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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen multifunktionellen
optischen Sensor, insbesondere zur Automobil-Verwendung, welcher
eine Matrix von Fotodetektoren vom CCD- oder CMOS-Typ enthält, welche
einen empfindlichen Bereich hat, welcher in Unterbereiche aufgeteilt
ist, welchen, individuell oder miteinander kombiniert, spezifische
Funktionen einer Überwachung
des Bereiches oder einer Messung von Umgebungsparametern zugewiesen sind.
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Die
Bereichs-Überwachungsfunktionen
enthalten eine Überwachung
des Bereiches vor, hinter oder seitlich des Fahrzeugs. Die vordere Überwachung
erfasst beispielsweise das Vorliegen eines Fahrzeugs, welches aus
der entgegengesetzten Richtung kommt, das Vorliegen von einer Kurve
oder der Bewegung des Fahrzeugs zu den längs gerichteten Trennungslinien
von der Fahrbahn. Die Überwachung
hinter dem Fahrzeug kann beispielsweise bei Einparkmanövern helfen.
Die seitliche Überwachung erfasst
beispielsweise jene Fahrzeuge, welche seitlich ankommen, und welche
durch den Außen-Rückspiegel nicht sichtbar sind,
weil sie im sogenannten „Toten
Winkel" sind.
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Die
Messung von Umgehungsparametern enthält beispielsweise die Messung
von Nebel-, Regen-, Fensterbeschlagungs-, Beleuchtungs- und Sonneneinstrahlungs-Bedingungen.
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Die
Dokumente
EP-A-1 418
089 und gattungsgemäß
EP-A-1 521 226 von
dem gleichen Anmelder beschreiben multifunktionelle optische Sensoren,
beziehen sich jedoch auf multifunktionelle Integrationslösungen auf
einer Matrix von Fotodetektoren vorn CCD- oder CMOS-Typ mittels einzelner. Aperturoptiken
oder Matrizen von Linsen, welche vor dem optischen Fenster von dem
Sensor positioniert sind. In dem Dokument
EP-A-1 521 226 steht jede Funktion
im Zusammenhang mit einer einzelnen Linse (oder mit mehreren Linsen,
welche auf unterschiedlichen Matrizen positioniert sind), und diese Linse
steht mit einer Untergruppe von Fotodetektoren in Zusammenhang.
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1 zeigt
eine perspektivische Ansicht von einer Ausführungsform des Sensors gemäß der Erfindung
von dem Dokument
EP-A-1
418 089 . Die Verwendung von einzelnen Aperturoptiken beschränkt die
Möglichkeit
einer Reduzierung von der Größe des optomechanischen
Systems insgesamt. Darüber
hinaus erlaubt die Komplexität
des Prozesses für
den Aufbau und die Zusammensetzung des Systems nicht wesentlich
die Verringerung der Kosten des Sensors bei großen Volumen.
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Es
ist eine Aufgabe von der vorliegenden Erfindung, einen optischen
Sensor des oben bestimmten Typs bereitzustellen, welcher dazu in
der Lage ist, um:
- – die Aufteilung von der Matrix
zu optimieren: Es gibt einen größeren Freiraum
beim Bestimmen der Form (rechteckig, trapezförmig, linear) und der Koordinaten
von den Unterbereichen der Fotodetektoren-Matrix in Zusammenhang
mit jeder Funktion, wobei die Fotodetektoren, welche lediglich für die Trennung
der Unterbereiche verwendet werden, reduziert oder beseitigt werden,
wobei der gesamte empfindliche Bereich verwendet wird, und wobei
es möglich
ist, unterschiedliche Richtungen und Sichtfelder auf Fotodetektoren zuzuweisen,
welche zum gleichen Unterbereich/zur gleichen Funktion gehören (wie
im Folgenden dargestellt wird);.
- – den
Sensor hinsichtlich der Optiken und des Chips zu miniaturisieren:
Unter Verwendung von Mikrolinsen-Matrizen werden die typischen Ausmaße von Einzelapertur-Optiksystemen
beseitigt, indem durch die Optimierung der Einteilung von der Matrix
ihr Format reduziert wird; wobei eine hohe Miniaturisierung eine
Integration in das Fahrzeug vereinfacht, welches ein Einsetzen des optischen
Sensors in den Rückspiegeln,
nahe des Daches, in der Innenbeleuchtung, usw. ermöglicht;
- – eine
Bildverarbeitung zu vereinfachen: Jeder Fotodetektor oder jede Gruppe
von Fotodetektoren hat sein Sichtfeld und seine Richtung auf eine solche
Weise optimiert, um eine Art einer optischen „Vorverarbeitung" zu erzielen;
- – Kosten
aufgrund optimierter Formate von der Matrix, günstiger Mikrolinsen-Herstellungsprozessen,
einer Anordnung von Interferenzfiltern auf den Oberflächen von
den Mikrolinsen-Matrizen neben den Fotodetektoren zu reduzieren.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird diese Aufgabe durch einen multifunktionellen optischen Sensor
gelöst,
welcher die in Anspruch 1 dargelegten Merkmale hat.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun detailliert mit Bezug auf die begleitenden
Zeichnungen beschrieben, welche lediglich mittels eines nicht beschränkenden
Beispiels bereitgestellt sind, in welchen:
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1 eine
perspektivische Ansicht von einer Ausführungsform von dem Sensor gemäß Dokument
EP-A-1 418 089 zeigt,
-
2 eine
schematische Ansicht ist, welche das Betriebsprinzip von einer optischen
Lösung
mit einer Einzelapertur zeigt,
-
3 eine
schematische Ansicht ist, welche das Betriebsprinzip von einer optischen
Lösung,
basierend auf Mikrolinsen-Matrizen zeigt,
-
4 eine
schematische Ansicht ist, welche das Betriebsprinzip von einem optischen
System, basierend auf Mikrolinsen-Matrizen gemäß dem Stand der Technik zeigt,
-
5 eine
schematische Ansicht ist, welche das Betriebsprinzip des optischen
Systems von der vorliegenden Erfindung gemäß einer ersten Ausführungsform
zeigt,
-
6 eine
schematische Ansicht ist, welche das Betriebsprinzip von dem optischen
System von der vorliegenden Erfindung gemäß einer zweiten Ausführungsform
zeigt,
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7 und 8 schematische
Ansichten sind, welche das Betriebsprinzip von zwei Varianten des
optischen Systems von 6 darstellen,
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9 eine
schematische Ansicht ist, welche das Betriebsprinzip von dem optischen
System der vorliegenden Erfindung gemäß einer dritten Ausführungsform
zeigt,
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10 das Betriebsprinzip von einer Mikrolinsen-Matrix
mit einer hohen Auflösung
zeigt, welche nicht mit der Hilfe von Membranen arbeitet,
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11 eine schematische Ansicht ist, welche
die Räume
von den Objekten und von den Bildern von zwei optischen Systemen
zeigt, welche durch eine Einzelapertur-Optik (11a) und durch eine 2D-Mikrolinsen-Matrix (11b) gebildet sind, wobei die optischen Systeme
an 2D-Fotodetektor-Matrizen mit dem gleichen Format gekoppelt sind,
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12 eine
Variante von 11b ist,
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13 eine
schematische Ansicht ist, welche die Räume von den Objekten und von
den Bildern von einem optischen System zeigt, welches durch eine
1D-Mikrolinsen-Matrix
gebildet ist,
-
14 eine
weitere Variante von 11b ist,
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15 ein
Beispiel von einem optischen Sensor mit einer Matrix von Fotodetektoren
mit konstanten Ausmaßen
oder Abständen
und Mikrolinsen mit unterschiedlichen Sichtfeldern auf einem Straßenszenario
zeigt,
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16 ein
Anwendungsbeispiel von dem optischen Sensor von 15 auf
einem Straßenszenario
ist,
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17 ein
Beispiel von einer Matrix von Untergruppen von Fotodetektoren ist,
welche den gleichen Bereichsabschnitt oder unterschiedliche Bereichsabschnitte
einrahmen,
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18 eine
Variante von der Verwendung der Membranen von 17 für optische
Vorverarbeitungsfunktionen ist,
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19 und
20 zwei
Beispiele einer Einteilung in Unterbereiche des empfindlichen Bereiches
von der Fotodetektor-Matrix, wie zuvor in dem Dokument
EP-A-1 418 089 durch den
gleichen Anmelder beschrieben, zeigen,
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21 schematisch
eine optische Lösung zur
Erfassung von Regen, basierend auf einer Matrix von Mikrolinsen
mit unterschiedlicher Brennweite, zeigt,
-
22 ein
Beispiel eines Lichtwellenleiters zeigt, welcher an die Fotodetektor-Matrix
gekoppelt ist, um die Überwachungsfunktion
des Insassen von dem Fahrzeug durchzuführen,
-
23 ein
Beispiel einer Einteilung in Unterbereiche des empfindlichen Bereiches
von der Fotodetektor-Matrix gemäß einer
bevorzugten Charakteristik von der vorliegenden Erfindung zeigt,
und
-
24 die
mögliche
Positionierung am Fahrzeug von multifunktionellen Sensoren für die „Toter
Winkel"-Funktion
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen multifunktionellen
optischen Sensor, welcher eine Matrix von Fotodetektoren vom CCD-
oder CMOS-Typ und eine Matrix von Mikrolinsen enthält, wobei
jede Mikrolinse an eine Untergruppe (Gruppe) von Fotodetektoren
(Pixel) oder an einen einzelnen Fotodetektor gekoppelt ist. Die
Mikrolinsen sind in Untergruppen gruppiert, wobei jeder davon, individuell
oder miteinander kombiniert, eine spezifische Funktion einer Überwachung
des Bereiches oder einer Messung von Umgebungsparametern zugewiesen
ist.
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Die
vorliegende Erfindung ist insbesondere auf die Anwendung bei einem
Automobilfahrzeug von einem multifunktionellen optischen Sensor
des oben erwähnten
Typs gerichtet, welcher beispielsweise positioniert werden kann:
- – in
der Nähe
von der Windschutzscheibe, beispielsweise im Innenrückspiegel,
um beispielsweise die folgenden Funktionen durchzuführen: Messen
einer Umgebungsbeleuchtung oder Einfahrt in einen Tunnel, Messen
von einer Sonnenstrahlung, Erfassen des Vorliegens von Regentropfen
auf der Windschutzscheibe, Erfassen von Zuständen eines inneren oder äußeren Beschlages
auf der Windschutzscheibe, Erfassen des Vorliegens von Eis, Erfassen
von Nebelbedingungen und Überwachen
des Bereiches vor dem Fahrzeug (kreuzendes Fahrzeug); zusätzliche Funktionen,
welche zusätzlich
oder alternativ zu der Kreuzendes-Fahrzeug-Funktion integriert werden
können,
sind die Funktionen: Niveauregulierung, Kurven- oder Fahrbahnerfassung
(zur Anweisung adaptiver Scheinwerfer oder zur Fahrbahn-Warnung),
Nachtsicht (Betrachten des Bereiches mit Nahinfrarot oder NIR),
Erfassen von vertikalen Straßenschildern,
Erfassen von Fußgängern, Blackbox
(Speichern von Bildern, bezogen auf eine vordere Überwachung
in einem Umlauf-Speicherpuffer, welche im Falle eines Unfalles verwendet
werden können);
- – in
der Nähe
des Rückfensters,
um die folgenden Funktionen durchzuführen: Messen von einer Umgebungsbeleuchtung,
Regen/Beschlag (innen und außen),
Eis, Nebel, Rücküberwachung
(Einparken); zusätzliche
Funktionen, welche zusätzlich
oder alternativ zur Rücküberwachung
integriert werden können,
sind: Toter Winkel-Überwachung,
Niveau-Regulierung, Fahrbahnerfassung, Blackbox;
- – in
den Seitenspiegeln, um die Funktionen durchzuführen: Messen von einer Umgebungsbeleuchtung,
Nebel, Rücküberwachung
(Toter Winkel); zusätzliche
Funktionen, welche zusätzlich
oder alternativ zu der Toter Winkel-Überwachung integriert werden
können,
sind: Einparken, Niveau-Regulierung, Fahrbahnerfassung, Blackbox;
- – im
Windschutzscheiben-Träger,
für die
Funktionen: Benutzeridentifikation, Insassenüberwachung für das Airbagsystem.
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Der
optische Sensor gemäß der vorliegenden
Erfindung kann ebenfalls für
weitere Anwendungen verwendet werden, wie beispielsweise: Straßen-Infrastrukturen,
Robotik, Domotik, Agrarindustrie, usw.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun detailliert mit Bezug auf die Betriebsprinzipien
von den optischen Systemen beschrieben.
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2 zeigt
die Einzelapertur-Optiklösungen, worauf
die Dokumente
EP-A-1
418 089 und
EP-A-1 521
226 basieren: Die Linse
8 hat ein Sichtfeld FOV =
2·arctan
(d/2f), wobei d = n·d
pixel das Gesamtausmaß der Fotodetektor-Matrix
12 ist,
d
pixel das Ausmaß oder der Abstand (engl. pitch)
des Fotodetektors
12 ist, und f die Brennweite des optischen
Systems ist.
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Im
Allgemeinen, um die Ausmaße
von dem optischen System, und insbesondere die Brennweite f um einen
Faktor von n zu reduzieren, können
Mikrolinsen 14 verwendet werden, wobei jede an einen Fotodetektor 12 gekoppelt
ist, mit einem linearen Ausmaß von
d/n = dpixel und einer Brennweite von f1 = f/n (3). In diesem
Fall hat jede der Mikrolinsen 14 ein Sichtfeld, welches
mit dem globalen Sichtfeld übereinstimmt,
FOV1 = FOV = 2·arctan (dpixel/2f1).
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Um
das globale Sichtfeld FOV zu erhalten, das heißt, das Ergebnis von den einzelnen
Sichtfeldern von jeder der Mikrolinsen 14, ist es notwendig, die
Größe des aktiven
Bereiches der Fotodetektoren 12 auf eine solche Weise zu
reduzieren, dass ihre Ausmaße
gleich dpixel/n sind, oder äquivalent
Membranen 18, welche eine Apertur mit einem Ausmaß von dpixel/n haben, vor den Fotodetektoren 12 zu
positionieren.
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Wenn
der Abstand zwischen den Mittelpunkten von den Membranen 18 unterschiedlich
zu den Ausmaßen
von den Mikrolinsen 14 ist, wie in 4 gezeigt,
welche den Stand der Technik bildet, wird vor der Fotodetektoren-Matrix 12 eine
Matrix von Membranen 18 derart positioniert, dass jegliche
Mikrolinse 14 ein IFOV 16 mit einer zentralen
Richtung 20 und einen konstanten Winkelabstand αi zwischen den
zentralen Richtungen 20 hat (αi = α2 = α3 = α4). Die Summe von den einzelnen
IFOV 16 bestimmt das globale Sichtfeld FOV. Jede Mikrolinse 14 kann ebenfalls
von der angrenzenden Mikrolinse durch eine „Ablenkplatte" 18' getrennt werden,
deren Funktion darin liegt, um zu verhindern, dass die Strahlung, welche
von einer angrenzenden Mikrolinse kommt, den nicht entsprechenden
Fotodetektor erreicht.
-
Wenn
der Winkelabstand αi
zwischen den zentralen Richtungen 20 nicht konstant erstellt
ist, wie in Anspruch 1 enthalten und in 5 gezeigt,
ist es notwendig, die Abstände
zwischen den Mittelpunkten von den Membranen zu ändern. 5 zeigt schematisch
eine Seitenansicht eines Abschnittes von einem optischen Sensor
10[pl], welcher eine Fotodetektoren-Matrix 12 und
eine Mikrolinsen-Matrix 14 enthält, bei welchen der Abstand
zwischen den Mittelpunkten von den Membranen 18 unterschiedlich ist
zu den Abständen
zwischen den Mittelpunkten von den Mikrolinsen 14. Jede
Mikrolinse 14 wird einer Gruppe von Fotodetektoren 12 oder
einem einzelnen Fotodetektor zugewiesen. In dem Beispiel von 5 sind
die Mikrolinsen 14 gegenseitig identisch. Jede Mikrolinse 14 wird
dazu eingestellt, um die Strahlung, welche von einem Abschnitt eines
Raumwinkel IFOV 16 kommt, auf die Gruppe von Fotodetektoren 12 oder
auf den einzelnen Fotodetektor 12, welcher mit der Mikrolinse 14 in
Zusammenhang steht, zu fokussieren. 5 zeigt
eine Matrix von Membranen 18, welche zwischen der Fotodetektoren-Matrix 12 und der
Mikrolinsen-Matrix 14 positioniert ist. Die Membran-Matrix 18 ermöglicht es,
um für
jeden Fotodetektor 12 oder jede Gruppe von Fotodetektoren 12 den Abschnitt
des Raumwinkel IFOV 16 auszuwählen.
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Ein
Unterschied mit Bezug auf den Fall von 4 liegt
darin, dass der Winkelabstand αi
zwischen den zentralen Richtungen 20 von den Abschnitten
des Raumwinkels 16, geschnitten durch die Mikrolinsen 14,
nicht konstant ist. In dem Beispiel von 5 sind die
Winkel zwischen den zentralen Richtungen 20 mit α1, α2, α3 gekennzeichnet,
und sie sind derart, dass gilt α1 ≠ α2 ≠ α3. Der Grund
dafür liegt
darin, dass der Abstand zwischen den Mittelpunkten von den Membranen 18 nicht
konstant ist. Ein weiterer Unterschied liegt darin, dass das gesamte
FOV nicht die Summe von dem IFOV 16 ist, und daher kann
das FOV teilabgetastet werden. Um zu verhindern, dass die Strahlung,
welche von einer angrenzenden Mikrolinse 14 kommt, den
nicht entsprechenden Fotodetektor 12 erreicht, kann jede
Mikrolinse 14 von der angrenzenden Mikrolinse 14 durch eine „Ablenkplatte" 18' getrennt werden.
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Wenn
der Winkelabstand αi
zwischen den zentralen Richtungen 20 auf nicht konstant
erstellt wird, jedoch der Abstand zwischen den Membranen 18 gleich
den Ausmaßen
von den Mikrolinsen 14 ist, wie in 6 gezeigt,
müssen
die Mikrolinsen unter Hinzufügung
eines Prisma-Bauteils zu denn Sphären-Bauteil berechnet werden,
um Mikrolinsen zu erhalten, welche mit einer optischen Achse arbeiten, welche
nicht mit ihrer Symmetrieachse übereinstimmt
(Off-Achse). Das IFOV 16 von jeder Mikrolinse wird derartige
zentrale Richtungen 20 haben, dass gilt α1 ≠ α2 ≠ α3. Wie in
dem in 6 gezeigten Fall kann das gesamte FOV teilabgetastet
werden.
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Um
ein Sichtfeld abzudecken, welches größer ist als jenes, welches
mit einer Brechungsoptik-Lösung
möglich
ist, wie oben beschrieben, können
Lösungen
mit Mikrolinsen der Art mit einer Gesamtreflexion, mit Reflexionslösungen und
gemischten Lösungen
in Betracht gezogen werden. Beispielsweise zeigt 7 eine
Mikrolinse 22, welche mit einer Gesamtreflexion in Zusammenhang
mit Brechungs-Off-Achse-Mikrolinsen 14 in
Zusammenhang steht. 8 zeigt einen optischen Sensor
mit einer Brechungslinse 24, welche mit Brechungs-Off-Achse-Mikrolinsen 14 in
Zusammenhang steht.
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Eine
zusätzliche
Möglichkeit
zum Erlangen eines nicht konstanten Winkelabstandes αi zwischen den
zentralen Richtungen 20 liegt in der Verwendung einer Matrix
von Mikro-Objektiven,
wie in 9 gezeigt. Die Mikro-Objektive 15 enthalten
zumindest zwei überlagerte
Mikro-Objektive. Die Duplett-Optik-Lösung erlaubt es, eine wirksame
Brennweite (e.f.l.), welche die Rück-Brennweite (b.f.l.) beibehält, für alle Mikro-Objektive
gleich zu variieren. Auf diese Weise ist der Abstand zwischen der
Fotodetektoren-Matrix 12 und der Mikro-Objektive-Matrix 15 konstant
(b.f.l.), während
es die Möglichkeit
der Variation der e.f.l. erlaubt, einen nicht konstanten Abstand
zwischen den zentralen Richtungen 20, das heißt α1 ≠ α2 ≠ α3 zu erhalten.
In diesem Fall werden die IFOV zur gleichen Zeit variiert.
-
Für die oben
beschriebenen optischen Systeme besteht eine mögliche Alternative zur Verwendung
der Membranen 18 in der Verwendung von einer Matrix mit
Fotodetektoren 12, welche eine kleinere Größe als die
Membrane 18 haben. Schließlich ist es bei gleichen Größen des
empfindlichen Bereiches von der Fotodetektoren-Matrix 12 möglich, entweder eine
hochauflösende
Fotodetektoren-Matrix 12 oder eine Fotodetektoren-Matrix 12 mit
einer größeren Größe und somit
einer geringeren Auflösung
zu erhalten. Wie in 10a gezeigt, wird unter Verwendung
einer niedrig auflösenden
Fotodetektoren-Matrix 12 eine Membranen-Matrix 18 verwendet,
um die zentrale Richtung 20 in Zusammenhang mit jeder Mikrolinse 14 zu
variieren (ein Fall, welcher in den vorherigen optischen Lösungen beschrieben
ist). Anstelle dessen werden unter Verwendung einer hochauflösenden Fotodetektoren-Matrix 12, 10b, lediglich einige Fotodetektoren 12,
welche der zentralen Richtung 20 der zu erlangenden Mikrolinse 14 entsprechen,
aktiviert, und die weiteren werden inaktiviert, und zwar ohne die
Notwendigkeit, eine Membranen-Matrix 18 zu verwenden. Die
Vorteile der Verwendung einer hochauflösenden Matrix liegen in einer
Beseitigung der Membrane 18 und in der Möglichkeit,
die aktiven Fotodetektoren auf eine solche Weise neu zu konfigurieren
(ebenfalls während
einer Erlangung der Bilder von der Matrix), um die zentralen Richtungen 20 der
Sichtfelder zu ändern.
Die Nachteile liegen in der Tatsache begründet, dass der Versatz von
den zentralen Richtungen 20 durch diskrete Schritte (der
minimale Abstand ist gleich der Größe von dem Fotodetektor 12)
und nicht kontinuierlich, wie bei der Verwendung der Membrane 18, auftritt,
und dass zur Visualisierung der Bilder eine Vorverarbeitung zur
Adressierung der aktiven Fotodetektoren erforderlich ist.
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Die
Mikrolinsen des optischen Sensors gemäß der vorliegenden Erfindung
können
durch GRIN(Gradienten-Index)-Material gebildet werden. Auf der unteren
Ebene von einer bestimmten Mikrolinse oder von einer bestimmten
Untergruppe von Mikrolinsen kann eine selektive Interferenz-Beschichtung
abgelagert werden, welche als ein Filter arbeitet, um lediglich
die Wellenlängen
von Interesse zu übertragen.
Für bestimmte
Funktionen kann beispielsweise ein NIR (Nahinfrarot)-LED-Beleuchter
verwendet werden, wobei das bezügliche
spektrale Band mit Bezug auf den Hintergrund auszuwählen ist.
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Die
Fotodetektoren-Matrix ist in CCD- oder CMOS-Technologie, im Standard
oder mit einer Parallel-Architektur (Vorverarbeitung am Fotodetektor-Pegel).
-
Die
Integration von mehreren Funktionen auf einer Fotodetektoren-Matrix,
welche an einer Mikrolinsen-Matrix gemäß Anspruch 1 gekoppelt ist,
ist gemäß den folgenden
Regeln:
-
– Jede Funktion
ist einer einzelnen Mikrolinse oder mehreren Mikrolinsen, nicht
gegenseitig angrenzend, oder einer einzelnen Untergruppe von gegenseitig
angrenzenden Mikrolinsen oder mehreren, nicht gegenseitig angrenzenden
Untergruppen von Mikrolinsen, zugeordnet.
- -
Jede Mikrolinse ist einem einzelnen Fotodetektor oder einer Untergruppe
(Gruppe) von Fotodetektoren zugeordnet;
- – die
angrenzenden Fotodetektoren, welche dazu in der Lage sind, einer
Funktion zugeordnet zu werden, bestimmen einen Unterbereich (ROI
oder Bereich von Interesse);
- – einige
Fotodetektoren können
lediglich zur Trennung der Unterbereiche verwendet werden;
- – der
Winkelabstand zwischen den zentralen Richtungen der Sichtfelder
(IFOV), bezogen auf Fotodetektoren oder Gruppen von angrenzenden Fotodetektoren,
ist innerhalb der Matrix nicht konstant.
-
Die
Bedingung, bei welcher der Winkelabstand zwischen den zentralen
Richtungen von den Sichtfeldern (IFOV), bezogen auf angrenzende
Fotodetektoren oder Gruppen von Fotodetektoren innerhalb der Matrix
nicht konstant ist, tritt in den folgenden Fällen auf:
- – Es gibt
angrenzende Unterbereiche, welche vielen Funktionen zugewiesen sind,
in welchen die Sichtfelder von Unterbereichen unterschiedlich sind;
- – zumindest
eine der Funktionen, welche auf der Fotodetektoren-Matrix integriert
sind, wird einer einzelnen Untergruppe von Mikrolinsen zugeordnet,
welche einen Raumwinkel FOV schneidet, welche jedoch dank der Tatsache,
dass die zentrale Richtung von dem Sichtfeld IFOV von jeder einzelnen
Mikrolinse unabhängig
aufgebaut werden kann, von angrenzenden Fotodetektoren oder Gruppen
von Fotodetektoren, welche mit der Untergruppe von Mikrolinsen in
Zusammenhang stehen, nicht stets gegenseitig angrenzende IFOV hat
(dieser Fall wird in dem nachfolgenden Absatz „Matrix-Form" genauer beschrieben
und dargestellt);
- – die
Mikrolinsen von zumindest einer Untergruppe haben unterschiedliche
und gegenseitig angrenzende Sichtfelder, und zwar auf eine solche Weise,
um eine unterschiedliche Auflösung
innerhalb des globalen Sichtfeldes von der Untergruppe zu erlangen
(dieser Fall wird in dem Absatz „Vordere Überwachung" genauer beschrieben und dargestellt);
- – die
Mikrolinsen von zumindest einer Untergruppe haben gleiche, jedoch
nicht gegenseitig angrenzende Sichtfelder, und zwar auf eine solche Weise,
um auf eine nicht angrenzende Weise das globale Sichtfeld von der
Untergruppe von Mikrolinsen abzutasten, und um daher eine unterschiedliche
Auflösung
innerhalb des globalen Sichtfeldes von der Untergruppe von Mikrolinsen zu
erlangen (dieser Fall wird in dem Absatz „Vordere Überwachung" genauer beschrieben und dargestellt).
-
Die
Variation im Winkelabstand zwischen den zentralen Richtungen von
den Sichtfeldern, bezogen auf Fotodetektoren oder Gruppen von Fotodetektoren,
kann erlangt werden durch:
- – Modifizieren des Abstandes
zwischen den Mittelpunkten der Membrane, welche vor dem Fotodetektor
oder der Gruppe von Fotodetektoren positioniert sind (5);
- – Modifizieren
des Prisma-Bauteils im Falle von Off-Achse-Mikrolinsen-Matrizen
(6).
-
Die
Variation im Sichtfeld von einer einzelnen Mikrolinse kann erlangt
werden durch:
- – Modifizieren des Durchmessers
der Membrane, welche vor dem Fotodetektor oder der Gruppe von Fotodetektoren
positioniert sind;
- – Verwenden
der Lösung
mit Mikro-Objektiven (9).
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Basierend
auf den obigen Regeln können
zusätzliche
innovative Elemente identifiziert werden, welche im Folgenden einzeln
beschrieben werden, unter Bezugnahme auf:
- 1.
Matrix-Form;
- 2. Vordere Überwachung;
- 3. Zoom;
- 4. Optische Vorverarbeitung;
- 5. Matrix-Unterteilung.
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Matrix-Form
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11 ist eine schematische Ansicht, welche
die Objekt- und Bildebenen von zwei optischen Systemen zeigt, wobei
das Erste durch eine Einzelapertur-Optik 8 (11a) gebildet ist, und das Zweite durch eine 2D-Matrix
von Mikrolinsen 14 (11b) gebildet
ist, wobei die optischen Systeme an Matrizen 2D von Fotodetektoren 12 gekoppelt
sind, wobei die Matrizen das gleiche Format mxn haben.
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In 11a schneiden die Fotodetektoren 12 das
IFO gemäß den Regeln
der geometrischen Optik, welche auf die Linse 8 angewendet
werden: Angrenzende Abschnitte von der Ebene von den Objekten werden
in der Bildebene durch gegenseitig angrenzende Fotodetektoren 12 geschnitten.
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In 11b, welche den Stand der Technik bildet, ebenso
wie bei der vorherigen 11a,
ist die Einzelapertur-Linse durch eine Mikrolinsen-Matrix 14 ersetzt,
und die vorherigen Betrachtungen werden weiterhin angewendet: Angrenzende
Abschnitte von der Objektebene werden in der Bildebene durch gegenseitig
angrenzende Fotodetektoren 12 geschnitten.
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Jedoch
kann die zentrale Richtung 20 des Sichtfeld-IFOV von jeder
einzelnen Mikrolinse 14 unabhängig aufgebaut werden. Daher
sind in 12 die Mikrolinsen 14 derart
positioniert, dass die vorherige Regel nicht länger gilt, und daher ist der
Winkelabstand zwischen den zentralen Richtungen 20 des
Sichtfeldes, bezogen auf angrenzende Fotodetektoren, innerhalb der
Matrix nicht konstant. Jedoch ist in diesem Fall eine Vorverarbeitung
zum Adressieren der Fotodetektoren notwendig, um die Bilder zu visualisieren.
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Das
vorherige Beispiel kann als eine Verallgemeinerung von bestimmten
Fällen
betrachtet werden, wobei zwei davon im Folgenden dargestellt werden.
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Eine
2D-Matrix aus mxn-Fotodetektoren 12, welche eine Einzelapertur-Linse 8 mit
einem Sichtfeld von x-Horizontalgrad und y-Vertikalgrad (11a) hat, kann als eine 1D-Linear-Matrix aus mxn-Fotodetektoren 12 auf
eine solche Weise neu entworfen werden, dass jede Mikrolinse 14,
welche mit dem entsprechenden Fotodetektor 12 in Zusammenhang
steht, ein Sichtfeld von x/m-Horizontalgrad und y/n-Vertikalgrad
mit einer zentralen Richtung 20 hat, um einen Abschnitt
des globalen Sichtfeldes von x-Horizontalgrad
und y-Vertikalgrad abzudecken (13).
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Dies
kann beispielsweise hilfreich sein, wenn es notwendig ist, die 2D-Überwachung
eines Bereiches durchzuführen,
und die Oberfläche,
welche zur Integration des Sensors verfügbar ist, reicht lediglich für eine 1D-Linear-Matrix
von mxn-Fotodetektoren und nicht für eine 2D-Matrix von mxn-Fotodetektoren aus.
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Die
Tatsache, dass die zentrale Richtung 20 des Sichtfeld IFOV
von jeder einzelnen Mikrolinse 14 unabhängig aufgebaut werden kann,
kann ebenfalls dazu verwendet werden, um die Einteilung der Fotodetektoren-Matrix
in Unterbereiche zu optimieren, welchen spezifische Funktionen zugewiesen
sind, und insbesondere um den gesamten empfindlichen Bereich von
der Matrix auszunutzen.
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14 zeigt
mittels eines Beispiels den Fall, bei welchem es eine Notwendigkeit
gibt, einen Abschnitt eines Bereiches mit einem Sichtfeld von x-Horizontalgrad
und y-Vertikalgrad
zu betrachten, wobei x = y gilt, und der Unterbereich, welcher auf
dem Sensor 10 zur Verfügung
steht, welcher durch eine Matrix 2D von Fotodetektoren 12 gebildet
ist, ist rechteckig: Wenn die gleiche Auflösung entlang der zwei Achsen x
und y von der Objektebene beizubehalten ist, und daher das Sichtfeld
für jede
Mikrolinse 12 beizubehalten ist, können die Mikrolinsen auf dem
rechteckigen Unterbereich wie in 14 positioniert
werden.
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Vordere Überwachung
-
Das
Format von der TV-Kamera, welche in Systemen mit einer Einzelapertur-Linse
zur Überwachung
des Bereiches vor dem Fahrzeug verwendet wird, hängt hauptsächlich von zwei Parametern
ab: Sichtfeld FOV und Auflösung
R, welche in den Bereichen des Bereiches, in welchem einige Objekte
mit einer höheren
Genauigkeit zu unterscheiden sind (beispielsweise horizontale Zeichen
auf der Straßenoberfläche), benötigt werden.
Dies bedeutet, dass in den weiteren Bereichen des Bereiches, in welchem
keine Objekte von Interesse sind, die vorherige Auflösung R vollständig redundant
ist.
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Für die meisten
der vorderen Überwachungsfunktionen
muss das Format von der Kamera zumindest CIF (320 × 256 Pixel)
oder VGA (640 × 480
Pixel) sein.
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Diese
Formate sind nicht kompatibel mit den optischen Lösungen,
basierend auf Mikrooptik-Matrizen, wie oben vorgeschlagen, wo die
Größe von dem Fotodetektor
im Bereich von Dutzenden von Mikrometer ist, das heißt viel
größer als
die von den Fotodetektoren (weniger als ein Dutzend von Mikrometer) von
den Standard-Matrizen, welche heutzutage für Konsumenten- oder Automobil-Anwendungen
verwendet werden. Die Verwendung von Fotodetektoren mit Ausmaßen im Bereich
von Dutzenden von Mikrometer, zusammengefasst mit einer hohen Auflösung, bedeutet
eine übermäßige Erweiterung
des Gesamtbereiches auf dem Chip und daraus folgend einen Anstieg
von Herstellungskosten.
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Im
Falle von optischen Lösungen,
basierend auf Mikrooptik-Matrizen, ist es notwendig, die Untergruppe
von Mikrolinsen, welche der vorderen Überwachungsfunktion zugewiesen
sind, derart zu entwerfen, dass die Sichtfelder IFOV von den einzelnen Fotodetektoren
(oder Gruppen von Fotodetektoren), gegenseitig angrenzend, für das gesamte
Sichtfeld FOV von der Mikrolinsen-Untergruppe nicht konstant beibehalten
werden, jedoch werden sie auf der Basis von den Auflösungen bestimmt,
welche in den unterschiedlichen Bereichen des Bereiches tatsächlich erfordert
werden, wie in 15 gezeigt. Daraus folgend ist
der Winkelabstand zwischen den zentralen Richtungen der Sichtfelder
IFOV von den einzelnen, gegenseitig angrenzenden Fotodetektoren
(oder Gruppen von Fotodetektoren) nicht konstant.
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Diese
Annäherung
ermöglicht
es, eine höhere
Auflösung
im Fluchtpunkt von den Bildern in Relation zu jenem des peripheren
Bereiches zu bestimmen, wie in 16 gezeigt.
Vom Fluchtpunkt zu den äußeren Kanten
von der Matrix fortfahrend, nimmt sowohl das Sichtfeld IFOV von
den einzelnen Fotodetektoren (oder von den Fotodetektoren-Gruppen) als auch
der Winkelabstand zwischen der zentralen Richtung von dem IFOV zu,
oder andererseits nimmt lediglich der Winkelabstand zwischen den
zentralen Richtungen von den IFOV zu, während die IFOV anstelle dessen
konstant beibehalten werden, um den Abschnitt des Bereiches, welcher
eine niedrigere Auflösung
erfordert, nicht kontinuierlich abzutasten.
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Zoom
-
Die
Vorderbereich-Überwachungsfunktionen sind
vielfältig
(kreuzendes Fahrzeug, Fahrbahnwarnung, Kurvenerfassung, Erfassung
vertikaler Schilder, Fußgängerüberwachung,
usw.).
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Um
all diese Funktionen auf einer gleichen Fotodetektoren-Matrix zu
integrieren, welche mit einer Einzelapertur-Linse gekoppelt ist,
ist es zunächst notwendig,
die funktionalen Spezifikationen hinsichtlich des Sichtfeldes, des
minimalen und maximalen Bereiches, der Auflösung von einem Referenz-Hindernis
an der maximalen Distanz, zu bewerten. Ein Zusammenfassen dieser
Spezifikationen ermöglicht es,
das Format von der Matrix zu bestimmen, welches offensichtlich für einige
Funktionen ausreichen wird und fit weitere redundant sein wird.
Mit dieser Annäherung
wird das Format von der Kamera definitiv größer als VGA sein.
-
Eine
Alternative, welche das Format von der TV-Kamera reduziert, legt
die Verwendung von einem optischen Zoom auf. Jedoch gestalten es
die Größe und Komplexität von einem
optischen Zoom schwierig, ihn mit weiteren optischen Systemen zu
integrieren, welche den Umgebungsparametern-Messfunktionen zugewiesen
sind (siehe die Komplexität von
dem in
1, gemäß der Erfindung
von dem Dokument
EP-A-1
418 089 , gezeigten optischen Sensor). Darüber hinaus
erhöht
das optische Zoom die Herstellungskosten von dem Sensor.
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Wenn
eine Matrix von Mikrolinsen anstelle der Einzelapertur-Optiksysteme
verwendet wird, kann der Unterbereich, welcher der Vorderbereich-Überwachung
zugewiesen ist, optimiert werden, wodurch eine Auflösung in
den Bereichen erhöht
wird, in denen Details zu unterscheiden sind (horizontale Zeichen,
Hinderniserkennung, usw.), und sie in den Bereichen reduziert wird,
in denen die notwendige Information qualitativer ist (Straßenkanten,
Horizont, usw.). Dies ist äquivalent
zur Verarbeitung der Bilder mit der optimalen Auflösung, wie
sie durch ein optisches Zoom ermöglicht
wird.
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Die
Lösungen
zum Variieren von Auflösungen
wurden bereits in dem vorherigen Absatz „Vordere Überwachung" diskutiert.
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Optische Vorverarbeitung
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Die
Fähigkeit
dazu, die Mikrolinsen-Matrix, welche die Richtung und Amplitude
des Sichtfeldes für
jede aus ihnen bestimmt, zu entwerfen, erlaubt eine Vereinfachung
der Bildverarbeitung.
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Eine
mögliche
optische Vorverarbeitungs-Funktion enthält ein Anwenden von optischen Filtern,
um das Bild für
eine nachfolgende Verarbeitung zuvor umzuwandeln. Mit einer Einzelapertur-Optik
wird eine hohe Auflösung
sogar in nicht wesentlichen Bereichen erfordert, um eine ausreichende
Auflösung
zum Identifizieren einiger Bereiche von den Bildern zu haben. Anstelle
dessen, unter Verwendung unterschiedlicher Sichtfelder für jede Mikrolinse
oder Untergruppen von Mikrolinsen, ist es möglich, die Unterbereiche von
der Matrix mit einer geeigneten Auflösung und einem Sichtfeld zu
bestimmen, um den Bildverarbeitungs-Betrieb zu vereinfachen.
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Mit
Bezug auf 17 besteht eine zusätzliche
Möglichkeit
in einem Bestimmen auf dem empfindlichen Bereich von der Matrix
von k-Gruppen von j-Fotodetektoren, wobei jede dazu in der Lage
ist (mittels einer einzelnen Mikrolinse oder einer Matrix von j- Mikrolinsen), das
Bild auf dem gleichen Abschnitt des Bereiches oder auf unterschiedlichen
Abschnitten des Bereiches zu erzeugen. Auf jeder Gruppe von j-Fotodetektoren sind
Membranen mit unterschiedlichen Formen positioniert. Wenn eine Gruppe
von Fotodetektoren einen Abschnitt des Bereiches einrahmt, welcher
mit dem Bereich von der Membran übereinstimmt,
ist das Signal das Höchste. Diese
Annäherung
kann beispielsweise für
die Fahrbahn-Warnfunktion, wie in 17 gezeigt,
verwendet werden, bei welcher es k/2-Gruppen von j-Fotodetektoren,
welche den linken Teil von dem Straßenbereich sehen (Typ 1 Bereich
von Interesse) und k/2-Gruppen von j-Fotodetektoren gibt, welche den rechten
Teil von dem Straßenbereich
sehen (Typ 2 Bereich von Interesse).
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Das
in 12 gezeigte Beispiel kann nun hinsichtlich eines
unterschiedlichen Ansichtspunktes analysiert werden. Wie oben erläutert, sind
die Mikrolinsen 14 derart positioniert, dass angrenzende
Abschnitte von der Objektebene in der Bildebene nicht durch gegenseitig
angrenzende Fotodetektoren 12 geschnitten sind, und daher
ist der Winkelabstand zwischen den zentralen Richtungen 20 der
Sichtfelder, bezogen auf angrenzende Fotodetektoren 12,
innerhalb der Matrix nicht konstant. Basierend auf diesem allgemeinen
Beispiel ist es möglich,
k-Untergruppen von Mikrolinsen mit einem solchen Sichtfeld zu entwerfen,
um k-Abschnitte des Bereiches zu sehen, welcher exakt mit der Form
von den Membranen von 17 übereinstimmt, um k-Positionen
von den horizontalen Demarkationslinien auszuwählen. Die k-Untergruppen von
Mikrolinsen sind jedoch horizontal auf der Fotodetektoren-Matrix
positioniert: Die erste Untergruppe beginnt von der oberen linken Kante
von der Matrix und setzt sich nach rechts fort, die Zweite beginnt
von dem Ende von der ersten Untergruppe und setzt sich nach rechts
fort, usw.; wobei, wenn die rechte Kante von der Matrix erreicht wird,
die nachfolgende Linie begonnen wird.
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18a zeigt die Vergrößerung von sowohl der Untergruppe
von Fotodetektoren, bezogen auf einen ROI als auch der Fotodetektoren,
welche aktuell der Bestrahlung aufgesetzt sind, welche durch die Membran
passiert. 18b zeigt die Positionierung von
der k-ten Untergruppe von Mikrolinsen, wie oben beschrieben.
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Die
Vorteil: von dieser Lösung
sind: Die Entfernung von den Membranen von 17, die
Verwendung einer Matrix mit einem kleineren Format, die Beseitigung
jeglicher Form von Vorverarbeitung zur Adressierung der Fotodetektoren,
wie in dem Beispiel von 17 erwähnt.
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Matrix-Aufteilung
-
Die
Aufteilung des empfindlichen Bereiches von der Fotodetektoren-Matrix
kann unterschiedliche Aufbauten gemäß der Anzahl und des Typs von
integrierten Funktionen haben.
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19 zeigt
mittels eines Beispiels eine erste mögliche Aufteilung des empfindlichen
Bereiches von der Fotodetektoren-Matrix, welche bereits im Dokument
EP-A-1 418 089 durch
den gleichen Anmelder erwähnt
ist. Die gleichen Funktionen können
gemäß den erfindungsgemäßen Elementen
von der vorliegenden Patentanmeldung unterschiedlich integriert
werden.
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Die
sogenannte „Dämmerungs"-Funktion wird durch
einen Unterbereich von der Matrix durchgeführt, welcher eine Umgebungsbeleuchtung
zu messen hat. Die Anzahl von Fotodetektoren, welche dieser Funktion
zugewiesen sind, kann auf gerade mal einen reduziert werden, und
es gibt keine Einschränkung
hinsichtlich der Positionierung des empfindlichen Bereiches von
der Matrix. Gemäß einer
bevorzugten Eigenschaft, ist ein zentraler Fotodetektor (oder sind
einige Fotodetektoren) umgeben (werden umgeben) durch acht oder
mehrere Fotodetektoren, welche unterschiedliche Sichtfelder haben,
wobei der Zentrale bzw. die Zentralen größer ist bzw. sind, und die
Seitlichen kleiner sind, um eine Information sowohl über die
Intensität
von der Umgebungsbeleuchtung (zentraler Fotodetektor bzw. zentrale
Fotodetektoren) als auch über
die Intensität
und Richtung einer Sonneneinstrahlung (seitliche Fotodetektoren)
zu erlangen. Die Information über
die Umgebungsbeleuchtung ermöglicht
ein automatisches Ein-/Ausschalten
der Scheinwerfer von den Fahrzeugen in Bedingungen einer schwachen
Beleuchtung. Die Information über
die Richtung der Sonnenbestrahlung ermöglicht es, das Klimaanlagensystem
von dem Fahrzeug zu optimieren, beispielsweise um die Luftflüsse von
Mehrfachzonen-Klimaanlagensystemen zu aktivieren und zu regulieren.
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Gemäß einer
zusätzlichen
bevorzugten Charakteristik sind einige Fotodetektoren zum Armaturenbrett
von dem Fahrzeug gerichtet, um die darauf gerichtete Strahlung (indirekte
Strahlung auf die Fotodetektoren) zu messen. Die Fotodetektoren,
welche der Beleuchtungs- und Sonnenstrahlungs-Funktion zugewiesen
sind, können
voneinander getrennt, das heißt
in nicht angrenzenden Positionen, positioniert werden.
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Mit
Bezug auf die Nebelerfassungs-Funktion (basierend auf einer aktiven
Technik) kann die Anzahl von Fotodetektoren sogar auf gerade mal
einen reduziert werden, und es gibt keine Beschränkungen hinsichtlich der Positionierung
von dem empfindlichen Bereich von der Matrix.
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Für die Tunnel-Funktion
kann die Anzahl von Fotodetektoren auf gerade mal einen reduziert
werden, und es gibt keine Beschränkungen
hinsichtlich der Positionierung von dem empfindlichen Bereich von
der Matrix. Gemäß einer
bevorzugten Eigenschaft, hat ein Fotodetektor (bzw. haben einige
Fotodetektoren) ein vorderes Sichtfeld von ungefähr 20 Grad, und hat ein zweiter
Fotodetektor (bzw. haben einige Fotodetektoren) ein kleineres Sichtfeld
von beispielsweise etwa 10 Grad.
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Der
Unterbereich von der empfindlichen Matrix, welcher mit „Vordere Überwachung" gekennzeichnet ist,
führt die
sogenannte „Fahrbahn-Warnung"-Funktion durch.
Vorzugsweise ist der Bereich von Interesse (das heißt der Bereich,
welcher zur Bildverarbeitung wirksam verwendet wird) ein Trapez,
und daher wird die Anzahl von Fotodetektoren, welche dieser Funktion
zugewiesen sind, von jener, welche im Dokument
EP-A-1 418 089 durch den
gleichen Anmelder beschrieben ist, reduziert. Vorzugsweise ist das
Sichtfeld der Fotodetektoren in den Bereichen von den Bildern kleiner
(höhere
Auflösung), in
welchen die Fahrbahn-Demarkationslinien sich befinden können. Dies
ermöglicht
es, die Anzahl von Fotodetektoren, welche diesen Funktionen zugewiesen
sind, zu reduzieren.
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Der
Bereich, welcher „Vordere Überwachung" genannt wird, kann,
alternativ oder zusätzlich zur „Fahrbahn-Warnung"-Funktion, der Kreuzendes-Fahrzeug-Erfassungsfunktion
zugewiesen werden. Gemäß einer
bevorzugten Eigenschaft, ist der Bereich von Interesse (das heißt der Bereich,
welcher zur Bildverarbeitung wirksam verwendet wird) ein Trapez,
und daher wird die Anzahl von Fotodetektoren, welche dieser Funktion
zugewiesen sind, von jener, wie im Dokument
EP-A-1 418 089 durch den gleichen
Anmelder beschrieben, reduziert. Die Sichtfelder von den Fotodetektoren
sind in den Bereichen des Bildes, wo die potenziellen Anzeigen des
Vorliegens von Scheinwerfern von einem kreuzenden Fahrzeug oder
von Rückleuchten
von einem Fahrzeug, welches dem bezogenen Fahrzeug vorausfährt (jenes,
an welchem der Sensor befestigt ist) lokalisiert werden können, kleiner.
Gemäß einer
bevorzugten Eigenschaft sind zwei Untergruppen von Fotodetektoren
bereitgestellt, um diese Funktion durchzuführen: Die Fotodetektoren von
der ersten Untergruppe haben Sichtfelder, welche eine lange Bereichsüberwachung
von dem Bereich sicherstellen, um Fahrzeuge zu erfassen, welche
von der entgegengesetzten Fahrbahn ankommen, und die Fotodetektoren
von der zweiten Untergruppe haben Sichtfelder, welche eine kurze
Bereichsüberwachung
des Bereiches sicherstellen, um die Fahrzeuge zu erfassen, welche
dem bezogenen Fahrzeug vorausfahren.
-
Gemäß einer
bevorzugten Eigenschaft kann ein Satz von Fotodetektoren, welche
in den nicht verwendeten Bereichen des Unterbereiches für die vordere Überwachungsfunktion
positioniert sind, einer seitlichen Überwachung zugewiesen werden,
das heißt
die Erfassung des Vorliegens von einer Kurve, um die adaptiven Scheinwerfer
des Fahrzeugs anzusteuern.
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Der
Abschnitt des empfindlichen Bereiches, welcher als „Vordere Überwachung" bezeichnet wird, kann
einer Kombination von mehreren Funktionen dienen, beispielsweise
eine Fahrbahn-Warnung, ein kreuzendes Fahrzeug, eine Kurvenerfassung,
usw. Der Unterbereich, welcher solchen Funktionen zugewiesen ist,
enthält
vorzugsweise Fotodetektoren, deren Mikrolinsen optimierte Richtungen
und Sichtfelder haben: eine hohe Auflösung gibt es lediglich in den
Bereichen, in welchen die Objekte von Interesse für die Verarbeitungsalgorithmen
lokalisiert sein können,
eine niedrige Auflösung
gibt es in Bereichen von keinem Interesse (beispielsweise der Horizont).
Das Ergebnis ist mit jenen vergleichbar, welches durch ein optisches
Zoom erlangt werden könnte.
-
20 zeigt
ein zweites Beispiel einer Einteilung des empfindlichen Bereiches
von der Fotodetektoren-Matrix, wie bereits in dem Dokument
EP-A-1 418 089 durch
den gleichen Anmelder beschrieben. Die gleichen Funktionen können gemäß den erfindungsgemäßen Elementen
von der vorliegenden Patentanmeldung integriert werden.
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Für die Regen/Beschlag-Funktion
gibt es keine Einschränkungen
hinsichtlich der Positionierung auf denn empfindlichen Bereich von
der Matrix. In der in Dokument
EP-A-1 418 089 beschriebenen Lösung muss,
um die Regentropfen auf der gleichen Bildebene zu haben, die optische
Achse senkrecht zur Windschutzscheibe sein. Gemäß der vorliegenden Erfindung
erlaubt die Verwendung von Mikrolinsen die Beibehaltung der optischen
Achse auf der Mikrolinsen-Matrix parallel zur Straßenebene.
Es ist möglich,
den unterschiedlichen Abstand zwischen der Fotodetektoren-Matrix
und der Windschutzscheibe, auf welcher die Regentropfen liegen,
zu kompensieren, indem Mikrolinsen mit einer unterschiedlichen Brennweite
entworfen werden, wie in der schematischen Darstellung von
21 gezeigt.
In dieser Figur ist die Windschutzscheibe von dem Fahrzeug durch
das Bezugszeichen
30 gekennzeichnet. Das Bezugszeichen
32 zeigt
schematisch Wassertropfen an, welche sich auf der Außenfläche von
der Windschutzscheibe befinden. Die Bezugszeichen
14',
14'',
14''' kennzeichnen
Mikrolinsen mit einer unterschiedlichen Brennweite, welche derart
positioniert sind, dass die jeweiligen Fokussierungspunkte auf die
Ebene von den Fotodetektoren unterschiedlich von dem unterschiedlichen
Abstand der Mikrolinsen in Relation zur Windschutzscheibe fallen.
-
Mit
Bezug auf 22 kennzeichnet das Bezugszeichen 36 eine
Vorrichtung, welche dazu in der Lage ist, die Funktion einer Überwachung
des Fahrzeuginsassen durchzuführen.
Die Fotodetektoren-Matrix, welche durch das Bezugszeichen 38 gekennzeichnet
ist, ist zur Vorderseite des Fahrzeugs gerichtet. Einige Fotodetektoren 40,
welche sich beispielsweise in der unteren linken und rechten Kante von
der Matrix 38 befinden, werden dazu verwendet, um die Position
von dem Fahrer und das Vorliegen, den Typ und die Position des Beifahrers
zu bestimmen. Da diese Funktion keine Optik erfordert, welche dazu
in der Lage ist, das Bild von dem gesamten Fahrzeug zu erzeugen,
sondern lediglich das Vorliegen von Insassen zu überwachen und zu unterscheiden,
ist eine Anzahl von Fotodetektoren gleich beispielsweise bis zu
Neun angezeigt. Da sich der Innenraum von dem Fahrzeug hinter der
aktiven Seite von der Fotodetektoren-Matrix 38 befindet,
wird, um den Bereich zu sehen, ein optisches System 42 verwendet,
welches dazu in der Lage ist, das Bild zu empfangen, welches sich
hinter der Fotodetektoren-Matrix
befindet. Beispielsweise kann das optische System 42 ein
Wellenleiterelement sein, wie in 22 gezeigt.
Alternativ kann das optische System 42 Prismaelemente enthalten
(nicht gezeigt). Das Sichtfeld des optischen Systems ist durch das
Bezugszeichen 44 gekennzeichnet.
-
23 zeigt
eine zusätzliche
Möglichkeit
der Einteilung von der nützlichen
Oberfläche
der Fotodetektoren-Matrix. Diese Einteilung ermöglicht es, eine höhere Anzahl
von Funktionen auf einer Matrix mit einem reduzierten Format (beispielsweise
CIF) zu integrieren.
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24 zeigt
die mögliche
Anordnung von Sensoren 10 gemäß der vorliegenden Erfindung
zur Durchführung
der Funktion eines Betrachtens des Toten Winkels. Gemäß einer
bevorzugten Eigenschaft von der Erfindung kann, um diese Funktion durchzuführen, jeder
Sensor 10 zwei unterschiedliche Sichtfelder haben, um unterschiedliche
Richtungen und Abstände
abzudecken, so dass der Ankunftswinkel die zwei Strahlen zu unterschiedlichen Zeiten
kreuzt, wodurch ein gestuftes Signal erzeugt wird, welches dazu
verwendet werden kann, um die Gefahr zu signalisieren.