JP2005043240A - Sensor for detecting road surface conditions - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、路面の湿潤、凍結等の状態を検出する路面状態検出センサに関する。 The present invention relates to a road surface state detection sensor that detects a state of wetness or freezing of a road surface.
従来の路面状態検出センサでは、例えば特許文献1の図2に示されるように光源から出射された赤外領域の投射光を路面に照射し、路面で反射した反射光中の特定の2波長の光強度を比較し、その比率、つまり相対光強度によって路面状態を識別した。これは、水の吸光スペクトルが液体状態(水)と固体状態(氷)の場合とで変化する、つまり、水と氷とでは上記吸光スペクトル比率が異なる原理を利用したものであった。 In the conventional road surface state detection sensor, for example, as shown in FIG. 2 of Patent Document 1, the projection light in the infrared region emitted from the light source is irradiated onto the road surface, and two specific wavelengths in the reflected light reflected by the road surface are emitted. The light intensity was compared, and the road surface condition was identified by the ratio, that is, the relative light intensity. This is based on the principle that the absorption spectrum ratio of water changes depending on whether the absorption spectrum of water is in a liquid state (water) or a solid state (ice).
また、従来の別の路面状態検出センサでは、例えば特許文献2の図1に示されるように、光源から出射された投射光を一旦偏光板に透過させて特定の偏光光のみとした後に路面に照射させて、路面からの反射光の光強度を測定して路面状態を識別した。特定の偏光光が路面状態に対してより強い光強度で反射する性質を利用したもので、路面状態が一層検出しやすくなるからである。
Further, in another conventional road surface state detection sensor, for example, as shown in FIG. 1 of
上述の従来の路面状態検出センサでは、路面が湿潤状態あるいは凍結状態の場合、路面上に水(あるいは氷)膜が形成され、かかる状態の路面に光を投射すると水膜を透過し路面で反射する反射光だけでなく、水膜の表面で反射する反射光も同時に発生した。したがって、受光器側では、結果的に両者とも含んだ状態の反射光を受光した。水膜の表面で反射する光は水(あるいは氷)の吸光の影響を受けないので、路面状態検出の観点から見ると何ら信号成分を含んでいない光成分となる。この結果、路面状態の変化に対する出力信号の変化量が低減してしまうため、路面状態検出に対する感度が低下するという問題点があった。 In the conventional road surface condition detection sensor described above, when the road surface is wet or frozen, a water (or ice) film is formed on the road surface. When light is projected onto the road surface in this state, the water film is transmitted and reflected by the road surface. Not only reflected light but also reflected light reflected on the surface of the water film was generated at the same time. Therefore, on the side of the light receiver, as a result, the reflected light including both is received. Since the light reflected from the surface of the water film is not affected by the absorption of water (or ice), it is a light component that does not contain any signal component from the viewpoint of road surface condition detection. As a result, since the amount of change in the output signal with respect to the change in the road surface state is reduced, there is a problem that the sensitivity to the road surface state detection is lowered.
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、路面状態変化に対してより高い感度で出力信号変化を捉え、精度の高い路面状態の識別が可能となるような路面状態検出センサを得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and can detect a change in an output signal with a higher sensitivity to a change in road surface state, and can identify a road surface state with high accuracy. An object is to obtain a road surface state detection sensor.
本発明に係る路面状態検出センサは、少なくとも赤外領域の波長からなる光源と、上記光源から出射された投射光が路面に至るまでの光路上に配置され上記投射光中の第1方向の偏光光のみを透過する第1検光子と、上記第1検光子透過後の投射光が上記路面あるいは上記路面上の水または氷からなる膜のいずれか一方または双方によって反射されて生じた反射光の光路上に配置され上記第1方向に直交する第2方向の偏光光のみを透過する第2検光子と、上記第2方向の偏光光における少なくとも2以上の特定波長の光強度を個別に検出する光検出手段と、上記光検出手段からの上記複数の特定波長に基づく出力信号を処理する信号処理手段と、を備え、上記第2方向の偏光光における複数の特定波長間の相対光強度に基づき路面状態を識別することとした。 The road surface state detection sensor according to the present invention includes a light source having a wavelength of at least an infrared region, and a polarized light in a first direction in the projection light that is disposed on an optical path from the light emitted from the light source to the road surface. A first analyzer that transmits only light, and reflected light generated by reflecting the projection light after passing through the first analyzer by either one or both of the road surface or a film made of water or ice on the road surface. A second analyzer that is disposed on the optical path and transmits only polarized light in the second direction orthogonal to the first direction, and individually detects the light intensity of at least two or more specific wavelengths in the polarized light in the second direction. Light detection means and signal processing means for processing output signals based on the plurality of specific wavelengths from the light detection means, and based on relative light intensity between the plurality of specific wavelengths in the polarized light in the second direction. Know road conditions It decided to.
本発明に係る路面状態検出センサでは、上記のように構成したので、路面状態の識別に不要な路面上に発生する水膜からの正反射光成分の除去が容易で、識別に必要な情報である水膜あるいは氷層中を透過した反射光を高い信号強度比で検出できるため、精度の高い路面状態識別が可能な路面状態検出センサが得られる。 Since the road surface state detection sensor according to the present invention is configured as described above, it is easy to remove the specularly reflected light component from the water film generated on the road surface that is unnecessary for the road surface state identification, and the information necessary for the identification. Since reflected light transmitted through a certain water film or ice layer can be detected with a high signal intensity ratio, a road surface state detection sensor capable of highly accurate road surface state identification can be obtained.
実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1による路面状態検出センサの構成図である。図1中、1は少なくとも赤外領域(波長1.0〜2.0μm)を含む光源、2は光源1から路面に至るまでの光路上に配置され、光源1からの投射光で特定の偏光方向(第1方向)の偏光光(S偏光)のみを選択する第1偏光子(第1検光子)、3は第1偏光子2を透過して路面に至る投射光、4は路面、5は路面からの反射光、6は反射光5のうち上述の第1方向と直交する第2方向の偏光光(P偏光)のみを選択する第2偏光子(第2検光子)、7は第2偏光子6を透過した偏光光を2つの特定波長λ1,λ2をそれぞれ含む波長領域に分岐するダイクロイックミラー、8はダイクロイックミラー7で分岐された一方の反射光をさらに狭い第1特定波長λ1に選択する第1波長フィルター、9はダイクロイックミラー7で分離された他方の反射光をさらに狭い第2特定波長λ2に選択する第2波長フィルター、10,11はそれぞれ第1および第2波長フィルター8,9を透過した光を受光し電気信号に変換する第1および第2光検出器、12,13は第1および第2光検出器10,11の出力信号をそれぞれ増幅する第1および第2増幅器、14は第1および第2増幅器12,13の出力信号を比較する比較器、をそれぞれ示す。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a configuration diagram of a road surface state detection sensor according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, 1 is a light source including at least an infrared region (wavelength: 1.0 to 2.0 μm), 2 is arranged on an optical path from the light source 1 to the road surface, and is a specific polarized light by projection light from the light source 1. The first polarizer (first analyzer) that selects only polarized light (S-polarized light) in the direction (first direction), 3 is the projection light that passes through the
また、図1ないし図3において、15は第1検光子2透過後の投射光3で入射面に対して垂直方向、すなわち第1方向に振動軸を有する偏光方向(S偏光方向)、5aは路面4が乾燥状態の場合の路面からの反射光、17a,17bは路面4からの反射光が有する偏光方向で、17aは偏光方向15と同一の第1方向の偏光方向、17bは偏光方向15に対して垂直方向、すなわち第2方向の偏光方向をそれぞれ表す。ここで、上記入射面とは、入射光と入射面の法線方向を含む平面であり、図1ないし図3中では紙面に対して平行な面に相当する。
Also, in FIGS. 1 to 3,
さらに、図3において、4aは路面が湿潤(あるいは凍結)状態において形成される水膜(あるいは氷層)、5bは水膜(あるいは氷層)4aの表面で反射された反射光、5cは水膜(あるいは氷層)4aを透過し路面4で反射された反射光、18は水膜(あるいは氷層)4aの表面からの反射光5bが有する偏光方向、19a,19bは水膜(あるいは氷層)4aを透過し路面4で反射された反射光5cが有する2つの互いに直交する偏光方向、をそれぞれ示す。また、図4は路面状態をパラメータとした場合の反射光の波長と反射光の光強度の関係を示す図である。図4において、20は波長軸、21は第1特定波長λ1の光強度Iλ1に対する第2特定波長λ2の光強度Iλ2の比率(相対光強度)、22は路面上の水膜を透過した路面からの反射光スペクトル、23は路面上の氷層を透過した路面からの反射光スペクトル、24は路面乾燥時の反射光スペクトルで、ここで、22,23それぞれの反射光スペクトルは路面乾燥時で規格化されたスペクトルとしている。25は反射光スペクトルの相対変化を観測する上で基準となる複数の特定波長λ1,λ2であり、25a,bは測定対象となる第1特定波長λ1および第2特定波長λ2をそれぞれ示す。なお、特定波長は2以上でもかまわない。
Further, in FIG. 3, 4a is a water film (or ice layer) formed when the road surface is wet (or frozen), 5b is reflected light reflected from the surface of the water film (or ice layer) 4a, and 5c is water. Reflected light that is transmitted through the film (or ice layer) 4a and reflected by the
次に、実施の形態1の路面状態検出センサの動作について説明する。光源1から出射された少なくとも1.0〜2.0μmの赤外領域の波長を有する光は、第1偏光子2の作用によって偏光方向が第1方向、つまり、入射面に対して垂直方向である偏光光(S偏光)のみが選択された後、投射光3として路面4に照射される。路面4が乾燥状態の場合、投射光3は路面4で反射され、その反射光5aは投射光3が本来有する第1方向、すなわち偏光方向17aの偏光光(S偏光)と、投射光3と直交するP方向、すなわち偏光方向17bの偏光光(P偏光)とが混在する状態となる。
Next, the operation of the road surface state detection sensor according to the first embodiment will be described. Light having a wavelength in the infrared region of at least 1.0 to 2.0 μm emitted from the light source 1 is polarized in the first direction by the action of the
一方、路面4が湿潤、あるいは凍結状態にある場合は、路面4上に水膜(あるいは氷層)4aが形成されているので、投射光3はその一部が水膜(あるいは氷層)4aの表面で反射されると同時に、残りの一部が水膜(あるいは氷層)4a表面を透過して路面4で反射される。水膜(あるいは氷層)4a表面で反射された反射光5bは、投射光3の有する偏光方向15と同一の第1方向である偏光方向18の偏光光(S偏光)のみとなる。なお、氷層の場合は若干直交成分が混在する。
On the other hand, when the
また、水膜(あるいは氷層)4aを透過して路面4で反射された反射光5cは、投射光3と同一の第1方向である偏光方向19aの偏光光(S偏光)だけでなく、投射光3と直交する第2方向の偏光方向19bの偏光光(P偏光)をも有することとなる。このように水膜(あるいは氷層)4a表面で反射された反射光5bと水膜(あるいは氷層)4aを透過して路面4で反射された反射光5cが混在した状態で第2検光子6に入射するが、第2検光子6の作用により投射光3と直交する第2方向の偏光方向19bの偏光光(P偏光)のみが選択された後、ダイクロイックミラー7に入射する。
In addition, the
つまり、路面4が乾燥状態の場合は、路面4からの反射光5aの一部である第2方向である偏光方向17bの偏光光(P偏光)のみが、路面状態が湿潤(あるいは凍結)状態の場合は、路面上に形成された水膜(あるいは氷層)4aの表面から入射して水膜(あるいは氷層)中を進行し路面4で反射した反射光の一部、すなわち第2方向である偏光方向19bの偏光光(P偏光)のみが、それぞれ選択される。
That is, when the
第2検光子6によって選択された第2方向である偏光方向17b、19bの偏光光(P偏光)は、ダイクロイックミラー7の作用によって波長域が分離され、第1および第2波長フィルター8,9によってそれぞれ第1特定波長λ1(25a)および第2特定波長λ2(25b)の波長成分が選択された後、各波長毎に個別に第1および第2光検出器10,11で受光される。第1および第2光検出器10,11からの出力信号はそれぞれ第1および第2増幅器12,13によって増幅された後、比較器14に入力される。比較器14は入力された各増幅器からの出力信号に基づき第1および第2特定波長λ1、λ2の受光強度Iλ1、Iλ2(Iλ1:第1特定波長λ1における受光強度、Iλ2:第2特定波長λ2における受光強度)を比較し、その結果をもとに路面4の乾燥、湿潤、凍結等の路面状態を識別する。
The wavelength regions of the polarized light (P-polarized light) in the
図4に示すように、第1および第2特定波長λ1,λ2の受光強度比率Iλ2/Iλ1は路面4の状態に強く依存する。第1特定波長λ1において各路面状態の光強度を1として規格化し、さらに全波長域において乾燥状態時の光強度を1として規格化すると、第2特定波長λ2では路面乾燥状態時の反射光スペクトル24の光強度が最大で、水膜が形成された路面状態の反射光スペクトル22ではIλ2/Iλ1は1/2程度となり、氷層が形成された路面状態の反射光スペクトル23ではさらに小さくなる。
As shown in FIG. 4, the received light intensity ratio I λ2 / I λ1 of the first and second specific wavelengths λ 1 and λ 2 strongly depends on the state of the
要するに、Iλ2/Iλ1を識別指標とすると、受光強度比率Iλ2/Iλ1の値は、路面乾燥時の比率をa、湿潤時の比率をb、凍結時の比率をcとした場合、a>b>cの関係となる。このような各特定波長毎の受光強度の変化量の差により路面状態の識別が従来より高精度に実現できる。 In short, assuming that I λ2 / I λ1 is an identification index, the value of the received light intensity ratio I λ2 / I λ1 is as follows: a road surface dry ratio is a, a wet ratio is b, and a freezing ratio is c. The relationship is a>b> c. Identification of the road surface state can be realized with higher accuracy than before by the difference in the amount of change in the received light intensity for each specific wavelength.
図5に本実施の形態の路面状態検出センサの実験結果を示す。投射光3は第1検光子2によって選択されたS偏光のみであり、反射光は第2検光子6によってP偏光のみに選択されている。グラフ中の縦軸の光強度は乾燥時の光強度を1として規格化されている。路面上に水を噴霧して一定時間経過した時点での反射光の反射光スペクトルを測定して、各路面状態に対応した実測データを得た。水を噴霧後の経過時間をパラメータとして、130秒後、210秒後、510秒後の反射光スペクトルを測定した。路面は水の噴霧後200秒程度で凍結するので、130秒後は路面湿潤状態、210秒後および510秒後は路面凍結状態となっている。図5から分かるように、1450〜1500nmの波長範囲で路面乾燥時の光強度1に対して、路面湿潤状態(130秒後)、路面凍結状態(210、510秒後)の順に光強度が低減する。つまり、各路面状態に対応した光強度に明瞭に分離される結果が得られた。なお、上記実験結果から、第1特定波長λ1は各反射光スペクトルがなるべく平坦な領域、つまり1.1μm以上1.3μm以下の波長範囲が好適であり、第2特定波長λ2は1.4μm以上1.6μm以下の波長範囲が好適であることが分かった。
FIG. 5 shows the experimental results of the road surface state detection sensor of the present embodiment. The
図6に図5の実験に対する比較実験を行った結果を示す。投射光3は第1検光子2によって選択されたS偏光であり、反射光は上記実験とは異なり投射光と同方向のS偏光のみに選択されている。縦軸の光強度は乾燥時の光強度を1として規格化されている。路面上に水を噴霧して一定時間経過した時点での反射光スペクトルを測定して、各路面状態に対応した実測データを得た。水噴霧後の経過時間をパラメータとして、140秒後、410秒後、1010秒後の反射光スペクトルを測定した。140秒後は路面湿潤状態、410秒後および1010秒後は路面凍結状態となっている。図6から容易に分かるように、投射光と反射光の偏光方向を同一方向とした場合は各路面状態に対応した反射光スペクトル間の光強度の差は図5の実験結果に比べて、大幅に小さくなった。かかる比較実験の結果からも、本実施の形態の路面状態検出センサの有効性が実証された。
FIG. 6 shows the result of a comparative experiment performed on the experiment of FIG. The
以上、本実施の形態の路面状態検出センサでは、赤外領域における水の吸光スペクトルの形状が液体(水)と固体(氷)とでは異なることを利用すべく、投射光側の第1検光子と反射光側の第2検光子との偏光方向を直交させて赤外波長域における特定の2波長に関して投射光と直交する偏光成分のみを受光する検出光学系を構成したので、路面状態の識別に不要な路面上に発生する水膜からの正反射光成分の除去が容易で、識別に必要な情報である水膜あるいは氷層中を透過した反射光を高い信号強度比で検出できるため、精度の高い路面状態識別が可能な路面状態検出センサが得られる。 As described above, in the road surface state detection sensor of the present embodiment, the first analyzer on the projection light side is used in order to use the fact that the shape of the water absorption spectrum in the infrared region is different between liquid (water) and solid (ice). Since the detection optical system is configured to receive only the polarization component orthogonal to the projection light with respect to two specific wavelengths in the infrared wavelength region by orthogonalizing the polarization directions of the reflected light and the second analyzer on the reflected light side, the road surface state is identified. Because it is easy to remove the specularly reflected light component from the water film generated on the road surface that is unnecessary, and the reflected light transmitted through the water film or ice layer, which is information necessary for identification, can be detected with a high signal intensity ratio A road surface state detection sensor capable of highly accurate road surface state identification is obtained.
実施の形態2.
図7は本発明の実施の形態2による路面状態検出センサの構成図である。図1ないし図3と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものである。図7において、30は反射光を偏光方向によって分離する偏光ビームスプリッター(偏光分岐手段)で、投射光3と同一の第1方向である偏光方向33を有する偏光光(S偏光)を透過し、投射光3と直交する第2方向である偏光方向34を有する偏光光(P偏光)を反射する。31は偏光ビームスプリッター30を透過した透過光(S偏光)、32は偏光ビームスプリッター30によって反射された第2方向である偏光方向34を有する反射光(P偏光)、33は投射光3と同一の偏光方向(第1方向)、34は投射光3と直交する偏光方向(第2方向)、35は透過光31を受光して電気信号に変換する第3光検出器、36は反射光32を2分割するハーフミラー、37はハーフミラー36で分離された一方の光を受光する第4光検出器、38,39はそれぞれ第3および第4光検出器35,37からの出力信号を増幅する第3および第4増幅器、40は増幅器12,13、38,39からの出力信号を入力し、各出力信号の強度を比較し、路面状態の識別を行う比較器である。
FIG. 7 is a configuration diagram of a road surface state detection sensor according to
次に、実施の形態2による路面状態検出センサの動作について説明する。光源1から発生した少なくとも1.0〜2.0μmの赤外領域の波長を有する光は第1偏光子2の作用により予め設定した第1方向である偏光方向15の偏光光(S偏光)のみを選択し、投射光3として路面4を照射する。路面4からの反射光5は偏光ビームスプリッター30を介して偏光方向によって光を分離する。具体的には、投射光3と直交する第2方向である偏光方向34の偏光光(P偏光)を反射する一方、投射光3と同一の第1方向である偏光方向33の偏光光(S偏光)を透過する。透過光31は第3光検出器35によって受光され、電気信号への変換後、第3増幅器38で増幅され比較器40に入力される。
Next, the operation of the road surface state detection sensor according to the second embodiment will be described. Light having a wavelength in the infrared region of at least 1.0 to 2.0 μm generated from the light source 1 is only polarized light (S-polarized light) having a
一方,偏光ビームスプリッター30によって反射された反射光32はハーフミラー36によってさらに2つに分岐され、一方の光は第4光検出器37によって受光され電気信号に変換後、第4増幅器39によって増幅され比較器40に入力する。ハーフミラー36によって分岐された他方の光はダイクロイックミラー7を介して各特定波長に分離され、第1および第2波長フィルター8,9によってそれぞれ第1特定波長λ1、第2特定波長λ2の特定波長成分がそれぞれ選択された後、第1および第2光検出器10,11で特定波長毎に個別に受光される。各光検出器10,11からの出力信号はそれぞれ第1および第2増幅器12,13によって増幅された後、比較器40に入力する。比較器40は入力された各増幅器からの信号をもとに路面4の乾燥、湿潤、凍結等の路面状態を識別する。
On the other hand, the reflected light 32 reflected by the
第1および第2光検出器10,11の出力信号であるIλ1、Iλ2は、実施の形態1で既に述べたように、路面上が乾燥、湿潤、凍結等の状態に応じてそれぞれ変化する。さらに、第3および第4光検出器35,37からの出力信号は路面4からの反射光5が有する偏光特性を示すもので、反射光5のうち投射光3と同一偏光方向の偏光光(S偏光)の光強度を示す第3光検出器35の出力をIs、投射光3と直交する偏光方向の偏光光(P偏光)の光強度を示す第4光検出器37の出力をIpとすると、IsをIs+Ipで規格化した指標値Is/(Is+Ip)は路面4の表面状態に応じて変化の度合いが変わる。出力Isは、図3中の第1方向である偏光方向18の偏光光(S偏光)と同じく第1方向である偏光方向19aの偏光光(S偏光)の各光強度の総和であり、一方、出力Ipは第2方向である偏光方向19bの偏光光(P偏光)の光強度に相当する。
The output signals I λ1 and I λ2 of the first and
路面乾燥時におけるIsとIpが同じ値となるように予め規格化しておくと、上記指標値は乾燥時の比率をa1、湿潤時をb1、凍結時をc1、積雪時をd1とすると、b1>c1>a1あるいはb1>d1>a1の関係が成立する。このような路面状態による偏光特性(Is/Is+Ip)の変化及び2つの特定波長間の受光強度比率Iλ2/Iλ1の変化を併用すると、前者からは主に路面状態の識別が、後者からは主に路面上の膜種の識別がより精度良く実行できる。従って、上述の2つの識別指標を併用して路面状態の識別を行うことによって、より精度の高い識別が可能となる。 When Is and Ip during road drying advance normalized so as to have the same value, a 1 the ratio of the dry the index value, b 1 and when wet, c 1 and upon freezing, d 1 the time snow Then, the relationship of b 1 > c 1 > a 1 or b 1 > d 1 > a 1 is established. When the change in the polarization characteristics (Is / Is + Ip) and the change in the received light intensity ratio I λ2 / I λ1 between two specific wavelengths are used in combination, the former mainly identifies the road surface state, and the latter Mainly, the film type on the road surface can be identified with higher accuracy. Therefore, it is possible to identify with higher accuracy by using the above two identification indexes together to identify the road surface state.
以上、本実施の形態の路面状態検出センサでは、投射光の偏光方向を特定するとともに、反射光を受光するにあたって偏光方向を分離してさらに各特定波長毎に受光することにより、路面が湿潤(あるいは凍結、積雪)している場合、路面表面からの反射光と水表面から入り水膜中を進行し路面から反射する光とを分離検出し、各反射光に対して偏光特性あるいは特定波長間の光強度比等のパラメータを併用して路面状態を識別するので、より高精度の路面状態検出が可能な路面状態検出センサが得られる。 As described above, in the road surface state detection sensor according to the present embodiment, the polarization direction of the projection light is specified, and when the reflected light is received, the polarization direction is separated and further received for each specific wavelength, so that the road surface is wet ( (In the case of freezing or snow), the reflected light from the road surface and the light that enters from the water surface and travels through the water film and reflects from the road surface are separated and detected. Since the road surface state is identified using parameters such as the light intensity ratio, a road surface state detection sensor capable of detecting the road surface state with higher accuracy can be obtained.
実施の形態3.
図8は本発明の実施の形態3による路面状態検出センサの構成図である。図1ないし図3、および図7と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものである。図8において、41は投射光3を路面4に照射した場合に路面4から発生する散乱光、43は路面4からの散乱光41を受光し電気信号に変換する第5光検出器、44は第5光検出器43からの出力信号を増幅する第5増幅器、45は各増幅器12,13,38,39,44からの出力信号を入力し、各信号値を比較することにより路面状態を識別する比較器を示す。
FIG. 8 is a block diagram of a road surface state detection sensor according to
実施の形態3による路面状態検出センサでは、実施の形態2で示した装置構成に加えて路面4からの散乱光を受光する第5光検出器43およびその出力信号を増幅する第5増幅器44が新たに設けられている点に特徴がある。
In the road surface state detection sensor according to the third embodiment, in addition to the device configuration shown in the second embodiment, a
次に、実施の形態3による路面状態検出センサの動作について説明する。特定の2波長の光強度比較および偏光特性変化を利用した路面状態検出に関しては実施の形態2で説明した通りである。 Next, the operation of the road surface state detection sensor according to the third embodiment will be described. The comparison of the light intensity of two specific wavelengths and the detection of the road surface state using the change in polarization characteristics are as described in the second embodiment.
路面4から発生した散乱光41は第5光検出器43によって受光され電気信号に変換され第5増幅器44で増幅された後、比較器45に入力される。散乱光41の光強度は路面状態に強く依存する。例えば、路面4が湿潤な状態では乾燥時より表面が滑らかなので散乱光41の光強度も相対的に小さくなる。各路面状態について光強度を比較すると、各光強度を乾燥時a2、湿潤時b2、凍結時c2、積雪時d2とした場合、各光強度間にはd2>a2>c2>b2で表される関係が成立するので、これらの関係に基づき、路面状態をさらに高精度で識別できる。
The
以上、実施の形態2で説明した投射光と直交する偏光方向の偏光光のみを選択した反射光における2波長間の受光強度の比較、路面からの反射光強度における投射光に対して同一の偏光方向の偏光光と直交方向の偏光光との相対強度比率の比較に加えて、本実施の形態で示した付加的な装置構成によって測定された散乱光の受光強度変化という第3番目のパラメータを合わせた合計3つの独立したパラメータを用いて路面状態の識別を行うことにより、路面状態の識別精度の一層の向上が実現できる。 As described above, the comparison of the received light intensity between the two wavelengths in the reflected light in which only the polarized light having the polarization direction orthogonal to the projected light described in the second embodiment is selected, and the same polarization with respect to the projected light in the reflected light intensity from the road surface. In addition to the comparison of the relative intensity ratio between the polarized light in the direction and the polarized light in the orthogonal direction, a third parameter of the received light intensity change of the scattered light measured by the additional apparatus configuration shown in the present embodiment is By identifying the road surface state using a total of three independent parameters, it is possible to further improve the road surface state identification accuracy.
実施の形態4.
図9は本発明の実施の形態4による路面状態検出センサの構成図である。図1と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものである。図9において、50は赤外領域(1.0〜2.0μm)にある単一の特定波長を有する第1光源、51は赤外領域(1.0〜2.0μm)の波長域で第1光源50以外の特定波長を有する単一波長の第2光源、52は第1光源50からの第1投射光、53は第2光源51からの第2投射光、54は第1および第2投射光52、53を合波するハーフミラー、をそれぞれ示す。ここで単一波長光源としては,装置構成が簡単でかつ極めて軽量な発光ダイオード(LED)や半導体レーザ(LD)が好適である。
FIG. 9 is a configuration diagram of a road surface state detection sensor according to
次に、実施の形態4による路面状態検出センサの動作について説明する。なお、動作自体は実施の形態1の路面状態検出センサとほぼ同一である。 Next, the operation of the road surface state detection sensor according to the fourth embodiment will be described. The operation itself is substantially the same as that of the road surface state detection sensor of the first embodiment.
赤外領域(1.0〜2.0μm)のうち波長が第1特定波長λ1である単一波長を有する第1光源50から投射された第1投射光52と、同じく赤外領域(1.0〜2.0μm)ではあるが第1特定波長λ1とは異なる第2特定波長λ2を有する単一波長の第2光源51から投射された第2投射光53とをハーフミラー54によって合波した後、第1偏光子2を透過させて第1方向の偏光光(S偏光)のみを選択して路面4に照射する。路面4からの反射光5のうち第2検光子6によって選択された反射光は、さらに、ダイクロイックミラー7の作用により各特定波長域に分離され、第1および第2波長フィルター8,9によってそれぞれ第1特定波長λ1(25a)、第2特定波長λ2(25b)の波長成分に選択された後に、第1および第2光検出器10,11で個別に受光される。第1および第2光検出器10,11からの出力信号はそれぞれ第1および第2増幅器12,13によって増幅され、比較器14に入力する。比較器14は入力された各増幅器からの出力信号に基づき特定の2波長λ1、λ2の受光強度を比較し、その結果をもとに路面4の乾燥、湿潤、凍結等の路面状態を識別する。識別方法の詳細は実施の形態1と同一であるので省略する。
The
本実施の形態では、上述したように、LEDやLD等の単一波長光源を複数の特定波長光源として適用した点に特徴がある。つまり、LEDやLD等のそれ自身で小型でかつ軽量である半導体光源を路面照射用光源として用いることにより、装置全体として小型化や軽量化が図られた高精度の路面状態検出センサが容易に得られる。 As described above, the present embodiment is characterized in that a single wavelength light source such as an LED or an LD is applied as a plurality of specific wavelength light sources. In other words, by using a semiconductor light source that is small and light by itself, such as an LED or LD, as a light source for road surface irradiation, a highly accurate road surface state detection sensor that is reduced in size and weight as an entire device can be easily obtained. can get.
1 光源、 2 偏光子(検光子)、 3 投射光、 4 路面、 4a 水膜あるいは氷層、 5a 反射光、 5b 水膜(あるいは氷層)表面から反射した反射光、 5c 水膜(あるいは氷層)を透過し路面で発生した反射光、 6 検光子、 7 ダイクロイックミラー、 8 第1波長フィルター、 9 第2波長フィルター、 10 第1光検出器、 11 第2光検出器、 12 第1増幅器、 13 第2増幅器、 14 比較器、 15 投射光の偏光方向で入射面に対して垂直方向に振動軸を有する偏光方向(第1方向)、 16 第2方向、 17a,b 路面反射光の偏光方向、 18 水膜(あるいは氷層)表面反射光の偏光方向、 19a,19b 水膜(あるいは氷層)を透過し路面で発生した光の偏光方向、 20 波長軸、 21 光強度比率、 22 路面上の水膜を透過した路面からの反射光スペクトル、 23 路面上の氷層を透過した路面からの反射光スペクトル、 24 路面乾燥時の反射光スペクトル、 25a 透過スペクトルの相対変化を観測する上で基準となる特定波長、 25b 測定対象となる特定波長、 30 偏光ビームスプリッター(偏光分岐手段)、 31 偏光ビームスプリッターを透過した透過光、 32 偏光ビームスプリッターによって反射された光、 33 投射光と同一の偏光方向(第1方向)、 34 投射光と直交する偏光方向(第2方向)、 35 第3光検出器、 36 ハーフミラー、 37 第4光検出器、 38 第3増幅器、 39 第4増幅器、 40 比較器、 41 散乱光、 43 第5光検出器、 44 第5増幅器、 45 比較器、 50 第1光源、 51 第2光源、 52 第1投射光、 53 第2投射光、 54 ハーフミラー。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light source, 2 Polarizer (analyzer), 3 Projection light, 4 Road surface, 4a Water film or ice layer, 5a Reflected light, 5b Reflected light reflected from water film (or ice layer) surface, 5c Water film (or ice) Reflected light generated on the road surface, 6 analyzer, 7 dichroic mirror, 8 first wavelength filter, 9 second wavelength filter, 10 first photodetector, 11 second photodetector, 12 first amplifier 13 Second amplifier, 14 Comparator, 15 Polarization direction (first direction) having a vibration axis perpendicular to the incident surface in the polarization direction of the projected light, 16 Second direction, 17a, b Polarization of road surface reflected light Direction, 18 Polarization direction of water film (or ice layer) surface reflected light, 19a, 19b Polarization direction of light transmitted through water film (or ice layer) and generated on road surface, 20 wavelength axis, 21 light intensity ratio, 22 road surface Permeates the water film above The reflected light spectrum from the road surface, 23 the reflected light spectrum from the road surface that has passed through the ice layer on the road surface, 24 the reflected light spectrum when the road surface is dried, 25a a specific wavelength that is a reference for observing the relative change in the transmitted spectrum, 25b Specific wavelength to be measured, 30 Polarization beam splitter (polarization branching means), 31 Transmitted light transmitted through polarization beam splitter, 32 Light reflected by polarization beam splitter, 33 Same polarization direction as projection light (first direction) ), 34 Polarization direction orthogonal to the projected light (second direction), 35 Third photodetector, 36 Half mirror, 37 Fourth photodetector, 38 Third amplifier, 39 Fourth amplifier, 40 Comparator, 41 Scattering Light, 43 fifth light detector, 44 fifth amplifier, 45 comparator, 50 first light source, 51 second light source, 52 first projection light, 53 2 projected light, 54 a half mirror.
Claims (6)
前記光源から出射された投射光が路面に至るまでの光路上に配置され前記投射光中の第1方向の偏光光のみを透過する第1検光子と、
前記第1検光子透過後の投射光が前記路面あるいは前記路面上の水または氷からなる膜のいずれか一方または双方によって反射されて生じた反射光の光路上に配置され前記第1方向に直交する第2方向の偏光光のみを透過する第2検光子と、
前記第2方向の偏光光における少なくとも2以上の特定波長の光強度を個別に検出する光検出手段と、
前記光検出手段からの前記複数の特定波長に基づく出力信号を処理する信号処理手段と、を備え、
前記第2方向の偏光光における複数の特定波長間の相対光強度に基づき路面状態を識別することを特徴とする路面状態検出センサ。 A light source comprising at least wavelengths in the infrared region;
A first analyzer that is disposed on an optical path from the light source to the road surface and transmits only polarized light in a first direction in the projection light;
The projected light after passing through the first analyzer is arranged on the optical path of the reflected light generated by reflecting the road surface or the water or ice film on the road surface, or orthogonal to the first direction. A second analyzer that transmits only polarized light in the second direction,
Light detecting means for individually detecting the light intensity of at least two or more specific wavelengths in the polarized light in the second direction;
Signal processing means for processing an output signal based on the plurality of specific wavelengths from the light detection means, and
A road surface state detection sensor that identifies a road surface state based on relative light intensity between a plurality of specific wavelengths in polarized light in the second direction.
前記光源から出射された投射光が路面に至るまでの光路上に配置され前記投射光中の第1方向の偏光光のみを透過する第1検光子と、
前記第1検光子透過後の投射光が前記路面あるいは前記路面上の水または氷からなる膜のいずれか一方または双方によって反射されて生じた反射光の光路上に配置され前記反射光を前記第1方向の偏光光と前記第1方向に直交する第2方向の偏光光に分岐する偏光分岐手段と、
前記反射光中の前記第1方向の偏光光の光強度と前記第2方向の偏光光における少なくとも2以上の特定波長毎の光強度とを個別に検出する光検出手段と、
前記光検出手段からの各出力信号を処理する信号処理手段と、を備え、
前記反射光中の前記第1および第2方向の偏光光間の相対光強度と前記第2方向の偏光光における複数の特定波長間の相対光強度とに基づき路面状態を識別することを特徴とする路面状態検出センサ。 A light source comprising at least wavelengths in the infrared region;
A first analyzer that is disposed on an optical path from the light source to the road surface and transmits only polarized light in a first direction in the projection light;
The projection light after passing through the first analyzer is arranged on the optical path of the reflected light generated by reflecting the road surface or one or both of the film made of water or ice on the road surface, and the reflected light is Polarization branching means for branching into polarized light in one direction and polarized light in a second direction orthogonal to the first direction;
A light detecting means for individually detecting the light intensity of the polarized light in the first direction in the reflected light and the light intensity for at least two or more specific wavelengths in the polarized light in the second direction;
Signal processing means for processing each output signal from the light detection means,
The road surface state is identified based on the relative light intensity between the polarized light in the first and second directions in the reflected light and the relative light intensity between a plurality of specific wavelengths in the polarized light in the second direction. Road surface condition detection sensor.
The first specific wavelength of the plurality of specific wavelengths is 1.1 μm to 1.3 μm, and the second specific wavelength is 1.4 μm to 1.6 μm. The road surface condition detection sensor according to claim 1.
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