DE69910774T2

DE69910774T2 - Scheinwerfersteuerung für kraftfahrzeuge mit bilderzeugungssystem

Info

Publication number: DE69910774T2
Application number: DE69910774T
Authority: DE
Inventors: H. Jon BECHTEL; S. Joseph STAM; K. John ROBERTS
Original assignee: Gentex Corp
Current assignee: Gentex Corp
Priority date: 1998-06-09
Filing date: 1999-06-04
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2019-06-05
Also published as: EP1527951A2; EP1527951A3; EP1375251A2; CA2333596C; US20050218298A1; DE69910774D1; EP1375251A3; EP1084051A1; EP1375251B1; JP4073627B2; ATE522398T1; CA2333596A1; US6130421A; US7408136B2; EP1527951B1; US6653615B2; WO1999064267A1; US20020043612A1; US6924470B2; JP2007238097A

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft Bilderzeugungssysteme zur Verwendung in einem Steuersystem wie etwa einer Fahrzeugscheinwerfersteuerung.
Technischer Hintergrund
Scheinwerfer beleuchten einen Bereich vor einem Fahrzeug, um zu erlauben, dass ein Fahrer den Bereich sieht, wenn das Umgebungslicht ungenügend ist. Scheinwerfer erlauben auch, dass das Fahrzeug von Fußgängern und Fahrern anderer Fahrzeuge gesehen wird. Fernscheinwerfer erzeugen eine noch stärkere Beleuchtung und haben einen größeren Abdeckungsbereich. Jedoch können Fernscheinwerfer die Fahrer entgegenkommender Fahrzeuge und Fahrer in Fahrzeugen, die in derselben Richtung innerhalb des Fernlichtüberdeckungsbereichs fahren, blenden. Herkömmlich musste ein Fahrer die Scheinwerfer manuell ein- und ausschalten und zwischen Fernlicht und Abblendlicht umschalten.
Das U.S. Patent Nr. 5,660,454, ausgegeben an Mori et al., offenbart ein Scheinwerfersteuersystem, das ein Bilderzeugungssystem mit einem Sensor und einer Linse enthält, um kommende Kurven in der Straße zu erfassen, um die Scheinwerferstrahlen in Richtung der Kurve zu lenken. Das in Mori et al. beschriebene System erfasst nicht ankommende oder vorausfahrende Fahrzeuge oder steuert nicht die Scheinwerfer so, dass eine übermäßige Blendung der Fahrer solcher Fahrzeuge verhindert wird. Darüber hinaus beinhaltet das in Mori et al. beschriebene Bilderzeugungssystem nicht zwei Linsen, um zwei Bilder der vorausliegenden Szenerie auf unterschiedliche Abschnitte eines Bildsensorfelds zu richten.
Dementsprechend erreicht das System von Mori et al. nicht die Vorteile, die unter Verwendung des erfindungsgemäßen Bilderzeugungssystems erhalten werden.
Eine Schwierigkeit bei der manuellen Steuerung ist, dass der Fahrer vergessen könnte, in der Dämmerung die Scheinwerfer einzuschalten, wodurch das Fahrzeug schwer zu erkennen ist. Eine andere Schwierigkeit ist, dass es der Fahrer versäumen könnte, die Fernscheinwerfer bei entgegenkommenden Verkehr oder dann, wenn sich ein anderes Fahrzeug von hinten her annähert, abzublenden.
Frühere Versuche, den Betrieb von Fahrzeugscheinwerfern automatisch zu steuern, haben Sensoren verwendet, die dem zugeordneten Steuersystem ein einziges Ausgangssignal oder eine sehr geringe Anzahl von Ausgangssignalen liefern. Zum Beispiel ist ein Einzelausgabe-Sensor verwendet worden, um Umgebungslicht zu erfassen, um zu bestimmen, wann Scheinwerfer ein- oder auszuschalten sind. Auch ist ein Einzelausgabe-Sensor verwendet worden, um zu bestimmen, wann Kraftfahrzeugscheinwerfer abzublenden sind. Während die Scheinwerfer-Ein/Aus-Steuerung unter Verwendung einer Einzelsensoreingabe einen begrenzten Erfolg in Kraftfahrzeuganwendungen erreicht hat, wird eine Einzelsensorscheinwerferdimmer- bzw. Abblendsteuerung gegenwärtig nicht angeboten, weil sie viele Nachteile hat.
Es sind Felder bzw. Arrays abbildende Sensoren und verschiedene Abtast-(Scan)-Techniken vorgeschlagen worden, wobei aber, obwohl mit heutiger Elektronik eine Kostenreduktion möglich gemacht wird, diese Sensoren und Techniken keine zufriedenstellenden Scheinwerferabblend- und Ein/Aus-Steuerfunktionen erzeugt haben. Solche Sensorsysteme haben typischerweise Hunderte von Reihen von Spalten von Pixelsensoren, die Hunderte oder Tausende oder sogar Millionen von Pixeln erzeugen. Bei einer typischen Videorate von 30 Frames pro Sekunde erfordert dies Umwandlungs- und Datenverarbeitungsraten in Millionen von Operationen pro Sekunde.
Die Scheinwerfer-Ein/Aus-Steuerung kann auf Umgebungslichtpegeln beruhen. Die Scheinwerferabblendsteuerung kann auf dem Erkennen der Scheinwerfer von entgegenkommenden Fahrzeugen und den Heckleuchten von Fahrzeugen, denen man sich von hinten annähert, beruhen. Daher ist die Auflösung, die zum Erfassen von Umgebungslichtpegeln und zum Erfassen von Scheinwerfern und Heckleuchten erforderlich ist, geringer als die, die für herkömmliche Bilder erforderlich ist. Es kann ein kleineres Bilderzeugungsfeld und daher eine langsamere Verarbeitungselektronik benutzt werden.
Um rote Heckleuchten von anderen Leuchten zu unterscheiden, muss das Bilderzeugungssystem Ablesungen in zumindest zwei unterschiedlichen Farbbändern erzeugen. Die erste zweier Methoden, die gewöhnlich zum Sensieren von Farben mit einem Bildsensor benutzt werden, war, ein Drittel der Pixel-sensierenden Ablesungen in dem Bildgeber mit einem Rot- oder Rotkomplementärfilter, ein Drittel der Pixel mit einem Blau- oder Blaukomplementärfilter und ein Drittel der Pixel mit einem Grün- oder Grünkomplementärfilter abzudecken. Dies erfolgt häufig z. B. durch Anordnen abwechselnd roter, grüner und blauer Streifen über die Pixelspalten. Jeder Pixelort registriert eine Farbe, und es wird Interpolation benutzt, um die zwei fehlenden Farben an jeder Pixelablesung zuzuführen.
Bei Kopplung mit einem niedrig auflösenden Bildgeber erzeugt diese Technik zur Farbssensierung ein Problem. Aufgrund der verwendeten Optik ist das projezierte Bild eines Scheinwerfers oder einer Heckleuchte, gesehen von dem Bildsensorfeld her, sehr klein, wahrscheinlich kleiner als die Auflösungsleistung der Linse. Dieses projezierte Bild wird als Punkt angesehen. Wenn der Pixelabstand signifikant kleiner ist als die von der Linse projezierte Punktgröße, könnte ein Teil eines Punkts einer bestimmten Farbe nicht immer auf eine Sensorablesung dieser Farbe treffen. Wenn die Pixelgröße oder die Fläche der optischen Überdeckung pro Pixel aufgrund der entsprechenden Reduktion in der Pixelanzahl erhöht wird, werden die Leerräume zwischen gleichfarbigen Pixelablesungen größer, solange nicht ein kompliziertes interdigitalisiertes Pixelmuster benutzt wird. Auch wenn die Auslesung einer bestimmten Farbe nicht vollständig verloren ist, indem das Bild des gesamten Punkts auf einen Pixel einer anderen Farbe oder anderer Farben projeziert wird, wird die Auslösung in Abhängigkeit davon, welcher Abschnitt des Punkts auf ein Pixelfeld, grob. Da die Farbunterscheidung gewöhnlich eine Sache der Balancebestimmung zwischen zwei oder mehreren Farbkomponenten ist und nicht der Bestimmung des Vorhandenseins oder Fehlens einer bestimmten Farbkomponente, wenn ein kleiner Lichtpunkt in dem projezierten Bild eines Scheinwerfers oder einer Heckleuchte mehr auf ein Pixel einer Farbe als einer anderen fällt, wird die gemessene Balance entsprechend geändert.
Ein weiterer Nachteil mit dieser Methode ergibt sich aus Farbstoffen, die zum Implementieren der Farbfilter verwendet werden. Die Farbstoffe sind normalerweise organisch und unterliegen wegen thermischer und Lichteinwirkung einer Alterung. Da der Farbstoff direkt über den einzelnen Pixelorten sitzt, wird die Energie von einer starken Lichtquelle, wie etwa der Sonne, durch das Linsensystem direkt auf den Farbstoff fokussiert.
Ein noch weiteres Problem mit dieser Methode ist, dass der Farbfilterfarbstoff, der auf den Bildsensor aufgetragen und mit der Pixelsensorsicht präzise ausgerichtet ist, teuer ist. Die Kosten der Zugabe von Farbfiltern direkt auf den Pixelsensor könnte so teuer sein, wie der Siliciumbildsensorchip selbst.
Eine zweite Methode zur Farbabbildung trennt Licht von dem Bild in Rot-, Grün- und Blaukomponenten, die auf separate Bildsensoren projeziert werden, deren jeder sein jeweiliges farbgefiltertes Bild misst. Dies erfordert eine komplizierte optische Anordnung und drei separate Bildsensoren. Die Farbtrenntechnik benutzt häufig Spiegel, die selektiv eine Farbe reflektieren und die komplementäre Farbe durchlassen. Diese optischen Anordnungen benötigen normalerweise weit voneinander getrennte nicht planare Bildsensorsichten, was es schwierig macht, wenn nicht unpraktikabel, die drei Sensoren auf einen gemeinsamen Siliciumsubstrat oder sogar in gemeinsamen Packungen anzuordnen. Diese Technik bietet ein dreifaches Problem. Ein einziges Sensorfeld kann nicht verwendet werden. Ein einziger Siliciumchip kann nicht verwendet werden, und eine einzige Packung kann nicht verwendet werden.
Was benötigt wird, ist ein kosteneffektives Bilderzeugungssystem, das z. B. in einem Scheinwerfersteuersystem zu verwenden ist. Um die Kosten und die Komplexität in der Optik, dem Sensorfeld, dem Prozessor und der Prozessorschnittstelle zu begrenzen, sollte eine minimale Anzahl von Pixeln verwendet werden, bevorzugt in einem Bereich, der für eine zufriedenstellende bildgebende Darstellung als zu klein anzusehen wäre. Das Bilderzeugungssystem sollte keine Spektralfilterung verwenden, die Farbstoffe oder Farbselektionsmaterialien im Brennpunkt des Linsensystems anordnen müsste. Das Bilderzeugungssystem sollte Signale liefern, die zur Bestimmung der Scheinwerferabblendsteuerung, der Scheinwerfer-Ein/Aus-Steuerung oder beidem geeignet sind. Das Bilderzeugungssystem sollte auch vor zu starkem Licht oder Hitzebeschädigung schützen.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Bilder zur Verwendung in einem Scheinwerfersteuersystem bereitzustellen.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Unterfenster in einem Bildfeld zum Sensieren unterschiedlicher Farbkomponenten der Szenerie bereitzustellen.
Eine noch andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein optisches System anzugeben, das die Verwendung eines niedrig auflösenden Bildsensors in einem Scheinwerfersteuersystem gestattet.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, unterschiedliche Farbkomponenten einer Szenerie unter Verwendung eines optischen Systems zu erzeugen, das keine Filter in der Brennebene des optischen Systems angeordnet hat.
Eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Elevationslichtpegel zu sensieren, um zu bestimmen, ob ein Scheinwerfer ein- oder ausgeschaltet werden soll, in einer Weise, die einen Bildsensor benutzt.
Eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Elemente ein Scheinwerfersteuerbilderzeugungssystems vor zu starkem Licht und zu starker Hitze zu schützen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Bilderzeugungssystem angegeben, wie es im Anspruch definiert ist.
Bei der Ausführung der obigen Ziele und anderer Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung wird ein Bilderzeugungssystem zur Verwendung in einem Fahrzeugscheinwerfersteuersystem angegeben. Das Bilderzeugungssystem enthält ein Gehäuse, das eine Blende definiert, wobei sich die Blende allgemein zu einer Szenerie hin öffnet, einen Bildsensor, der in dem Gehäuse von der Blende entgegengesetzt ist, eine erste Linse, um Licht von der Szenerie auf einen ersten Abschnitt des Bildsensors zu fokussieren, sowie eine zweite Linse, um Licht von der Szenerie auf einen zweiten Abschnitt des Bildsensors zu fokussieren, wobei der zweite Abschnitt des Bildsensors von dem ersten getrennt ist.
In einer Ausführung fokussiert die erste Linse Licht mit einer ersten Wellenlänge auf den Bildsensor, und die zweite Linse fokussiert Licht mit einer zweiten Wellenlänge auf den Bildsensor. In einer Verbesserung ist die Brennweite der ersten Linse bei der ersten Wellenlänge im Wesentlichen gleich der Brennweite der zweiten Linse bei der zweiten Wellenlänge. In einer bevorzugten Ausführung dämpft die erste Linse im Wesentlichen cyanfarbiges Licht, und die zweite Linse dämpft im Wesentlichen rotfarbiges Licht.
In einer anderen Ausführung hat der Bildsensor eine niedrige Auflösung.
In einer noch anderen Ausführung erstreckt sich eine Ablenkplatte von einem Bereich zwischen der ersten Linse und der zweiten Linse zu dem Bildsensor hin. Die Ablenkplatte reduziert das Auftreffen von durch die erste Linse tretendem Licht auf den zweiten Abschnitt des Bildsensors und reduziert das Auftreffen von durch die zweite Linse tretendem Licht auf den ersten Abschnitt des Bildsensors.
In einer weiteren Ausführung enthält das Bilderzeugungssystem einen Verschluss, um die Intensität des in die Blende eintretenden Lichts zu reduzieren. In einer bevorzugten Ausführung ist der Verschluss ein elektrochromes Fenster.
In einer noch weiteren Ausführung ist die maximale Brennweite die größte der Brennweite der ersten Linse und der Brennweite der zweiten Linse. Das Gehäuse definiert die Blende an zumindest der zweifachen maximalen Brennweite von der ersten Linse und der zweiten Linse entfernt. In einer noch weiteren Ausführung ist ein die Blende definierender erster Abschnitt des Gehäuses angeordnet, um Licht abzublocken, das andernfalls durch die erste Linse hindurchtritt und als Streulicht auf den zweiten Abschnitt des Bildsensors fallen würde, und ein die Blende definierender zweiter Abschnitt des Gehäuses ist angeordnet, um Licht abzublocken, das andernfalls durch die zweite Linse hindurchtreten und als Streulicht auf den ersten Abschnitt des Bildsensors fallen würde.
Es wird auch ein Bilderzeugungssystem angegeben, das ein Gehäuse enthält, das eine Blende definiert, die sich allgemein zu einer Szenerie vor einem Fahrzeug hin öffnet, einen Bildsensor, der in dem Gehäuse angeordnet ist, und eine Lichtsammellinse, die in der Blende angeordnet ist. Die Lichtsammellinse erfasst Lichtstrahlen von einem Bereich, der durch einen vertikalen Bogen definiert ist, der sich von im Wesentlichen über der Blende zu im Wesentlichen vor der Blende erstreckt und die erfassten Lichtstrahlen zu dem Bildsensor hin umlenkt. Die Linse kann Lichtstrahlen von einem schmalen horizontalen Bogen vor der Blende erfassen.
In einer Ausführung ist die Lichtsammellinse ferner betreibbar, um Lichtstrahlen von in der Elevation separaten Bereiche zu erfassen und die erfassten Lichtstrahlen von jedem in der Elevation separaten Bereich zu einem unterschiedlichen Satz von Pixelsensoren in dem Bildsensor umzulenken, um zu erlauben, dass der Bildsensor den Lichtpegel in unterschiedlichen Winkelelevationen erfasst. Die in der Elevation separaten Bereiche können Bereiche sein, die um 10 Grad Elevation getrennt sind.
In einer anderen Ausführung enthält das System ein erstes Unterfenster von Pixelsensoren, ein zweites Unterfenster von Pixelsensoren, eine Rotlinse innerhalb des Gehäuses zwischen der Lichtsammellinse und dem Bildsensor, um im Wesentlichen Rotlichtkomponenten der umgelenkten Lichtstrahlen auf das erste Unterfenster zu projezieren, sowie eine Rotkomplementärlinse innerhalb des Gehäuses zwischen der Lichtsammellinse und dem Bildsensor, wobei die Rotkomplementärlinse im Wesentlichen rot komplementäre Komponenten der umgelenkten Lichtstrahlen auf das zweite Unterfenster projeziert.
Ein System zum Steuern zumindest eines Scheinwerfers enthält ein Scheinwerfersteuergerät, das betreibbar ist, um die Scheinwerfer auf der Basis eines empfangenen Ein/Aus-Steuersignals ein- und auszuschalten, einen Bildsensor, der aus einem Feld von Pixelsensoren aufgebaut ist, ein Linsensystem, das betreibbar ist, um Lichtstrahlen von einem Bereich zu erfassen, der durch einen vertikalen Bogen definiert ist, der sich von im Wesentlichen über dem Fahrzeug zu im Wesentlichen vor dem Fahrzeug erstreckt, und um die erfassten Lichtstrahlen zu dem Bildsensor hin umzulenken, sowie ein Prozessor- und Steuersystem, das betreibbar ist, um Lichtpegel von den Pixelsensoren auszulesen und um das Ein/Aus-Steuersignal auf der Basis eines Vergleichs der Lichtpegel mit einem Schwellenwert zu bestimmen.
In einer Ausführung kann das Prozessor- und Steuersystem den Schwellenwert auf der Basis von Farbkomponenten bestimmen, die auf die ersten und zweiten Unterfenster projeziert werden. Alternativ kann das Prozessor- und Steuersystem bestimmen, ob der durch den vertikalen Bogen definierte Bereich einen blauen Himmel oder einen bewölkten Himmel abbildet, und um für den blauen Himmerl einen niedrigeren Schwellenwert zu verwenden als für den bewölkten Himmel.
In einer anderen Ausführung kann das Prozessor- und Steuersystem das Ein/Aus-Steuersignal auf der Basis eines Vergleichs der Lichtpegel mit einem Hystereseschwellenwert bestimmen.
In einer noch anderen Ausführung kann das Prozessor- und Steuersystem das Ein/Aus-Signal auf der Basis einer Zeitverzögerung von einer vorherigen Änderung in dem Ein/Aus-Steuersignal bestimmen.
Die obigen Aufgaben und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der besten Ausführungsarten der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen leicht ersichtlich.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Scheinwerfersteuersystem, das ein Bilderzeugungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung verwenden kann;
2 ist ein schematisches Diagramm eines Bilderzeugungssensors gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 ist ein optisches System gemäß der vorliegenden Erfindung;
4 ist ein vergrößerter Abschnitt des in 3 gezeigten optischen Systems;
5 ist eine alternative Ausführung eines Bilderzeugungssystems, das eine Ablenkplatte gemäß der vorliegenden Erfindung enthält;
6 ist ein schematisches Diagramm, das den Betrieb zweier Linsen für eine Ausführung der vorliegenden Erfindung darstellt;
7 ist eine Linse zur Verwendung in einer Ausführung der vorliegenden Erfindung für die Scheinwerfer-Ein/Aus-Steuerung; und
8 ist ein illustratives optisches System, das die Linse von 7 enthält.
Beste Arten zur Ausführung der Erfindung
Nun ist in Bezug auf 1 ein Blockdiagramm eines die vorliegende Erfindung enthaltenden Systems gezeigt. Ein Scheinwerfersteuersystem 20 wird in einem Fahrzeug verwendet, um eine oder mehrere Scheinwerfer 22 zu steuern. Die Steuerfunktionen können enthalten, den Scheinwerfer 22 automatisch ein- und auszuschalten, und automatisch zwischen Fernlicht und Abblendlicht des Scheinwerfers 22 umzuschalten.
Die Szenerie 24 liegt allgemein vor einem Fahrzeug. Lichtstrahlen 26 von der Szenerie 24 treten in das Bilderzeugungssystem 28 ein, indem sie zuerst das optische System 30 durchlaufen. Die fokussierten Strahlen 32 von dem optischen System 30 fallen auf den Bildsensor 34 in der Brennebene des optischen Systems 30. Ein Prozessor- und Steuersystem 36 empfängt eine Bildesensorausgabe 38 und erzeugt eine Bildsensorsteuerung 40. Das Prozessor- und Steuersystem 36 erzeugt auch ein automatisches Scheinwerfersteuersignal 42, das von einem Scheinwerfersteuergerät 44 empfangen wird.
Das Prozessor- und Steuersystem 36 kann kontinuierliche Zyklen durchführen, um das Vorhandensein von Scheinwerfern und Heckleuchten in der Szenerie 24 zu prüfen. Während jedes Zyklus werden zwei Bilder von dem Bildsensor 34 erfasst. Wie im Detail weiter unten beschrieben wird, hat ein Bild überwiegend rote Komponenten und hat ein Bild überwiegend rotkomplementäre Komponenten. Helle Flecken in dem roten Bild können das Vorhandensein von Heckleuchten in der Szenerie 24 anzeigen. Helle Flecken in sowohl in rot als auch rotkomplementären Bildern können das Vorhandensein von Scheinwerfern in der Szenerie 24 anzeigen. Es können Zähler benutzt werden, um die Anzahl aufeinanderfolgender Frames anzuzeigen, für die ein heller Fleck in angenähert demselben Ort erfasst worden ist. Sobald der Zähler einen Schwellenwert erreicht, wird angenommen, dass der helle Fleck von einem anderen Fahrzeug stammt, und es wird eine geeignete Aktion, wie etwa das Abblenden bzw. Dimmen des Scheinwerfers 22, vorgenommen. Die obige Beschreibung ist Vereinfachung der Ausführungen, die in der oben erwähten zugrundeliegenden Anmeldung mit der Nummer 08/831,232 beschrieben sind.
Das Scheinwerfersteuergerät 44 erzeugt ein Scheinwerfersteuersignal 46, das vom Scheinwerfer 22 empfangen wird, wodurch der Scheinwerfer 22 ein- oder ausgeschaltet wird oder zwischen Fernlicht und Abblendlicht umgeschaltet wird. Der Scheinwerfer 22 kann ein Scheinwerferlicht 48 erzeugen, das einen Teil der Szenerie 24 beleuchtet. Das Scheinwerfersteuergerät 44 kann auch ein manuelles Ein/Aus-Signal 50 von einer manuellen Ein/Aus-Steuerung 52 empfangen, sowie ein manuelles Abblendsignal 54 von einer manuellen Abblendsteuerung 56. Die manuelle Ein/Aus-Steuerung 52 und die manuelle Abblendsteuerung 56 erlauben dem Fahrer, den Betrieb der Scheinwerfer 22 manuell zu steuern. In einer alternativen Ausführung können ein oder beide des Scheinwerfer-Ein/Aus-Signals 50 und des manuellen Abblendsignals 54 von dem Prozessor- und Steuersystem 36 benutzt werden, um den Zustand des Scheinwerfers 22 zu bestimmen.
In einer alternativen Ausführung ist vor dem Bilderzeugungssystem 28 ein Verschluss 58 angeordnet. Der Verschluss 58 empfängt dann Lichtstrahlen 26 von der Szenerie 24 und gibt gedämpfte Lichtstrahlen 60 an das optische System 30 aus. Der Verschluss 58 reduziert oder eliminiert die den Bildsensor 34 erreichende Lichtmenge, wenn Licht von der Szenerie 24 zu stark ist, wie etwa z. B. in der Dämmerung, wenn sich die Sonne nahe dem Horizont befindet. Der Verschluss 58 kann unter Verwendung mechanischer Mittel wie etwa Blenden, einer Iris o. dgl. unter der Steuerung des Prozessor- und Steuersystems 36 implementiert werden, das ein Verschlussteuersignal 62 ausgibt. Alternativ kann der Verschluss 58 ein fotosensitives Glas oder Kunststoff sein. In einer weiteren Alternative kann der Verschluss 58 ein elektrochromes Fenster sein, wie im U.S. Patent 4,902,108 beschrieben mit dem Titel "Single-Compartment, Self-Erasing, Solution-Phase Electrochromic Devices, Solutions for Use Therein, And Uses Thereof" für H. J. Byker, die hiermit unter Bezugnahme aufgenommen wird.
Der Bildsensor 34 sollte eine minimale Anzahl von Sensorelementen enthalten, um die Verarbeitungsanforderungen zu reduzieren und die Kosten zu senken. Um den Bildsensor 34 mit einer relativ geringen Anzahl von Pixelsensoren effizient zu nutzen, sollte das projezierte Bild einer entfernten Heckleuchte oder eines Scheinwerfers in der Szenerie 24 größenvergleichbar oder kleiner als das eines Einzelpixels in dem Bildsensors 34 sein. Die relativen Intensitäten der Farbkomponenten, die aus der Verarbeitung der Bilddaten von einem derart projezierten Bild berechnet sind, sollten allgemein von der spezifischen Position des projezierten Bilds auf dem Feld unabhängig sein. Daher ist es erwünscht, gleichzeitig unterschiedlich gefilterte Bilder der Szenerie 24 auf räumlich getrennte Rahmen bzw. Frames zu projezieren, bevorzugt in demselben Pixelfeld oder alternativ in separaten Pixelfeldern. Das eine oder die mehreren Pixelfelder befinden sich bevorzugt auf demselben Substrat in derselben Packung.
Eine bevorzugte Anordnung ist es, die separaten Frames auf ein gemeinsames Feld zu projezieren, das groß genug ist, um die Frames in separaten Unterfenstern einzuschließen, und eine gemeinsame Steuerlogik zu benutzen, die ein Mittel bereitstellt, um gleichzeitig die mehreren Frames zu entwickeln und zu verarbeiten. Eine Steuerung dieses Typs ist in dem in der mitanhängigen Patentanmeldung "Control Circuit for Image Array Sensors" beschrieben, mit der Anmeldenummer 08/933,210, die hiermit unter Bezugnahme aufgenommen wird. Beschreibungen der Bildfeld- und Linsensysteme werden in Bezug auf die 2 bis 8 unten angegeben.
Wenn in einer bevorzugten Ausführung eine kleinflächige Lichtquelle erfasst wird, wird der Frame analysiert, um die einzige oder die kleine Gruppe benachbarter Pixel zu bestimmen, die Beleuchtungspegel haben, die wesentlich höher sind als der Hintergrundpegel der umgebenden Pixel. Die Lichtauslesung wird über diese Pixelgruppe integriert oder summiert, mit einer optionalen Subtraktion des durchschnittlichen Hintergrundpegels. Dieser Prozess wird für den Frame entsprechend jeder Farbkomponente wiederholt. Auf diese Weise sind Auslesungen relativ unabhängig davon, ob die Beleuchtung an einem Pixelsensor enthalten ist oder die Beleuchtung auf eine Pixelgrenze fällt und Anteile des Lichts auf zwei oder mehr benachbarte Pixelsensoren ausbreiten. Diese Technik erhöht die Toleranz für einen kleinen Registerfehler zwischen den Unterfenstern für unterschiedliche Farbkomponenten, wenn der ratiometrische Vergleich der verschiedenen Farbkomponenten einer gegebenen kleinflächigen Lichtquelle durchgeführt wird.
Nun ist in Bezug auf 2 ein schematisches Diagramm dargestellt, das einen Bildsensor gemäß der vorliegenden Erfindung repräsentiert. Der Bildsensor 34 enthält ein Feld von Pixelsensoren, deren eines mit 70 bezeichnet ist, die in Reihen und Spalten angeordnet sind. In einem Ausführungsbeispiel enthält der Bildsensor 34 80 Reihen mal 64 Spalten des Pixelsensors, wobei die meisten davon der Klarheit wegen nicht gezeigt sind. Der Bildsensor 34 enthält eine Obergrenze 72, eine Untergrenze 74, eine linke Grenze 76 und eine rechte Grenze 78, die einen von Pixelsensoren 70 abgedeckten Bereich definieren. Die Benutzung von Richtungsangaben, wie z. B. oben, unten, links und rechts dient zur leichteren Erläuterung und ist nicht so zu verstehen, dass sie die vorliegende Erfindung auf eine bestimmte Orientierung beschränkt.
Der Bildsensor 34 ist in verschiedene Unterfenster aufgeteilt. In einer Ausführung werden zwei Unterfenster benutzt, um die Szenerie 24 in zwei Farbkomponenten abzubilden. Das obere Unterfenster 94 ist durch Linien 78, 80, 82 und 84 begrenzt und enthält Pixelsensoren 70, auf die ein Bild fällt, dass durch eine Linse projeziert wird, die so gefärbt ist, dass sie Rotlicht durchlässt. Das untere Unterfenster 96 ist durch die Linien 78, 86, 82 und 88 begrenzt und enthält Pixelsensoren 80, auf die ein Bild durch eine Linse projeziert wird, die gefärbt ist, um cyan- oder rotkomplementäres Licht durchzulassen.
Die Linsen bieten ein Blickfeld der Szenerie 24 wie etwa z. B. 22° breit und 9° hoch. Ein Abstand zwischen der Linie 80 und dem Oberrand 92 und zwischen den Linien 84 und 90 gestatten eine Elevationseinstellung, um eine Fehlausrichtung des Bilderzeugungssystems 28 in dem Fahrzeug zu korrigieren. Zur Durchführung der Einstellung werden Grenzen des oberen Unterfensters 94, mit Linie 80 bzw. Linie 84 dargestellt, im Bereich zwischen dem Oberrand 92 und der Linie 90 auf- oder abbewegt. Ähnlich repräsentieren die Linien 86 und 88 Grenzen für das untere Unterfenster 96, die zwischen dem Unterrand 94 und der Linie 92 bewegt werden können. In dem Ausführungsbeispiel wird eine Elevationseinstellung durch einen Bereich von etwa 4,8° zugelassen. Die Unterfenster 94 und 96 werden normalerweise gemeinsam aufwärts oder abwärts bewegt, wobei aber der Ursprung von einem relativ zum anderen ebenfalls einstellbar ist, um Schwankungen in der Registrierung des einen Unterfensters in Bezug auf das andere zu kompensieren.
Pixelsensoren 70, die in dem durch die Linie 90 und 92 umgrenzten Bereich liegen, können Licht von sowohl Rot als auch Rotkomplementärlinsen empfangen. Daher wird dieser Bereich normalerweise nicht als Teil der aktiven Abbildungsfläche benutzt. Pixelsensoren 70 aus diesem Bereich können entfernt werden, um Platz für andere Schaltungen zu schaffen, aber weil der relativ kleine Prozentsatz der verlorenen Fläche und die Flexibilität zur Benutzung des gesamten 64 mal 80 Pixelfelds in anderen Anwendungen, kann das Belassen von Pixelsensoren 70 in dem durch die Linie 90 und 92 umgrenzten Bereich einen größeren Nutzen bringen. Auch ist es nicht zweckdienlich die Signalwege entlang den Spalten in dem Feld zu unterbrechen. In dem Ausführungsbeispiel fallen weniger als 8,5% des Pixelsensors 70 zwischen den Linien 90 und 92. Eine die beiden begrenzende Ausführung, die zwischen den Linien 90 und 92 erforderlich ist, wird in Bezug auf 5 unten beschrieben. Die Rot und Rotkomplementärlinsen werden in Bezug auf die 3 bis 6 und 8 unten beschrieben.
In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung werden Pixelsensoren 70, die zwischen dem linken Rand 76 und der Linie 82 liegen, für die Scheinwerfer-Ein/Aus-Steuerung verwendet. Diese Anwendung wird in Bezug auf 8 unten beschrieben.
In einer anderen Ausführung der vorliegenden Erfindung ist der Bildsensor 34 in mehr als zwei Unterfenster unterteilt, um die Szenerie 24 in eine Mehrzahl von Farbkomponenten abzubilden. Zum Beispiel können das obere Unterfenster 94 und das untere Unterfenster 96 jeweils in zwei Unterfenster aufgeteilt werden, wodurch vier Unterfenster entstehen. Die mehreren Unterfenster können in einem zwei-mal-zwei Gitter oder in einem ein-mal-vier Gitter angeordnet werden. Der Abstand zwischen den Unterfenstern erlaubt eine vertikale und horizontale Einstellung.
Pixelsensoren 70 in dem Bildsensor 34 können ladungsgekoppelte Vorrichtungen, Fotodioden o. dgl. sein. In einer bevorzugten Ausführung sind die Pixelsensoren 70 aktive CMOS-Pixelsensoren. Ein APS-Bildsensor ist in einer mitanhängigen Patentanmeldung beschrieben mit dem Titel "Wide Dynamic Range Optical Sensor" mit der Anmeldenummer 09/002400, die hiermit unter Bezugnahme aufgenommen wird.
Nun ist in Bezug auf 3 ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das Bilderzeugungssystem 28 enthält ein Gehäuse 100 mit einer Blende 102, die sich zur Szenerie 24 hin öffnet. Der Bildesensor 34 ist in dem Gehäuse 100 gegenüber der Blende 102 angeordnet. Ein Träger 104 ist in dem Gehäuse 100 angeordnet und hält die Rotlinse 106 und Rotkomplementärlinse 108 zwischen dem Bildsensor 108 und der Blende 102. Der Träger 104 verhindert auch, dass durch die Blende 102 kommendes Licht auf den Bildsensor 34 fällt, solange das Licht nicht durch die Rotlinse 106 oder die Rotkomplementärlinse 108 hindurchtritt. Der Bereich des Pixelsensors 70, der benutzt wird, um das obere Unterfenster 94 zu bilden, nimmt der Oberrand 72 und die Linie 90, sowie, um das untere Unterfenster 96 zu bilden, nämlich der Bodenrand 74 und die Linie 92, sind auf dem Bildsensor 34 angegeben.
Bevorzugt ist die Blende 102 einige Brennweiten der Linsen 106, 108 vor den Linsen 106, 108 angeordnet. Die Blende 102 ist gekennzeichnet, um den Abstand zwischen den Grenzen zweier Bilder zu minimieren, die separat auf dem Bildsensor 34 projeziert werden, was den optischen Übersprechbetrag zwischen dem oberen Unterfenster 94 und dem unteren Unterfenster 96 reduziert. Dies wird unter Verwendung einer Begrenzung der Blende 102 erreicht, die angeordnet ist, um Licht abzublocken, dass andernfalls durch die Linse 108 hindurchtreten und als Streulicht auf das obere Unterfenster 94 fallen würde. Ähnlich ist die andere Begrenzung der Blende 102 angeordnet, um Licht abzublocken, das andernfalls durch die Linse 106 hindurchtreten und als Streulicht auf das untere Unterfenster 96 fallen würde. Die Verwendung der Blende 102 zum Begrenzen von optischen Übersprechens wird nachfolgend in Bezug auf 4 beschrieben. Eine weitere Verbesserung ist es, eine Ablenkplatte einzubauen, die zwischen den Linsensystemen 106, 108 angeordnet ist und sich zu dem Bildsensor 34 hin erstreckt, um den Abstand, der zwischen dem oberen Unterfenster 94 und dem unteren Unterfenster 96 zum adäquaten Minimieren des optischen Übersprechens erforderlich ist, weiter zu reduzieren. Die Verwendung einer Ablenkplatte wird nachfolgend in Bezug auf 5 beschrieben. Als weitere Erweiterung ist ein optisches Lichtsammelsystem in einem Teil der Öffnung 102 angeordnet, sodass ein nutzbares Bild in einen dritten Bereich des Bildsensors 34 projeziert wird, während eine adäquate optische Trennung zwischen den drei Bildern erhalten bleibt. Das optische Lichtsammelsystem und dessen Anwendung wird unten in den 7 und 8 beschrieben. Die Rotlinse 106 und die Rotkomplementärlinse 108 sind schematisch gezeigt. Eine Ausführung der Form und der weitere Betrieb der Rotlinse 106 und der Rotkomplementärlinse 108 sind unten in Bezug auf 6 beschrieben.
In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung enthält das optische System 30 mehr als zwei Linsensysteme 106, 108, um eine Mehrzahl von farbgefilterten Bildern der Szenerie 24 auf den Bildsensor 34 zu projezieren. Zum Beispiel können vier Linsen in einem zwei-mal-zwei Linsenraster angeordnet werden. Drei der Linsen können Licht in unterschiedlichen Farbbändern durchlassen, wie etwa rot, grün und blau zur farbrichtigen Abbildung. Die vier Linsen können im Wesentlichen ungefiltertes Licht durchlassen, zur Abbildung bei geringer Helligkeit.
Nun wird in Bezug auf die 3 und 4 der Betrieb des Bildsystems 28 beschrieben.
Der untere Punkt 110 repräsentiert einen Abstandspunkt in der Szenerie 24, der als Punkt 112 auf den Bildsensor 34 projeziert wird. Der untere Punkt 110 befindet sich an der unteren Verlängerung des Blickfelds und projeziert auf den Punkt 112 an der oberen Verlängerung des unteren Unterfensters 96, wie mit der Linie 92 gezeigt, des unverdeckten Teils des von einer Rotkomplementärlinse 108 projezierten Bilds. Da der untere Punkt 110 einen Abstand von typischerweise 50 bis 200 Meter für Scheinwerfer von entgegenkommenden Fahrzeugen und Heckleuchten von Fahrzeugen, denen man sich von hinten annähert hat, wenn die meisten Scheinwerfersteueraktionen initiiert werden, sind die Lichtstrahlen 26, angezeigt durch den unteren Lichtstrahl 114, den oberen Lichtstrahl 116 und einen mittleren Lichtstrahl 118, nahezu parallel, bevor sie auf die Rotkomplementärlinse 108 fallen. Die Rotkomplementärlinse 108 fokussiert den unteren Strahl 114, den oberen Strahl 116 und den mittleren Strahl 118 in den Punkt 112 auf den Bildsensor 34. Der untere Blendenrand 120 der Blende 102 ist so positioniert, dass der untere Strahl 114 am unteren Blendenrand 120 und am Unterrand der Rotkomplementärlinse 108, mit 122 angegeben, gerade vorbeiläuft. Mit dieser Anordnung ist die Blende 102 gerade groß genug, um Licht vom unteren Punkt 110 nicht abzublocken, das andernfalls auf die Rotkomplementärlinse 108 zur Fokussierung auf den Punkt 112 fallen würde.
Der Strahl 124 ist der am weitesten aufwärts gerichtete Strahl, der am unteren Blendenrand 120 vorbeiläuft und die durch die Rotkomplementärlinse 108 fällt. Im Vergleich zum Strahl 114 quert der Strahl 124 einen Weg, der mit einem zunehmenden Betrag aufwärts gewinkelt ist, sodass er um einen Linsendurchmesser höher ist als der Strahl 114, wenn er in die Rotkomplementärlinse 108 an der Oberseite der Linse 108 eintritt, mit 126 bezeichnet. Diese Winkelabweichung des Strahls 124 von den parallelen Strahlen 114, 116 und 118 bleibt angenähert als Strahl 124 erhalten, der die Rotkomplementärlinse 108 verlässt. Der Strahl 124 fällt auf den Bildsensor 34 an der Untergrenze 90 des oberseitigen Fensters 94 an einem mit 128 bezeichneten Punkt.
In einer Ausführung haben die Rotlinse 106 und die Rotkomplementärlinse 108 eine F-Zahl von 4, haben einen Nenndurchmesser von 1 Millimeter und haben eine Brennweite, Dimension A, von 4 Millimetern. Die Blende 102 ist 6 Brennweiten von der Rotlinse 106 und der Rotkomplementärlinse 108 entfernt. Die Dimension B für das Gehäuse 100 beträgt 28 Millimeter.
Einer der Vorteile der Miniaturisierung ist, dass die Blende 102 mit einem vernünftig großen Anzahl von Brennweiten von der Rotlinse 106 und der Rotkomplementärlinse 108 entfernt angeordnet werden kann, ohne eine übermäßig große Struktur in Kauf zu nehmen. Je weiter die Blende 102 von den Linsen 106 und 108 entfernt ist, desto weiter kann der Abstand zwischen den Linsen 90 und 92 reduziert werden, sodass die Abstandsauswahl von der Blende 102 zur Linse 106 und 108 eine Sache der Praxis ist, die Größe gegenüber einer verlorenen Sensorfläche abzuwägen.
Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel läuft der Strahl 124 ein Sechstel so weit von der Rotkomplementärlinse 108 zu dem Bildsensor 34 wie von der Blende 102 zu der Rotkomplementärlinse 108. Daher fällt der Strahl 124 auf den Bildsensor 34 auf einen Punkt, der angenähert ein Sechstel des Durchmessers der Rotkomplementärlinse 108 über dem Punkt 1 12 liegt.
Der hohe Punkt 130 ist an der oberen Verlängerung des Blickfelds der Szenerie 24. Die Projektion des hohen Punkts 130 durch die Rotkomplementärlinse 108 fällt auf den Bildsensor 34 an einem Punkt, der niedriger ist als der von dem unteren Unterfenster 96 überdeckte Bereich. Diese Strahlen sind nicht abgebildet, da das projezierte Bild nicht innerhalb des Unterfensters 94 oder 96 liegt.
Da der hohe Punkt 130 auch einen Abstand von der Blende 102 hat, sind der obere Strahl 132, der untere Strahl 134 und der Mittelstrahl 136 im Wesentlichen parallel, bevor sie auf die Rotlinse 106 fallen. Die Rotlinse 106 fokussiert die Strahlen 132, 134 und 136 auf den Punkt 128 an dem Bildsensor 134 an der Untergrenze des unteren Unterfensters 94, wie mit der Linie 90 markiert. Wie beim oben beschriebenen Strahl 124 ist der Strahl 138 der am weitesten nach unten gerichtete Strahl, der an dem oberen Blendenrand 140 vorbeitreten kann und noch von der Rotlinse 106 fokussiert, wobei er am Punkt 112 auf den Bildsensor 34 fällt. Während somit das Streulicht von der Rotkomplementärlinse 108 auf dem Weg von Linie 92 zu Linie 90 im Wesentlichen auf null reduziert wird, wird das Streulicht von der Rotlinse 106 auf den Weg von Linie 90 zu Linie 92 im Wesentlichen auf null reduziert.
Nun ist in Bezug auf 5 eine alternative Ausführung der vorliegenden Erfindung gezeigt. 5 zeigt den gleichen Bereich des Bilderzeugungssystems 28, wie er in 4 zu sehen ist. Die in 5 dargestellte Ausführung ist die gleiche wie die in 4 dargestellte, mit der Ausnahme, dass die Ablenkplatte 142 hinzugefügt ist. Die Ablenkplatte 142 verkleinert den Bereich des Bildsensors 34, auf den Licht von sowohl der Rotlinse 106 als auch der Rotkomplementärlinse 108 fallen kann.
Als vereinfachte Verallgemeinerung für eine Linse mit unendlichem Fokus und einer Blende des Durchmessers d, kann ein Stopp oder eine Ablenkplatte, die n-Brennweiten vor der Linse liegt, angeordnet werden, um Lichtstrahlen abzublocken, die auf die Brennebene mit einem Abstand von mehr als d/n entfernt von dem Teil des Bilds, der durch den Stopp unbeeinflusst ist, fallen würden.
Die Ablenkplatte 142. erstreckt sich im Wesentlichen orthogonal zum Träger 104 zu dem Bildsensor 34 hin. Im Idealfall würde sich die Ablenkplatte 142 so weit erstrecken, dass sie den Bildsensor 34 nahezu berührt. Jedoch könnte der Bildsensor 34 ein Sensorpackungsabdeckglas 144 enthalten, da die Erstreckung der Ablenkplatte 142 begrenzen könnte.
Die Ablenkplatte 142 verhindert, dass der Strahl 124 auf den Bildsensor 34 fällt. Bei angeordneter Ablenkplatte 142 repräsentiert der Strahl 146 den untersten Strahl, der an dem unteren Blendenrand 120 vorbeigeht, durch die Rotkomplementärlinse 108 tritt und am Punkt 148 auf den Bildsensor 34 fällt. Der Punkt 148 hat etwa zwei Drittel des Abstands von der Linie 92 zur Linie 90.
Der Strahl 150 ist der am weitesten aufwärts gerichtete Strahl, der durch die Rotkomplementärlinse 108 und auf den Bildsensor 34, bei Abwesenheit des unteren Blendenrands 120, fokussiert werden könnte. Der Strahl 150 fällt auf den Bildsensor 34 an einem mit 152 bezeichneten Punkt gut in die Fläche, die für das Bild von der Rotlinse 106 reserviert ist.
Es ist wenig Raum für eine gute optische Behandlung der Ablenkplatte 142, und Strahlen, wie etwa 124, die in einem flachen Winkel auf die Ablenkplatte 142 fallen, werden auch von den am stärksten geschwärzten Oberflächen signifikant reflektiert. Die Blende 102 vor den Linsen 106 und 108 arbeitet in dem gezeigten Ausführungsbeispiel viel besser als die Ablenkplatte 142, wobei aber die Kombination der Blende 102 und der Ablenkplatte 142 die beste Leistung darin ergibt, den Abstand zu minimieren, der das obere Unterfenster 94 und das untere Unterfenster 96 trennt, um zu verhindern, dass eine signifikante Lichtmenge, die in eine der Linsen 106 oder 108 eintritt, auf das von der anderen Linse projezierte Unterfenster fällt. Anzumerken ist, dass, anstatt des Abstands der Unterfenster 94 und 96 durch den Abstand zwischen den Linsen 90 und 92, dieser Abstand reduziert werden könnte, indem man eine ähnliche Ablenkplatte wie die Ablenkplatte 142 anwendet, jedoch dünner, indem man den Unterfensterabstand reduziert und in dem man die Linsen 106 und 108 nachzentriert und die Größe der Blende 102 verändert.
Nun ist in Bezug auf 6 ein Ausführungsbeispiel eines asphärischen Linsenpaars zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Zeichnung ist vorgesehen, um den Betrieb der Linsen darzustellen und nicht, um die präzise Form oder Positionierung der Linsen wiederzugeben.
Die Rotlinse 106 hat eine Vorderseite 200, die von dem Bildsensor 34 wegweist, und eine Rückseite 202, die zu dem Bildsensor 34 hinweist. An ihrem weitesten Punkt ist die Vorderfläche 200 an der Dimension C 4,25 Millimeter von dem Bildsensor 34 entfernt angeordnet. Die Vorderseite 200 ist ein Ellipsoid, beschrieben durch Gleichung 1:
wobei Z der Wert der Höhe der Linsenoberfläche entlang der optischen Achse als Funktion des radialen Abstands r von der optischen Achse ist, c die Krümmung ist, k die Konuskonstante und die Koeffizienten C_2n Polynominalkoeffizienten gerader Ordnung sind. Für die Vorderseite 200 ist c gleich 0,7194 und k ist gleich –0,4529. Die Rückseite 202 ist sphärisch mit einem Radius von 4,05 Millimeter. Der Durchmesser der Rotkomplementärlinse 108, als Dimension D gezeigt, ist 1,2 Millimeter. Die Rotkomplementärlinse 108 hat eine als Dimension E gezeigte Dicke von 0,2 Millimetern an ihrer Mitte. Die Brennweite der Rotlinse 106 ist frequenzabhängig und beträgt für eine Wellenlänge von 680 Nanometern 4,25 Millimeter.
Die Rotkomplementärlinse 108 hat eine Vorderseite 204, die von dem Bildsensor 34 wegweist, und eine Rückseite 206, die zu dem Bildsensor 34 hinweist. An ihrem entferntesten Punkt ist die Vorderseite 204 an der Dimension C um 4,25 Millimeter von dem Bildsensor 34 entfernt angeordnet. Die Vorderseite 204 ist auch ein durch Gleichung 1 beschriebenes Ellipsoid mit einer Krümmung c gleich 0,7059 und einer Konuskonstante k gleich –0,4444. Die Rückseite 206 ist sphärisch mit einem Radius von 4,05 Millimetern. Der Durchmesser der Rotkomplementärlinse 108, gezeigt als Dimension F ist 1,2 Millimeter. Die Rotkomplementärlinse 108 hat eine als Dimension E gezeigte Dicke von 0,2 Millimeter an ihrer Mitte. Die Brennweite der Rotkomplementärlinse 108 ist frequenzabhängig und beträgt für eine Wellenlänge von 420 Nanometern 4,25 Millimeter.
Wieder in Bezug auf 6 werden die Effekte der frequenzabhängigen Brennweiten in den Linsen 106 und 108 beschrieben. Aufgrund der unterschiedlich asphärischen Vorderseiten der Rotlinse 106 und der Rotkomplementärlinse 108 werden Rotlichtstrahlen 210 und Blaulichtstrahlen 212 durch jede Linse unterschiedlich fokussiert. Der Brennpunkt für die Rotlichtstrahlen 210, die durch die Rotlinse 106 hindurchtreten, liegt auf der Oberfläche des Bildsensors 34, wohingegen Blaulichtstrahlen 212, die durch die Rotlinse 106 hindurchtreten, mit einem Abstand vor dem Bildsensor 34 fokussieren. Ähnlich fokussieren Blaulichtstrahlen 212, die durch die Rotkomplementärlinse 108 hindurchtreten auf die Oberfläche des Bildsensors 34, und Rotlichstrahlen 210, die durch die Rotkomplementärlinse 108 hindurchtreten, fokussieren mit einem Abstand hinter der Oberfläche des Bildsensors 34.
In einer bevorzugten Ausführung ist die Rotlinse 106 aus einem Polymer hergestellt, das einen Farbstoff enthält, um die Menge des durch die Rotlinse 106 hindurchgelassenen Rotkomplementärlichts zu reduzieren. Die Rotkomplementärlinse 108 ist aus einem Polymer hergestellt, das einen Farbstoff enthält, um die Menge von durch die Rotkomplementärlinse 108 hindurchtretenden Rotlichts zu reduzieren. Alternativ kann zumindest eine Oberfläche der Rotlinse 106 und der Rotkomplementärlinse 108 beschichtet werden, um eine Rotfilterung bzw. eine Rotkomplementärfilterung zu erreichen. Eine weitere Alternative ist es, zwischen der Szenerie 24 und dem Bildsensor 34 separate Filter zu benutzen. Insbesondere können Filter an dem Träger 104 entweder direkt vor oder hinter den Linsen 106 und 108 angebracht sein.
In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung werden mehr als zwei Linsen 106, 108 verwendet. Jede Linse kann gefärbt oder getönt sein, um eine unterschiedliche Farbfrequenz zuzulassen. Bevorzugt ist jede Linse so geformt, dass die Brennweite einer Linse 106, 108 an der Durchlassfrequenz dieser Linse die gleiche ist wie die Brennweite einer anderen Linse 106, 108 bei der Durchlassfrequenz der anderen Linse.
Nun ist in Bezug auf 7 eine Linse zur Verwendung in einer Ausführung der vorliegenden Erfindung für eine Scheinwerfer-Ein/Aus-Steuerung gezeigt. Eine Lichtsammellinse 250 sammelt Licht aus einem Richtungsbereich, als Strahlen 251 bis 260 gezeigt, von der horizontal vorderen Richtung zur vertikal aufwärtigen Richtung. Die Neigungen der Strahlen 251 bis 260 haben einen Abstand von angenähert 10 Grad Stufen. Die Linse 250 lenkt ankommende Strahlen 251 bis 260 in ausgehende Strahlen 261 bis 270 entlang angenähert horizontalen Wegen um.
Der angenähert vertikale Strahl 251 wird an der Vorderseite 272 der Linse 250 zum Strahl 271 gebrochen. Der Strahl 271 wird im Inneren zum Strahl 273 an der Oberfläche 274 reflektiert, und der Strahl 273 wird zum Strahl 261 gebrochen. Die Oberfläche 275 ist angenähert parallel zum Strahl 271 oder hat einen Winkel zur Oberfläche 274, der etwas größer ist als der Winkel, der die Oberfläche 275 parallel zum Strahl 271 anordnen würde. Wenn die Oberfläche 275 einen Winkel zur Oberfläche 274 hat, der kleiner ist als der Winkel, der die Oberfläche 275 parallel zum Strahl 271 anordnen würde, würde der Strahl 271 abgeblockt, wenn der Strahl 251 mit einem höheren Punkt auf der Oberfläche 272 eintritt, wodurch ein unangenehmer Schatten auf die Oberfläche 274 nahe dem Schnittpunkt des Strahls 271 mit der Oberfläche 275 geworfen wird. Die Linse 250 lenkt ankommende Strahlen 252 bis 255 in ähnlicher Weise ab, um ausgehende Strahlen 262 bis 265 zu erzeugen. Die Oberfläche 274 bildet die Unterseite, und die Oberfläche 275 bildet die Oberseite eines dreieckigen Elements, dessen Scheitel von der Vorderseite 272 allgemein wegzeigt.
Der Strahl 256 wird an der Oberfläche 280 zum Strahl 281 gebrochen, und der Strahl 281 wird an der Rückseite 282 zum Strahl 266 gebrochen. Ähnlich wird der Strahl 257 durch die Oberfläche 283 gebrochen, sodass er zum Strahl 284 wird, der durch die Rückseite 282 gebrochen wird, sodass er zum Strahl 267 wird. Die Oberfläche 285 ist angenähert parallel zum Strahl 281, und die Oberfläche 286 ist so orientiert, dass sie den Winkel zwischen dem Strahl 256 und dem Strahl 284 angenähert halbiert. Die Linse 250 bricht ankommende Strahlen 258 bis 260 in ähnlicher Weise, um ausgehende Strahlen 268 bis 270 zu erzeugen. Die Oberfläche 280 bildet die Unterseite, und die Oberfläche 285 bildet die Oberseite eines dreieckigen Elements, dessen Scheitel allgemein von der Rückseite 282 wegzeigt.
In einer bevorzugten Ausführung der Linse 250 werden ausgehende Strahlen 261 bis 270 progressiv von leicht abwärts für den Strahl 261 bis leicht aufwärts für den Strahl 270 gewinkelt.
In einer Ausführung ist die Linse 250 aus Acryl durchgängig mit einem in 7 gezeigten Querschnitt ausgebildet. Diese Ausführung sammelt Licht in einem vertikal orientierten 90 Grad Fächer, mit einem relativ kleinen Winkel in der horizontalen Richtung. In einer alternativen Ausführung erhält man eine zunehmende horizontale Überdeckung, indem man die Vorderfläche 272 und die Rückfläche 282 modifiziert. Die Oberfläche 272 kann mit einer konkaven zylindrischen Form ausgebildet sein, wobei die Achse des Zylinders zur Länge der Linse 250 parallel ist. Die Oberfläche 282 kann mit einer negativen zylindrischen Form ausgebildet sein, wobei die Achse des Zylinders wiederum parallel zur Länge der Linse 250 ist.
Nun ist in Bezug auf 8 ein Beispiel eines optischen Systems gezeigt, das die Linse von 7 enthält. Eine Ablenkplatte 300 ist zwischen der Szenerie 24 und den Linsen 106 und 108 angeordnet. In einer bevorzugten Ausführung ist die Ablenkplatte 300 Teil des Gehäuses 100. Die Ablenkplatte 300 ist mit einem Winkel θ von angenähert 45 Grad zur Fahrzeughorizontalen gewinkelt. Die Ablenkplatte 300 definiert eine Blende 302, die sich zur Szenerie 24 vor dem Fahrzeug hin öffnet. Die Blende 302 kann trapezförmig sein, sodass die Projektion der Blende 302 auf eine vertikale Oberfläche ein Rechteck auf der vertikalen Oberfläche ähnlich der Blende 102 bilden würde. Die Blende 302 ist so klein wie möglich, ohne das Licht einzuschränken, dass durch die Linse 106 auf irgendeinen Punkt in dem oberen Unterfenster 94 oder durch die Linse 108 auf irgendeinen Punkt in dem unteren Unterfenster 96 projeziert wird.
An einer Seite der Blende 302 ist eine Linse 250 angebracht. Die Breite der Linse 250 ist angenähert gleich dem Durchmesser der Linse 106 oder 108. Die Linse 250 ist so orientiert, dass der Strahl 251 angenähert von über dem Fahrzeug kommt und der Strahl 260 angenähert von vor dem Fahrzeug kommt. Die Linse 250 ist so angeordnet, dass ein unscharf umgekehrtes Bild der Linse 250 durch die Rotlinse 106 auf einen Rand des Bildsensors 34 zwischen der Linie 302 und der Linie 306 projeziert wird, um ein rotes Himmelbild 312 zu erzeugen. Die Linse 250 ist auch so angeordnet, dass ein unscharfes umgekehrtes Bild der Linse 250 durch die Rotkomplementärlinse 108 auf einen Rand des Bildssensors 34 zwischen der Linie 308 und der Linie 310 projeziert wird, um ein rotkomplementäres Himmelbild 314 zu erzeugen. Wegen des Parallaxenfehlers liegt die Linie 306 über dem Unterrand des oberen Unterfensters 94 und liegt die Linie 308 unter dem Unterfenster 96. Die aktive Länge der Linse 250 ist kurz genug gemacht, um zu ermöglichen, dass die gesamte aktive Länge auf die Bereiche zwischen den Linien 304 und 306 und zwischen den Linien 308 und 310 projeziert wird.
Das rote Himmelbild 312 und das rotkomplementäre Himmelbild 314 werden in dem Prozessor- und Steuersystem 36 abgetastet. Da zur Scheinwerfer-Ein/Aus-Steuerung nur ein grobes Bild benötigt wird, ist es kein großer Nachteil, dass das rote Himmelbild 312 und das rotkomplementäre Himmelbild 314 nicht im Fokus liegen. In einer Ausführung wird ein Schwellenwert mit von dem Bildsensor 34 erfassten Lichtpegeln verglichen. Wenn die Lichtpegel oberhalb des Schwellenwerts liegen, wird der Scheinwerfer 22 ausgeschaltet. Wenn die Lichtpegel unter dem Schwellenwert liegen, wird der Scheinwerfer 22 eingeschaltet.
Die Pixelorte für das rote Himmelbild 312 und das rotkomplementäre Himmelbild 314 sind so korreliert, dass die Auslesungen für jeden 10 Grad Elevationszunahme verglichen werden können. Ein höherer Anteil des Rotkomplementärs zeigt an, dass blauer Himmel zu sehen ist. In einer Ausführung kann ein niedrigerer Schwellenwertpunkt benutzt werden, um für blauen Himmel den Scheinwerfer 22 ein- oder auszuschalten, als für bewölkten Himmel.
In einer anderen Ausführung hat der Schwellenwert eine Hysterese. In einer noch weiteren wird die Zeitverzögerung nach dem letzten Ein/Aus-Übergang benutzt. Diese zwei Ausführungen können verhindern, dass der Scheinwerfer 22 um den Schaltpunkt herum gehäuft ein/ausgeschaltet wird.
Während die besten Arten zur Ausführung der Erfindung im Detail beschrieben worden sind, gibt es andere Möglichkeiten im Umfang der vorliegenden Erfindung, wie sie beansprucht ist. Kenner der Technik, zu der diese Erfindung gehört, werden verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungen erkennen, um die Erfindung, wie sie in den folgenden Ansprüchen definiert ist, in die Praxis umzusetzen.

Claims

Bilderzeugungssystem (28) zur Verwendung in einem Fahrzeugscheinwerfersteuersystem, umfassend: ein Gehäuse (100), das eine Blende (102) definiert, wobei sich die Blende allgemein zu einer Szenerie (24) hin öffnet; einen Bildsensor (341, der in dem Gehäuse (100) von der Blende (102) entgegengesetzt ist; dadurch gekennzeichnet, dass das Bilderzeugungssystem (28) ferner umfasst: einen Träger (104) in dem Gehäuse (100), der eine erste Öffnung zwischen der Blende (102) und dem Bildsensor (34) und eine zweite Öffnung zwischen der Blende und dem Bildsensor definiert; eine erste Linse (106) in der ersten Öffnung, wobei die erste Linse (106) betreibbar ist, um Licht von der Szenerie (24) auf einen ersten Abschnitt des Bildsensors (34) zu fokussieren; und eine zweite Linse (108) in der zweiten Öffnung, wobei die zweite Linse betreibbar ist, um Licht von der Szenerie (24) auf einen zweiten Abschnitt des Bildsensors (34) zu fokussieren, wobei der zweite Abschnitt des Bildsensors (34) von dem ersten Abschnitt getrennt ist.
Bilderzeugungssystem nach Anspruch 1, worin die erste Linse (106) ferner betreibbar ist, um Licht mit einer ersten Wellenlänge auf den Bildsensor (34) zu fokussieren und worin die zweite Linse (108) betreibbar ist, um Licht mit einer zweiten Wellenlänge auf den Bildsensor (34) zu fokussieren.
Bilderzeugungssystem nach Anspruch 2, worin die Brennweite der ersten Linse (106) bei der ersten Wellenlänge im Wesentlichen gleich der Brennweite der zweiten Linse (108) bei der zweiten Wellenlänge ist.
Bilderzeugungssystem nach Anspruch 2, worin die erste Linse (106) ferner betreibbar ist, um im Wesentlichen cyanfarbiges Licht zu dämpfen, und die zweite Linse (108) ferner betreibbar ist, um im Wesentlichen rotfarbiges Licht zu dämpfen.
Bilderzeugungssystem nach Anspruch 1, worin der Bildsensor (34) eine niedrige Auflösung hat.
Bilderzeugungssystem nach Anspruch 1, das ferner eine Ablenkplatte (142) aufweist, die sich von einem Bereich zwischen der ersten Linse (106) und der zweiten Linse (108) zu dem Bildsensor (34) hin erstreckt, wobei die Ablenkplatte (142) betreibbar ist, um das Auftreffen von durch die erste Linse (106) tretendem Licht auf den zweiten Abschnitt des Bildsensors (34) zu reduzieren und das Auftreffen von durch die zweite Linse (108) tretendem Licht auf den ersten Abschnitt des Bildsensors (34) zu reduzieren.
Bilderzeugungssystem nach Anspruch 1, das ferner einen Verschluss (58) aufweist, der betreibbar ist, um die Intensität des in die Blende eintretenden Lichts zu reduzieren.
Bilderzeugungssystem nach Anspruch 7, worin der Verschluss (58) ein elektrochromes Fenster ist.
Bilderzeugungssystem nach Anspruch 1, worin die in dem Gehäuse (100) definierte Blende von den ersten (106) und zweiten (108) Linsen mit einem Abstand angeordnet ist, der zumindest das zweifache des Abstands zwischen dem Bildsensor (34) und den ersten (106) und zweiten (108) Linsen beträgt.
Bilderzeugungssystem nach Anspruch 1, worin ein erster Abschnitt des die Blende definierenden Gehäuses (100) angeordnet ist, um Licht abzublocken, das andernfalls durch die erste Linse (106) hindurchtreten und als Streulicht auf den zweiten Abschnitt des Bildsensors (34) fallen würde, und worin ein zweiter Abschnitt des die Blende definierenden Gehäuses (100) angeordnet ist, um Licht abzublocken, das andernfalls durch die zweite Linse (108) hindurchtreten und als Streulicht auf den ersten Abschnitt des Bildsensors (34) fallen würde.
Bilderzeugungssystem nach Anspruch 1, das ferner eine Lichtsammellinse (250) aufweist, die nahe der Blende angeordnet ist, wobei die Lichtsammellinse betreibbar ist, um Licht von über der Szenerie (24) zu erfassen und um das erfasste Licht zu der ersten Linse (106) und der zweiten Linse (108) hin umzulenken.
Bilderzeugungssystem nach Anspruch 11, worin die Lichtsammellinse (250) das Licht von im Wesentlichen über dem Fahrzeug und im Wesentlichen vor dem Fahrzeug erfasst.