(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車の車室内において乗員の頭の位置よりも後方に設置され、前記乗員の後頭部、背中など、後面までの距離を検出する位置検出手段と、この位置検出手段の出力する乗員の位置信号によってエアバッグ等の保護手段の動作方法を変更する制御手段を備えたものにおいて、前記位置検出手段は、平面状の赤外線シート、またはシート状に並べられた複数の赤外線ビームを放射する赤外線放射手段と、この赤外線シートまたはビームが乗員などに当って散乱された光スポットの位置を検出する２次元イメージセンサとを有するとともに、前記制御手段は、２次元イメージセンサでとらえた乗員などに当って散乱された光スポットの形状から位置検出手段の出力結果の妥当性を判断する手段を有することを特徴とする乗員保護装置。
【請求項２】
平面状の赤外線シート、またはシート状に並べられた複数の赤外線ビームを放射する赤外線放射手段と、その赤外線シートまたはビームが乗員などに当って散乱された光スポットの位置を検出するフレームレートが２００ｆｐｓ以上のイメージセンサとを有する位置検出手段と、この位置検出手段の出力する乗員の位置信号に基づいて衝突を検出する衝突検出手段を備えたことを特徴とする乗員保護装置。
【請求項３】
平面状の赤外線シート、またはシート状に並べられた複数の赤外線ビームを放射する赤外線放射手段と、その赤外線シートまたはビームが乗員などに当って散乱された光スポットの位置を検出するフレームレートが２００ｆｐｓ以上のイメージセンサとを有する位置検出手段と、この位置検出手段の出力する乗員の位置信号に基づいて衝突の発生、並びに衝突の方向を検出する衝突検出手段を備えたことを特徴とする乗員保護装置。
【請求項４】
射影機能を備えた２次元ＣＭＯＳイメージセンサを備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の乗員保護装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車の衝突時に、乗員を保護するために用いられる、エアバッグシステム等の乗員保護装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エアバッグは、自動車の衝突時に、ハンドルやダッシュボードと乗員との間で急膨張し、乗員を保護するためのものである。しかし、運転者が小柄であるために、ハンドルに近い位置で運転した場合や、子供が助手席用シートの前方に立った場合の様に、ハンドルやダッシュボードと乗員との間の距離が極めて近い場合には、このエアバッグの展開が乗員に傷害を与える場合がある事が知られている。このため、米国ではこれを防ぐために、エアバッグを用いた乗員保護装置においては、乗員検知装置の設置義務が法制化されようとしている。
【０００３】
このための乗員検知装置を備えた乗員保護装置としては、たとえば、特開平１０−１００８５８号公報に記載されたものが知られている。この装置の構造を図５に基づいて説明する。図において、１は自動車のウインドシールド、２はダッシュボード、３はダッシュボード２に格納された、前面衝突用エアバッグ、４は助手席、５は、エアバッグが展開した場合に人が存在すると、負傷する恐れのある危険領域、６は車室天井、１１は、ダッシュボード２に備えられた、赤外線ビームを放射するための赤外線放射手段、１６は、同じくダッシュボード２に備えられた、ＰＳＤを備えた赤外線検出手段であり、赤外線放射手段１１と赤外線検出手段１６とで位置検出手段２０を構成する。
【０００４】
次に、動作について説明する。赤外線放射手段１１からは、図示の様に斜め上方に赤外線ビームが放射される。大人が助手席に正常に着座している場合等、危険領域に人がいない場合は、この赤外線ビーム車室天井６に達し、車室天井６に赤外線スポットを作る。また、逆に、子供が助手席の前に立った場合の様に、危険領域に人が存在する場合には、赤外線ビームは人体によって遮られるため、赤外線スポットは人体上に作られる。赤外線検出手段１６によって、この赤外線スポットの位置を検出する事により、三角測量の原理でダッシュボードと人体の距離を検出する事ができる。図示されていないＥＣＵは、この検出された距離が極めて近く、エアバッグが展開すると危険だと判断した場合には、図示しない加速度センサで衝突を検出した場合にもエアバッグの展開を抑制し、エアバッグの展開が乗員に傷害を与える事を防止する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
また、ダッシュボードと人体の距離を検出する位置検出手段を備えた事を特徴とする乗員保護装置の例としては、特開平１１−２８６２５６号公報に示される如く超音波センサを用いた物、特開平１１−２１７０５６号公報に示される如く光センサを用いた物等、いくつかの方式が知られている。しかし、いずれの場合も、位置検出手段は、乗員前方のダッシュボード、または、車室天井の前端に備えられており、乗員の前面の距離を測定している。従って、例えば、乗員が雑誌や新聞を広げた場合や、体の前面に手を伸した場合には、システムは、危険領域に人が存在すると誤認識し、エアバッグの展開が必要な衝突の場合にも、エアバッグの展開を抑制してしまうという課題があった。
【０００６】
また、更に乗員は必ずしも正規の位置にいるとは限らず、横方向にずれて着座する場合も有るため、上記従来例の様に、１本の赤外線ビームを用いる方法では、人体に赤外線ビームが当らない場合もあった。
【０００７】
一方、ＵＳＰ  ５，１１８，１３４に示された如く、位置検出手段によって衝突時の乗員の動きを検出し、それによって衝突を検出し、エアバッグ等の乗員保護装置の動作を制御する方式も知られているが、実際には、距離センサの応答性や、耐外乱性が十分でなく、未だ実用化はされていない。例えば、超音波を用いる距離センサでは、音速が限られている事から、例えば１ｍの距離を検出するためには、原理的に、音が１ｍを往復するのに要する６ｍＳより応答性を早くする事が出来ず、ＰＳＤを用いた位置検出手段でも、乗員に直射日光が当った場合の様な、強い外乱光が作用した場合にも正常動作を保証しようとすると、応答性を速くできないという課題があった。
【０００８】
さらに、前後方向の衝突だけでなく、横方向の衝突も位置検出手段によって検出しようとすると、横方向の位置を検出する位置検出手段が別途必要になるという課題があった。
【０００９】
この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、簡単な構造で、安全に動作方法を制御する事のできる乗員保護装置を得る事を目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係る乗員保護装置は、２次元イメージセンサでとらえた乗員などに当って散乱された光スポットの形状から、位置検出手段の出力結果の妥当性を判断する手段を備えたものである。
【００１３】
この発明の請求項２に係る乗員保護装置は、平面状の赤外線シート、またはシート状に並べられた複数の赤外線ビームを放射する赤外線放射手段と、その赤外線シートまたはビームが乗員などに当って散乱された光スポットの位置を検出するフレームレートが２００ｆｐｓ以上のイメージセンサとを有する位置検出手段と、この位置検出手段の出力する乗員の位置信号に基づいて衝突を検出する衝突検出手段を備えたものである。
【００１４】
この発明の請求項３に係る乗員保護装置は、平面状の赤外線シート、またはシート状に並べられた複数の赤外線ビームを放射する赤外線放射手段と、その赤外線シートまたはビームが乗員などに当って散乱された光スポットの位置を検出するフレームレートが２００ｆｐｓ以上のイメージセンサとを有する位置検出手段と、この位置検出手段の出力する乗員の位置信号に基づいて衝突の発生並びに衝突の方向を検出する衝突検出手段を備えたものである。
【００１５】
この発明の請求項４に係る乗員保護装置は、射影機能を備えた２次元ＣＭＯＳイメージセンサを備えたものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による乗員保護装置を助手席に設けた場合の構成図である。図において、従来例である図５と同一もしくは同等の部材および部位には、同一符号を付す。
図において、１は自動車のウインドシールド、２はダッシュボード、３はダッシュボード２に格納された、助手席前面衝突用エアバッグ、８は衝突を検出するための加速度センサ、７はエアバッグの展開を制御するＥＣＵ、４は助手席、６は車室天井、１１は、ダッシュボード２に備えられた、赤外線シートを放射するための赤外線放射手段、１６は、同じくダッシュボード２に備えられた、赤外線検出手段であり、赤外線放射手段１１と赤外線検出手段１６とで位置検出手段２０を構成する。
図２は、この位置検出手段２０の動作を説明するための構成図である。赤外線放射手段１１において、２１は赤外ＬＥＤ、２２は円筒面レンズである。赤外線検出手段１６において、２３は集光レンズ、２６は２次元のＣＭＯＳイメージセンサである。
【００１７】
次に、動作について説明する。
ＬＥＤ２１から放射された赤外線は、円筒面レンズ２２その他の図示しない光学系によって、車室に対して上下方向の幅が狭く、左右方向には扇型に広がるシート状に整形される。この赤外線は、助手席に乗員がいない場合には、ダッシュボード２に達し、線状の赤外線スポットをつくる。助手席に大人が正常に着座している場合には、図２に示す様に、乗員の頭部または首の後ろに、線状の赤外線スポットが生じる様に調整されている。これらの赤外線スポットで散乱された赤外線は、赤外線検出手段１６に設けられたレンズ２３で集光され、２次元ＣＭＯＳイメージセンサ２６上に結像される。像３１は、乗員の後頭部につくられた赤外線スポットの像、像３２，３３は、乗員の頭の左右を通過した赤外線シートが、ダッシュボード上につくった赤外線スポットの像である。
【００１８】
この種の多くのセンサと同様に、ＬＥＤ２１は、ＣＭＯＳイメージセンサ２６のフレームレートと同期して点滅しており、ＬＥＤ２１が発光した状態でのイメージセンサ出力とＬＥＤ２１が消灯した状態でのイメージセンサの出力の差分を取る事により、外乱光が大きい場合にも外乱光に影響されずにＬＥＤ２１の作る赤外線スポットのみを検出する、いわゆる同期検波の手法を用いている。
【００１９】
乗員の頭部の前後方向の位置は、三角測量の原理から、像３１の、図示ｘ方向の位置より求める事が出来る。この結果、位置検出手段２０の出力する乗員の位置信号が、前面衝突用エアバッグから十分離れた位置を示した場合には、ＥＣＵ７は、助手席には大人が正常に着座していると判断し、加速度センサが前面の衝突を検知した場合には、前面衝突用エアバッグを展開するように制御する。
【００２０】
位置検出手段２０の出力する乗員の位置信号が、ダッシュボードに非常に近い位置を示した場合には、ＥＣＵ７は、エアバッグを展開すると危険であると判断し、加速度センサが前面の衝突を検知した場合にも前面衝突用エアバッグの展開を抑制する。
【００２１】
位置検出手段２０の出力する乗員の位置信号が、ダッシュボードにやや近い位置を示した場合には、ＥＣＵ７は、エアバッグを強く展開すると危険であるが、展開は必要と判断し、加速度センサが前面の衝突を検知した場合には、弱い力で前面衝突用エアバッグを展開するように制御する。
【００２２】
乗員の頭部の左右方向の位置は、像３１の、図示ｙ方向の位置より求める事が出来る。この結果、乗員の位置が図示しないサイドエアバッグに近すぎる場合は、ＥＣＵ７は、エアバッグを強く展開すると危険であると判断し、加速度センサが側面の衝突を検知した場合にもサイドエアバッグの展開を抑制するか、あるいは、弱い力で展開するように制御する。
【００２３】
イメージセンサ２６において、像３１が観測されなかった場合は、ＥＣＵ７は、助手席に乗員がいないか、あるいは、図３の右側の乗員の図に示すように、乗員は赤外線シートに座高が達しない子供であると判断する。
助手席に乗員がいない場合に助手席用エアバッグを使用するのは不経済であるし、助手席乗員が子供である場合には、エアバッグを強い力で展開しない方が安全で有る事が知られているので、ＥＣＵ７は、加速度センサが前面の衝突を検知した場合にも前面衝突用エアバッグの展開を抑制するか、あるいは、子供が着座している場合に備えて弱い力で展開するように制御する。
【００２４】
図３の左側に示すように、助手席乗員が子供であり、ダッシュボードに近い位置に着座、または、ダッシュボード前に立った場合は、位置検出手段の出力する乗員の位置信号は近すぎるので、ＥＣＵ７は、エアバッグを強く展開すると危険であると判断し、加速度センサが前面の衝突を検知した場合にも前面衝突用エアバッグの展開を抑制するか、あるいは、弱い力で展開するように制御する。
【００２５】
図４に示すように、助手席に後ろ向きにチャイルドシートが装着されている場合は、位置検出手段の出力する乗員の位置信号は、常時ダッシュボードに近い位置を示すので、ＥＣＵ７は、乗員ではなく、固定された後ろ向きチャイルドシートが存在しているので、固定されているのでエアバッグを展開すると危険であると判断し加速度センサが前面の衝突を検知した場合にも前面衝突用エアバッグの展開を抑制する。
【００２６】
イメージセンサ２６において観測された、像３１の幅が想定される幅よりも広すぎる場合は、ＥＣＵ７は位置検出手段２０が乗員を正確に捕捉しておらず、誤出力をしていると判断し、その出力をエアバッグ展開制御に用いない。
【００２７】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、位置検出手段２０は乗員の静的な位置のみを検出し、衝突の発生は加速度センサ８で検出していた。エアバッグを早期に展開するためには、衝突の判断は、衝突後なるべく早く完了する事が望ましいが、短時間の加速度信号のみから判断すると、段差乗上げ時の様な、衝突以外の原因で誤動作する場合が有るため、衝突検出の信頼性を上げるためには、有る程度長時間の加速度波形を用いるのが普通である。
従って、衝突時の、位置検出手段２０の動的な出力変化から、乗員の動きを検出し、衝突検出の補助とするか、あるいは、位置検出手段２０のみで衝突の発生を検知する様にしても良い。
【００２８】
エアバッグ制御用の衝突センサは、衝突発生後、１０〜１５ｍＳの時間内に衝突を検知する必要が有るとされている。従って、加速度センサで衝突を判断する場合には、その時間いっぱいの加速度波形を判断に用いている。イメージセンサで衝突を検知するためには、この時間内に最低２フレーム、つまり、２００ｆｐｓ（Frame Per Second）以上、好ましくは１０００ｆｐｓ以上のフレームレートで観測する事が必要である。しかし、一般には、２次元イメージセンサは画素数が多いために、この様な高速なフレームレートを実現するのは困難である。
【００２９】
そこで、実施の形態２では、イメージセンサ２６に、射影機能を備えたＣＭＯＳ型のものを使用した。射影機能とは、通常の２次元イメージセンサの様に、全画素の輝度値を全て出力するのではなく、図２の右下のグラフに示したように、前後方向の位置を検出する場合には、ｘ方向の画素各列それぞれについて、ｚ方向の画素の輝度値全ての合計値を一括して１次元情報として出力する機能、つまり、１次元のイメージセンサとして働かせる事のできる機能である。例えば、３２×３２ドットのイメージセンサを用いた場合、通常は１０２４個全ての画素の輝度値を出力する必要があるが、射影機能を用いた場合、ｘ方向各列につき１個、合計３２個の輝度値を出力するだけで良いため、１０００ｆｐｓ以上の、非常に高速なフレームレートの実現が可能であり、衝突センサとして使用可能である。
【００３０】
実施の形態２では、イメージセンサ２６は、平常時は、本来の２次元イメージセンサとして上記実施の形態１と同様に乗員の静的な位置を検出するために働き、前後方向の加速度センサが一定値以上の加速度を検出した瞬間からは、射影機能を用いた、高速なｘ方向の１次元イメージセンサとして動作する様にし、左右方向の加速度センサが一定値以上の加速度を検出すると、その瞬間からは、射影機能を用いた、高速なｚ方向の１次元イメージセンサとして動作する様にし、衝突センサの補助的役割を負わせた。実施の形態１と同様に、同期検波の手法を用いて外乱光の影響を防いでいる。この補助によって、加速度センサの出力のみから衝突を判断するよりも早期に、確実に衝突を判断する事が可能となる。
【００３１】
また、実施の形態２では、衝突の瞬間の乗員の動きを、リアルタイムで観測する事が可能なので、より高度なエアバッグ展開制御が可能となる。例えば、衝突直前に乗員が正常位置範囲内に着座していたが、シートベルトを着用していなかった等の理由で、衝突直後に、予想よりもダッシュボードに急接近し、エアバッグを展開すると危険な状態になった様な場合にも、安全にエアバッグ展開を抑制する事が可能となる。
【００３２】
また、図３に示す様に、衝突直前に子供が正常位置に着座しており、衝突時に、前に飛出した様な場合には、最初は、位置検出手段２０は乗員を検出せず、衝突の一定時間後に頭を検出し始めるので、ＥＣＵ７は、子供が席から飛出したという事実を、リアルタイムで知ることができる。したがって、その状況に応じた、より高度な乗員保護装置の制御が可能になる。
【００３３】
なお、図１〜３では、構成を分りやすくするために、赤外線放射手段１１と赤外線検出手段１６をかなり離して描いたが、実際にはもっと近い距離に置き、一体化しても良い。
【００３４】
また、上記実施の形態１，２では、乗員の位置が左右にずれた場合にも乗員の後面に赤外線スポットが投影される様に、赤外線放射手段は幅の広いシート状の赤外線を放射する様にしたが、同じ目的を達成するために、シート状に並べられた複数の赤外線ビームを用いても良い。
【００３５】
また、上記実施の形態１，２では、乗員１人の位置を検出するために、１セットの赤外線放射手段と赤外線検出手段を用いたが、万全を期すために、複数のセットの赤外線放射手段と赤外線検出手段を用いても良い。
【００３６】
また、上記実施の形態１，２では、助手席用のエアバッグ展開制御装置について述べたが、その他の乗員のための、衝突時の保護手段の動作制御装置としても同様に応用可能である。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、運転者やその他の乗員の頭の位置よりも後方に設置され、後頭部、背中など、人の後面までの距離を検出する位置検出手段の出力によってエアバッグ等の保護装置の動作を制御する様にしたので、より安全な乗員保護装置を得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１、２による乗員保護装置の構成図である。
【図２】  この発明の実施の形態１、２による乗員保護装置の位置検出手段の動作を説明するための構成図である。
【図３】  この発明の実施の形態１による乗員保護装置の備えられた助手席に子供が着座した場合を示す構成図である。
【図４】  この発明の実施の形態１による乗員保護装置の備えられた助手席に後ろ向きにチャイルドシートを装着した場合を示す構成図である。
【図５】  従来の乗員保護装置を示す構成図である。
【符号の説明】
２  ダッシュボード                ３  エアバッグ
６  車室天井                      ７  ＥＣＵ
８  加速度センサ                  １１  赤外線放射手段
１６  赤外線検出手段              ２１  ＬＥＤ
２６  イメージセンサ
【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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