JPH07198341A

JPH07198341A - 水膜測定装置

Info

Publication number: JPH07198341A
Application number: JP35328393A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Hosokawa; 哲夫細川; Kazumitsu Nakajima; 一光中島
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1993-12-28
Filing date: 1993-12-28
Publication date: 1995-08-01
Anticipated expiration: 2012-01-08
Also published as: JP2570613B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は車両前方の水膜の厚さを、前方を照
射する光が水によって減衰された割合から算出測定しう
る水膜測定装置を提供することを目的とする。【構成】走査型距離測定装置１は所定波長の光ビーム
を出射し、路面５からの拡散反射光８を受光して受光信
号に変換し、得られた受光信号の一部を分岐して反射光
強度測定回路２へ供給する一方、受光信号の到達時間か
ら目標までの距離を求め、距離と２次元情報とを組み合
わせた情報を水膜厚さ検出回路３へ出力する。反射光強
度測定回路２は反射光強度を測定し、測定結果を水膜厚
さ算出回路３へ出力する。水膜厚さ検出回路３は水膜が
無ければ得られる受光レベルを算出し、反射光強度測定
結果とを比較して水膜による減衰を求め、水膜の厚さを
算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は水膜測定装置に係り、特
に道路上を覆っている液体の膜（本明細書ではこれを総
称して「水膜」という）の厚さを測定する水膜測定装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】道路上を覆っている水やその他の液体の
水膜の厚さ（水面の高さ）によっては、車両にスリップ
事故などをもたらし危険であるため、水膜を測定する測
定装置が従来より知られている（特公昭６２−７４８３
号公報）。この従来の測定装置は測定車に取り付けられ
ており、路面に対して所定角度で光を照射し、これによ
り得られる路面からの反射光を偏光フィルタを通して受
光した受光量から水膜を測定する。

【０００３】この従来の水膜測定装置によれば、水によ
る光の反射の偏光特性を利用して水に覆われた部分と水
に覆われていない部分との比率を求めるものであり、簡
単な手段により路面水面の構成割合を定量的に測定する
ことができ、スリップとの相関関係が明らかになるなど
の特長を有する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、上記の従来
の水膜測定装置は専用の測定車に搭載して走行しながら
測定車の真下を測定するものであり、路面の水が冠した
割合を一定区間の道路全体にわたって調査するものであ
るため、全般の路面状況の把握には役立つが、自車両の
安全確保のために水膜の厚さを測定するものではない。
また、この従来装置は自車両の真下を測定するので、水
が有ったと判断できても減速等の回避行動をとる余裕が
ない。更に、この従来装置は道路の水濡れの有無、また
はその割合を測定することはできるが、水膜の厚さを測
定することはできない。測定車などの車両にとって水膜
が危険なのはタイヤの溝等を利用して接地部分の水が排
除することができないほどに水膜が厚い場合であり、薄
い水膜が道路一面を覆っていても安全である反面、タイ
ヤの接地する部分に一定量以上の厚さの水があることは
危険であるので転舵や減速等の回避行動をとる必要があ
る。

【０００５】このように、上記の従来装置では道路全般
について道路上の水の有無あるいはその割合を測定する
ことはできるが、自車両の安全を確保するために必要な
前方の水膜の厚さについて測定することはできない。

【０００６】本発明は以上の点に鑑みなされたもので、
車両の安全走行に大きく影響する車両前方の水膜の厚さ
を、前方を照射する光が水によって減衰された割合から
算出測定しうる水膜測定装置を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、測定しようとする液体の膜である水膜の厚
さの程度に応じて受光信号の減衰量が変化する波長の光
ビームを前方の路面上へ出射し、これにより得られる反
射光を受光して受光信号の到達時間から目標までの距離
を求める走査型距離測定装置と、走査型距離測定装置か
らの受光信号に基づいて反射光強度を測定する反射光強
度測定回路と、反射光強度測定回路からの測定結果と、
走査型距離測定装置からの出力とに基づいて水膜による
受光レベルの減衰の割合から水膜の厚さを逆算する水膜
厚さ算出回路とを有する構成としたものである。

【０００８】

【作用】本発明では、走査型距離測定装置により前方へ
所定の、すなわち水膜の厚さの程度により受光信号の適
当な減衰量を有する波長の光ビームを出射させて路面上
の水膜を通して路面で反射させ、この反射光を水膜を再
び通して走査型距離測定装置により受光して、受光信号
から反射光強度測定回路により反射光強度を測定する。
そして、水膜厚さ算出回路により水膜による受光レベル
の減衰の割合から水膜の厚さを逆算する。従って、本発
明では装置前方の水膜の厚さを測定することができる。

【０００９】

【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。図
１は本発明になる水膜測定装置の一実施例のブロック図
を示す。同図に示すように、本実施例の水膜測定装置
は、走査型距離測定装置１と反射光強度測定回路２と水
膜厚さ算出回路３とより構成されており、これらは車両
等に搭載されている。走査型距離測定装置１は前方へ光
ビームを出射する一方、反射光を受光するもので、光ビ
ームを走査することで光ビームの拡がり角を狭くできる
ため、目標に当たる光の密度を増大でき、従って、車両
に搭載されることにより、従来多く利用されているリフ
レクタからの反射のみならず、車体からの反射光も測定
できる。

【００１０】これにより、横向きの車両その他の障害物
であっても検出することが可能となる。また、当然のこ
とながら、下方を走査することにより路面からの反射光
を検出することもでき、路面上の障害物や凹凸の検出が
可能となる。

【００１１】走査型距離測定装置１より出射される光ビ
ーム（出射光）６が仮に可視光であるものとすると、水
が汚れていない限り殆ど吸収がないので、仮に路面５が
水で覆われても一部は表面反射されて水面からの反射光
７となるものの、水を通して路面５で反射された反射光
８が入射光路を逆進するため、この路面からの反射光８
を受光することができる。しかしながら、路面５からの
反射光８は殆ど減衰しないので、この変動を利用しての
水膜の厚さの測定はできない。

【００１２】一方、上記の光ビーム６の波長が近赤外領
域であるときには水の吸収の極めて強いラインも存在す
るが、それ以外では比較的吸収が少なく、また中赤外領
域以上では吸収が極めて強くなるという問題がある。し
かし、アイセーフ波長と呼ばれ、ＪＩＳＣ６８０２に
てもパルスの場合には他の波長領域に比べて１００倍の
最大許容露光量（ＭＰＥと略される）が認められる１．
５３μｍ〜１．５５μｍの波長は、今後のレーザ距離測
定装置への利用が期待されているが、水に対しては適度
な吸収（１ｍｍ当たりの透過率約３０％）であるので、
厚さ数ｍｍの水の層を減衰を利用して測定するのにも最
適となる。従って、本実施例ではこのアイセーフ波長の
光レーザパルスを前記出射光６として用いる。

【００１３】波長が僅かに異なると透過率も変動する
が、仮に１ｍｍ当たりの透過率を３０％とした場合、路
面上に１ｍｍの厚さの水膜があると、路面からの反射光
の強さは水の無い場合の９％（往復での減衰を考えるの
で、０．３×０．３＝０．０９）となる。すなわち、水
膜の厚さが１ｍｍ増す毎に反射光量は約１／１０とな
り、路面の反射率の差異による受光量の変動に比して大
きな値であるので水膜の存在として認識でき、また概略
の厚さを算出することができる。

【００１４】目的は安全確認であるので、水膜の正確な
厚さを知る必要はなく、安全走行可能か否かがわかれば
良い。タイヤの種類によっては走行可能な水膜の厚さが
変わるが、波長を僅かにずらすと、透過率が変化するの
で安全走行可能な水膜の厚さに合わせた波長を選ぶこと
により、適切な判断を行えると考えられる。

【００１５】図２は走査型距離測定装置１の一例の構成
図を示す。同図に示すように、走査型距離測定装置１は
ドライバ１０、レーザ光源１１、出射レンズ１２、走査
機構１３、受光レンズ１４、光検出部１５、距離算出／
２次元情報処理回路１６、アラーム送出回路１７、走査
方向認識回路１８及び表示部１９より構成されている。
レーザ光源１１は前記したアイセーフ波長の光ビームを
出射する。

【００１６】次に、この走査型距離測定装置１の動作に
ついて説明する。ドライバ１０により駆動されたレーザ
光源１１より出射された、水に対して適当な減衰量とな
る波長の光ビームパルスは、出射レンズ１２により拡が
り角を所定の角度に制限されて図１に６で示した出射光
として出射される。走査される場合は一般に拡がり角を
小さくできる。出射光（図１の６）が走査機構１３によ
り所要方向に偏向されて目標９に当たると反射され、そ
の反射光（図１では路面からの拡散反射光８）が走査機
構１３を通り受光レンズ１４に到達し、ここで集光され
た後光検出部１５に入射される。

【００１７】光検出部１５の主要構成品は光検出器であ
るが、その他必要に応じて視野絞りや干渉フィルタ等を
使用する場合があるが、本実施例の主目的ではないので
その説明は省略する。距離算出／２次元情報処理回路１
６は光検出部１５で受光した光の到着時間と走査方向認
識回路１８からの走査位置情報とにより、各走査方向に
対する距離を算出し、所要データをアラーム送出回路１
７に供給する。アラーム送出回路１７は距離算出／２次
元情報処理回路１６からのデータと、図１に示した水膜
厚さ算出回路３からのデータとに基づいて自車両に影響
を及ぼす障害物等がある場合にアラームを外部に送出す
る一方、表示部１８に安全の場合を含めてデータを送出
する。

【００１８】また、光検出部１５により反射光を受光し
て得られた受光信号は一部が分岐されて図１に示した反
射光強度測定回路２へ出力される。また、距離算出／２
次元情報処理回路１６により得られた情報が図１に示し
た水膜厚さ算出回路３へ出力される。

【００１９】再び図１に戻って説明するに、図２に示し
た構成の走査型距離測定装置１からの出射光（光レーザ
パルス）６は、通常は路面５（図２の目標９）に当たり
拡散反射光８として走査型距離測定装置１に戻ってく
る。路面５の上に水膜があると、上記の出射光６は水面
４で一部が表面反射されるが、大部分は屈折しながら水
に入射し、一部が吸収された後、路面５に当たり拡散反
射され再度水を通して吸収され、水面４で再度屈折され
た後拡散反射光８として走査型距離測定装置１に戻る。

【００２０】走査型距離測定装置１は前記したようにこ
の拡散反射光８を受光して受光信号に変換し、得られた
受光信号の一部を分岐して反射光強度測定回路２へ供給
する一方、受光信号の到達時間から目標までの距離を求
め、走査方向認識回路１８からの情報を基にした２次元
情報とを組み合わせる距離算出／２次元情報処理回路１
６の出力情報を水膜厚さ検出回路３へ出力する。

【００２１】反射光強度測定回路２は入力受光信号から
走査型距離測定装置１に入射された拡散反射光８の反射
光強度を測定し、測定結果を水膜厚さ算出回路３へ出力
する。水膜厚さ検出回路３は距離算出／２次元情報処理
回路１６の出力情報を基に水膜が無ければ得られるであ
ろう受光レベルを算出し、反射光強度測定回路２からの
反射光強度測定結果とを比較して水膜による減衰を求
め、水膜の厚さを算出する。

【００２２】ここで、路面５上の水膜の屈折率ｎ、水膜
の厚さｄ、出射光６の水膜への入射角θ、屈折角θ′、
透過率Ｔとの関係について説明する。斜め入射のため、
実際に水膜内を通過する距離は増大する。まず、屈折の
法則により次式が成立する。

【００２３】ｓｉｎθ／ｎ＝ｓｉｎθ′ （１）また、水膜内を通過する光の距離をＬとすると、距離Ｌ
は水膜の厚さｄと屈折角θ′の間に次式の関係がある。

【００２４】ｃｏｓθ′＝ｄ／Ｌ（２）従って、（２）式に（１）式を代入して整理することに
より、距離Ｌは次式で表される。

【００２５】

【数１】１ｍｍ当たりの透過率をｔとすると、水中を距離Ｌだけ
通過したときの透過率ＴはｔのＬ乗となる。実際には水
中を往復するので２Ｌの距離で考え、透過率はｔの２Ｌ
乗となる。

【００２６】一例として入射角θを４５°、水膜の屈折
率ｎを１．３３、１ｍｍ当たりの透過率ｔを０．３、水
膜の厚さｄを２ｍｍとすると、（３）式より距離Ｌは
２．３６ｍｍとなる。従って、往復の距離は４．７２ｍ
ｍとなり、また、往復の透過率は０．３^4.72＝３．４×
１０^-3となる。同様に、水膜の厚さｄが３ｍｍのときは
往復の透過率は１．９９×１０^-4となる。

【００２７】すなわち、水膜が無い場合に比して水膜が
２ｍｍあると受光レベルは３．４×１０^-3倍、３ｍｍで
あると受光レベルは１．９９×１０^-4倍となるので、水
膜厚さ算出回路３は距離・角度から予想される受光レベ
ルより大幅に低いレベルであった場合は減衰の割合から
水膜の厚さを逆算する。

【００２８】このように、本実施例によれば、水膜の厚
さに応じて走査型距離測定装置１の受光レベルが顕著に
変化することを利用して、装置前方の水膜の厚さを測定
することができる。また、水膜の厚さが厚過ぎるときに
は、光ビームの波長によっては減衰が大きすぎて検知で
きないことも考えられるが、波長を僅かに変えると減衰
量は大幅に減少する（例えば、波長が１．６μｍでは１
ｍｍあたりの透過率が５０％近くになる）ので、この装
置が搭載されている車両の走行上危険となる水膜の厚さ
で適度な減衰となるような波長の光レーザを選択すれば
良い。

【００２９】なお、本発明は上記の実施例に限定される
ものではなく、例えば異なる角度で光を入射させ、その
ときの受光レベルの比をとる、あるいは水膜により殆ど
減衰されない波長の光を併用し、その受光レベルとの比
をとるなどにより、路面の状況による反射率等の変化を
補正するようにしてもよい。また、上記実施例では水の
膜の厚さの測定について説明したが、他の液体の膜の厚
さも同様にして測定可能である。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
装置前方の水膜の厚さを測定することができるため、装
置が搭載されている車両の前方の水膜が車両にとって危
険な厚さか否かをその水膜に到達する前に事前に判断し
て回避行動をとることができ、よって車両の走行の安全
性を確保することができる。また、走査型距離測定装置
内にアラーム送出回路を有することにより、障害物検出
時にアラームを送出することができるため、緊急自動停
止や回避行動をとることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のブロック図である。

【図２】図１の走査型距離測定装置の一例の構成図であ
る。

【符号の説明】

１走査型距離測定装置２反射光強度測定回路３水膜厚さ算出回路４水面５路面１０ドライバ１１レーザ光源１２出射レンズ１３走査機構１４受光レンズ１５光検出部１６距離算出／２次元情報処理回路１７アラーム検出回路１８走査方向認識回路１９表示部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】測定しようとする液体の膜である水膜の
厚さの程度に応じて受光信号の減衰量が変化する波長の
光ビームを前方の路面上へ出射し、これにより得られる
反射光を受光して受光信号の到達時間から目標までの距
離を求める走査型距離測定装置と、該走査型距離測定装置からの受光信号に基づいて反射光
強度を測定する反射光強度測定回路と、該反射光強度測定回路からの測定結果と、前記走査型距
離測定装置からの出力とに基づいて水膜による受光レベ
ルの減衰の割合から水膜の厚さを逆算する水膜厚さ算出
回路とを有することを特徴とする水膜測定装置。
【請求項２】前記走査型距離測定装置は、前記光ビー
ムを出射するレーザ光源と、該レーザ光源からの光ビー
ムを前方の目標へ走査しつつ出射する走査機構と、該走
査機構の走査方向を検出する走査方向認識回路と、反射
光を該走査機構を通して受光する光検出器と、該光検出
器の出力受光信号により走査方向に対する距離を算出す
ると共に、前記走査方向認識回路からの情報を基にした
２次元情報を出力する距離算出／２次元情報処理回路と
を少なくとも具備することを特徴とする請求項１記載の
水膜測定回路。
【請求項３】前記走査型距離測定装置は、前記水膜厚
さ算出回路により算出された水膜の厚さと、前記距離算
出／２次元情報処理回路の出力情報とに基づいて、装置
前方の障害物を検出してアラームを送出するアラーム送
出回路を更に有することを特徴とする請求項２記載の水
膜測定装置。