JPH08193944A - 路面状態検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 非接触で路面の路面の積雪、凍結、湿潤、乾
燥状態を検出することができる路面状態検出装置を提供
すること。 【構成】 路面状態検出装置は、光学系と、赤外光照射
系として繰り返しコードを発生するコードパターン発生
器(20)と、コードパターン発生器(20)から出力される繰
り返しコードにより強度変調する変調器(21)と、駆動回
路(22)と、駆動回路(22)により駆動され赤外光を発生す
る赤外線ＬＥＤ(1)とを有している。また赤外光受光系
として正規反射光の水平偏波及び垂直偏波を受光する赤
外線フォトダイオード(8)、(9)と、乱反射光の水平偏波
及び垂直偏波を受光する赤外線フォトダイオード(14)、
(15)と、参照照射光を受光する赤外線フォトダイオード
(17)と、復調回路(23)、(25)、(26)、(27)、(28)と、複
数の閾値を生成するデバイダ(24)と、可変増幅器(29)、
(30)、(31)、(32)と、比較回路ブロック(33)、(34)、(3
5)、(36)と、路面状態を判別する論理判断回路(40)とを
有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、路面状態検出装置に係
り、特に積雪、凍結、湿潤、乾燥等の路面状況に応じて
路面の融雪及び凍結防止装置の起動、停止及び出力調整
を行なうための検出装置として、また交通管制や交通安
全のための道路情報検出装置として、更に自動車に搭載
することにより走行路面の状態を運転者に知らせ、安全
運転を促すための検出装置として使用するに好適な路面
状態検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、路面の融雪及び凍結防止装置の起
動、停止及び出力調整等の制御は、外気温、路面温度、
路面の白黒、路面の水分等の複数の観測結果に基づいて
行なわれていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
は、路面の積雪、凍結、湿潤、乾燥状態を非接触で一元
的に検出するセンサーは存在しなかった。

【０００４】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであり、非接触で路面の積雪、凍結、湿潤、乾燥
状態を検出することができる路面状態検出装置を提供す
ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の路面状態検出装
置は、所定の信号パターンで強度変調された赤外光を発
生する赤外光発生手段と、該赤外光発生手段より出力さ
れる赤外光を水平偏波成分と垂直偏波成分とが等しくな
る偏波面となるように偏光させ、路面に対して所定角度
で照射すると共に、該照射光を直接、受光し、かつ前記
照射光の反射光のうち特定の偏波面の正規反射光及び乱
反射光を路面に対して所定の角度で受光する光学系と、
前記光学系により受光した照射光の信号強度を検出する
参照光検出手段と、前記光学系により受光した特定の偏
波面の正規反射光及び乱反射光の信号強度を検出する反
射光検出手段と、前記参照光検出手段の検出出力と前記
反射光検出手段の検出出力とを比較し、比較結果に応じ
た信号を出力する比較手段と、該比較手段の比較出力を
取り込み、該比較結果と路面の各状態に対応して定めら
れ予め記憶されているデータとを照合し、路面状態を判
別する判定手段とを有することを特徴とする。

【０００６】また本発明の路面状態検出装置は、所定の
信号パターンで強度変調された赤外光を発生する赤外光
発生手段と、該赤外光発生手段より出力される赤外光を
４５°の偏波面となるように偏光させ、路面に対して約
４５°の角度で照射すると共に、該照射光を直接、受光
し、かつ前記照射光の路面に対して約４５°の角度で路
面から反射してくる反射光を偏波面０°及び９０°で、
照射光源側に戻る乱反射光及び照射光の進路方向への正
規反射光をそれぞれ受光する光学系と、前記光学系によ
り受光した照射光の信号強度を検出する参照光検出手段
と、前記光学系により受光した偏波面０°及び９０°の
正規反射光及び乱反射光の信号強度を検出する反射光検
出手段と、前記参照光検出手段の検出出力と前記反射光
検出手段で検出された４つの検出出力とを比較し、比較
結果に応じた信号を出力する比較手段と、該比較手段の
比較出力を取り込み、該比較結果と路面の各状態に対応
して定められ予め記憶されているデータとを照合し、路
面状態を判別する判定手段とを有することを特徴とす
る。

【０００７】本発明の路面状態検出装置では、前記参照
光検出手段は、前記光学系により直接、受光した照射光
の光強度の検出値を基準にしてその検出値の１／ｎの整
数倍の値を複数の閾値とし、該複数の閾値を検出出力と
し、前記反射光検出手段は、検出信号を所定レベルまで
増幅する可変増幅手段を有し、前記比較手段は、各比較
結果を２値データで出力すると共に、前記判定手段は、
各比較結果を示す２値データの組合せと路面の各状態に
対応して定められ予め記憶されているデータとを照合
し、一致したデータに対応する路面状態を現在の路面状
態として判別することを特徴とする。

【０００８】本発明の路面状態検出装置では、前記赤外
光発生手段は、偏波面４５°の照射赤外光を繰返し符号
であるコードパターンで強度変調する変調手段を有し、
前記参照光検出手段及び反射光検出手段は、前記コード
パターンに基づいて参照光、各反射光を復調する復調手
段をそれぞれ、有することを特徴とする。

【０００９】

【作用】上記構成の路面状態検出装置によれば、雪面は
散乱が高いことから偏波面の回転による垂直、水平偏波
成分は正規反射、乱反射とも反射強度が強くなり、また
湿潤面では水平偏波成分の正規反射が強くなる等路面の
状態により反射光の様相が相違するので、偏波面45゜の
照射赤外光の偏波面の回転を正規反射光と乱反射光で検
出することにより、非接触で路面の積雪、凍結、湿潤、
乾燥の各状態を判別することができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００１１】図１には、本発明に係る路面状態検出装置
の一実施例の光学系の構成を示す。同図において赤外線
ＬＥＤ（1）からの赤外光は偏波面45゜の偏光板(3)、赤
外線透過フィルタ(50)を介して光学レンズ(2)により下
方の路面(100)に対して約45゜に向けた光軸で、偏波面4
5゜の照射光として、立体角20゜程度の範囲で照射され
るようになっている。

【００１２】地表における太陽光の光スペクトル放射強
度は、長波長域の赤外域で暫時、低減し、また透過大気
及び大気中の水蒸気による吸収帯域が存在し、波長1.4
μｍでは激減している。したがって、照射赤外光の波長
域を、バックグランドとなる自然赤外光が存在しない波
長域に選定でき、外乱となる赤外光の影響を受けにく
い。

【００１３】一方、ＬＥＤの発光波長は半導体材料のバ
ンドギャップに依存し、InGaAsP/InP系の半導体材料で
の赤外線ＬＥＤは発光波長が1.4μｍに選択することが
できる。

【００１４】また偏波面45゜の偏光板(3)は、偏光角45
゜の赤外光をそれぞれcos45゜、sin45゜とし、赤外光源
内部での反射などによる光源の有する偏光の片寄りを排
除し、照射赤外光の水平偏波成分と垂直偏波成分の強度
を等しくしている。

【００１５】路面(100)から照射赤外光源と反対側の方
向に反射する正規反射赤外光の検出は、照射光軸を含み
路面(100)に垂直な平面内において、照射赤外光源と反
対側で、照射光の路面(100)上の光軸点から路面100に対
し約45゜上方の位置で、立体角10゜程度の範囲で路面(1
00)を望む光学レンズ(6)、赤外線透過フィルタ(50)、偏
波面0゜の偏光板(4)を介し、偏波面0゜の正規反射赤外
光を赤外線フォトトランジスタ(8)で検出し、同じく立
体角10゜程度の範囲で路面100を望む光学レンズ(7)、赤
外線透過フィルタ(50)、偏波面90゜の偏光板(5)を介
し、偏波面90゜の正規反射赤外光を赤外線フォトダイオ
ード(9)で検出するように構成されている。

【００１６】なお、光学レンズ(6)と(7)は、共用するこ
ともできる。

【００１７】路面(100)から照射赤外光源側に戻る乱反
射赤外光の検出は、照射光軸を含み路面(100)に垂直な
平面内において、照射赤外光源側で、照射光の路面(10
0)上の光軸点から路面(100)に対し約45゜上方の位置
で、立体角10゜程度の範囲で路面(100)を望む光学レン
ズ(12)、赤外線透過フィルタ(50)、偏波面0゜の偏光板
(10)を介し、偏波面0゜の乱反射赤外光を赤外線フォト
ダイオード(14)で検出し、同じく立体角10゜程度の範囲
で路面(100)を望む光学レンズ(13)、赤外光透過フィル
タ(50)、偏波面90゜の偏波光(11)を介し、偏波面90゜の
乱反射赤外光を赤外線フォトダイオード(15)で検出する
ように構成されている。

【００１８】この場合も、光学レンズ(12)と(13)は、共
用することもできる。

【００１９】一方、参照照射赤外光の検出は、乱反射光
の検出位置の上方に位置し、正規反射光ならびに乱反射
光の検出側の立体角に影を与えない部位で、照射赤外光
源からの偏波面45゜の直接赤外光を光学レンズ(16)、赤
外光透過フィルタ(50)を介し赤外線フォトダイオード(1
7)で検出するように構成されている。

【００２０】本実施例では照射赤外光の反射光を検出す
る赤外線フォトダイオードには、1.4μｍの波長域のInG
aAsPINフォトダイオードまたはInP/InGaAsアバランシェ
フォトダイオードを使用するものとする。

【００２１】次に図２に本発明に係る路面状態検出装置
の一実施例の電気的構成を示す。同図において、路面状
態検出装置は、その赤外光照射系として検出光が照射光
の反射であることを識別する必要から繰り返しコードを
発生するコードパターン発生器(20)と、コードパターン
発生器(20)から出力される繰り返しコードにより強度変
調する変調器(21)と、駆動回路(22)と、駆動回路(22)に
より駆動され赤外光を発生する赤外線ＬＥＤ(1)とを有
している。

【００２２】また赤外光の路面(100)からの反射光を受
光する赤外光受光系として正規反射光を受光する赤外線
フォトダイオード(8)、(9)と、乱反射光を受光する赤外
線フォトダイオード(14)、(15)と、参照照射光を受光す
る赤外線フォトダイオード (17)と、復調回路(23)、(2
5)、(26)、(27)、(28)と、複数の閾値を生成するデバイ
ダ(24)と、可変増幅器(29)、(30)、(31)、(32)と、それ
ぞれ、複数の比較回路で構成される比較回路ブロック(3
3)、(34)、(35)、(36)と、比較回路ブロック(33)、(3
4)、(35)、(36)の各出力に基づいて路面状態を判別する
論理判断回路(40)とを有している。

【００２３】論理判断回路(40)には赤外線の正規反射光
及び乱反射光偏波成分の大きさを２値データで表し、こ
れらの組合せを路面の積雪、凍結、湿潤、乾燥の各状態
に対応させて予め記憶されているメモリが内蔵されてお
り、論理判断回路(40)はそのメモリから読み出された２
値データの組合せと各比較回路ブロック(33)、(34)、(3
5)、(36)の各出力とを照合して路面状態を判別する。こ
の点については後で詳述する。

【００２４】上記構成においてコードパターン発生器(2
0)の信号に基づいて変調回路(21)で、コードパターンに
従った電気的振幅変調信号を得、駆動回路(22)で赤外線
ＬＥＤ(1)を駆動し、上記コードパターンに従った強度
変調赤外光を照射光光学系に与える。図３に、強度変調
赤外光のコードパターンの一例を示す。

【００２５】赤外光を、繰り返し符号であるコードパタ
ーン(62)で強度変調して路面(100)に照射し、その反射
赤外光である検出赤外光のコードパターン(63)との一致
を検出することにより、本実施例に係る路面状態検出装
置の照射系から照射された赤外光の反射光であることを
識別することができる。照射光コードパターン(62)は、
同期信号(60)と路面状態検出装置に割り当てたコード(6
1)とからなる。

【００２６】また赤外線ＬＥＤ(1)からの照射赤外光
は、被照射対象のもつ温度に依存するプランクの放射法
則による赤外線放射より十分大きな値をとっているが、
反射赤外光のレベルに重畳することを考慮し、コードパ
ターンのオンとなるレベル(64)とオフとなるレベル(65)
の差をもって反射光の強度とすることで被照射対象であ
る路面(100)からのプランクの放射法則による赤外線放
射を分別できる。

【００２７】参照照射光を検出する赤外線フォトダイオ
ード(17)の検出出力は、コードパターン発生器(20)の電
気的参照信号に基づいて復調回路(23)で復調され、本実
施例の路面状態検出装置の照射赤外光であることを識別
し、デバイダ(24)で照射赤外光による黒色乾燥路面のア
ルベド数に相当する値を、参照照射光の検出強度の1/n
を基準値に取り、1/nの基準閾値、ならびに1/nの整数倍
の複数の閾値、例えば10/n,100/nを得、各比較回路ブロ
ック(33)、(34)、(35)、(36)内の各比較器に論理０、論
理１の判定の基準となる参照信号を供給する。

【００２８】反射赤外光を検出する各赤外光フォトダイ
オード(8)、(9)、(14)、(15)の各検出出力は、それぞれ
コードパターン発生器(20)の電気的参照信号に基づいて
復調回路(25)、(26)、(27)、(28)で本実施例の路面状態
検出装置から照射された赤外光の反射光であることが認
識され、復調回路(25)、(26)、(27)、(28)の出力信号
は、それぞれ可変増幅回路(29)、(30)、(31)、(32)を介
し、比較回路ブロック(33)、(34)、(35)、(36)内のデバ
イダ(24)の閾値出力数に応じた数の各比較器に供給され
る。

【００２９】透明な氷の結晶粒子の集合である雪面で
は、入射した可視光はもちろん1.4μｍ帯の赤外光は氷
の結晶粒子の表面で反射・屈折を繰り返し、水平偏波成
分と垂直偏波成分とも入射方向に依存せず正規反射、乱
反射について高い反射率を示す。

【００３０】また乾燥した路面では、1.4μｍ帯の赤外
光について高い吸収率を示し、偏波面0゜の水平偏波成
分、偏波面90゜の垂直偏波成分とも正規反射、乱反射に
ついて弱い反射率を示す。

【００３１】凍結路面では、氷の面のほかに一部雪の再
凍結による気泡の存在により、雪面と乾燥路面との中間
的な反射傾向を示す。

【００３２】更に湿潤路面では、路面上の微小水面の存
在により、偏波面0゜の水平偏波成分の正規反射が大勢
を示し、偏波面90゜の垂直偏波成分の正規反射、乱反射
の水平偏波成分、垂直偏波成分とも非常に少なくなる。

【００３３】以上の各路面状態と路面(100)からの反射
赤外光のレベルとの関係を、一覧表で示すと下表のよう
になる。

【００３４】

【表１】

【００３５】例えば、デバイダ(24)の閾値として上記の
各反射光のレベルの大、中、小、微小を区分する値が、
前記参照照射光の検出強度の1/nと、この値を基準とし
た10×1/nと100×1/n、の３点とすると、各比較回路ブ
ロックの出力として微小をあらわす1/n以下は０００、
小を表す1/nと10×1/nの間は１００、同様に10×1/nと1
00×1/nの間は１１０、100×1/n以上は１１１と、４つ
の出力パターンが得られる。

【００３６】雪面路面では、偏波面0゜、90゜の正規反
射、乱反射とも強く、正規反射光の偏光板(4)の偏光面0
゜の検出系である比較回路ブロック(33)ではその出力は
１１１、偏光板(5)の偏波面90゜の検出系である比較回
路ブロック(34)ではその出力は１１１を得る。

【００３７】乱反射光でも偏光板(10)の偏波面0゜の検
出系である比較回路ブロック(35)ではその出力は１１
１、偏光板(11)の偏波面90゜の検出系である比較回路ブ
ロック(36)ではその出力は１１１を得る。

【００３８】この正規反射、乱反射の偏波面0゜、90゜
について各比較回路ブロックの出力のすべてが１１１と
なる場合には論理判断回路(40)で雪面路面であると判定
される。

【００３９】乾燥路面では、偏波面0゜、90゜の正規反
射、乱反射とも弱く、正規反射光の偏波面0゜の検出系
である比較回路ブロック(33)ではその出力は１００、偏
波面90゜の検出系である比較回路ブロック(34)ではその
出力は１００を得る。

【００４０】乱反射光でも偏波面0゜の検出系である比
較回路ブロック(35)ではその出力は１００、偏波面90゜
の検出系である比較回路ブロック(36)ではその出力は１
００を得る。

【００４１】この正規反射、乱反射の偏波面0゜と90゜
とですべて１００となる場合に論理判断回路(40)で乾燥
路面と判定される。

【００４２】凍結路面では、偏波面0゜の正規反射、乱
反射が優勢で正規反射光の偏波面0゜の検出系である比
較回路ブロック(33)ではその出力は１１０〜１１１、偏
波面90゜の検出系である比較回路ブロック(34)ではその
出力は１１０を得る。

【００４３】乱反射光でも偏波面0゜の検出系である比
較回路ブロック(35)ではその出力は１００〜１１０、の
偏波面90゜の検出系である比較回路ブロック(36)ではそ
の出力は１００〜１１０を得る。

【００４４】この正規反射、乱反射の偏波面0゜におけ
る各比較回路ブロックの検出出力が優勢である組み合わ
せをもって論理判断回路(40)で凍結路面と判定される。

【００４５】湿潤路面では、偏波面0゜の正規反射が優
勢で、正規反射光の偏波面0゜の検出系である比較回路
ブロック(33)ではその出力は１１１、偏波面90゜の検出
系である比較回路ブロック(34)ではその出力は１００を
得る。

【００４６】乱反射光でも偏波面0゜の検出系である比
較回路ブロック(35)ではその出力は０００、偏波面90゜
の検出系である比較回路ブロック(36)ではその出力は０
００を得る。

【００４７】この偏波面0゜の正規反射が優勢である各
比較回路ブロックの組み合わせをもって論理判断回路(4
0)で湿潤路面と判定される。

【００４８】以上に説明したように、特定波長域の赤外
光を偏波面45゜で路面を照射し、路面からの正規反射、
乱反射それぞれの偏波面0゜と90゜の検出光の強度の組
み合わせから路面の状況が非接触で判定できる。

【００４９】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、所定の信号パターンで強度変調された赤外光を発生
する赤外光発生手段と、該赤外光発生手段より出力され
る赤外光を水平・垂直偏波成分が等しくなる偏波面とな
るように偏光させ、路面に対して所定角度で照射すると
共に、該照射光を直接、受光し、かつ前記照射光の反射
光のうち特定の偏波面の正規反射光及び乱反射光を路面
に対して所定の角度で受光する光学系と、前記光学系に
より受光した照射光の信号強度を検出する参照光検出手
段と、前記光学系により受光した特定の偏波面の正規反
射光及び乱反射光の信号強度を検出する反射光検出手段
と、前記参照光検出手段の検出出力と前記反射光検出手
段の検出出力とを比較し、比較結果に応じた信号を出力
する比較手段と、該比較手段の比較出力を取り込み、該
比較結果と路面の各状態に対応して定められ予め記憶さ
れているデータとを照合し、路面状態を判別する判定手
段とを有するように構成したので、路面の積雪、凍結、
湿潤、乾燥の各状態を非接触で検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る路面状態検出装置の光学系のを示
す構成図である。

【図２】本発明に係る路面状態検出装置の電気的構成を
示すブロック図である。

【図３】本発明に係る路面状態検出装置における強度変
調赤外光のコードパターンの一例と、照射光コードパタ
ーン及び検出光コードパターンを示す波形図である。

【符号の説明】

１ 赤外線ＬＥＤ ２ 光学レンズ ３ 偏波面45゜偏光板 ４ 偏波面0゜偏光板 ５ 偏波面90゜偏光板 ６ 光学レンズ ７ 光学レンズ ８ 赤外線フォトダイオード ９ 赤外線フォトダイオード １０ 偏波面0゜偏光板 １１ 偏波面90゜偏光板 １２ 光学レンズ １３ 光学レンズ １４ 赤外線フォトダイオード １５ 赤外線フォトダイオード １６ 光学レンズ １７ 赤外線フォトダイオード ２０ コードパターン発生器 ２１ 変調回路 ２２ 駆動回路 ２３ 復調回路 ２４ デバイダ ２５ 復調回路 ２６ 復調回路 ２７ 復調回路 ２８ 復調回路 ２９ 可変増幅回路 ３０ 可変増幅回路 ３１ 可変増幅回路 ３２ 可変増幅回路 ３３ 比較回路ブロック ３４ 比較回路ブロック ３５ 比較回路ブロック ３６ 比較回路ブロック ４０ 論理判断回路 ４２ コードパターン ４３ 検出光のコードパターン ４４ コードパターンのオン部分 ４５ コードパターンのオフ部分 ５０ 赤外光透過フィルタ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の信号パターンで強度変調された赤
   外光を発生する赤外光発生手段と、 該赤外光発生手段より出力される赤外光を水平・垂直偏
   波成分が等しくなる偏波面となるように偏光させ、路面
   に対して所定角度で照射すると共に、該照射光を直接、
   受光し、かつ前記照射光の反射光のうち特定の偏波面の
   正規反射光及び乱反射光を路面に対して所定の角度で受
   光する光学系と、 前記光学系により受光した照射光の信号強度を検出する
   参照光検出手段と、 前記光学系により受光した特定の偏波面の正規反射光及
   び乱反射光の信号強度を検出する反射光検出手段と、 前記参照光検出手段の検出出力と前記反射光検出手段の
   検出出力とを比較し、比較結果に応じた信号を出力する
   比較手段と、 該比較手段の比較出力を取り込み、該比較結果と路面の
   各状態に対応して定められ予め記憶されているデータと
   を照合し、路面状態を判別する判定手段とを有すること
   を特徴とする路面状態検出装置。
2. 【請求項２】 所定の信号パターンで強度変調された赤
   外光を発生する赤外光発生手段と、 該赤外光発生手段より出力される赤外光を４５°の偏波
   面となるように偏光させ、路面に対して約４５°の角度
   で照射すると共に、該照射光を直接、受光し、かつ前記
   照射光の路面に対して約４５°の角度で路面から反射し
   てくる反射光を偏波面０°及び９０°で、照射光源側に
   戻る乱反射光及び照射光の進路方向への正規反射光をそ
   れぞれ受光する光学系と、 前記光学系により受光した照射光の信号強度を検出する
   参照光検出手段と、 前記光学系により受光した偏波面０°及び９０°の正規
   反射光及び乱反射光の信号強度を検出する反射光検出手
   段と、 前記参照光検出手段の検出出力と前記反射光検出手段で
   検出された４つの検出出力とを比較し、比較結果に応じ
   た信号を出力する比較手段と、 該比較手段の比較出力を取り込み、該比較結果と路面の
   各状態に対応して定められ予め記憶されているデータと
   を照合し、路面状態を判別する判定手段とを有すること
   を特徴とする路面状態検出装置。
3. 【請求項３】 前記参照光検出手段は、前記光学系によ
   り直接、受光した照射光の光強度の検出値を基準にして
   その検出値の１／ｎの整数倍の値を複数の閾値とし、該
   複数の閾値を検出出力とし、 前記反射光検出手段は、信号を所定レベルまで増幅する
   可変増幅手段を有し、 前記比較手段は、各比較結果を２値データで出力すると
   共に、 前記判定手段は、各比較結果を示す２値データの組合せ
   と路面の各状態に対応して定められ予め記憶されている
   データとを照合し、一致したデータに対応する路面状態
   を現在の路面状態として判別することを特徴とする請求
   項１または２のいずれかに記載の路面状態検出装置。
4. 【請求項４】 前記赤外光発生手段は、偏波面４５°の
   照射赤外光を繰返し符号であるコードパターンで強度変
   調する変調手段を有し、 前記参照光検出手段及び反射光検出手段は、前記コード
   パターンに基づいて参照光、各反射光を復調する復調手
   段をそれぞれ、有することを特徴とする請求項１乃至３
   のいずれかに記載の路面状態検出装置。