自己混合レーザセンサを有する安全システム及びそのような安全システムを駆動する方法
自己混合干渉で動作するレーザセンサ１０を収容したセンサモジュール１５を有する安全システムが記載されている。上記レーザセンサ１０は、人間の身体等の物体の速度及びオプションとして該レーザセンサ１０と該物体との間の距離に関する測定データを発生する。該レーザセンサ１０により収集され、且つ、エアバッグコンピュータ等の制御回路３０に供給される上記測定データに依存して、該エアバッグコンピュータは、エアバッグ３５等の安全手段を駆動して人体の負傷を防止する。更に、このような安全システムを駆動する方法も記載されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自己混合干渉で動作するレーザセンサを有する安全システム、及び斯様な安全システムを駆動する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヨーロッパ特許第EP1031471B1号は、放射を反射又は散乱する物体又は人の位置画像を発生する装置を開示しており、該装置は、各放射パルスにより所定の立体角で物体又は人の小さな表面積のみが照射されるような小さなビーム角を持つ放射パルスを放出する照射源と、単一の光感知素子を有すると共に上記放射源に対して所定の空間的関係で配置されて上記物体又は人により反射又は散乱された放射パルスの部分を受光する放射受信器と、制御／評価装置とを有し、該制御／評価装置は、上記放射源を個々の放射パルスの伝達時間が斯かるパルスの放出から受信までから決定され得るように制御すると共に、前記位置画像を上記放射源及び放射受信器の位置、各放射パルスが送出される立体角並びに上記伝達時間の関数として計算する。斯かる装置は複雑であると共に高価である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、改善された安全システム及び斯様な安全システムを駆動する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
第１の目的は、センサモジュールを有する安全システムであって、該センサモジュールが自己混合干渉（self-mixing interference）で動作する少なくとも１つのレーザセンサを有し、該安全システムが制御回路及び安全手段を更に有し、上記センサモジュールが該センサモジュールに対する物体の少なくとも１つの第１速度成分に直接的又は間接的に関係する第１測定データを発生するように構成され、上記制御回路が上記センサモジュールにより発生された上記第１測定データを入力すると共に、上記安全手段を上記センサモジュールから入力された上記第１測定データに依存して該第１測定データが所定の第１閾値を超えるやいなや駆動するように構成された安全システムにより達成される。
【０００５】
上記レーザセンサは、レーザ源及び検出器を有することができる。該検出器はフォトダイオードとすることができる一方、上記レーザ源は例えば側面発光レーザダイオード（side-emitting laser diode）、垂直共振器面発光レーザ（VCSEL）又は垂直外部共振器面発光レーザ（VECSEL）等のレーザダイオードとすることができる。該レーザ源は、レーザ光を発生するためのレーザ共振器（laser cavity）、並びにオプションとしてレーザ光をコリメート及び収束するための光学手段を有する。上記レーザ光が放出される一方、該レーザ光の一部が前記物体により直接的に反射されるか、又は該物体の移動が、例えば該物体の移動により発生される圧力波により該レーザ光の反射を間接的に生じさせるかの何れかである。斯かる直接的に又は間接的に反射されたレーザ光の一部は、上記レーザ共振器に再突入し、該レーザ共振器においてレーザ光の変調を生じさせる。上記検出器は、該レーザ共振器におけるレーザ光の該変調を検出することができるように構成される。当該レーザ源の電気的駆動方式に依存して、物体の距離又は１つの速度成分に関する第１測定データを発生することができる。測定される速度成分は、放出されるレーザ光の方向と共線的（collinear）である。自己混合の原理についての更なる詳細は、米国特許第6,707,027B2号の図２ないし７並びに第１欄第６５行〜第２欄第４０行及び第２欄第５６行〜第３欄第２１行の関連する記載に見られる。当該安全システムでは、１個、２個、４個又はアレイのレーザセンサを使用することができる。当該センサモジュールが２以上のレーザセンサを有する場合、該センサモジュールと物体との間の距離は、前記測定データを発生するために使用されるレーザ光を放出するレーザセンサと当該物体との間の距離である。前記第１測定データは、有線又は無線接続を介して前記制御回路に送信することができる。該制御回路は、当該安全システムの目的のためにのみ使用することができるか、又は他の目的のためにも使用される一層複雑なシステムに組み込まれる副回路とすることもできる。一実施例において、該制御回路はハイパスフィルタのみを有することができ、前記安全手段は当該測定データが閾周波数より高い周波数成分を有するやいなや駆動される。他の例として、当該制御回路は、例えばプロセッサ等の計算ユニット及びメモリ装置を有することもできる。この場合、該制御回路は上記第１測定データを上記メモリ装置に記憶された基準データと比較することができ、前記安全手段は該第１測定データが上記基準データにより定められた閾値を超えるやいなや駆動される。当該物体は車両内の人体とすることができる一方、当該安全手段は該車両に組み込まれたエアバッグとすることができ、該エアバッグは上記人体の動きにより駆動される。他の例として、当該車両の一部の動きを上記安全システムにより検出することができ、エアバッグを駆動することができる。更に、当該車両と一緒には移動していない物体の動きを、該車両の外部に対して向けられたレーザセンサを用いて当該安全システムにより検出し、衝突の前にエアバッグ又は複数のバッグを駆動することもできる。車両内のエアバッグに加えて又は該エアバッグの代わりに、ブレーキ及び／又は外部エアバッグ等の他の安全手段を駆動することもできる。当該安全システムをロボットシステムに組み込んで、障害が検出された場合又は該ロボットシステムの動きが所定の閾値を超えた場合に該ロボットシステムの動きを停止させることもできる。特に、当該物体までの距離が既知であるか又は当該レーザセンサの焦点により定められる場合、該物体の１つの速度成分に関する測定データで、臨界的な第１測定データを決定し、当該安全手段の駆動を開始するのに充分である。特に、当該レーザ光をコリメートし及び収束するために使用される光学エレメントにより決定される当該レーザセンサの焦点を、前記第１測定データを信頼性のある方法で測定することができる範囲（焦点範囲）を定めるために使用することができる。該焦点範囲の外側では、反射されたレーザ光は、前記検出器により検出することができるような、前記レーザ共振器におけるレーザ光の変調を発生させるには弱過ぎ得る。人の目は当該レーザ光に直接的に又は間接的に曝され得るので、パワーは最大許容暴露（ＭＰＥ）値より充分に低く維持される。しかしながら、より高い平均パワーが必要な場合、人の網膜に対する如何なる潜在的光損傷も防止するために目に安全なレーザ（１.５５μｍ波長）を適用することができる。
【０００６】
当該安全システムは、物体の臨界的な動きが高速、簡単且つ正確に判定されるという利点を有している。
【０００７】
本発明による他の実施例において、前記制御回路は、前記第１測定データを、ある時点において放出されるレーザ光の方向と共線的な前記物体の第１速度成分を決定することにより分析するように構成することができる。これは、前記レーザ共振器におけるレーザ光の変調周波数を上記第１速度成分に比例して決定することにより実行することができる。上記速度成分の方向は、米国特許第6,707,027B2号の第2欄第56行〜第3欄第２１行に記載されているように、当該レーザセンサの駆動方式に依存して変調パターンから導出することができる。更に、当該制御回路は、放出されるレーザ光と共線的な当該物体の加速度成分を、該物体の速度成分の時間依存性変化により決定するように構成することができる。上記速度成分及び、オプションとして、上記加速度成分は、閾速度及び、オプションとして、閾加速度と比較することができ、当該安全手段は分析された測定データが上記閾速度及び、オプションとして、上記閾加速度を超えるやいなや駆動される。
【０００８】
本発明による他の実施例において、前記制御回路は、更に、前記センサモジュールと前記物体との間の第１距離を決定するように構成される。上記センサモジュールと上記物体との間の第１距離に関する測定データは、前記レーザセンサの駆動方式を変更することにより発生することができる。該第１距離に関する測定データは、上記制御回路に転送され、該制御回路は第１距離を上記測定データ及び該測定データを発生するために使用された駆動方式に基づいて決定する。該センサモジュールは、１つのレーザセンサの駆動方式を変更することにより、上記第１速度成分又は上記第１距離の何れかに関係する測定データを発生するために順次使用することができる。他の例として、該センサモジュールは、少なくとも２つのレーザセンサを有することができ、第１レーザセンサは上記第１距離に関係する測定データを発生し、第２レーザセンサは上記第１速度成分に関係する測定データを発生する。更に、当該制御回路は、上記第１距離及び上記第１速度成分が順次又は並列の何れかで決定されるように構成することができ、その場合において、後者は必ずしもレーザセンサの数により決定される必要はない（例えば、単純だが高速な制御回路は、レーザセンサのアレイに配列されたレーザセンサを順次に読み出すことができる）。上記第１距離の知識は、第１距離の閾と組み合わせて使用して、第１速度成分が第１速度閾を超え、且つ、第１距離が第１距離の閾値より低下した場合にのみ前記安全手段を駆動するようにすることができる。更に、当該制御回路は、上記第１速度閾値を、当該レーザセンサと当該物体との間の第１距離に依存して調整するように構成することができる。第１速度閾値の該適応化は、適応型の安全システムを提供することができる。
【０００９】
本発明の他の実施例において、前記センサモジュールに含まれるレーザセンサ又は複数のレーザセンサは、当該レーザセンサと前記物体との間に焦点領域を有することができ、該焦点領域と前記物体との間の距離は少なくとも１レイリ範囲（Rayleigh range）とすべきである。上記焦点領域は、レンズ等の光学エレメントにより定められ得る。当該安全システムは、上記物体の表面の一部の移動又は変形を、該物体又は該物体の表面の一部が上記焦点領域を通過するやいなや検出することができる。この場合、前記検出器は波状光電流信号の大きなバーストを測定する。前記制御回路により、上記物体の速度又は上記物体の表面の一部の変形速度を、上記波状光電流信号の周波数から導出することができる。他の例として、上記物体の移動又は上記物体の表面の一部の変形は、事実上の反射性表面と等価な圧力波面を生じさせ得る。前記レンズセンサの焦点領域を経ての該圧力波面の伝搬は、前記検出器において波状光電流信号のバーストを生じさせ得る。該圧力波の伝搬速度及び大きさは、波状光電流信号の周波数及び振幅に、各々、相関され得る。前記センサモジュールにより測定される該光電流に基づいて、前記制御回路は前記安全手段を駆動することができる。
【００１０】
本発明の他の実施例によれば、前記センサモジュールは、該センサモジュールに対する前記物体の少なくとも第２速度成分及び／又は該センサモジュールと前記物体との間の少なくとも第２距離に直接的に又は間接的に関係する少なくとも第２測定データを発生するように構成することができ、前記制御回路は、前記センサモジュールから入力される前記第２測定データに基づいて前記第１測定データが前記所定の第１閾値を超える、及び／又は前記第２測定データが所定の第２閾値を超えるやいなや前記安全手段を駆動するように構成される。上記物体の移動を２以上の次元で測定するために、上記第２速度成分及び上記第２距離は、前記第１速度成分及び前記第１距離とは異なるように選択することができる。他の例として、上記第２速度成分及び第２距離は、当該測定及び上記制御回路による測定データの後の分析に冗長性を導入するために使用することができる。当該センサモジュールは、上記第２測定データを発生させるために、可動ミラー等の適応型光学系を備えた１つのレーザセンサを有することができる。他の例として、該センサモジュールは、上記第２測定データを発生させるために第２レーザセンサを有することができる。更に、当該センサモジュールは、レーザセンサのアレイ又は２以上のアレイのレーザセンサさえも有することができる。１以上のアレイのレーザセンサは、異なるレーザセンサの測定結果の照合（相互チェック）の可能性を提供し、これは当該安全システムの信頼性を向上させ得る。この測定データの照合を実現するために、上記制御回路は良く知られた方法で適合化されねばならない。特定の用途では、冗長性又は多重冗長性さえも重要であり得る。
【００１１】
本発明の他の実施例によれば、前記制御回路は前記物体の少なくとも前記第２速度成分を決定するように構成され、該制御回路は、更に、前記物体の前記第１速度成分が所定の第１速度閾値を超え、且つ、前記第２速度成分が所定の第２速度閾値を超えるやいなや前記安全手段を駆動するように構成される。２つの異なる速度成分を知ることは、上記物体の移動を一層良く知ることとなり得、上記安全手段を２つの異なる第１及び第２速度閾値が超過された場合にのみ駆動することができる。更に、上記物体は、互いに対して移動可能な異なる部分を有する柔らかい物体であり得る。このような柔らかい物体の第１速度成分のみを決定することは、上記安全手段を駆動する時点を決定するには不十分であり得る。
【００１２】
本発明の他の実施例では、当該安全システムは、前記物体の重さに関する物体データを発生するように構成された少なくとも１つの物体センサを有することができ、前記制御回路は、前記物体データを入力すると共に、前記物体の運動学的データを前記レーザセンサにより発生される前記第１測定データと前記物体センサにより供給される前記物体データとの組み合わせに基づいて決定し、且つ、前記安全手段を該運動学的データに基づいて駆動するように構成される。上記物体センサは、圧電センサ等の圧力センサ、例えば上記物体の重量により生じる表面の変位を決定するように構成されたレーザセンサ、又は上記物体データを発生するために使用することが可能な如何なる他の種類のセンサとすることもできる。上記物体の重さに関する追加の情報を、上記安全手段の駆動を上記物体の実際の運動学的データに適応化させるために使用することができる。何故なら、上記物体の運動量の少なくとも１つの成分を、前記制御回路により、例えば前記第１速度成分及び上記物体の重さに関する測定データを用いて決定することができるからである。
【００１３】
本発明の他の実施例において、前記制御回路はエアバッグコンピュータとすることができ、前記安全手段は少なくとも１つのエアバッグとすることができ、前記物体は人体であり得る。例えば人体の頭部の第１速度成分に関する測定データを、エアバッグを駆動するために使用することができる。別個のレーザセンサにより又は１以上のアレイによってさえ測定される人体の部分の速度成分に関する第２、第３、第４又はそれ以上の測定データを、上述したように使用することができる。更に、人体の異なる部分に関する距離を決定し、上述したように使用することができる。前記センサモジュールは、前記人体の頭部の第１速度成分及び第１距離に直接的に関係する第１測定データを発生するように構成することができ、該センサモジュールは更に前記人体の胸部の第２速度成分及び該センサモジュールと前記人体の該胸部との間の第２距離に直接的に関係する第２測定データを発生するように構成され、前記エアバッグコンピュータは前記第１速度成分、前記第１距離、前記第２速度成分及び前記第２距離を決定すると共に、前記第１速度成分が第１速度閾値を超え、及び／又は前記第２速度成分が第２速度閾値を超えるやいなや前記少なくとも１つのエアバッグを駆動するように構成される。該エアバッグコンピュータは、更に、前記第１速度閾値を前記第１距離に基づいて調整し、及び／又は前記第２速度閾値を前記第２距離に基づいて調整するように構成することができる。更に、前記センサモジュールは、前記人体の頭部の第３速度成分及び該センサモジュールと上記人体の頭部との間の第３距離に直接的に関係する第３測定データを発生するように構成することができ、前記エアバッグコンピュータは上記センサモジュールから入力される該第３測定データに基づいて上記第３速度成分及び上記第３距離を決定すると共に、前記第３速度成分が第３速度閾値を超えるやいなや少なくとも第２エアバッグを駆動するように構成される。当該安全システムは、前記人体の重量に関する物体データを発生するように構成された少なくとも１つの物体センサを更に有し、前記エアバッグコンピュータは、前記物体データを入力すると共に、前記人体の運動学的データを前記レーザセンサにより発生される前記第１測定データと前記物体センサにより供給される前記物体データとの組み合わせに基づいて決定し、且つ、前記安全手段を該運動学的データに基づいて駆動するように構成される。前述したように、上記人体の重さに関する追加の情報を、前記エアバッグ又は複数のエアバッグの駆動を上記人体の実際の運動学的データに適応化させるために使用することができる。何故なら、上記人体の総運動量の少なくとも１つの成分を、前記エアバッグコンピュータにより、例えば前記第１速度成分及び上記人体の重さに関する物体データを用いて決定することができるからである。
【００１４】
上記物体センサの代わりに又は該物体センサに加えて、当該安全システムは、自己混合干渉で動作すると共に移動物体の速度に関係する第３測定データを発生するように構成された少なくとも１つのレーザセンサを備える側面衝撃センサモジュールを更に有することができ、前記移動物体は当該安全システムが取り付けられた車両の外側に有り、前記エアバッグコンピュータは前記第３測定データが所定の第３閾値を超えるやいなや前記少なくとも１つのエアバッグ及び／又は追加のサイドエアバッグを駆動するように構成される。当該安全システムが取り付けられた車両に接近する物体を衝突破壊の前に検出することは、エアバッグ及び／又はサイドエアバッグを駆動するために利用可能な時間を増加させ得る。他の例として、上記側面衝撃センサモジュールは、車両の外側表面の一部の変形に直接的に又は間接的に関係する変形測定データを発生するように構成することができ、前記エアバッグコンピュータは、上記側面衝撃センサモジュールから入力される変形測定データに基づいて前記少なくとも１つのエアバッグ及び／又は追加のサイドエアバッグを駆動するように構成される。特に、自動車のドアの変形は高速且つ敏感な方法で検出することができ、人体を保護するためにサイドエアバッグを駆動することができる。
【００１５】
本発明による他の実施例において、当該安全システムは、車両に組み込まれると共に該車両の加速度に関係する加速度データを発生するように構成された加速度センサを更に有することができ、前記エアバッグコンピュータは前記第１測定データが前記第１閾値を超え、及び／又は前記加速度データが所定の加速度閾値を超えるやいなや前記少なくとも１つのエアバッグを駆動するように構成される。上記加速度センサは、自動車、オートバイ等の車両の加速度を全三次元で決定することができる微小電気機械（ＭＥＭ）センサとすることができる。上述した冗長性により、幾つかの独立したセンサの組み合わせは信頼性のある安全システムを提供することができる。
【００１６】
第２の目的は、センサモジュールを有する安全システムを駆動する方法により達成され、該方法において、前記センサモジュールは自己混合干渉で動作する少なくとも１つのレーザセンサを有し、前記安全システムは制御回路と安全手段とを更に有し、前記レーザセンサはレーザ共振器を備える少なくとも１つのレーザと少なくとも１つの検出器とを有し、当該方法は、
− 前記レーザ共振器内でレーザ光を発生させるステップと、
− 前記レーザ光により物体を照明するステップと、
− 前記物体により前記レーザ光の一部を反射させるステップと、
− 前記反射されたレーザ光及び前記レーザ共振器内の光波を干渉させるステップと、
− 前記反射されたレーザ光及び前記レーザ共振器内の光波の干渉を前記検出器により感知するステップと、
− 前記物体の少なくとも第１速度成分に直接的に又は間接的に関係する第１測定データを前記検出器により発生させるステップと、
− 前記第１測定データを前記制御回路により入力するステップと、
− 前記制御回路により、前記入力された第１測定データを所定の閾値に対して評価するステップと、
− 前記第１測定データが所定の第１閾値を超えるやいなや前記安全手段を駆動するステップと、
を有する。評価するとは、ここでは、例えば上記第１測定データがハイパスフィルタによりフィルタされ、前記物体の高い速度に関する所定の周波数閾より高い周波数成分のみが該ハイパスフィルタを通過することを意味すると理解される。他の例として、上記第１測定データを、前記第１閾値を有する基準データと比較することができる。
【００１７】
更なるフィーチャは、後述され、上記態様の何れかと結合又は組み合わせることができる。特に他の従来技術を超える他の利点は、当業者にとり明らかとなるであろう。尚、本発明の請求項から逸脱することなしに、多数の変形例及び変更例を実施化することができる。従って、本発明の当該形態は解説のためのみであり、本発明の範囲を限定しようするものではないと明確に理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、ＶＣＳＥＬ及び集積化されたフォトダイオードを有するレーザセンサの概要図である。
【図２】図２は、レーザセンサのアレイの概要図である。
【図３】図３は、本発明の第１実施例の概要図である。
【図４】図４は、本発明の一実施例による安全システムに含まれるセンサモジュールの第１の光学的構成を示す。
【図５】図５は、本発明の一実施例による安全システムに含まれるセンサモジュールの第２の光学的構成を示す。
【図６】図６は、幾つかの群のレーザセンサを使用した、本発明の他の実施例を示す。
【図７】図７は、本発明によるレーザセンサを用いた速度測定を示す。
【図８】図８は、本発明による安全システムに組み込むことができる側面衝撃センサモジュールの一実施例を示す。
【図９】図９は、本発明による安全システムに組み込むことができる側面衝撃センサモジュールの他の実施例を示す。
【図１０】図１０は、レーザセンサを衝突破壊（クラッシュ）前サイドエアバッグセンサとして使用する、本発明による他の実施例の部分を示す。
【図１１】図１１は、本発明の他の実施例を概略図示する。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を、図面を参照して詳細に説明するが、各図において同一の符号は同様の部分を示している。
【００２０】
図１は、本発明によるレーザセンサ１０において、レーザ源１００として使用し得るＶＣＳＥＬを、検出器２００として使用し得る集積化されたフォトダイオードと共に示している。上記ＶＣＳＥＬは、層構造を有すると共に、当該レーザの内部共振器（cavity）を形成する２つの分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）２及び４の間に埋め込まれた電気的にポンピングされた利得媒体３（ＧａＡｓ内に埋め込まれたＩｎＧａＡｓ量子井戸）により形成されている。該ＤＢＲの一方はｐドーピングされ、他方はｎドーピングされて、利得領域への効率的な電流供給を可能にする。この例においては、下側のＤＢＲがｎドーピングされる一方、上側のＤＢＲがｐドーピングされている。しかしながら、原理的に、逆の順序のドーピングも可能である。利得媒体３への電流注入のための動作電流は、当該注入電流を適時に変調するための制御ユニット（図示略）に接続された適切な電源（図示略）により供給される。所望の距離又は速度情報を得るための放出レーザ放射７の周波数シフトは、この電流変調により達成される。適切な電流形状（駆動方式）が、ｎ及びｐ型ＤＢＲの電気接触子（図には示されていない）を介して上記利得領域に供給される。下側のＤＢＲ４の下面に取り付けられたフォトダイオードである検出器２００は、ミラー４からの少量の放射の漏れを測定し、従って目標（図には示されていない）からの後方散乱光８の当該レーザに対する影響を監視し、この情報から上記目標物体の距離又は速度を導出することができる。速度に関しては、放出されたレーザ放射７に対して共線的な（同一線上の）速度成分のみを決定することができる。上記フォトダイオードは、適切な基板１上に成長させられる。前記ＶＣＳＥＬ構造の更なる層は、次いで、該フォトダイオード上に成長させられる。この基板上の斯かる層構造は、ＶＣＳＥＬチップ用の低コスト製造方法で製造することができる。更に、レーザセンサのアレイを、容易な方法で製造することができる。代替的方法においては、上側ＤＢＲ２で開始するＶＣＳＥＬ構造を、光学的に透明な基板（放出されるレーザ放射７の波長に依存して）上に成長させることができる。上記フォトダイオードは、下側のＤＢＲ４上に成長させられ、従って斯様なチップの後面に取り付けられる。この場合、レーザ放射は上記基板を介して放出される。他の例として、上記フォトダイオードは上記ＶＣＳＥＬとは独立に製造され、該ＶＣＳＥＬとは別のステップで、例えばフリップ・チップ接続、基板搬送（substrate transfer）等により組み合わせることができる。
【００２１】
ＶＣＳＥＬの代わりとして、VECSEL（垂直外部共振器面発光レーザ）を使用することもできる。この場合、上側ＤＢＲ２上の適切な距離に配置及び調整された外部レーザミラー（図示略）が、外部共振器を形成する。上側ＤＢＲ２の反射度は、該外部共振器からのフィードバックを可能にするためにＶＣＳＥＬと比較して低減される。適切なＩＲ反射特性を持つ体積ブラッグ格子（ＶＢＧ）が、上記の外部レーザミラーを形成することができ、これは、代わりに例えば金属又は誘電体でコーティングされたミラーとすることもできる。ＶＣＳＥＬとは対照的に、利得媒体は内部レーザ共振器系（ＤＢＲ２及び４の間に挟まれた利得媒体３）がレーザ閾を超えさせないようなレベルで電気的にポンピングされるが、レーザ動作を達成するために上記外部共振器、即ち外部ミラーのフィードバックを必要とする。この様にして、放出されるレーザ放射７の特性は、ＶＣＳＥＬチップ上の短い内部共振器というよりは上記外部レーザ共振器により決定される。従って、放出されるレーザ放射７の発散角も減少させることができ、モード品質も純粋なＶＣＳＥＬ型レーザと比較して向上させることができる。該レーザは道路又は車輪等の目標物体上に良好に収束させることができ、感知用途にとり必要とされるレーザ共振器内へのフィードバック８（目標物体からの後方散乱放射）を改善することができる。ＶＣＳＥＬ又はVECSELの代替として、端面発光（edge-emitting）レーザを使用することもできる。
【００２２】
図２は、本発明による安全システムに組み込むことかできるレーザセンサのアレイを有するセンサモジュールの概略図である。該センサモジュールは車両（図示略）に取り付けることができる。この実施例においては、レーザ源（ＶＣＳＥＬ）１００のアレイが組み合わされている。更に、各レーザ源１００には、マイクロレンズ４１及び曲面ミラー４２等の光学装置が追加されている。レーザ源１００により放出されたレーザ放射１１は、マイクロレンズ４１によりコリメートされ、更にミラー４２により異なる焦点領域１２に収束される。曲面ミラー４２の曲率は、各単一レーザ源の信頼度をチェックするために使用することができる冗長度を得るように互いに隣接するレーザ源の焦点領域１２が重なり合うように選択される。更に、異なる焦点領域１２を持つレーザビームの数を増加させるために、レーザ源１００の二次元アレイを、二次元で湾曲された曲面ミラー４２との組み合わせで使用することもできる。マイクロレンズ４１の異なる位置が、焦点領域１２までの異なる距離を生じさせる。個々のマイクロレンズ４１の異なる焦点距離も、そのようにするであろう。人体（図示略）は一定量の光を後方散乱させ、該光は曲面ミラー４２及びマイクロレンズ４１によりレーザ源１００のレーザ共振器内に収束される。フィードバックの量はレーザパワーを決定し、これが、当該ＶＣＳＥＬの背後において検出器２００（即ちレーザ源１００と統合されたフォトダイオード）により監視（モニタ）される。上記フォトダイオードに接続された制御回路３０により、個々の信号は増幅され、周波数スペクトルが分析される。当該信号が到来するレーザセンサを知ると共に異なる結果を比較すれば、焦点領域１２内にある人体の異なる部分の速度成分を計算することが可能となる。１以上の速度成分が１以上の速度閾値を超える場合、例えば１以上のエアバッグ（図示略）がインターフェース３１を介して駆動される。当該アレイのレーザ源のうちの幾つかは、車両に対する人体の相対位置を決定することにより当該安全システムの精度を改善するために、人体までの距離を連続的に測定するために使用することができる。他の例として、レーザ源１００の駆動回路又は複数の駆動回路（図示略）による駆動方式を変更することにより、全体のアレイを速度測定と距離測定との間で順次切り換えることもできる。エアバッグ又は複数のエアバッグの駆動に加えて、上記制御回路による駆動信号の後にハンドル（ステアリングホイール；図示略）を人体から遠ざけることもできる。
【００２３】
図３に示す本発明による安全システムの第１実施例において、当該センサモジュールは２つのレーザセンサ１０及び物体センサとして使用される他のレーザセンサ２０を有している。上記２つのレーザセンサは、車両３００のルーフ又は運転室に設置することができる。第１のレーザセンサにより放出されるレーザ光７は人体４００の頭部領域４０１に収束される一方、第２のレーザセンサ１０のレーザ光７は人体４００の胸部領域４０２に収束される。人間の重量に比例する座席基体の垂直変位を測定するために（サブミクロンの空間分解能）、物体センサ２０が座席基体３０１に設置される。これらレーザセンサ及び物体センサの測定データは、エアバッグコンピュータ３５０に送信される（有線又は無線接続を介して）。該測定データに基づいて、ハンドル３０２に組み込まれたエアバッグ３５が、該エアバッグに（有線又は無線接続を介して）送られる駆動信号により駆動される。他の実施例では、他のレーザセンサ１０を、人体の前に（前後衝突検出）又は側部に（窓／ドア領域、側面衝突検出）、又は座席の背部において（２列目の搭乗者保護）当該車両に設置することができる。
【００２４】
本発明の一実施例による安全システムに含まれるセンサモジュールの光学構成が図４に示されている。２つのレーザセンサ１０からのレーザ光は、単一の光学エレメント４３により目標領域に収束される。これらレーザセンサ間の或る傾斜角度が、第１レーザセンサ１０及び第２レーザセンサ１０が人体の頭部領域４０１及び胸部領域４０２を各々測定することを保証する。平らなガラス又はプラスチック光学窓４４が、当該レーザセンサを周囲汚染から保護するが、この目的のためには、上記光学エレメント４３で充分であり得る。第１レーザセンサ１０により放出されるレーザ光と、第２レーザセンサ１０により放出されるレーザ光との間の傾斜角度により、光学窓４４からの正反射は前記自己混合干渉には寄与しない。光学エレメント４３は、少なくとも２つの要件を満たすべきである。第１に、第１レーザセンサ１０からのレーザ光は概ねコリメートされるか又は頭部領域４０１上に弱く収束され、第２レーザセンサ１０からのレーザ光は概ねコリメートされるか又は胸部領域４０２上に弱く収束される。座席の設定又は衝突の何れかによる人体の実際の位置の変化は、検出される自己混合信号の振幅に大きな影響を与えないであろう。第２に、光学エレメント４３の開口数は、反射された光子を充分に収集する程度に大きくなければならない。大開口単一光学エレメント４３は、高感度用途にとり有利である。
【００２５】
本発明の他の実施例による安全システムに含まれるセンサモジュールの他の光学構成が図５に示されている。各レーザセンサ１０はＶＣＳＥＬを有し、該ＶＣＳＥＬはレーザセンサ１０のレーザ源１００である。２つのレーザセンサ１０からのレーザ光は、２つのマイクロレンズ４１により目標領域に収束される。これらレーザセンサ１０間の或る傾斜角度が、第１レーザセンサ１０が頭部領域４０１を測定し、第２レーザセンサ１０が人体の胸部領域４０２を測定することを保証する。マイクロレンズ４１は、上記ＶＣＳＥＬの放射窓に直に集積される。光学窓４４と上記ＶＣＳＥＬとの間の距離は、図４に示した実施例におけるより大幅に小さい。
【００２６】
図６は、本発明による他の実施例を示す。前部衝突の前又は間における人体４００の運動学的データを特徴付けるために、１以上のレーザセンサ１０を有する少なくとも３つのセンサ群が、車両３００の種々の位置で使用される。即ち、車両３００の運転室に組み込まれた少なくとも１つのレーザセンサ１０を有するセンサ群Ａは、ハンドル（図示略）又は車体に対する搭乗者の接近速度（closing speed）を検出し；車両３００の座席３２０に組み込まれた少なくとも２つのレーザセンサ１０を有するセンサ群Ｂは、人体４００が着座している座席３２０に対する人間の速度をモニタし（座席から車体までの距離は、レーザセンサ１０により又は他のタイプの変位若しくは距離センサにより容易に得ることができる）；１つのレーザセンサ１０を有する物体センサ２０であるセンサ群Ｃは、人体の重量に比例する座席基体の垂直方向変位を検出する。別々のセンサ群により発生された全測定データは、エアバッグコンピュータ（図示略）に送信される。該エアバッグコンピュータにより決定された人体４００の運動学的データ（例えば、人体の運動量（momentum）の１つの成分）に基づいて、１つのエアバッグ又は複数のエアバッグが駆動される。
【００２７】
図７に示されるように、車両又は座席に対する人体４００の速度は、２つのレーザセンサ１０、１０'により高精度で決定することができる。レーザセンサ１０、１０'により放出されたレーザ光は、光学エレメント４１により人体４００上に収束される。これらレーザセンサは、搭乗者の座席又はハンドル又は前部の車体の何れかに取り付けることができる。第１レーザセンサ１０及び第２レーザセンサ１０'の焦点距離は、δＬの差を持つように設定される。激しい前部衝突の間において、人体４００は位置Ａから位置Ｂへ移動するであろう。位置Ａにおいては、第１レーザセンサ１０のレーザ焦点からの最大の光フィードバックにより、該第１レーザセンサ１０により光電流信号２０１のバースト（測定データ）が発生されるであろう。同様にして、位置Ｂでは、第２レーザセンサ１０'によりＳＭＩ信号２０１のバースト（測定データ）が発生されるであろう。斯かる２つのＳＭＩ信号バーストに間の時間遅延がδｔにより示される。多焦点のレーザセンサに基づいて、車体、ハンドル又は搭乗者座席に対する搭乗者の相対速度は、δＬ／δｔにより決定される。他の例として、位置Ａ及び位置Ｂにおける瞬時速度を、Ｔ１及びＴ２の時点でレーザセンサ１０及び１０'により発生される測定データのドプラ周波数から、各々、直接的に導出することもできる。時点Ｔ１及びＴ２における速度の直接的測定は、速い応答（エアバッグの駆動）が可能であり、加速度を導出することができるという利点を有し得る。加速度に関する付加的情報は、エアバッグの駆動時間の制御の改善を可能にする。
【００２８】
図８に示された本発明による他の実施例において、当該安全システムは、自己混合干渉で動作する側面衝撃センサモジュールを有する。該側面衝撃センサモジュールは、レーザ源として使用されたＶＣＳＥＬと検出器として使用された垂直に集積されたフォトダイオードとを備える１つのレーザセンサ１０、及びマイクロレンズ４１、並びに上記ＶＣＳＥＬに対してフィードバックを導入する拡散性反射面３１０を有している。上記ＶＣＳＥＬ及び反射面は、車両のドア空洞の各側部に取り付けられている。上記反射面は、上記ＶＣＳＥＬの焦点の背後の或る距離に、例えば数センチメートル又は少なくとも１レイリ範囲（Rayleigh range）に配置される。図８に示されるように、車両のドアは激しい側面衝突の間に変形され、反射面３１０はレーザセンサ１０の焦点領域１２を横切って移動する。光フィードバック強度の変化により、波状光電流信号の大きなバーストが観察され得る。車両ドアの変形速度は、該波状光電流信号２０１の周波数に線形に比例する。この測定データはエアバッグコンピュータ（図示略）により分析され、当該車両ドアの変形速度が所定の閾値を超えた場合にサイドエアバッグ（図示略）が駆動される。側面衝突の位置を識別すべく、廉価で正確で且つ高度に集積化されたレーザ装置として、複数のＶＣＳＥＬを当該側面衝撃センサモジュールに種々の位置で組み込むことができる。更に、斯かる複数のＶＣＳＥＬは、図９に示されるように、車両のドアの変形を間接的に検出することができる。激しい側面衝突の場合、車両ドアの変形は、ドア空洞内の媒体（例えば空気）３６０に、これらＶＣＳＥＬに向かって伝搬する圧力波面３６１を生じさせる。空気密度の急激な変化を伴う圧力波面３６１は、事実上の反射面と等価である。該圧力波面３６１が上記ＶＣＳＥＬの焦点領域を介して伝搬する際に、光電流２０１のバーストが観察される。この場合も、上記圧力波の速度及び大きさは、対応する波状光電流信号２０１の周波数及び振幅に相関する。圧力波面の複雑な形状に対応すると共に側面衝撃の方向を評価するために、高速応答で非接触な側面衝撃センサモジュールとして、異なる入射角を持つ複数のＶＣＳＥＬ型レーザセンサ１０を採用することができる。
【００２９】
本発明の他の実施例が、図１０に示されている。レーザセンサ１０を有する安全システムが、衝突破壊（クラッシュ）前サイドエアバッグセンサとして使用される。レーザセンサ１０により放出されるレーザ放射は、例えば車両ドア３７０の外側の位置する点又は焦点領域に収束される。該レーザ光は、好ましくは、衝突破壊を決定するために関連する速度成分を決定するために、車両ドア３７０の表面に対して実質的に垂直に放出されるようにする。レーザセンサ１０の焦点と車体との間の距離は、Ｌとして示され、該距離は臨界的な衝突破壊前領域の深さ（奥行き）を定める。該臨界衝突破壊前領域に侵入する移動物体７００は、光電流信号２０１のバーストを生じさせるが、該信号はエアバッグコンピュータ（図示略）に伝送される測定データの一部であると共に、レーザセンサ１０に集積されたフォトダイオードにより発生されるものである。該光電流信号２０１の周波数は上記移動物体７００の接近速度に比例する。上記エアバッグコンピュータは、急速に接近する移動物体７００の存在を車両ドア空洞の厚さより大幅に大きな距離で決定する。当該レーザセンサの１ｍの焦点距離（Ｌ）及び移動物体７００の５０km/hの接近速度（Ｖ）において、該移動物体７００は実際の衝突破壊より７２ms前に検出することができる。更に、衝突破壊の確率を、該エアバッグコンピュータにより決定することができる。衝突破壊の確率（移動物体７００の速度に依存する）が所定の閾値を超える場合、サイドエアバッグ（図示略）が当該エアバッグコンピュータにより駆動される。現在の圧力又は加速度レート感知性サイドエアバッグセンサと比較して、衝突破壊前レーザセンサ１０の大きなリードタイム（準備期間）は、側面衝突の間における人体の一層早く且つ良好な保護を可能にする。安全に関わるセキュリティシステムとして、このような安全システムの最も信頼性のある使用のために、幾つかの対策が採られねばならない。第１に、必ずしも車両ドアには限定されない大きな側面衝突領域（例えば、エンジンハウジング又はトランクに隣接する領域、ヘッドライトハウジング又は尾灯ハウジング内等）を監視するために、レーザセンサ１０のアレイが採用されるべきである。第２に、移動物体７００の接近速度は、光電流信号２０１のドプラ周波数から直接導出することができる。サイドエアバッグ又は他の安全関連部品は、近づいている目標の接近速度Ｖが所定の閾値を超えた場合にのみ駆動されるであろう。更に、図７に関連して説明したように、検出の信頼性を更に改善するために、異なる焦点距離を持つレーザセンサ１０の第２の群を使用することができる。光電流信号のバーストが、最初に、センサ群Ａにより観測される。約δＬ／Ｖの時間遅延の後に、センサ群Ｂが第２のＳＭＩ信号のバーストを観測しなければならない。そうでない場合、サイドエアバッグは使用（deploy）されないであろう。更に、例えば鳥等の小さな物体がサイドエアバッグを動作させ得るのを防止するために、サイドエアバッグは、１つのセンサ群における２つ、３つ又はそれ以上の隣接するレーザセンサ１０が移動物体７００を検出した場合にのみ駆動し又は使用することができる。衝突破壊前エアバッグセンサを有する安全システムは、側面衝突により生じる損害を最小にするために、他の衝突破壊前安全部品（例えば、能動操縦、警報、座席自動位置決め等）に結合することができる。
【００３０】
図１１は、本発明による安全システムの主要図であり、該システムは３つのレーザセンサ１０を備えるセンサモジュール１５と、物体センサ２０と、加速度センサ２５とを有している。センサモジュール１５、２０、２５により供給される測定データは、エアバッグコンピュータである制御回路３５０により入力される。該エアバッグコンピュータは、車両及び人体の両方の動力学を考慮に入れながらエアバッグ駆動条件の系統的評価を実行し、エアバッグ３５が使用されるか、何時エアバッグが膨張されるか、個々の人体にとりどれが最適な膨張かを精密に決定する。
【００３１】
以上、本発明を特定の実施例及び特定の図面に関連して説明したが、このことは、限定的な意味で解釈されるべきでなく、本発明は添付請求項によってのみ限定されるものである。また、請求項における如何なる符号も、これら請求項の範囲を限定するものと見なしてはならない。また、記載された図面は概略的且つ非制限的なものである。図において、構成要素の幾つかの寸法は、図示の目的で、誇張されており、寸法通りには描かれていない。また、本説明及び請求項における"有する"なる動詞及びその活用形の使用は、他の構成要素又はステップを排除するものではない。また、単数形の名詞は、特にそうでないと言及しない限り、この名詞の複数形を含む。
【００３２】
更に、当該説明及び請求項における第１の、第２の、第３の等の用語は、類似の構成要素の間を区別するために使用されており、必ずしも順番又は時間的順序を記載しているものではない。このように使用されている用語は適切な状況下では入れ換え可能であり、以上に記載した本発明の実施例は、ここに記載又は図示したもの以外の順番で動作することができると理解されたい。
【００３３】
更に、当該説明及び請求項における上、下（底）、第１、第２等の用語は、説明の目的のためのものであり、必ずしも相対的位置を記載するものではない。このように使用されている用語は適切な状況下では入れ換え可能であり、以上に記載した本発明の実施例は、ここに記載又は図示したもの以外の向きで動作することができると理解されたい。
【００３４】
開示された実施例の他の変形例は、当業者によれば、請求項に記載された発明を実施化する場合に、図面、開示及び添付請求項の精査から理解し及び実施することができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自己混合干渉で動作するレーザセンサを有する安全システム、及び斯様な安全システムを駆動する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヨーロッパ特許第EP1031471B1号は、放射を反射又は散乱する物体又は人の位置画像を発生する装置を開示しており、該装置は、各放射パルスにより所定の立体角で物体又は人の小さな表面積のみが照射されるような小さなビーム角を持つ放射パルスを放出する照射源と、単一の光感知素子を有すると共に上記放射源に対して所定の空間的関係で配置されて上記物体又は人により反射又は散乱された放射パルスの部分を受光する放射受信器と、制御／評価装置とを有し、該制御／評価装置は、上記放射源を個々の放射パルスの伝達時間が斯かるパルスの放出から受信までから決定され得るように制御すると共に、前記位置画像を上記放射源及び放射受信器の位置、各放射パルスが送出される立体角並びに上記伝達時間の関数として計算する。斯かる装置は複雑であると共に高価である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、改善された安全システム及び斯様な安全システムを駆動する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
第１の目的は、センサモジュールを有する安全システムであって、該センサモジュールが自己混合干渉（self-mixing interference）で動作する少なくとも１つのレーザセンサを有し、該安全システムが制御回路及び安全手段を更に有し、上記センサモジュールが該センサモジュールに対する物体の少なくとも１つの第１速度成分に直接的又は間接的に関係する第１測定データを発生するように構成され、上記制御回路が上記センサモジュールにより発生された上記第１測定データを入力すると共に、上記安全手段を上記センサモジュールから入力された上記第１測定データに依存して該第１測定データが所定の第１閾値を超えるやいなや駆動するように構成された安全システムにより達成される。
【０００５】
上記レーザセンサは、レーザ源及び検出器を有することができる。該検出器はフォトダイオードとすることができる一方、上記レーザ源は例えば側面発光レーザダイオード（side-emitting laser diode）、垂直共振器面発光レーザ（VCSEL）又は垂直外部共振器面発光レーザ（VECSEL）等のレーザダイオードとすることができる。該レーザ源は、レーザ光を発生するためのレーザ共振器（laser cavity）、並びにオプションとしてレーザ光をコリメート及び収束するための光学手段を有する。上記レーザ光が放出される一方、該レーザ光の一部が前記物体により直接的に反射されるか、又は該物体の移動が、例えば該物体の移動により発生される圧力波により該レーザ光の反射を間接的に生じさせるかの何れかである。斯かる直接的に又は間接的に反射されたレーザ光の一部は、上記レーザ共振器に再突入し、該レーザ共振器においてレーザ光の変調を生じさせる。上記検出器は、該レーザ共振器におけるレーザ光の該変調を検出することができるように構成される。当該レーザ源の電気的駆動方式に依存して、物体の距離又は１つの速度成分に関する第１測定データを発生することができる。測定される速度成分は、放出されるレーザ光の方向と共線的（collinear）である。自己混合の原理についての更なる詳細は、米国特許第6,707,027B2号の図２ないし７並びに第１欄第６５行〜第２欄第４０行及び第２欄第５６行〜第３欄第２１行の関連する記載に見られる。当該安全システムでは、１個、２個、４個又はアレイのレーザセンサを使用することができる。当該センサモジュールが２以上のレーザセンサを有する場合、該センサモジュールと物体との間の距離は、前記測定データを発生するために使用されるレーザ光を放出するレーザセンサと当該物体との間の距離である。前記第１測定データは、有線又は無線接続を介して前記制御回路に送信することができる。該制御回路は、当該安全システムの目的のためにのみ使用することができるか、又は他の目的のためにも使用される一層複雑なシステムに組み込まれる副回路とすることもできる。一実施例において、該制御回路はハイパスフィルタのみを有することができ、前記安全手段は当該測定データが閾周波数より高い周波数成分を有するやいなや駆動される。他の例として、当該制御回路は、例えばプロセッサ等の計算ユニット及びメモリ装置を有することもできる。この場合、該制御回路は上記第１測定データを上記メモリ装置に記憶された基準データと比較することができ、前記安全手段は該第１測定データが上記基準データにより定められた閾値を超えるやいなや駆動される。当該物体は車両内の人体とすることができる一方、当該安全手段は該車両に組み込まれたエアバッグとすることができ、該エアバッグは上記人体の動きにより駆動される。他の例として、当該車両の一部の動きを上記安全システムにより検出することができ、エアバッグを駆動することができる。更に、当該車両と一緒には移動していない物体の動きを、該車両の外部に対して向けられたレーザセンサを用いて当該安全システムにより検出し、衝突の前にエアバッグ又は複数のバッグを駆動することもできる。車両内のエアバッグに加えて又は該エアバッグの代わりに、ブレーキ及び／又は外部エアバッグ等の他の安全手段を駆動することもできる。当該安全システムをロボットシステムに組み込んで、障害が検出された場合又は該ロボットシステムの動きが所定の閾値を超えた場合に該ロボットシステムの動きを停止させることもできる。特に、当該物体までの距離が既知であるか又は当該レーザセンサの焦点により定められる場合、該物体の１つの速度成分に関する測定データで、臨界的な第１測定データを決定し、当該安全手段の駆動を開始するのに充分である。特に、当該レーザ光をコリメートし及び収束するために使用される光学エレメントにより決定される当該レーザセンサの焦点を、前記第１測定データを信頼性のある方法で測定することができる範囲（焦点範囲）を定めるために使用することができる。該焦点範囲の外側では、反射されたレーザ光は、前記検出器により検出することができるような、前記レーザ共振器におけるレーザ光の変調を発生させるには弱過ぎ得る。人の目は当該レーザ光に直接的に又は間接的に曝され得るので、パワーは最大許容暴露（ＭＰＥ）値より充分に低く維持される。しかしながら、より高い平均パワーが必要な場合、人の網膜に対する如何なる潜在的光損傷も防止するために目に安全なレーザ（１.５５μｍ波長）を適用することができる。
【０００６】
当該安全システムは、物体の臨界的な動きが高速、簡単且つ正確に判定されるという利点を有している。
【０００７】
本発明による他の実施例において、前記制御回路は、前記第１測定データを、ある時点において放出されるレーザ光の方向と共線的な前記物体の第１速度成分を決定することにより分析するように構成することができる。これは、前記レーザ共振器におけるレーザ光の変調周波数を上記第１速度成分に比例して決定することにより実行することができる。上記速度成分の方向は、米国特許第6,707,027B2号の第2欄第56行〜第3欄第２１行に記載されているように、当該レーザセンサの駆動方式に依存して変調パターンから導出することができる。更に、当該制御回路は、放出されるレーザ光と共線的な当該物体の加速度成分を、該物体の速度成分の時間依存性変化により決定するように構成することができる。上記速度成分及び、オプションとして、上記加速度成分は、閾速度及び、オプションとして、閾加速度と比較することができ、当該安全手段は分析された測定データが上記閾速度及び、オプションとして、上記閾加速度を超えるやいなや駆動される。
【０００８】
本発明による他の実施例において、前記制御回路は、更に、前記センサモジュールと前記物体との間の第１距離を決定するように構成される。上記センサモジュールと上記物体との間の第１距離に関する測定データは、前記レーザセンサの駆動方式を変更することにより発生することができる。該第１距離に関する測定データは、上記制御回路に転送され、該制御回路は第１距離を上記測定データ及び該測定データを発生するために使用された駆動方式に基づいて決定する。該センサモジュールは、１つのレーザセンサの駆動方式を変更することにより、上記第１速度成分又は上記第１距離の何れかに関係する測定データを発生するために順次使用することができる。他の例として、該センサモジュールは、少なくとも２つのレーザセンサを有することができ、第１レーザセンサは上記第１距離に関係する測定データを発生し、第２レーザセンサは上記第１速度成分に関係する測定データを発生する。更に、当該制御回路は、上記第１距離及び上記第１速度成分が順次又は並列の何れかで決定されるように構成することができ、その場合において、後者は必ずしもレーザセンサの数により決定される必要はない（例えば、単純だが高速な制御回路は、レーザセンサのアレイに配列されたレーザセンサを順次に読み出すことができる）。上記第１距離の知識は、第１距離の閾と組み合わせて使用して、第１速度成分が第１速度閾を超え、且つ、第１距離が第１距離の閾値より低下した場合にのみ前記安全手段を駆動するようにすることができる。更に、当該制御回路は、上記第１速度閾値を、当該レーザセンサと当該物体との間の第１距離に依存して調整するように構成することができる。第１速度閾値の該適応化は、適応型の安全システムを提供することができる。
【０００９】
本発明の他の実施例において、前記センサモジュールに含まれるレーザセンサ又は複数のレーザセンサは、当該レーザセンサと前記物体との間に焦点領域を有することができ、該焦点領域と前記物体との間の距離は少なくとも１レイリ範囲（Rayleigh range）とすべきである。上記焦点領域は、レンズ等の光学エレメントにより定められ得る。当該安全システムは、上記物体の表面の一部の移動又は変形を、該物体又は該物体の表面の一部が上記焦点領域を通過するやいなや検出することができる。この場合、前記検出器は波状光電流信号の大きなバーストを測定する。前記制御回路により、上記物体の速度又は上記物体の表面の一部の変形速度を、上記波状光電流信号の周波数から導出することができる。他の例として、上記物体の移動又は上記物体の表面の一部の変形は、事実上の反射性表面と等価な圧力波面を生じさせ得る。前記レンズセンサの焦点領域を経ての該圧力波面の伝搬は、前記検出器において波状光電流信号のバーストを生じさせ得る。該圧力波の伝搬速度及び大きさは、波状光電流信号の周波数及び振幅に、各々、相関され得る。前記センサモジュールにより測定される該光電流に基づいて、前記制御回路は前記安全手段を駆動することができる。
【００１０】
本発明の他の実施例によれば、前記センサモジュールは、該センサモジュールに対する前記物体の少なくとも第２速度成分及び／又は該センサモジュールと前記物体との間の少なくとも第２距離に直接的に又は間接的に関係する少なくとも第２測定データを発生するように構成することができ、前記制御回路は、前記センサモジュールから入力される前記第２測定データに基づいて前記第１測定データが前記所定の第１閾値を超える、及び／又は前記第２測定データが所定の第２閾値を超えるやいなや前記安全手段を駆動するように構成される。上記物体の移動を２以上の次元で測定するために、上記第２速度成分及び上記第２距離は、前記第１速度成分及び前記第１距離とは異なるように選択することができる。他の例として、上記第２速度成分及び第２距離は、当該測定及び上記制御回路による測定データの後の分析に冗長性を導入するために使用することができる。当該センサモジュールは、上記第２測定データを発生させるために、可動ミラー等の適応型光学系を備えた１つのレーザセンサを有することができる。他の例として、該センサモジュールは、上記第２測定データを発生させるために第２レーザセンサを有することができる。更に、当該センサモジュールは、レーザセンサのアレイ又は２以上のアレイのレーザセンサさえも有することができる。１以上のアレイのレーザセンサは、異なるレーザセンサの測定結果の照合（相互チェック）の可能性を提供し、これは当該安全システムの信頼性を向上させ得る。この測定データの照合を実現するために、上記制御回路は良く知られた方法で適合化されねばならない。特定の用途では、冗長性又は多重冗長性さえも重要であり得る。
【００１１】
本発明の他の実施例によれば、前記制御回路は前記物体の少なくとも前記第２速度成分を決定するように構成され、該制御回路は、更に、前記物体の前記第１速度成分が所定の第１速度閾値を超え、且つ、前記第２速度成分が所定の第２速度閾値を超えるやいなや前記安全手段を駆動するように構成される。２つの異なる速度成分を知ることは、上記物体の移動を一層良く知ることとなり得、上記安全手段を２つの異なる第１及び第２速度閾値が超過された場合にのみ駆動することができる。更に、上記物体は、互いに対して移動可能な異なる部分を有する柔らかい物体であり得る。このような柔らかい物体の第１速度成分のみを決定することは、上記安全手段を駆動する時点を決定するには不十分であり得る。
【００１２】
本発明の他の実施例では、当該安全システムは、前記物体の重さに関する物体データを発生するように構成された少なくとも１つの物体センサを有することができ、前記制御回路は、前記物体データを入力すると共に、前記物体の運動学的データを前記レーザセンサにより発生される前記第１測定データと前記物体センサにより供給される前記物体データとの組み合わせに基づいて決定し、且つ、前記安全手段を該運動学的データに基づいて駆動するように構成される。上記物体センサは、圧電センサ等の圧力センサ、例えば上記物体の重量により生じる表面の変位を決定するように構成されたレーザセンサ、又は上記物体データを発生するために使用することが可能な如何なる他の種類のセンサとすることもできる。上記物体の重さに関する追加の情報を、上記安全手段の駆動を上記物体の実際の運動学的データに適応化させるために使用することができる。何故なら、上記物体の運動量の少なくとも１つの成分を、前記制御回路により、例えば前記第１速度成分及び上記物体の重さに関する測定データを用いて決定することができるからである。
【００１３】
本発明の他の実施例において、前記制御回路はエアバッグコンピュータとすることができ、前記安全手段は少なくとも１つのエアバッグとすることができ、前記物体は人体であり得る。例えば人体の頭部の第１速度成分に関する測定データを、エアバッグを駆動するために使用することができる。別個のレーザセンサにより又は１以上のアレイによってさえ測定される人体の部分の速度成分に関する第２、第３、第４又はそれ以上の測定データを、上述したように使用することができる。更に、人体の異なる部分に関する距離を決定し、上述したように使用することができる。前記センサモジュールは、前記人体の頭部の第１速度成分及び第１距離に直接的に関係する第１測定データを発生するように構成することができ、該センサモジュールは更に前記人体の胸部の第２速度成分及び該センサモジュールと前記人体の該胸部との間の第２距離に直接的に関係する第２測定データを発生するように構成され、前記エアバッグコンピュータは前記第１速度成分、前記第１距離、前記第２速度成分及び前記第２距離を決定すると共に、前記第１速度成分が第１速度閾値を超え、及び／又は前記第２速度成分が第２速度閾値を超えるやいなや前記少なくとも１つのエアバッグを駆動するように構成される。該エアバッグコンピュータは、更に、前記第１速度閾値を前記第１距離に基づいて調整し、及び／又は前記第２速度閾値を前記第２距離に基づいて調整するように構成することができる。更に、前記センサモジュールは、前記人体の頭部の第３速度成分及び該センサモジュールと上記人体の頭部との間の第３距離に直接的に関係する第３測定データを発生するように構成することができ、前記エアバッグコンピュータは上記センサモジュールから入力される該第３測定データに基づいて上記第３速度成分及び上記第３距離を決定すると共に、前記第３速度成分が第３速度閾値を超えるやいなや少なくとも第２エアバッグを駆動するように構成される。当該安全システムは、前記人体の重量に関する物体データを発生するように構成された少なくとも１つの物体センサを更に有し、前記エアバッグコンピュータは、前記物体データを入力すると共に、前記人体の運動学的データを前記レーザセンサにより発生される前記第１測定データと前記物体センサにより供給される前記物体データとの組み合わせに基づいて決定し、且つ、前記安全手段を該運動学的データに基づいて駆動するように構成される。前述したように、上記人体の重さに関する追加の情報を、前記エアバッグ又は複数のエアバッグの駆動を上記人体の実際の運動学的データに適応化させるために使用することができる。何故なら、上記人体の総運動量の少なくとも１つの成分を、前記エアバッグコンピュータにより、例えば前記第１速度成分及び上記人体の重さに関する物体データを用いて決定することができるからである。
【００１４】
上記物体センサの代わりに又は該物体センサに加えて、当該安全システムは、自己混合干渉で動作すると共に移動物体の速度に関係する第３測定データを発生するように構成された少なくとも１つのレーザセンサを備える側面衝撃センサモジュールを更に有することができ、前記移動物体は当該安全システムが取り付けられた車両の外側に有り、前記エアバッグコンピュータは前記第３測定データが所定の第３閾値を超えるやいなや前記少なくとも１つのエアバッグ及び／又は追加のサイドエアバッグを駆動するように構成される。当該安全システムが取り付けられた車両に接近する物体を衝突破壊の前に検出することは、エアバッグ及び／又はサイドエアバッグを駆動するために利用可能な時間を増加させ得る。他の例として、上記側面衝撃センサモジュールは、車両の外側表面の一部の変形に直接的に又は間接的に関係する変形測定データを発生するように構成することができ、前記エアバッグコンピュータは、上記側面衝撃センサモジュールから入力される変形測定データに基づいて前記少なくとも１つのエアバッグ及び／又は追加のサイドエアバッグを駆動するように構成される。特に、自動車のドアの変形は高速且つ敏感な方法で検出することができ、人体を保護するためにサイドエアバッグを駆動することができる。
【００１５】
本発明による他の実施例において、当該安全システムは、車両に組み込まれると共に該車両の加速度に関係する加速度データを発生するように構成された加速度センサを更に有することができ、前記エアバッグコンピュータは前記第１測定データが前記第１閾値を超え、及び／又は前記加速度データが所定の加速度閾値を超えるやいなや前記少なくとも１つのエアバッグを駆動するように構成される。上記加速度センサは、自動車、オートバイ等の車両の加速度を全三次元で決定することができる微小電気機械（ＭＥＭ）センサとすることができる。上述した冗長性により、幾つかの独立したセンサの組み合わせは信頼性のある安全システムを提供することができる。
【００１６】
第２の目的は、センサモジュールを有する安全システムを駆動する方法により達成され、該方法において、前記センサモジュールは自己混合干渉で動作する少なくとも１つのレーザセンサを有し、前記安全システムは制御回路と安全手段とを更に有し、前記レーザセンサはレーザ共振器を備える少なくとも１つのレーザと少なくとも１つの検出器とを有し、当該方法は、
− 前記レーザ共振器内でレーザ光を発生させるステップと、
− 前記レーザ光により物体を照明するステップと、
− 前記物体により前記レーザ光の一部を反射させるステップと、
− 前記反射されたレーザ光及び前記レーザ共振器内の光波を干渉させるステップと、
− 前記反射されたレーザ光及び前記レーザ共振器内の光波の干渉を前記検出器により感知するステップと、
− 前記物体の少なくとも第１速度成分に直接的に又は間接的に関係する第１測定データを前記検出器により発生させるステップと、
− 前記第１測定データを前記制御回路により入力するステップと、
− 前記制御回路により、前記入力された第１測定データを所定の閾値に対して評価するステップと、
− 前記第１測定データが所定の第１閾値を超えるやいなや前記安全手段を駆動するステップと、
を有する。評価するとは、ここでは、例えば上記第１測定データがハイパスフィルタによりフィルタされ、前記物体の高い速度に関する所定の周波数閾より高い周波数成分のみが該ハイパスフィルタを通過することを意味すると理解される。他の例として、上記第１測定データを、前記第１閾値を有する基準データと比較することができる。
【００１７】
更なるフィーチャは、後述され、上記態様の何れかと結合又は組み合わせることができる。特に他の従来技術を超える他の利点は、当業者にとり明らかとなるであろう。尚、本発明の請求項から逸脱することなしに、多数の変形例及び変更例を実施化することができる。従って、本発明の当該形態は解説のためのみであり、本発明の範囲を限定しようするものではないと明確に理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、ＶＣＳＥＬ及び集積化されたフォトダイオードを有するレーザセンサの概要図である。
【図２】図２は、レーザセンサのアレイの概要図である。
【図３】図３は、本発明の第１実施例の概要図である。
【図４】図４は、本発明の一実施例による安全システムに含まれるセンサモジュールの第１の光学的構成を示す。
【図５】図５は、本発明の一実施例による安全システムに含まれるセンサモジュールの第２の光学的構成を示す。
【図６】図６は、幾つかの群のレーザセンサを使用した、本発明の他の実施例を示す。
【図７】図７は、本発明によるレーザセンサを用いた速度測定を示す。
【図８】図８は、本発明による安全システムに組み込むことができる側面衝撃センサモジュールの一実施例を示す。
【図９】図９は、本発明による安全システムに組み込むことができる側面衝撃センサモジュールの他の実施例を示す。
【図１０】図１０は、レーザセンサを衝突破壊（クラッシュ）前サイドエアバッグセンサとして使用する、本発明による他の実施例の部分を示す。
【図１１】図１１は、本発明の他の実施例を概略図示する。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を、図面を参照して詳細に説明するが、各図において同一の符号は同様の部分を示している。
【００２０】
図１は、本発明によるレーザセンサ１０において、レーザ源１００として使用し得るＶＣＳＥＬを、検出器２００として使用し得る集積化されたフォトダイオードと共に示している。上記ＶＣＳＥＬは、層構造を有すると共に、当該レーザの内部共振器（cavity）を形成する２つの分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）２及び４の間に埋め込まれた電気的にポンピングされた利得媒体３（ＧａＡｓ内に埋め込まれたＩｎＧａＡｓ量子井戸）により形成されている。該ＤＢＲの一方はｐドーピングされ、他方はｎドーピングされて、利得領域への効率的な電流供給を可能にする。この例においては、下側のＤＢＲがｎドーピングされる一方、上側のＤＢＲがｐドーピングされている。しかしながら、原理的に、逆の順序のドーピングも可能である。利得媒体３への電流注入のための動作電流は、当該注入電流を適時に変調するための制御ユニット（図示略）に接続された適切な電源（図示略）により供給される。所望の距離又は速度情報を得るための放出レーザ放射７の周波数シフトは、この電流変調により達成される。適切な電流形状（駆動方式）が、ｎ及びｐ型ＤＢＲの電気接触子（図には示されていない）を介して上記利得領域に供給される。下側のＤＢＲ４の下面に取り付けられたフォトダイオードである検出器２００は、ミラー４からの少量の放射の漏れを測定し、従って目標（図には示されていない）からの後方散乱光８の当該レーザに対する影響を監視し、この情報から上記目標物体の距離又は速度を導出することができる。速度に関しては、放出されたレーザ放射７に対して共線的な（同一線上の）速度成分のみを決定することができる。上記フォトダイオードは、適切な基板１上に成長させられる。前記ＶＣＳＥＬ構造の更なる層は、次いで、該フォトダイオード上に成長させられる。この基板上の斯かる層構造は、ＶＣＳＥＬチップ用の低コスト製造方法で製造することができる。更に、レーザセンサのアレイを、容易な方法で製造することができる。代替的方法においては、上側ＤＢＲ２で開始するＶＣＳＥＬ構造を、光学的に透明な基板（放出されるレーザ放射７の波長に依存して）上に成長させることができる。上記フォトダイオードは、下側のＤＢＲ４上に成長させられ、従って斯様なチップの後面に取り付けられる。この場合、レーザ放射は上記基板を介して放出される。他の例として、上記フォトダイオードは上記ＶＣＳＥＬとは独立に製造され、該ＶＣＳＥＬとは別のステップで、例えばフリップ・チップ接続、基板搬送（substrate transfer）等により組み合わせることができる。
【００２１】
ＶＣＳＥＬの代わりとして、VECSEL（垂直外部共振器面発光レーザ）を使用することもできる。この場合、上側ＤＢＲ２上の適切な距離に配置及び調整された外部レーザミラー（図示略）が、外部共振器を形成する。上側ＤＢＲ２の反射度は、該外部共振器からのフィードバックを可能にするためにＶＣＳＥＬと比較して低減される。適切なＩＲ反射特性を持つ体積ブラッグ格子（ＶＢＧ）が、上記の外部レーザミラーを形成することができ、これは、代わりに例えば金属又は誘電体でコーティングされたミラーとすることもできる。ＶＣＳＥＬとは対照的に、利得媒体は内部レーザ共振器系（ＤＢＲ２及び４の間に挟まれた利得媒体３）がレーザ閾を超えさせないようなレベルで電気的にポンピングされるが、レーザ動作を達成するために上記外部共振器、即ち外部ミラーのフィードバックを必要とする。この様にして、放出されるレーザ放射７の特性は、ＶＣＳＥＬチップ上の短い内部共振器というよりは上記外部レーザ共振器により決定される。従って、放出されるレーザ放射７の発散角も減少させることができ、モード品質も純粋なＶＣＳＥＬ型レーザと比較して向上させることができる。該レーザは道路又は車輪等の目標物体上に良好に収束させることができ、感知用途にとり必要とされるレーザ共振器内へのフィードバック８（目標物体からの後方散乱放射）を改善することができる。ＶＣＳＥＬ又はVECSELの代替として、端面発光（edge-emitting）レーザを使用することもできる。
【００２２】
図２は、本発明による安全システムに組み込むことかできるレーザセンサのアレイを有するセンサモジュールの概略図である。該センサモジュールは車両（図示略）に取り付けることができる。この実施例においては、レーザ源（ＶＣＳＥＬ）１００のアレイが組み合わされている。更に、各レーザ源１００には、マイクロレンズ４１及び曲面ミラー４２等の光学装置が追加されている。レーザ源１００により放出されたレーザ放射１１は、マイクロレンズ４１によりコリメートされ、更にミラー４２により異なる焦点領域１２に収束される。曲面ミラー４２の曲率は、各単一レーザ源の信頼度をチェックするために使用することができる冗長度を得るように互いに隣接するレーザ源の焦点領域１２が重なり合うように選択される。更に、異なる焦点領域１２を持つレーザビームの数を増加させるために、レーザ源１００の二次元アレイを、二次元で湾曲された曲面ミラー４２との組み合わせで使用することもできる。マイクロレンズ４１の異なる位置が、焦点領域１２までの異なる距離を生じさせる。個々のマイクロレンズ４１の異なる焦点距離も、そのようにするであろう。人体（図示略）は一定量の光を後方散乱させ、該光は曲面ミラー４２及びマイクロレンズ４１によりレーザ源１００のレーザ共振器内に収束される。フィードバックの量はレーザパワーを決定し、これが、当該ＶＣＳＥＬの背後において検出器２００（即ちレーザ源１００と統合されたフォトダイオード）により監視（モニタ）される。上記フォトダイオードに接続された制御回路３０により、個々の信号は増幅され、周波数スペクトルが分析される。当該信号が到来するレーザセンサを知ると共に異なる結果を比較すれば、焦点領域１２内にある人体の異なる部分の速度成分を計算することが可能となる。１以上の速度成分が１以上の速度閾値を超える場合、例えば１以上のエアバッグ（図示略）がインターフェース３１を介して駆動される。当該アレイのレーザ源のうちの幾つかは、車両に対する人体の相対位置を決定することにより当該安全システムの精度を改善するために、人体までの距離を連続的に測定するために使用することができる。他の例として、レーザ源１００の駆動回路又は複数の駆動回路（図示略）による駆動方式を変更することにより、全体のアレイを速度測定と距離測定との間で順次切り換えることもできる。エアバッグ又は複数のエアバッグの駆動に加えて、上記制御回路による駆動信号の後にハンドル（ステアリングホイール；図示略）を人体から遠ざけることもできる。
【００２３】
図３に示す本発明による安全システムの第１実施例において、当該センサモジュールは２つのレーザセンサ１０及び物体センサとして使用される他のレーザセンサ２０を有している。上記２つのレーザセンサは、車両３００のルーフ又は運転室に設置することができる。第１のレーザセンサにより放出されるレーザ光７は人体４００の頭部領域４０１に収束される一方、第２のレーザセンサ１０のレーザ光７は人体４００の胸部領域４０２に収束される。人間の重量に比例する座席基体の垂直変位を測定するために（サブミクロンの空間分解能）、物体センサ２０が座席基体３０１に設置される。これらレーザセンサ及び物体センサの測定データは、エアバッグコンピュータ３５０に送信される（有線又は無線接続を介して）。該測定データに基づいて、ハンドル３０２に組み込まれたエアバッグ３５が、該エアバッグに（有線又は無線接続を介して）送られる駆動信号により駆動される。他の実施例では、他のレーザセンサ１０を、人体の前に（前後衝突検出）又は側部に（窓／ドア領域、側面衝突検出）、又は座席の背部において（２列目の搭乗者保護）当該車両に設置することができる。
【００２４】
本発明の一実施例による安全システムに含まれるセンサモジュールの光学構成が図４に示されている。２つのレーザセンサ１０からのレーザ光は、単一の光学エレメント４３により目標領域に収束される。これらレーザセンサ間の或る傾斜角度が、第１レーザセンサ１０及び第２レーザセンサ１０が人体の頭部領域４０１及び胸部領域４０２を各々測定することを保証する。平らなガラス又はプラスチック光学窓４４が、当該レーザセンサを周囲汚染から保護するが、この目的のためには、上記光学エレメント４３で充分であり得る。第１レーザセンサ１０により放出されるレーザ光と、第２レーザセンサ１０により放出されるレーザ光との間の傾斜角度により、光学窓４４からの正反射は前記自己混合干渉には寄与しない。光学エレメント４３は、少なくとも２つの要件を満たすべきである。第１に、第１レーザセンサ１０からのレーザ光は概ねコリメートされるか又は頭部領域４０１上に弱く収束され、第２レーザセンサ１０からのレーザ光は概ねコリメートされるか又は胸部領域４０２上に弱く収束される。座席の設定又は衝突の何れかによる人体の実際の位置の変化は、検出される自己混合信号の振幅に大きな影響を与えないであろう。第２に、光学エレメント４３の開口数は、反射された光子を充分に収集する程度に大きくなければならない。大開口単一光学エレメント４３は、高感度用途にとり有利である。
【００２５】
本発明の他の実施例による安全システムに含まれるセンサモジュールの他の光学構成が図５に示されている。各レーザセンサ１０はＶＣＳＥＬを有し、該ＶＣＳＥＬはレーザセンサ１０のレーザ源１００である。２つのレーザセンサ１０からのレーザ光は、２つのマイクロレンズ４１により目標領域に収束される。これらレーザセンサ１０間の或る傾斜角度が、第１レーザセンサ１０が頭部領域４０１を測定し、第２レーザセンサ１０が人体の胸部領域４０２を測定することを保証する。マイクロレンズ４１は、上記ＶＣＳＥＬの放射窓に直に集積される。光学窓４４と上記ＶＣＳＥＬとの間の距離は、図４に示した実施例におけるより大幅に小さい。
【００２６】
図６は、本発明による他の実施例を示す。前部衝突の前又は間における人体４００の運動学的データを特徴付けるために、１以上のレーザセンサ１０を有する少なくとも３つのセンサ群が、車両３００の種々の位置で使用される。即ち、車両３００の運転室に組み込まれた少なくとも１つのレーザセンサ１０を有するセンサ群Ａは、ハンドル（図示略）又は車体に対する搭乗者の接近速度（closing speed）を検出し；車両３００の座席３２０に組み込まれた少なくとも２つのレーザセンサ１０を有するセンサ群Ｂは、人体４００が着座している座席３２０に対する人間の速度をモニタし（座席から車体までの距離は、レーザセンサ１０により又は他のタイプの変位若しくは距離センサにより容易に得ることができる）；１つのレーザセンサ１０を有する物体センサ２０であるセンサ群Ｃは、人体の重量に比例する座席基体の垂直方向変位を検出する。別々のセンサ群により発生された全測定データは、エアバッグコンピュータ（図示略）に送信される。該エアバッグコンピュータにより決定された人体４００の運動学的データ（例えば、人体の運動量（momentum）の１つの成分）に基づいて、１つのエアバッグ又は複数のエアバッグが駆動される。
【００２７】
図７に示されるように、車両又は座席に対する人体４００の速度は、２つのレーザセンサ１０、１０'により高精度で決定することができる。レーザセンサ１０、１０'により放出されたレーザ光は、光学エレメント４１により人体４００上に収束される。これらレーザセンサは、搭乗者の座席又はハンドル又は前部の車体の何れかに取り付けることができる。第１レーザセンサ１０及び第２レーザセンサ１０'の焦点距離は、δＬの差を持つように設定される。激しい前部衝突の間において、人体４００は位置Ａから位置Ｂへ移動するであろう。位置Ａにおいては、第１レーザセンサ１０のレーザ焦点からの最大の光フィードバックにより、該第１レーザセンサ１０により光電流信号２０１のバースト（測定データ）が発生されるであろう。同様にして、位置Ｂでは、第２レーザセンサ１０'によりＳＭＩ信号２０１のバースト（測定データ）が発生されるであろう。斯かる２つのＳＭＩ信号バーストに間の時間遅延がδｔにより示される。多焦点のレーザセンサに基づいて、車体、ハンドル又は搭乗者座席に対する搭乗者の相対速度は、δＬ／δｔにより決定される。他の例として、位置Ａ及び位置Ｂにおける瞬時速度を、Ｔ１及びＴ２の時点でレーザセンサ１０及び１０'により発生される測定データのドプラ周波数から、各々、直接的に導出することもできる。時点Ｔ１及びＴ２における速度の直接的測定は、速い応答（エアバッグの駆動）が可能であり、加速度を導出することができるという利点を有し得る。加速度に関する付加的情報は、エアバッグの駆動時間の制御の改善を可能にする。
【００２８】
図８に示された本発明による他の実施例において、当該安全システムは、自己混合干渉で動作する側面衝撃センサモジュールを有する。該側面衝撃センサモジュールは、レーザ源として使用されたＶＣＳＥＬと検出器として使用された垂直に集積されたフォトダイオードとを備える１つのレーザセンサ１０、及びマイクロレンズ４１、並びに上記ＶＣＳＥＬに対してフィードバックを導入する拡散性反射面３１０を有している。上記ＶＣＳＥＬ及び反射面は、車両のドア空洞の各側部に取り付けられている。上記反射面は、上記ＶＣＳＥＬの焦点の背後の或る距離に、例えば数センチメートル又は少なくとも１レイリ範囲（Rayleigh range）に配置される。図８に示されるように、車両のドアは激しい側面衝突の間に変形され、反射面３１０はレーザセンサ１０の焦点領域１２を横切って移動する。光フィードバック強度の変化により、波状光電流信号の大きなバーストが観察され得る。車両ドアの変形速度は、該波状光電流信号２０１の周波数に線形に比例する。この測定データはエアバッグコンピュータ（図示略）により分析され、当該車両ドアの変形速度が所定の閾値を超えた場合にサイドエアバッグ（図示略）が駆動される。側面衝突の位置を識別すべく、廉価で正確で且つ高度に集積化されたレーザ装置として、複数のＶＣＳＥＬを当該側面衝撃センサモジュールに種々の位置で組み込むことができる。更に、斯かる複数のＶＣＳＥＬは、図９に示されるように、車両のドアの変形を間接的に検出することができる。激しい側面衝突の場合、車両ドアの変形は、ドア空洞内の媒体（例えば空気）３６０に、これらＶＣＳＥＬに向かって伝搬する圧力波面３６１を生じさせる。空気密度の急激な変化を伴う圧力波面３６１は、事実上の反射面と等価である。該圧力波面３６１が上記ＶＣＳＥＬの焦点領域を介して伝搬する際に、光電流２０１のバーストが観察される。この場合も、上記圧力波の速度及び大きさは、対応する波状光電流信号２０１の周波数及び振幅に相関する。圧力波面の複雑な形状に対応すると共に側面衝撃の方向を評価するために、高速応答で非接触な側面衝撃センサモジュールとして、異なる入射角を持つ複数のＶＣＳＥＬ型レーザセンサ１０を採用することができる。
【００２９】
本発明の他の実施例が、図１０に示されている。レーザセンサ１０を有する安全システムが、衝突破壊（クラッシュ）前サイドエアバッグセンサとして使用される。レーザセンサ１０により放出されるレーザ放射は、例えば車両ドア３７０の外側の位置する点又は焦点領域に収束される。該レーザ光は、好ましくは、衝突破壊を決定するために関連する速度成分を決定するために、車両ドア３７０の表面に対して実質的に垂直に放出されるようにする。レーザセンサ１０の焦点と車体との間の距離は、Ｌとして示され、該距離は臨界的な衝突破壊前領域の深さ（奥行き）を定める。該臨界衝突破壊前領域に侵入する移動物体７００は、光電流信号２０１のバーストを生じさせるが、該信号はエアバッグコンピュータ（図示略）に伝送される測定データの一部であると共に、レーザセンサ１０に集積されたフォトダイオードにより発生されるものである。該光電流信号２０１の周波数は上記移動物体７００の接近速度に比例する。上記エアバッグコンピュータは、急速に接近する移動物体７００の存在を車両ドア空洞の厚さより大幅に大きな距離で決定する。当該レーザセンサの１ｍの焦点距離（Ｌ）及び移動物体７００の５０km/hの接近速度（Ｖ）において、該移動物体７００は実際の衝突破壊より７２ms前に検出することができる。更に、衝突破壊の確率を、該エアバッグコンピュータにより決定することができる。衝突破壊の確率（移動物体７００の速度に依存する）が所定の閾値を超える場合、サイドエアバッグ（図示略）が当該エアバッグコンピュータにより駆動される。現在の圧力又は加速度レート感知性サイドエアバッグセンサと比較して、衝突破壊前レーザセンサ１０の大きなリードタイム（準備期間）は、側面衝突の間における人体の一層早く且つ良好な保護を可能にする。安全に関わるセキュリティシステムとして、このような安全システムの最も信頼性のある使用のために、幾つかの対策が採られねばならない。第１に、必ずしも車両ドアには限定されない大きな側面衝突領域（例えば、エンジンハウジング又はトランクに隣接する領域、ヘッドライトハウジング又は尾灯ハウジング内等）を監視するために、レーザセンサ１０のアレイが採用されるべきである。第２に、移動物体７００の接近速度は、光電流信号２０１のドプラ周波数から直接導出することができる。サイドエアバッグ又は他の安全関連部品は、近づいている目標の接近速度Ｖが所定の閾値を超えた場合にのみ駆動されるであろう。更に、図７に関連して説明したように、検出の信頼性を更に改善するために、異なる焦点距離を持つレーザセンサ１０の第２の群を使用することができる。光電流信号のバーストが、最初に、センサ群Ａにより観測される。約δＬ／Ｖの時間遅延の後に、センサ群Ｂが第２のＳＭＩ信号のバーストを観測しなければならない。そうでない場合、サイドエアバッグは使用（deploy）されないであろう。更に、例えば鳥等の小さな物体がサイドエアバッグを動作させ得るのを防止するために、サイドエアバッグは、１つのセンサ群における２つ、３つ又はそれ以上の隣接するレーザセンサ１０が移動物体７００を検出した場合にのみ駆動し又は使用することができる。衝突破壊前エアバッグセンサを有する安全システムは、側面衝突により生じる損害を最小にするために、他の衝突破壊前安全部品（例えば、能動操縦、警報、座席自動位置決め等）に結合することができる。
【００３０】
図１１は、本発明による安全システムの主要図であり、該システムは３つのレーザセンサ１０を備えるセンサモジュール１５と、物体センサ２０と、加速度センサ２５とを有している。センサモジュール１５、２０、２５により供給される測定データは、エアバッグコンピュータである制御回路３５０により入力される。該エアバッグコンピュータは、車両及び人体の両方の動力学を考慮に入れながらエアバッグ駆動条件の系統的評価を実行し、エアバッグ３５が使用されるか、何時エアバッグが膨張されるか、個々の人体にとりどれが最適な膨張かを精密に決定する。
【００３１】
以上、本発明を特定の実施例及び特定の図面に関連して説明したが、このことは、限定的な意味で解釈されるべきでなく、本発明は添付請求項によってのみ限定されるものである。また、請求項における如何なる符号も、これら請求項の範囲を限定するものと見なしてはならない。また、記載された図面は概略的且つ非制限的なものである。図において、構成要素の幾つかの寸法は、図示の目的で、誇張されており、寸法通りには描かれていない。また、本説明及び請求項における"有する"なる動詞及びその活用形の使用は、他の構成要素又はステップを排除するものではない。また、単数形の名詞は、特にそうでないと言及しない限り、この名詞の複数形を含む。
【００３２】
更に、当該説明及び請求項における第１の、第２の、第３の等の用語は、類似の構成要素の間を区別するために使用されており、必ずしも順番又は時間的順序を記載しているものではない。このように使用されている用語は適切な状況下では入れ換え可能であり、以上に記載した本発明の実施例は、ここに記載又は図示したもの以外の順番で動作することができると理解されたい。
【００３３】
更に、当該説明及び請求項における上、下（底）、第１、第２等の用語は、説明の目的のためのものであり、必ずしも相対的位置を記載するものではない。このように使用されている用語は適切な状況下では入れ換え可能であり、以上に記載した本発明の実施例は、ここに記載又は図示したもの以外の向きで動作することができると理解されたい。
【００３４】
開示された実施例の他の変形例は、当業者によれば、請求項に記載された発明を実施化する場合に、図面、開示及び添付請求項の精査から理解し及び実施することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自己混合干渉で動作する少なくとも１つのレーザセンサを備えたセンサモジュールを有する安全システムであって、該安全システムは制御回路と安全手段とを更に有し、前記センサモジュールは該センサモジュールに対する物体の少なくとも１つの第１速度成分に直接的に又は間接的に関係する第１測定データを発生し、前記制御回路が、前記センサモジュールにより発生される前記第１測定データを入力すると共に、前記センサモジュールから入力される前記第１測定データに基づいて該第１測定データが所定の第１閾値を超えるやいなや前記安全手段を駆動する安全システム。
【請求項２】
前記制御回路が、前記物体の前記第１速度成分を決定すると共に、該物体の第１速度成分が所定の第１速度閾値を超えるやいなや前記安全手段を駆動する請求項１に記載の安全システム。
【請求項３】
前記制御回路が、更に、前記センサモジュールと前記物体との間の第１距離を決定する請求項２に記載の安全システム。
【請求項４】
前記制御回路が、更に、前記第１距離に基づいて前記第１速度閾値を調整する請求項３に記載の安全システム。
【請求項５】
前記レーザセンサが該レーザセンサと前記物体との間に焦点領域を有し、該焦点領域と前記物体との間の距離が少なくとも１レイリ範囲である請求項１ないし４の何れか一項に記載の安全システム。
【請求項６】
前記センサモジュールが、該センサモジュールに対する前記物体の少なくとも第２速度成分及び／又は該センサモジュールと前記物体との間の少なくとも第２距離に直接的に又は間接的に関係する少なくとも第２測定データを発生し、前記制御回路が、前記センサモジュールから入力される前記第２測定データに基づいて前記第１測定データが前記所定の第１閾値を超え、及び／又は前記第２測定データが所定の第２閾値を超えるやいなや前記安全手段を駆動する請求項１ないし４の何れか一項に記載の安全システム。
【請求項７】
前記制御回路が、前記物体の少なくとも前記第２速度成分を決定すると共に、該物体の前記第１速度成分が所定の前記第１速度閾値を超え、且つ、前記第２速度成分が所定の第２速度閾値を超えるやいなや前記安全手段を駆動する請求項６に記載の安全システム。
【請求項８】
前記物体の重量に関する物体データを発生する少なくとも１つの物体センサを更に有し、前記制御回路が、前記物体データを入力すると共に、前記物体の運動学的データを前記レーザセンサにより発生される前記第１測定データと前記物体センサにより発生される前記物体データとの組み合わせに基づいて決定し、且つ、前記安全手段を該運動学的データに基づいて駆動する請求項１ないし４の何れか一項に記載の安全システム。
【請求項９】
前記制御回路がエアバッグコンピュータであり、前記安全手段が少なくとも１つのエアバッグであり、前記物体が人体である請求項１ないし４の何れか一項に記載の安全システム。
【請求項１０】
前記センサモジュールは前記人体の頭部領域の第１速度成分及び該センサモジュールと前記人体の該頭部領域との間の第１距離に直接的に関係する第１測定データを発生し、前記センサモジュールは更に前記人体の胸部領域の第２速度成分及び該センサモジュールと前記人体の該胸部領域との間の第２距離に直接的に関係する第２測定データを発生し、前記エアバッグコンピュータは前記第１速度成分、前記第１距離、前記第２速度成分及び前記第２距離を決定すると共に、前記第１速度成分が第１速度閾値を超え、及び／又は前記第２速度成分が第２速度閾値を超えるやいなや前記少なくとも１つのエアバッグを駆動する請求項９に記載の安全システム。
【請求項１１】
前記エアバッグコンピュータが、前記第１速度閾値を前記第１距離に基づいて調整し、及び／又は前記第２速度閾値を前記第２距離に基づいて調整する請求項１０に記載の安全システム。
【請求項１２】
前記物体の重量に関する物体データを発生する少なくとも１つの物体センサを更に有し、前記エアバッグコンピュータが、前記物体データを入力すると共に、前記物体の運動学的データを前記レーザセンサにより発生される前記第１測定データと前記物体センサにより供給される前記物体データとの組み合わせに基づいて決定し、且つ、前記安全手段を該運動学的データに基づいて駆動する請求項９に記載の安全システム。
【請求項１３】
自己混合干渉で動作する少なくとも１つのレーザセンサを備えた側面衝撃センサモジュールを更に有し、該側面衝撃センサモジュールは移動物体の速度に関係する第３測定データを発生し、前記移動物体は当該安全システムが取り付けられた車両の外側に有り、前記エアバッグコンピュータは前記第３測定データが所定の第３閾値を超えるやいなや前記少なくとも１つのエアバッグ及び／又は追加のサイドエアバッグを駆動する請求項９に記載の安全システム。
【請求項１４】
車両に組み込まれた加速度センサを更に有し、該加速度センサは前記車両の加速度に関係する加速度データを発生し、前記エアバッグコンピュータは前記第１測定データが前記第１閾値を超え、及び／又は前記加速度データが所定の加速度閾値を超えるやいなや前記少なくとも１つのエアバッグを駆動する請求項９に記載の安全システム。
【請求項１５】
センサモジュールを有する安全システムを駆動する方法であって、前記センサモジュールは自己混合干渉で動作する少なくとも１つのレーザセンサを有し、前記安全システムは制御回路と安全手段とを更に有し、前記レーザセンサはレーザ共振器を備える少なくとも１つのレーザと少なくとも１つの検出器とを有し、当該方法が、
− 前記レーザ共振器内でレーザ光を発生させるステップと、
− 前記レーザ光により物体を照明するステップと、
− 前記物体により前記レーザ光の一部を反射させるステップと、
− 前記反射されたレーザ光及び前記レーザ共振器内の光波を干渉させるステップと、
− 前記反射されたレーザ光及び前記レーザ共振器内の光波の干渉を前記検出器により感知するステップと、
− 前記物体の少なくとも第１速度成分に直接的に又は間接的に関係する第１測定データを前記検出器により発生させるステップと、
− 前記第１測定データを前記制御回路により入力するステップと、
− 前記制御回路により、前記入力された第１測定データを所定の閾値に対して評価するステップと、
− 前記第１測定データが所定の第１閾値を超えるやいなや前記安全手段を駆動するステップと、
を有する方法。
【請求項１】
自己混合干渉で動作する少なくとも１つのレーザセンサを備えたセンサモジュールを有する安全システムであって、該安全システムは制御回路と安全手段とを更に有し、前記センサモジュールは該センサモジュールに対する物体の少なくとも１つの第１速度成分に直接的に又は間接的に関係する第１測定データを発生し、前記制御回路が、前記センサモジュールにより発生される前記第１測定データを入力すると共に、前記センサモジュールから入力される前記第１測定データに基づいて該第１測定データが所定の第１閾値を超えるやいなや前記安全手段を駆動する安全システム。
【請求項２】
前記制御回路が、前記物体の前記第１速度成分を決定すると共に、該物体の第１速度成分が所定の第１速度閾値を超えるやいなや前記安全手段を駆動する請求項１に記載の安全システム。
【請求項３】
前記制御回路が、更に、前記センサモジュールと前記物体との間の第１距離を決定する請求項２に記載の安全システム。
【請求項４】
前記制御回路が、更に、前記第１距離に基づいて前記第１速度閾値を調整する請求項３に記載の安全システム。
【請求項５】
前記レーザセンサが該レーザセンサと前記物体との間に焦点領域を有し、該焦点領域と前記物体との間の距離が少なくとも１レイリ範囲である請求項１ないし４の何れか一項に記載の安全システム。
【請求項６】
前記センサモジュールが、該センサモジュールに対する前記物体の少なくとも第２速度成分及び／又は該センサモジュールと前記物体との間の少なくとも第２距離に直接的に又は間接的に関係する少なくとも第２測定データを発生し、前記制御回路が、前記センサモジュールから入力される前記第２測定データに基づいて前記第１測定データが前記所定の第１閾値を超え、及び／又は前記第２測定データが所定の第２閾値を超えるやいなや前記安全手段を駆動する請求項１ないし４の何れか一項に記載の安全システム。
【請求項７】
前記制御回路が、前記物体の少なくとも前記第２速度成分を決定すると共に、該物体の前記第１速度成分が所定の前記第１速度閾値を超え、且つ、前記第２速度成分が所定の第２速度閾値を超えるやいなや前記安全手段を駆動する請求項６に記載の安全システム。
【請求項８】
前記物体の重量に関する物体データを発生する少なくとも１つの物体センサを更に有し、前記制御回路が、前記物体データを入力すると共に、前記物体の運動学的データを前記レーザセンサにより発生される前記第１測定データと前記物体センサにより発生される前記物体データとの組み合わせに基づいて決定し、且つ、前記安全手段を該運動学的データに基づいて駆動する請求項１ないし４の何れか一項に記載の安全システム。
【請求項９】
前記制御回路がエアバッグコンピュータであり、前記安全手段が少なくとも１つのエアバッグであり、前記物体が人体である請求項１ないし４の何れか一項に記載の安全システム。
【請求項１０】
前記センサモジュールは前記人体の頭部領域の第１速度成分及び該センサモジュールと前記人体の該頭部領域との間の第１距離に直接的に関係する第１測定データを発生し、前記センサモジュールは更に前記人体の胸部領域の第２速度成分及び該センサモジュールと前記人体の該胸部領域との間の第２距離に直接的に関係する第２測定データを発生し、前記エアバッグコンピュータは前記第１速度成分、前記第１距離、前記第２速度成分及び前記第２距離を決定すると共に、前記第１速度成分が第１速度閾値を超え、及び／又は前記第２速度成分が第２速度閾値を超えるやいなや前記少なくとも１つのエアバッグを駆動する請求項９に記載の安全システム。
【請求項１１】
前記エアバッグコンピュータが、前記第１速度閾値を前記第１距離に基づいて調整し、及び／又は前記第２速度閾値を前記第２距離に基づいて調整する請求項１０に記載の安全システム。
【請求項１２】
前記物体の重量に関する物体データを発生する少なくとも１つの物体センサを更に有し、前記エアバッグコンピュータが、前記物体データを入力すると共に、前記物体の運動学的データを前記レーザセンサにより発生される前記第１測定データと前記物体センサにより供給される前記物体データとの組み合わせに基づいて決定し、且つ、前記安全手段を該運動学的データに基づいて駆動する請求項９に記載の安全システム。
【請求項１３】
自己混合干渉で動作する少なくとも１つのレーザセンサを備えた側面衝撃センサモジュールを更に有し、該側面衝撃センサモジュールは移動物体の速度に関係する第３測定データを発生し、前記移動物体は当該安全システムが取り付けられた車両の外側に有り、前記エアバッグコンピュータは前記第３測定データが所定の第３閾値を超えるやいなや前記少なくとも１つのエアバッグ及び／又は追加のサイドエアバッグを駆動する請求項９に記載の安全システム。
【請求項１４】
車両に組み込まれた加速度センサを更に有し、該加速度センサは前記車両の加速度に関係する加速度データを発生し、前記エアバッグコンピュータは前記第１測定データが前記第１閾値を超え、及び／又は前記加速度データが所定の加速度閾値を超えるやいなや前記少なくとも１つのエアバッグを駆動する請求項９に記載の安全システム。
【請求項１５】
センサモジュールを有する安全システムを駆動する方法であって、前記センサモジュールは自己混合干渉で動作する少なくとも１つのレーザセンサを有し、前記安全システムは制御回路と安全手段とを更に有し、前記レーザセンサはレーザ共振器を備える少なくとも１つのレーザと少なくとも１つの検出器とを有し、当該方法が、
− 前記レーザ共振器内でレーザ光を発生させるステップと、
− 前記レーザ光により物体を照明するステップと、
− 前記物体により前記レーザ光の一部を反射させるステップと、
− 前記反射されたレーザ光及び前記レーザ共振器内の光波を干渉させるステップと、
− 前記反射されたレーザ光及び前記レーザ共振器内の光波の干渉を前記検出器により感知するステップと、
− 前記物体の少なくとも第１速度成分に直接的に又は間接的に関係する第１測定データを前記検出器により発生させるステップと、
− 前記第１測定データを前記制御回路により入力するステップと、
− 前記制御回路により、前記入力された第１測定データを所定の閾値に対して評価するステップと、
− 前記第１測定データが所定の第１閾値を超えるやいなや前記安全手段を駆動するステップと、
を有する方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公表番号】特表２０１１−５２３７００（Ｐ２０１１−５２３７００Ａ）
【公表日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５０９０５３（Ｐ２０１１−５０９０５３）
【出願日】平成２１年５月７日（２００９．５．７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２００９／０５１８７１
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１３８９１２
【国際公開日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【出願人】（５９００００２４８）コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ (12,071)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月７日（２００９．５．７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２００９／０５１８７１
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１３８９１２
【国際公開日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【出願人】（５９００００２４８）コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ (12,071)
【Ｆターム（参考）】
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