう光路Ｄ１に沿って赤外線光ビームを発生する。この道路シーン内に障害物２０が存在する場合、赤外線ビームは、障害物２０によって反射される。ヘッドライトＰＤ内に組み込まれた光センサは、光路Ｔ２に沿って反射されたこのビームを検出し、ヘッドライトＰＧ内に組み込まれたセンサは、光路Ｔ３に沿って反射される同じビームを検出する。
【００４９】
ヘッドライトＰＧのレーザーダイオードは、平行に光路ＴＡに沿って、前方道路シーンに向かって赤外線光ビームを発生する。前方道路シーン内に障害物２０が存在する場合、この障害物２０によって、赤外線ビームは反射される。ヘッドライトＴＧ内に組み込まれた光センサは、光路ＤＢに沿って反射されたビームを検出する。ヘッドライトＰＤ内に組み込まれたセンサは、光路ＴＣに沿って反射された同じビームを検出する。
【００５０】
光センサに接続されている車両のコンピュータによって、ヘッドライトＰＤおよびＰＧから発生された光ビームの経過時間を測定できる。コンピュータは、ヘッドライトＰＤが発生したＩＲ（赤外線）ビームの発生時間と、光路Ｄ２上の障害物の反射時間と、ヘッドライトＰＤのセンサによる受光時間との間の経過時間を決定できる。この経過時間は、障害物から、光源すなわちレーザーダイオードまでの距離に応じて決まる。
【００５１】
同様に、コンピュータは、ヘッドライトＰＧが発生したＩＲビームの発生時間と、光路ＴＣ上の障害物での反射時間とヘッドライトＰＤのセンサによる受光時間との間の経過時間を決定できる。
【００５２】
障害物とレーザーダイオードとの間の距離は、本明細書で後述する三角測量法によって決定される。
【００５３】
システムが１つのセンサ、例えばヘッドライトＰＤ内に設置された１つのセンサと、２つのレーザーダイオード（すなわち、各ヘッドライトに１つずつ）を有する場合、２つのビームＩＲの経過時間を決定することができる。これによって、障害物とダイオードとの間の距離を決定できる。
【００５４】
例えば、ヘッドライトＰＤ内に搭載できる単一ダイオードと共に、システムが、２つのセンサ（すなわち１つのヘッドライトに各センサを有する）を有する場合、２つのセンサの間の単一の赤外線ビームの経過時間を決定することができ、これによって、障害物と赤外線ビームの間の距離を決定できる。
【００５５】
システム内の赤外線ビーム、およびレーザーダイオードの数がどんな数であれ、コンピュータは、道路シーン内の障害物の位置を、水平距離および水平角の双方で三角測量法により決定できる。
【００５６】
この三角測量法技術は、２つの赤外線光ビームを使用する場合、右側ヘッドライトが発生する光ビームに対応する第１の円弧と、右側ヘッドライトが発生する第２の円弧とを検討し、障害物の位置を、水平距離と水平角の双方で決定するように、これら２つの円弧の交点を作成することから成っている。
【００５７】
図４Ａ、図４Ｂおよび図４Ｃは、本発明の３つの実施例に対応する三角測量法の３つの異なるケースを示す。
【００５８】
図４Ａの場合、本発明のシステムは、ヘッドライトＰＧ内に取り付けられた第１のレーザーダイオードＳ１と、ヘッドライトＰＤに取り付けられた第２のレーザーダイオードＳ２と、ヘッドライトＰＧ内に取り付けられたセンサＣ１とを有する。ヘッドライトＰＧと障害物２０とは、距離ｄ１だけ離間し、ヘッドライトＰＤと障害物２０とは、距離ｄ２だけ離間し、ヘッドライトＰＤとＰＧとは、距離ｄ０だけ離間している。
【００５９】
ダイオードＳ１により、前方道路シーンに向かって時刻ｔ１にてパルスｉ１が発生され、このパルスｉ１は、センサＣ１によって時刻ｔ２で受信される。ダイオードＳ２により、前方道路シーンに向かって時刻ｔ３にてパルスｉ２が発生され、このパルスｉ２は、障害物２０によって反射された後に、センサＣ１によって時刻ｔ５によって受信される。
【００６０】
このパルスｉ２は、ヘッドライトＰＤから直接戻り、ヘッドライトＰＧにより時刻ｔ４で受信される。このパルスｉ２（ｔ４）は、（オプションとしてプリズムにより）１つのヘッドライトから、別のヘッドライトまでの空間を伝搬することにより、自由に、またはこれら２つのヘッドライトの間の光ファイバーにより送信された戻り情報である。
【００６１】
図４Ａの場合、センサは、経過時間ｔ１、ｔ２、ｔ４およびｔ５を測定する。コンピュータは、次の距離ｄ１を決定する。
【００６２】
【数１】
2005195601.tif 000003
【００６３】
ここで、ｃは、周辺環境内の光速であり、コンピュータは次の距離ｄ２も決定する。
【００６４】
【数２】
2005195601.tif 000004
【００６５】
上の式から、次の式を得ることができる。
【００６６】
【数３】
2005195601.tif 000005
【００６７】
ヘッドライトＰＧおよびＰＤをそれぞれ中心とし、半径ｄ１およびｄ２を有する２つの半円の交点に対象物が位置する。
【００６８】
図４Ｂの場合、本発明のシステムは、ヘッドライトＰＧに取り付けられた１つのレーザーダイオードＳ１と、ヘッドライトＰＧに取り付けられた第１のセンサＣ１と、ヘッドライトＰＤに取り付けられた第２のセンサＣ２とを有する。
【００６９】
ヘッドライトＰＧと障害物２０とは、距離ｄ１だけ離間しており、ヘッドライトＰＤと障害物２０とは、距離ｄ２だけ離間し、ヘッドライトＰＤとＰＧとは、距離ｄ０だけ離間している。時刻ｔ１にて、ダイオードＳ１により発生された赤外線ビームは、時刻ｔ２にてセンサＣ１により受信され、障害物２０によって反射された後、時刻ｔ４にてセンサＣ２により受信される。このビームの発生パルスは、ヘッドライトＰＤにより時刻ｔ３により受信される。
【００７０】
図４Ｂの場合、センサＣ１は、経過時間ｔ１およびｔ２を測定するが、センサＣ２はｔ３およびｔ４を測定する。コンピュータは、距離ｄ１を次のように決定する。
【００７１】
【数４】
2005195601.tif 000006
【００７２】
ここで、ｃは、周辺環境内での光の速度であり、コンピュータは、次のように距離ｄ２を決定する。
【００７３】
【数５】
2005195601.tif 000007
【００７４】
ここで、上の式から次の式が得られる。
【００７５】
【数６】
2005195601.tif 000008
【００７６】
図４Ｃのケースでは、本発明のシステムは、第１に、ヘッドライトＰＧ内に１つのレーザーダイオードＳ１と１つのセンサＣ１を含み、第２に、ヘッドライトＰＤ内に１つのレーザーダイオードＳ２と第２のセンサＣ２とを含む。ヘッドライトＰＧと障害物２０とは、距離ｄ２だけ離間し、ヘッドライトＰＤと障害物２０とは、距離ｄ２だけ離間している。
【００７７】
時刻ｔ１においてダイオードＳ１から発生された赤外線ビームは、時間ｔ２においてセンサＣ１によって受信される。時間ｔ３において、ダイオードＳ２から発生された赤外線ビームは、時刻ｔ４においてセンサＣ２により受信される。
【００７８】
図４Ｃのケースでは、センサＣ１は、経過時間ｔ２を測定するが、センサＣ２は、時間ｔ４を測定する。コンピュータは、次のように距離ｄ１およびｄ２を決定する。
【００７９】
【数７】
2005195601.tif 000009
【００８０】
図４Ｃのケースでは、２つのヘッドライトＰＧとＰＤとの間で、情報のフィードバックがあり得る。従って、システムの素子のうちの１つが故障している場合、例えばレーザーダイオードまたはセンサが故障している場合、図４Ａまたは４Ｂの三角測量法を適用できる。
【００８１】
図３は、本発明に係わる光センサに関連するヘッドライトを示す。このシステム３０は、上記のように、光源１５および光学素子１３および１８が装備された、図１に示されたヘッドライトと同じタイプのヘッドライト１０を有する。図３には、１つのヘッドライトしか示されていない。
【００８２】
１つの車両は、２つのヘッドライトを有し、２つのヘッドライトは、１つのレーザーダイオードを含むことができ、各ヘッドライトは、１つの赤外線光ビームを発生することは、良く理解できると思う。上記のような三角測量法による測定を可能にするように、２つの赤外線ビームを、共通する１つのセンサで捕捉してもよいし、または２つの別個のセンサで捕捉してもよい。
【００８３】
ヘッドライト１０は、可視光ビームの眩惑ゾーン内に、赤外線ビームを発生するレーザーダイオード１１も有している。このヘッドライト１０は、可視光と赤外線光の双方から成るビーム２２により、前方道路シーンを照明する。ヘッドライトのレンズ１８により、この光ビームは、パッシングビーム、すなわちディップビームヘッドライトのための通常の方向に、前方道路シーンにこの光ビームを向けることができる。
【００８４】
赤外線ビデオカメラであることが好ましいビデオカメラ３２は、ヘッドライト１０に関連しており、ビーム２２が照明した前方道路シーンの画像を取り込む。このカメラ３２は、ヘッドライト１０内に設置してもよいし、または自動車のフロントガラスの後方に設けてもよいし、または車両のバックミラーの一方または他方に設けてもよい。このビデオカメラを位置決めするのに、これまで異なる位置が使用されている。本発明のシステムは、これら従来の位置に適合できる。
【００８５】
本発明によれば、反射された赤外線ビームの少なくとも一部をセンサ（単数または複数）に向けるために、光学手段が使用されている。この光学手段は、センサに前方道路シーンの画像を形成する対物タイプ、またはレンズタイプのコリメート手段とすることができる。この光学手段は、反射された赤外線ビームの少なくとも一部を、カメラまたはセンサに向けて反射するリフレクタでもよい。
【００８６】
本発明の一実施例では、リフレクタは、カメラに組む込まれた半透明ウェーハ３８であり、障害物によって反射されたＩＲビームを、カメラ３２およびセンサ３６に向けて同時に反射させる。この場合、カメラ３２の近くに、少なくとも１つのセンサ３６が設置される。このセンサ３６は、カメラに組み込んでもよい。半透明ウェーハ３８により、同じＩＲビームによってカメラおよびセンサを照明できる。従って、カメラ３２とセンサ３６は、同じＩＲビームを別々に処理し、それぞれスクリーンに前方道路シーンの画像を表示し、運転条件を判断することができる。
【００８７】
前記半透明膜は、レーザーの波長をセンサだけに透過する特殊な特性を有する。この膜は、多層干渉リフレクタ、ブラッグリフレクタ、または同様なリフレクタとすることができる。ウェーハ３８は、可視光ビームをカメラ３２に向けて良好に透過できる、反射防止処理をしたガラスストリップとすることができる。
【００８８】
本発明の好ましい実施例では、光センサ３６は高速光ディテクタである。
【００８９】
図３に示す実施例では、センサ３６および半透明ウェーハ３８は、カメラ３２の対物レンズ３４の後方において、カメラ３２に組み込まれている。しかしながら、センサ３６はカメラの外部に位置し、反射された同じＩＲビームを捕捉できるように、カメラの近くに位置していてもよい。
【００９０】
別の実施例では、車両のヘッドライト内にセンサが組み込まれ、車両の車室内にカメラが設置されている。赤外線ビームをセンサに向けるために使用される光学手段は、半透明ウェーハ状ではなく、この光学手段は、本例ではレンズまたは対物レンズとすることができる。
【００９１】
図３に示す例では、ヘッドライトは、車両の右側ヘッドライトである。図２に関連して説明したように、障害物と光源との間の距離を決定するには、１つのセンサが必要である。このセンサは、カメラ内に配置してもよいし、またはその近くにあってもよく、カメラ自身は、右側ヘッドライト内に組み込まれてもよいし、その他の態様で位置していてもよい。この場合、本発明のシステムが２つのセンサを含む場合、各センサは、１つの半透明ウェーハに関連し、各センサが、システムのカメラの１つとして同じＩＲビームを受信するように、カメラの近くに設置される。
【００９２】
これまで説明した本発明のシステムでは、次の方法が実施される。車両の可視光源１０が可視光ビームを発生すると、レーザーダイオード１１は、同時に赤外線光ビームを発生する。この赤外線光ビームは変調され、レンズ１８を透過し、光路Ｔ１に沿って進み、障害物２０によって反射される。
【００９３】
次に、本発明のセンサ３６は、この障害物２０から、光路Ｔ２に沿ってセンサに進むまでのこの光ビームの経過時間を測定する。本発明のシステムが、第２センサを含む場合、障害物２０から光路Ｔ３に沿った第２センサまでの信号の反射時間も測定する。
【００９４】
本発明のシステムによって、赤外線光ビームの走行時間、すなわち経過時間をこれまで説明したように測定できるので、この時間から、障害物と車両との間の距離を推定できる。更にこのシステムによって、検出された赤外線光ビームのフォームを分析することも可能となり、この分析の結果から、天候条件を決定し、より詳細には、不鮮明物質が存在することを決定できる。
【００９５】
この目的のために、レーザーダイオードによって発生される赤外線光ビームは、パルス状または連続状に変調される。センサは、障害物によって反射された赤外線光ビームを受信すると、このビームのフォームを分析する。すなわち、反射されたビームが発生時と同じ変調フォームを維持しているかどうか、すなわち変調が変わっているかどうかを知ることができる。
【００９６】
換言すれば、本発明のシステムは、戻りパルスを測定することにより、すなわち強度の指数関数的な減少にリンクした遅延時間を測定することにより、天候条件を検出できる。
【００９７】
信号に対する応答が指数関数的な増加または減少パターンとなっている場合、これにより、システムは霧があるかどうかを推定できる。これに関連し、霧のかかった天候時では、光ビームの分散は空気中に浮遊している各粒子を通して引き起こされる。従って、捕捉されるビームは回折される。これに関連し、空気が完全に湿度で満たされている場合、すなわち、浮遊状態にある微細な水の粒子によって満たされている場合、光ビームは、障害物によって直接反射されるのではなく、障害物の前方にあるビーム路内の湿分の種々の小粒子によって反射されることは理解できると思う。従って、反射されたビームは、センサにごく短時間に到達し、かつ極めてファジーとなる。次に、センサは、このことから空気中に湿分が存在し、霧が存在することを推定できる。
【００９８】
逆のケースにおいて、透明な大気を光ビームが通過する場合、信号は、ほぼ同じフォームで反射され、若干の遅延時間をもって検出される。従って、反射ビームの外観は外部にある湿分の性質に関する情報を与える。よって、受信されたビームのフォームに応じて霧が存在するのか、または雨または雪が存在するのかを判断できる。
【００９９】
霧が検出されると、このシステムは、最大可視距離、すなわち障害物を検出できるまでの距離を計算する。
【０１００】
霧の場合、受信される赤外線光ビームのフォームは、指数関数的フォームであり、この指数関数の減少量によって、最大可視距離を知ることができる。これに関連し、霧が濃くなればなるほど、従って浮遊粒子によって満たされている粒子が濃くなればなるほど、光ビームが通過するビーム路は短くなる。従って、霧が濃くなればなるほど、波頭がより強く指数関数的な外観となる。他方、霧が薄くなると、波頭はより強く直線状となる。このような指数関数的フォームの曲線の中間で異なるフォームの信号が検出されると、このことから拡散を生じさせる対象物が存在することが推定される。対象物によって反射される信号のフォームと周辺で反射された信号のフォームとの差に応じ、このことから、光源に対する対象物の距離を推定できる。
【０１０１】
センサによる赤外線光ビームの発生時間と捕捉時間との間の経過時間、および赤外線光ビームの変形を分析するために、ビーム発生時に赤外線光ビームを変調しなければならない。換言すれば、レーザーダイオードによって発生される信号を変調する。システムが、２つのレーザーダイオードを含む場合、各ダイオードは、互いに独立して変調された赤外線光ビームを発生する。
【０１０２】
赤外線光ビームは、パルス変調することができる。すなわち、光ビームは、所定の周期を有する１組のパルスのフォームで発生される。この場合、レーザーダイオードは、短いパルスを自動的に発生する性質を有する飽和可能な吸収ダイオードとすることができる。
【０１０３】
信号は、連続的に変調することもできる。反射される赤外線光ビームは、光の有限伝搬速度に比例して、発生されたビームに対して位相がずれる。例えばＰＬＬの助けにより生じた、位相シフトを測定することによって、障害物が位置する距離を推定できる。かかる連続的な変調によって、同期復調により寄生信号を良好に除去できる。
【０１０４】
従って、パルス変調をする場合、センサで経過時間をナノ秒の単位で測定する。連続変調の場合、得られる位相シフトは、センサによって受信時に測定される。どちらの種類の変調を選択するにせよ、反射される信号の外観は同じままであるので、赤外線光の経過時間に関して同じ表示を与える。
【０１０５】
これまで説明したような本発明のシステムは、データを組み合わせることにより情報を確実にするよう、カメラまたはステレオビデオシステムの場合には、複数のカメラによって検出される障害物の存在を確認するために使用できる。
【０１０６】
三角測量計算によって生じ、更に例えば寄生反射または不要なノイズによって生じ得る収差情報を除くために、本発明のシステムと並行して、画像を処理する方法を反復的に実行できる。これに関連し、本発明のシステムは、１つまたは２つのビデオカメラと関連してヘッドライトを使用するので、光センサが供給するデータを検証するように、これらカメラからの画像を活用できる。
【０１０７】
本発明のシステムは、視覚を補助するよう、システムにより、車両のスクリーンにディスプレイされる画像において危険ゾーンに対する注意を引くためにも使用できる。この情報は、前方の車両と、本発明のシステムが搭載された車両との間の一定距離を維持するために、自動クルージング制御システムでも使用できる。衝突防止方法、または最近高速道路規則で決められた条件である、車両間を２秒の時間に対応する安全距離を照明するためにも、同じ情報を使用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】従来技術にかかわるレーザーダイオードヘッドライトを示す。
【図２】本発明のシステムにおける光ビームの発生路および検出路を略図で示す。
【図３】本発明に係わる運転条件を検出するためのシステムを示す。
【図４Ａ】本発明のシステムによって得ることができる三角測量法の３つのケースのうちの１つを略図で示す。
【図４Ｂ】本発明のシステムによって得ることができる三角測量法の３つのケースのうちの１つを略図で示す。
【図４Ｃ】本発明のシステムによって得ることができる三角測量法の３つのケースのうちの１つを略図で示す。
【符号の説明】
【０１０９】
Ｃ１、Ｃ２    センサ
ｄ０、ｄ１、ｄ２    距離
ｉ１、ｉ２    パルス
ＰＤ、ＰＧ    ヘッドライト
Ｓ１    第１レーザーダイオード
Ｓ２    第２レーザーダイオード
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、ＴＡ、ＴＢ、ＴＣ    光ビーム路
ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４
１０    ヘッドライト
１３、１８    光学素子
２０    障害物
２２    ビーム
３０    システム
３２    ビデオカメラ
３４    対物レンズ
３６    センサ
３８    半透明ウェーハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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