(57)【要約】【課題】  車両外部照明自動制御システム、特に、車両外部照明自動制御に使用するための光源検出及び分類システムを提供する。【解決手段】  本発明の光学システムは、レンズシステムアセンブリ、スペクトルフィルタ材料、及び遠方の小さな光源を確実に検出することができるように構成されたピクセルアレイを含む。本発明の光学システムは、検出した光源の明るさの正確な測定、及び検出した光源のピーク波長及び主要波長の識別を提供する。本発明の光学システムの使用により、対向車のヘッドライト及び先行する車両のテールランプを互いに区別し、同様に他の光源からも区別する機能がもたらされる。
2005534903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両外部照明自動制御システムと共に使用するための遠方テールランプ検出システムであって、
レンズシステムアセンブリを有する少なくとも１つの光学システム、
を含み、
前記レンズシステムアセンブリは、該レンズシステムアセンブリから１００から２５０メートル離れて位置する直径８から２０センチメートルの赤色テールランプアセンブリによって放射された光線をピクセルアレイ上に投射し、該投射された光線が実質的に少なくとも１つのピクセルピッチに亘るようにする、
ことを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記投射された光線は、関連する明るさを含み、
前記少なくとも１つの光学システムは、前記明るさの正確な測定を提供する、
ことを特徴とする請求項１に記載の遠方テールランプ検出システム。
【請求項３】
前記投射された光線は、関連するピーク波長を含み、
前記少なくとも１つの光学システムは、前記ピーク波長の正確な識別を提供する、
ことを特徴とする請求項１に記載の遠方テールランプ検出システム。
【請求項４】
前記投射された光線は、関連する主要波長を含み、
前記少なくとも１つの光学システムは、前記主要波長の正確な識別を提供する、
ことを特徴とする請求項１に記載の遠方テールランプ検出システム。
【請求項５】
車両外部照明自動制御システムで使用するための、小さな遠方の光源を検出することができる光源検出及び分類システムであって、
空間周波数カットオフを有する少なくとも１つの光学システムと、
ナイキスト周波数限界を有する少なくとも１つのピクセルアレイと、
を含み、
前記空間周波数カットオフは、前記ナイキスト周波数限界に等しいか又はそれ以下である、
ことを特徴とするシステム。
【請求項６】
前記光源は、関連する明るさを含み、
前記明るさの正確な測定を提供する、
ことを特徴とする請求項５に記載の光源検出及び分類システム。
【請求項７】
前記光源は、関連するピーク波長を含み、
前記ピーク波長の正確な識別を提供する、
ことを特徴とする請求項５に記載の光源検出及び分類システム。
【請求項８】
前記光源は、関連する主要波長を含み、
前記主要波長の正確な識別を提供する、
ことを特徴とする請求項５に記載の光源検出及び分類システム。
【請求項９】
前記光源と前記ピクセルアレイとの間に配置された少なくとも１つのスペクトルフィルタ材料を更に含むことを特徴とする請求項５に記載の光源検出及び分類システム。
【請求項１０】
対向車のヘッドライトを先行する車両のテールランプから区別することができることを特徴とする請求項９に記載の光源検出及び分類システム。
【請求項１１】
対向車のヘッドライトを他の光源から区別することができることを特徴とする請求項９に記載の光源検出及び分類システム。
【請求項１２】
先行する車両のテールランプを他の光源から区別することができることを特徴とする請求項９に記載の光源検出及び分類システム。
【請求項１３】
前記少なくとも１つのスペクトルフィルタ材料は、顔料であることを特徴とする請求項９に記載の光源検出及び分類システム。
【請求項１４】
前記顔料は、無機質であることを特徴とする請求項１３に記載の光源検出及び分類システム。
【請求項１５】
前記少なくとも１つのスペクトルフィルタ材料は、前記ピクセルアレイ上に置かれることを特徴とする請求項９に記載の光源検出及び分類システム。
【請求項１６】
前記少なくとも１つのスペクトルフィルタ材料が組み込まれた封入ブロックを更に含むことを特徴とする請求項９に記載の光源検出及び分類システム。
【請求項１７】
前記少なくとも１つのスペクトルフィルタ材料が置かれた封入ブロックを更に含むことを特徴とする請求項９に記載の光源検出及び分類システム。
【請求項１８】
封入ブロック及びレンズシステムアセンブリを更に含み、
前記レンズシステムアセンブリは、前記封入ブロックに取り付けられ、前記少なくとも１つのスペクトルフィルタ材料は、該封入ブロックと該レンズシステムアセンブリとの間に配置される、
ことを特徴とする請求項９に記載の光源検出及び分類システム。
【請求項１９】
前記少なくとも１つのスペクトルフィルタ材料が組み込まれたレンズシステムアセンブリを更に含むことを特徴とする請求項９に記載の光源検出及び分類システム。
【請求項２０】
前記少なくとも１つのスペクトルフィルタ材料が置かれたレンズシステムアセンブリを更に含むことを特徴とする請求項９に記載の光源検出及び分類システム。
【請求項２１】
前記光源と前記ピクセルアレイとの間に配置されたフォトクロミックスペクトルフィルタを更に含むことを特徴とする請求項５に記載の光源検出及び分類システム。
【請求項２２】
前記光源と前記ピクセルアレイとの間に配置されたエレクトロクロミックスペクトルフィルタを更に含むことを特徴とする請求項５に記載の光源検出及び分類システム。
【請求項２３】
封入ブロックと、該封入ブロックに取り付けられたレンズシステムアセンブリとを更に含むことを特徴とする請求項５に記載の光源検出及び分類システム。
【請求項２４】
プリント基板を更に含み、
前記ピクセルアレイは、前記プリント基板に取り付けられ、前記封入ブロックは、該ピクセルアレイの上に成形されて該プリント基板に取り付けられる、
ことを特徴とする請求項２３に記載の光源検出及び分類システム。
【請求項２５】
前記レンズシステムは、ＵＶ硬化接着剤を用いて前記封入ブロックに取り付けられることを特徴とする請求項２３に記載の光源検出及び分類システム。
【請求項２６】
開口絞りを更に含むことを特徴とする請求項５に記載の光源検出及び分類システム。
【請求項２７】
遠視野バッフルを更に含むことを特徴とする請求項５に記載の光源検出及び分類システム。
【請求項２８】
車両外部照明自動制御システムで使用するための光源検出及び分類システムであって、
少なくとも１つのピクセルアレイと、
検出される光源と前記ピクセルアレイとの間に配置された少なくとも１つの着色スペクトルフィルタ材料と、
を含むことを特徴とするシステム。
【請求項２９】
前記少なくとも１つの着色スペクトルフィルタ材料は、赤色を有することを特徴とする請求項２８に記載の光源検出及び分類システム。
【請求項３０】
前記着色スペクトルフィルタ材料は、５８０と６２０ナノメートルの間に５０％透過率の点を有することを特徴とする請求項２９に記載の光源検出及び分類システム。
【請求項３１】
前記着色スペクトルフィルタ材料は、６０５ナノメートルに５０％透過率の点を有することを特徴とする請求項３０に記載の光源検出及び分類システム。
【請求項３２】
前記少なくとも１つの着色スペクトルフィルタ材料は、赤外線を有することを特徴とする請求項２８に記載の光源検出及び分類システム。
【請求項３３】
前記着色スペクトルフィルタ材料は、６３０と７８０ナノメートルの間に５０％透過率の点を有することを特徴とする請求項２９に記載の光源検出及び分類システム。
【請求項３４】
前記着色スペクトルフィルタ材料は、６４０と７００ナノメートルの間に５０％透過率の点を有することを特徴とする請求項３０に記載の光源検出及び分類システム。
【請求項３５】
前記着色スペクトルフィルタ材料は、６８０ナノメートルに５０％透過率の点を有することを特徴とする請求項３０に記載の光源検出及び分類システム。
【請求項３６】
前記着色スペクトルフィルタ材料は、６６０ナノメートルに５０％透過率の点を有することを特徴とする請求項３０に記載の光源検出及び分類システム。
【請求項３７】
前記ピクセルアレイの一方の隣接する半分のピクセルは、前記スペクトルフィルタ材料でフィルタリングされることを特徴とする請求項２８に記載の光学システム。
【請求項３８】
前記ピクセルアレイの個々のピクセルは、フィルタリングされたピクセルとフィルタリングされないピクセルの交替するストライプが形成されるように前記スペクトルフィルタ材料でフィルタリングされることを特徴とする請求項２８に記載の光学システム。
【請求項３９】
前記ピクセルアレイの個々のピクセルは、フィルタリングされたピクセルとフィルタリングされないピクセルのチェッカーボードパターンが形成されるように前記スペクトルフィルタ材料でフィルタリングされることを特徴とする請求項２８に記載の光学システム。
【請求項４０】
赤色スペクトルフィルタ材料、緑色スペクトルフィルタ材料、及び青色スペクトルフィルタ材料は、前記検出される光源と前記ピクセルアレイの間に配置されることを特徴とする請求項２８に記載の光学システム。
【請求項４１】
前記ピクセルアレイの赤色フィルタリングのピクセルは、緑色又は青色フィルタリングのいずれかのピクセルの数と比較して２倍ほど多いことを特徴とする請求項４０に記載の光学システム。
【請求項４２】
前記ピクセルアレイの個々のピクセルは、バイエルパターンが形成されるようにフィルタリングされることを特徴とする請求項４０に記載の光学システム。
【請求項４３】
車両外部照明自動制御システムで使用するための反射光線検出及び分類システムであって、
少なくとも１つのピクセルアレイと、
検出される反射光線と前記ピクセルアレイとの間に配置された赤色スペクトルフィルタ材料と、
を含むことを特徴とするシステム。
【請求項４４】
検出される反射光線とシステムの間に配置された赤外線フィルタ材料を更に含むことを特徴とする請求項４３に記載の反射光線検出及び分類システム。
【請求項４５】
高い色温度を有するヘッドライトを更に含むことを特徴とする請求項４３に記載の反射光線検出及び分類システム。
【請求項４６】
前記色温度は、３５００ケルビンよりも高いことを特徴とする請求項４３に記載の反射光線検出及び分類システム。
【請求項４７】
前記色温度は、３７００ケルビンであることを特徴とする請求項４３に記載の反射光線検出及び分類システム。
【請求項４８】
前記色温度は、４５００ケルビンよりも高いことを特徴とする請求項４６に記載の反射光線検出及び分類システム。
【請求項４９】
前記少なくとも１つのヘッドライトは、高明るさ放電ランプであることを特徴とする請求項４３に記載の反射光線検出及び分類システム。
【請求項５０】
前記少なくとも１つのヘッドライトは、少なくとも１つの発光ダイオードであることを特徴とする請求項４３に記載の反射光線検出及び分類システム。
【請求項５１】
前記少なくとも１つのヘッドライトは、ハロゲン赤外線ランプであることを特徴とする請求項４３に記載の反射光線検出及び分類システム。
【請求項５２】
前記少なくとも１つのヘッドライトは、ハロゲンランプであることを特徴とする請求項４３に記載の反射光線検出及び分類システム。
【請求項５３】
前記少なくとも１つのヘッドライトは、青色強調ハロゲンランプであることを特徴とする請求項４３に記載の反射光線検出及び分類システム。
【請求項５４】
前記ピクセルアレイの一方の隣接する半分のピクセルは、前記スペクトルフィルタ材料でフィルタリングされることを特徴とする請求項４３に記載の反射光線検出及び分類システム。
【請求項５５】
前記ピクセルアレイの個々のピクセルは、フィルタリングされたピクセルとフィルタリングされないピクセルの交替するストライプが形成されるように前記スペクトルフィルタ材料でフィルタリングされることを特徴とする請求項４３に記載の反射光線検出及び分類システム。
【請求項５６】
前記ピクセルアレイの個々のピクセルは、フィルタリングされたピクセルとフィルタリングされないピクセルのチェッカーボードパターンが形成されるように前記スペクトルフィルタ材料でフィルタリングされることを特徴とする請求項４３に記載の反射光線検出及び分類システム。
【請求項５７】
前記検出される光源と前記ピクセルアレイとの間に配置された緑色スペクトルフィルタ材料及び青色スペクトルフィルタ材料を更に含むことを特徴とする請求項４３に記載の反射光線検出及び分類システム。
【請求項５８】
前記ピクセルアレイの赤色フィルタリングのピクセルは、緑色又は青色フィルタリングのいずれかのピクセルの数と比較して２倍ほど多いことを特徴とする請求項５７に記載の光学システム。
【請求項５９】
前記ピクセルアレイの個々のピクセルは、バイエルパターンが形成されるようにフィルタリングされることを特徴とする請求項５７に記載の光学システム。
【請求項６０】
小さな遠方の光源を検出することができる、車両外部照明自動制御に使用するための光学システムであって、
複数のピクセルを有する少なくとも１つのピクセルアレイと、
任意の２つの隣接ピクセル間の最小中心間距離の逆数に等しいか又はそれ以下の空間周波数で最初にｅ-1まで低下する変調伝達関数と、
を含むことを特徴とするシステム。
【請求項６１】
前記遠方の光源は、関連する明るさを含む光線を放射し、
前記明るさの正確な測定を提供する、
ことを特徴とする請求項６０に記載の光学システム。
【請求項６２】
前記遠方の光源は、関連するピーク波長を含む光線を放射し、
前記ピーク波長の正確な識別を提供する、
ことを特徴とする請求項６０に記載の光学システム。
【請求項６３】
前記遠方の光源は、関連する主要波長を含む光線を放射し、
前記主要波長の正確な識別を提供する、
ことを特徴とする請求項６０に記載の光学システム。
【請求項６４】
前記検出される光源と前記ピクセルアレイとの間に配置された少なくとも１つのスペクトルフィルタ材料を含むことを特徴とする請求項６０に記載の光学システム。
【請求項６５】
前記少なくとも１つのスペクトルフィルタ材料は、顔料であることを特徴とする請求項６４に記載の光学システム。
【請求項６６】
前記顔料は、無機質であることを特徴とする請求項６５に記載の光学システム。
【請求項６７】
前記検出される光源と前記ピクセルアレイとの間に配置されたフォトクロミックスペクトルフィルタを更に含むことを特徴とする請求項６０に記載の光学システム。
【請求項６８】
前記検出される光源と前記ピクセルアレイとの間に配置されたエレクトロクロミックスペクトルフィルタを更に含むことを特徴とする請求項６０に記載の光学システム。
【請求項６９】
封入ブロックと、該封入ブロックに取り付けられたレンズシステムアセンブリとを更に含むことを特徴とする請求項６０に記載の光学システム。
【請求項７０】
前記封入ブロックが取り付けられたプリント基板を更に含むことを特徴とする請求項６９に記載の光学システム。
【請求項７１】
前記レンズシステムアセンブリは、ＵＶ硬化接着剤を用いて前記封入ブロックに取り付けられることを特徴とする請求項７０に記載の光学システム。
【請求項７２】
開口絞りを更に含むことを特徴とする請求項６０に記載の光学システム。
【請求項７３】
遠視野バッフルを更に含むことを特徴とする請求項６９に記載の光学システム。
【請求項７４】
小さな狭いスペクトル帯域の遠方光源を検出することができる、車両外部照明自動制御に使用するための光学システムであって、
少なくとも一部分がスペクトルフィルタリングされた複数のピクセルを有する少なくとも１つのピクセルアレイと、
任意の２つの同様にフィルタリングされたピクセル間の最小中心間距離の逆数に等しいか又はそれ以下の空間周波数で最初にｅ-1まで低下する多色変調伝達関数と、
含むことを特徴とするシステム。
【請求項７５】
前記遠方光源は、関連する明るさを含む光線を放射し、
前記明るさの正確な測定を提供する、
ことを特徴とする請求項７４に記載の光学システム。
【請求項７６】
前記遠方光源は、関連するピーク波長を含む光線を放射し、
前記ピーク波長の正確な識別を提供する、
ことを特徴とする請求項７４に記載の光学システム。
【請求項７７】
前記遠方光源は、関連する主要波長を含む光線を放射し、
前記主要波長の正確な識別を提供する、
ことを特徴とする請求項７４に記載の光学システム。
【請求項７８】
前記光源と前記ピクセルアレイとの間に配置された少なくとも１つのスペクトルフィルタ材料を更に含むことを特徴とする請求項７４に記載の光学システム。
【請求項７９】
前記ピクセルアレイの一方の隣接する半分のピクセルは、前記スペクトルフィルタ材料でフィルタリングされることを特徴とする請求項７８に記載の光学システム。
【請求項８０】
前記ピクセルアレイの個々のピクセルは、フィルタリングされたピクセルとフィルタリングされないピクセルの交替するストライプが形成されるように前記スペクトルフィルタ材料でフィルタリングされることを特徴とする請求項７８に記載の光学システム。
【請求項８１】
前記ピクセルアレイの個々のピクセルは、フィルタリングされたピクセルとフィルタリングされないピクセルのチェッカーボードパターンが形成されるように前記スペクトルフィルタ材料でフィルタリングされることを特徴とする請求項７８に記載の光学システム。
【請求項８２】
赤色スペクトルフィルタ材料、緑色スペクトルフィルタ材料、及び青色スペクトルフィルタ材料は、前記検出される光源と前記ピクセルアレイとの間に配置されることを特徴とする請求項７８に記載の光学システム。
【請求項８３】
前記ピクセルアレイの赤色フィルタリングのピクセルは、緑色又は青色フィルタリングのいずれかのピクセルの数と比較して２倍ほど多いことを特徴とする請求項８１に記載の光学システム。
【請求項８４】
前記ピクセルアレイの個々のピクセルは、バイエルパターンが形成されるようにフィルタリングされることを特徴とする請求項８１に記載の光学システム。
【請求項８５】
前記少なくとも１つのスペクトルフィルタ材料は、顔料であることを特徴とする請求項７４に記載の光学システム。
【請求項８６】
前記顔料は、無機質であることを特徴とする請求項７４に記載の光学システム。
【請求項８７】
前記検出される光源と前記ピクセルアレイとの間に配置されたフォトクロミックスペクトルフィルタを更に含むことを特徴とする請求項７４に記載の光学システム。
【請求項８８】
前記検出される光源と前記ピクセルアレイとの間に配置されたエレクトロクロミックスペクトルフィルタを更に含むことを特徴とする請求項７４に記載の光学システム。
【請求項８９】
封入ブロックと、該封入ブロックに取り付けられたレンズシステムアセンブリとを更に含むことを特徴とする請求項７４に記載の光学システム。
【請求項９０】
プリント基板を更に含み、
前記ピクセルアレイは、前記プリント基板に取り付けられ、前記封入ブロックは、該ピクセルアレイの上に成形されて該プリント基板に取り付けられる、
ことを特徴とする請求項８９に記載の光学システム。
【請求項９１】
前記レンズシステムアセンブリは、ＵＶ硬化接着剤を用いて前記封入ブロックに取り付けられることを特徴とする請求項９０に記載の光学システム。
【請求項９２】
開口絞りを更に含むことを特徴とする請求項７４に記載の光学システム。
【請求項９３】
遠視野バッフルを更に含むことを特徴とする請求項７４に記載の光学システム。
【請求項９４】
車両外部照明制御システムに使用するための、小さな遠方光源を検出することができる光学システムであって、
遠方の点光源をピクセルアレイ上に投射し、該投射された遠方の点光源が実質的に少なくとも１つのピクセルピッチに亘るようにするレンズシステム、
を含むことを特徴とする光学システム。
【請求項９５】
前記遠方の点光源は、直径が５から１５センチメートルの範囲であり、光学システムから１００から２５０メートルの間に位置することを特徴とする請求項９４に記載の光学システム。
【請求項９６】
前記投射された遠方の点光源は、実質的に少なくとも２つのピクセルピッチを覆うことを特徴とする請求項９４に記載の光学システム。
【請求項９７】
前記遠方の点光源は、単色であることを特徴とする請求項９４に記載の光学システム。
【請求項９８】
車両外部照明自動制御システムに使用するための光学システムであって、
視野の第１の画像がピクセルアレイの第１の部分に形成され、視野の第２の画像がピクセルアレイの第２の部分に形成されるようにピクセルアレイ上に視野を投射するための二重レンズシステムアセンブリと、
前記視野と前記ピクセルアレイとの間に配置された少なくとも１つの着色スペクトルフィルタ材料と、
を含むことを特徴とする光学システム。
【請求項９９】
前記スペクトルフィルタ材料は、前記第１の画像がフィルタリングされ、前記第２の画像がフィルタリングされないように配置されることを特徴とする請求項９８に記載の光学システム。
【請求項１００】
前記視野と前記ピクセルアレイとの間に配置された赤外線スペクトルフィルタ材料を更に含むことを特徴とする請求項９８に記載の光学システム。
【請求項１０１】
前記二重レンズシステムアセンブリの各レンズシステムは、対称的に切り落とされることを特徴とする請求項９８に記載の光学システム。
【請求項１０２】
視野の第１の画像がピクセルアレイの第１の部分に形成され、視野の第２の画像がピクセルアレイの第２の部分に形成されるようにピクセルアレイ上に視野を投射するための二重レンズシステムアセンブリ、
含み、
前記二重レンズシステムアセンブリの各レンズシステムは、対称的に切り落とされる、
ことを特徴とする光学システム。
【請求項１０３】
車両外部照明自動制御システムに使用するための光学システムであって、
プリント基板に取り付けられたピクセルアレイと、
前記ピクセルアレイの上に成形されて前記プリント基板に取り付けられた封入ブロックと、
を含むことを特徴とする光学システム。
【請求項１０４】
前記封入ブロックは、精密トランスファモールドされることを特徴とする請求項１０３に記載の光学システム。
【請求項１０５】
前記封入ブロックに取り付けられたレンズシステムアセンブリを更に含むことを特徴とする請求項１０３に記載の光学システム。
【請求項１０６】
前記レンズシステムアセンブリは、ＵＶ硬化接着剤を用いて前記封入ブロックに取り付けられることを特徴とする請求項１０５に記載の光学システム。
【請求項１０７】
前記封入ブロックは、位置合わせ形態を含み、
前記レンズシステムアセンブリは、嵌め合い形態を含み、
前記レンズシステムアセンブリは、前記位置合わせ形態が前記嵌め合い形態を受けた状態で前記封入ブロックに取り付けられる、
ことを特徴とする請求項１０５に記載の光学システム。
【請求項１０８】
前記ピクセルアレイ内の各ピクセル上にマイクロレンズを更に含むことを特徴とする請求項１０３に記載の光学システム。
【請求項１０９】
前記ピクセルアレイの近くに配置された光線散乱フィルムを更に含むことを特徴とする請求項１０３に記載の光学システム。
【請求項１１０】
前記封入ブロックは、光学面を含み、レンズシステムアセンブリとして機能することを特徴とする請求項１０３に記載の光学システム。
【請求項１１１】
複数のカスケードレンズシステムを更に含み、
前記封入ブロックは、嵌め合い形態を有し、前記レンズシステムの各々は、該レンズシステムと該封入ブロックとの相互接続のための位置合わせ形態及び嵌め合い形態を有する、
ことを特徴とする請求項１０３に記載の光学システム。
【請求項１１２】
可変焦点距離レンズシステムアセンブリを更に含むことを特徴とする請求項１０３に記載の光学システム。
【請求項１１３】
可変焦点レンズシステムを更に含むことを特徴とする請求項１０３に記載の光学システム。
【請求項１１４】
無色収差補正を提供するレンズシステムアセンブリを更に含むことを特徴とする請求項１０３に記載の光学システム。
【請求項１１５】
車両外部照明自動制御システムに使用するための光学システムを製造する方法であって、
ａ）取り付けられたピクセルアレイが該ピクセルアレイの上に成形されてプリント基板に取り付けられた封入ブロックを有する状態でプリント基板を準備する段階と、
ｂ）レンズシステムアセンブリ及び精密レンズ配置機械を準備する段階と、
ｃ）前記精密レンズ配置機械を利用して、前記レンズシステムを前記封入ブロックの近くの望ましい位置に配置する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１１６】
前記精密レンズ配置機械は、ターゲットを含み、
前記光学システムは、前記レンズシステムアセンブリが前記精密レンズ配置機械によって前記望ましい位置に自動的に位置決めされるように、該精密レンズ配置システムと作動的に結合される、
ことを特徴とする請求項１１５に記載の光学システムを製造する方法。
【請求項１１７】
前記ターゲットは、液晶ディスプレイであることを特徴とする請求項１１５に記載の光学システムを製造する方法。
【請求項１１８】
前記ピクセルアレイは、傾斜したエッジを含むことを特徴とする請求項１１５に記載の光学システムを製造する方法。
【請求項１１９】
前記ピクセルアレイは、前記ピクセルの少なくとも一部分上にスペクトルフィルタ材料を含むことを特徴とする請求項１１５に記載の光学システムを製造する方法。
【請求項１２０】
車両外部照明自動制御システムに使用するための光学システムを製造する方法であって、
ａ）取り付けられたピクセルアレイを有するプリント基板を準備する段階と、
ｂ）レンズシステムアセンブリを、該レンズシステムアセンブリが前記プリント基板に取り付けられるように前記ピクセルアレイの上に成形する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１２１】
前記レンズシステムは、精密トランスファモールドされることを特徴とする請求項１２０に記載の光学システムを製造する方法。
【請求項１２２】
前記ピクセルアレイは、傾斜したエッジを含むことを特徴とする請求項１２０に記載の光学システムを製造する方法。
【請求項１２３】
前記ピクセルアレイは、前記ピクセルの少なくとも一部分上にスペクトルフィルタ材料を含むことを特徴とする請求項１２０に記載の光学システムを製造する方法。
【請求項１２４】
車両外部照明制御システムに使用するための光学システムであって、
一体形スペクトルフィルタ材料を有する２次的基板、
を含むことを特徴とする光学システム。
【請求項１２５】
前記スペクトルフィルタ材料は、前記２次的基板の表面上に被覆されることを特徴とする請求項１２４に記載の光学システム。
【請求項１２６】
前記スペクトルフィルタ材料は、前記２次的基板内に組み込まれることを特徴とする請求項１２４に記載の光学システム。
【請求項１２７】
ピクセルアレイを更に含み、
前記２次的基板は、前記ピクセルアレイの表面に取り付けられる、
ことを特徴とする請求項１２４に記載の光学システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両外部照明自動制御システムに関する。より詳細には、本発明は、車両外部照明自動制御に使用するための光源検出及び分類システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
被制御車両の外部照明の状態を制御するために、様々な光センサ及び／又はセンサのアレイ（一般的に、「ピクセル」のアレイ又は「ピクセルアレイ」と呼ばれる）を利用する車両のための外部照明自動制御システムが開発されている。これらのシステムは、例えば、対向車のヘッドライト及び先行する車両のテールランプを検出し、ヘッドライト又はテールランプが検出された時に被制御車両のハイビームヘッドライトを減光するか又はオフに切り換えるために使用することができる。外部照明自動制御システムは、本明細書においてその開示内容を援用する、Ｓｔａｍ他に付与されて本出願人に譲渡された米国特許出願番号第０９／８００，４６０号に詳細に説明されている。ピクセルアレイを使用する外部照明自動制御システムは、被制御車両の前方の景色の画像を捕捉することができ、外部照明制御の判断を捕捉された画像の様々な状況に基づいて行っている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
外部照明自動制御システムは、制御作動を必要とするシナリオと必要としないシナリオとを別々に分類するために、所定の景色の様々な特徴を正確に区別することを要求される。例えば、先行する車両のテールランプは、赤い交通信号と赤い道端の反射鏡から区別されるべきである。被制御車両のハイビームがオンの時、先行する車両のテールランプが検出された場合は、自動的にロービームに切り換えるか又はハイビームを減光することが望ましい。反対に、赤い交通信号と赤い道端の反射鏡の検出によって被制御車両のハイビームの切替又は減光が引き起こされるべきではない。
【０００４】
外部照明制御のためのセンサ及び光学システムの大きな特徴は、遠方の小さな光源の明るさ及び色を検出して正確に測定するその能力に関連する。満足に機能するために、そのような用途の光学システムは、少なくとも１００メートル、最も好ましくは、２００メートル以上離れた先行する車両のテールランプを識別することができるのが好ましい。
【０００５】
光学システムの解像度は、所定の景色内の様々な対象物を正確に区別する際の重要な特徴である。ピクセルアレイの隣接するピクセル間の中心と中心との距離は、一般的に「ピクセルピッチ」と呼ばれる。所定のピクセルピッチ及び関連するレンズシステムの設計は、対応する光学システムの解像度を導出する２つの重要な構成要素である。
【０００６】
一般的なテールランプの直径は、約１０センチメートル又はそれ以下である。２００メートルの距離でそのようなテールランプがなす角度は、鮮明に焦点の合った光学システムのセンサ又はピクセルアレイ上に投射された時に約０．０３°である。外部車両照明制御用途に使用するための関連レンズシステムを有する一般的なピクセルアレイは、水平及び垂直方向にピクセルあたり０．１°〜０．５°を撮像するように設計される。その結果、公知の光学システムを使用すると、典型的なピクセルアレイ上へのテールランプの投射のサイズは、１ピクセルピッチよりもかなり小さくなる。
【０００７】
公知の車両外部照明自動制御システムでは、投射した遠方の光源に関連する小さなサイズは、対応する光源の色及び明るさを正確に判断するシステムの機能を大きく妨げる。これは、主として、公知のセンサ及び公知のピクセルアレイの個々のセンサが不均一な応答を有するという事実のためであり、ピクセルの感度は、光が入射するピクセルの領域によって変動することになる。例えば、トランジスタ又はピクセル内で光子を吸収しない他の構造物に当った光は全く吸収されず、従って検出されないことになる。更に、光子が吸収される地点と生成された電子が拡散していくべき対応する収集ノードとの間の距離により、所定のピクセルは、様々な領域に当たる光に多かれ少なかれ感応するであろう。
【０００８】
本明細書において援用するＦｏｓｓｕｍに付与された「アクティブピクセルセンサの量子効率の改善」という名称の米国特許第６，００５，６１９号明細書は、車両外部照明制御システムでの使用に適するＣＭＯＳピクセルアレイに使用するためのフォトゲートアクティブピクセルのピクセル構造を説明している。図２６は、Ｆｏｓｓｕｍの装置からの４つのピクセルのグループを示す。図２６から容易に分るように、２６００、２６０２、２６０４、及び２６０６によって表された各ピクセルを形成するいくつかの異なる材料及び構造がある。すなわち、入射光線に対するピクセルの感度は、光子が入射するピクセルの特定の領域によって変化する。上述のように、マイクロレンズを使用してピクセルの最も感度がよい区域に光線を集束させることができる。
【０００９】
遠方の小さな光源の色及び明るさを判断しようとする時、ピクセルの不均一性が特に問題になる。例えば、米国特許出願番号第０９／８００，４６０号明細書で説明されている光学システムは、第１及び第２のレンズシステムを有するレンズシステムアセンブリを使用する。第１のレンズシステムは、関連するピクセルアレイの半分の上に関連する視野を投射し、第２のレンズシステムは、ピクセルアレイの他の半分の上に実質的に同じ視野を投射する。第１のレンズシステムによって投射される光線の赤色がフィルタリングされるように、光学システムに赤色スペクトルフィルタが配置される。赤色スペクトルフィルタを通して投射された光線をフィルタリングされないか又は相補的にフィルタリングされた光線と比較することにより、視野内の各対象物の相対的な赤色が判断される。光源が小さく遠方の光源である時に、第２のレンズシステムに対する第１のレンズシステムの小さなずれは、相対的な色測定に大きな誤差を引き起こす可能性がある。赤色スペクトルフィルタレンズシステムによって投射された遠方の光源がピクセルの感度のよい領域上に入射し、一方、第２のレンズシステムによって光源が感度の悪い領域上に投射され、異常に高い赤色値をもたらす場合がある。その後の画像では、以上のシナリオが反対になり、光源に帰すべき異常に低い赤色値をもたらすであろう。その結果、公知のシステムの遠方テールランプ検出は、いくつかのシナリオにおいては満足なものとは言えないものである。
【００１０】
従って、車両外部照明自動制御システムの技術において、小さな遠方光源の明るさ及び色をより正確に検出することができる光学システムに対する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の実施形態によれば、遠方の小さな光源によって放射された光線をセンサ又はピクセルアレイ上に投射し、投射された光線がそれぞれ少なくとも１つのセンサ全体又は少なくとも１ピクセルピッチを覆うレンズシステムが提供される。この第１の実施形態による光学システムは、関連するナイキスト周波数限界を有するピクセルアレイを含む。光学システムは、関連する空間周波数カットオフを有する。好ましい光学システムでは、空間周波数カットオフは、ピクセルアレイのナイキスト周波数限界よりも小さいか又はそれに等しい。
【００１２】
本発明の別の実施形態では、各ピクセルに隣接してマイクロレンズが配置される。各マイクロレンズは、対応する入射光線が所定のピクセルの最も感度の良い部分上に集束するようにそれらを投射する。単一センサ又はアレイにグループ分けされない個々のセンサを使用する光学システムでは、各センサに対してマイクロレンズを使用することが好ましい。
【００１３】
上述の実施形態に対する他の実施形態として、光線散乱フィルム材料が、レンズシステムアセンブリとピクセルアレイとの間に重ね合わされるか、又はレンズシステムアセンブリに一体化される。レンズシステムアセンブリによってセンサ又はピクセルアレイに向けて投射された光線は、投射された光線が個々のピクセルに亘ってより均一に入射するように散乱される。
【００１４】
本発明の更に別の実施形態では、様々なスペクトル帯域の光線を正確に色で分類することができるように、光学システムにスペクトルフィルタ材料が組みこまれる。それにより、例えば、白色の光源から赤色の光源を区別することができる。本発明の特定の実施形態は、可視スペクトルを通して光源間の差異を見分けることができる。更に他の実施形態では、紫外線と赤外線はフィルタリングされ、センサ又はピクセルアレイ上に投射されるのが妨げられる。スペクトルフィルタ材料は、染料ではなく顔料が好ましい。
【００１５】
本発明の更に別の実施形態では、光学システムには、個々のピクセル上に様々なスペクトル帯域のフィルタ材料を有するピクセルアレイが設けられる。この実施形態では、同じようにフィルタリングされた任意の２つのピクセル間の最小中心間距離の逆数よりも少ないか又はそれに等しい空間周波数で最初にｅ-1まで低下する多色変調伝達関数を有する光学システムが好ましい。
【００１６】
本発明の一実施形態では、様々な道端の反射物からの反射と対向車のヘッドライトからの合図及び先行する車両のテールランプからの合図とを区別するより大きな機能をもたらすための高明るさ放電（ＨＩＤ）、タングステンハロゲン、及び青色強調ハロゲンのような様々な外部車両照明が使用される。望ましい結果をもたらすために、外部車両照明と組み合わせて特定のスペクトルフィルタ材料が使用される。
【００１７】
本発明の更に別の実施形態では、レンズシステムアセンブリがセンサ又はピクセルアレイの近くの正確な位置に固定されるように保証する光学システムを製造する方法が提供される。封入ブロックが、それが関連の回路基板に固定されるようにピクセルアレイの上にトランスファモールドされる。封入ブロックは、レンズシステムアセンブリを配置するための取付け面を形成する。精密レンズシステム配置機械を使用してピクセルアレイをレンズシステムアセンブリに対して移動するが、好ましくは、レンズシステムアセンブリを空間的にターゲットに対して固定し、それに対してピクセルアレイを移動する。しかし、ピクセルアレイを空間的にターゲットに対して固定することができ、レンズシステムアセンブリがそれに対して移動されてもよい。ターゲットが望むようにピクセルアレイ上に投射された時点で、レンズシステムアセンブリは、好ましくは紫外線硬化エポキシ又は他の接着剤を使用してピクセルアレイに対して固定される。
【００１８】
本発明の製造方法の別の実施形態では、精密トランスファモールド装置を使用して、レンズシステムアセンブリをピクセルアレイの近くにトランスファモールドする。レンズシステムアセンブリと封入ブロックを一段階で成形することにより、製造方法が簡単になり、コストの低減をもたらす。
【００１９】
本発明の製造方法の更に別の実施形態では、精密トランスファモールド装置を使用して、封入ブロックを精密レンズシステムアセンブリ取付構造体と共にトランスファモールドする。レンズシステムアセンブリには、レンズシステムアセンブリが所定の位置に「スナップ式」に嵌ることができるように嵌め合い取付構造が設けられる。この製造方法により、レンズシステムアセンブリの交換が容易になる。
【００２０】
好ましいレンズシステムは、自動車の環境で光学系が露出されることがある潜在的に高い温度に耐えるようにポリカーボネートで成形される。好ましいトランスファモールド封入ブロック、又は組み合わせて成形した時の封入ブロック及びレンズは、熱膨張率が小さく熱安定性の高いエポキシ材料で形成され、光学システムが自動車の環境に耐えることを保証する。
【００２１】
本発明の特徴及び利点は、本発明を実施するための最良の様態の以下の詳細説明を添付図面及び特許請求の範囲と共に読むと容易に明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
被制御車両の前方の景色における対象物を検出するための光学システムを利用する車両外部照明自動制御システムは公知である。検出された対象物は検査され、被制御車両の外部照明を検出された対象物によって制御することができるように分類される。公知の車両外部照明自動制御システムの１つは、本明細書においてその開示の全内容が援用されるＳｔａｍ他に付与されて本出願人に譲渡された米国特許出願番号第０９／８００，４６０号明細書に詳細に説明されている。本明細書で使用される時、用語「被制御車両」は、外部照明自動制御システムを有する車両を意味する。
【００２３】
本発明による光学システムは、公知のシステムと比較した時に、遠方の小さな光源を検出してより正確な明るさ及び色の区別を提供することができる。それにより、被制御車両の前方の景色内の対象物を分類する関連の車両外部照明自動制御システムの性能は大幅に改善される。本明細書で使用される時、用語「光源」は、光線を放射する装置（すなわち、ヘッドライト、テールランプ、街路灯、交通信号など）、並びに光線を反射する装置（すなわち、道端の反射鏡、道端の信号、車両に装備された反射鏡など）を含む。本明細書で使用される時、「正確な」という用語は、小さな遠方の光源の明るさ及び色を予測可能かつ確実に測定し、それが、次に、対向車のヘッドライトと先行する車両のテールランプとを相互に及び他の光源から予測可能かつ確実に区別することを容易にする光学システムの性能を意味する。
【００２４】
最初に図１を参照すると、被制御車両１１０内に本発明による光学システム１０５が示されている。テールランプ１１６を有し、約２００メートルの距離を置いて被制御車両に先行する第１の車両１１５と、ヘッドライト１２１を有し、反対方向から被制御車両１１０に接近する第２の車両１２０に関連して被制御車両１０が示されている。光学システム１０５の全体の視野は、図１の被制御車両１１０の前部から延びる破線１２５の範囲で示されている。
【００２５】
本発明による光学システム２０５を組み込む車両外部照明自動制御システムのブロック図を図２に示す。図２に示すように、処理及び制御システム２５５を使用して関連するピクセルアレイの様々なパラメータを制御し、光学システム２０５によって得られたデジタル画像を取得して処理する。処理及び制御システム２５５は、関連する被制御車両の外部光源コントローラ２７０に伝送される制御信号２６５を最終的に生成する。
【００２６】
一般的に、本発明による光学システムは、プリント基板に装着されたレンズシステムアセンブリ、スペクトルフィルタ材料システム、及びピクセルアレイを含む。光学システムは、好ましくは、レンズシステムアセンブリをピクセルアレイに対して位置合わせするように精密に制御する方法に従って製造される。ピクセルアレイの上面は「画像平面」を形成する。
【００２７】
レンズシステムアセンブリは、単一のレンズシステム又は複数のレンズシステムを含んでもよい。各レンズシステムは、単一の光学面か、又は各レンズが関連の光学面を有する複数のカスケードレンズを含むことができる。単一又は複数のレンズシステムは、ピクセルアレイに恒久的に取り付けられるか、又は取外し可能に交換可能である。本発明の様々な実施形態による様々なレンズシステムアセンブリは、図３、８、１０、及び１３〜２０に示されている。当業者には他のレンズシステムアセンブリが明白であり、それらは、本発明と共に使用されることが考えられる。レンズシステムアセンブリは、遠視野バッフル、シャッタ絞り、開口絞り、及びシステムの撮像性能に影響を与える役割をする他の構造を含むことができる。
【００２８】
スペクトルフィルタ材料システムは、単一スペクトル帯域ブロック特性を含むことができ、又はピクセルアレイ内の個々のピクセル又はピクセルのグループが固有にフィルタリングされる複数スペクトル帯域ブロック特性を含むことができる。図３、８、１１ａ、１１ｂ、及び１２は、本発明の様々な実施形態によるスペクトルフィルタ材料システムを示している。本発明による光学システムは、個々のセンサ、ピクセル、又は他とは別にフィルタリングされたピクセルのグループを有することができる。スペクトルフィルタ材料は、吸収型又は反射型のいずれかとすることができる。
【００２９】
ピクセルアレイは、本明細書に含まれた光学システム実施例においてより詳細に説明するように、少数の大きなピクセルを有する低解像度装置とすることができ、又は多くの小さなピクセルを有する高解像度装置とすることもできる。別々に又は組み合わせで製造された複数のピクセルアレイ又は画像センサは、それぞれ潜在的に固有のレンズシステム及びスペクトルフィルタ特性を有し、本発明による車両外部照明自動制御に使用することができる。
【００３０】
ピクセルアレイは、アレイの１つの区域から他の区域にサイズが変化する個々のセンサ又はピクセルを含むことができる。本明細書に詳細に説明するように、本発明による製造方法は、望ましい解像度を達成するために光学システムの正確な集束をもたらす。得られる光学システムは、鮮明に集束されるか、焦点ぼけされるか、近視的にされるか、又は遠視的にすることができる。
【００３１】
複数のレンズシステムアセンブリを使用する本発明による光学システムは、全てのレンズシステムを全く同じように集束させてフィルタリングさせるか、又は、各レンズシステムを固有に集束させる、及び／又は固有にフィルタリングさせることができる。フィルタリングは、所定のレンズシステムに関連する全体のピクセルアレイの一部分の個々のピクセルに対して設けられか、レンズシステムとピクセルアレイとの間に挿入されるか、又はレンズシステムアセンブリに統合することができる。
【００３２】
作動時に、ピクセルアレイを有する光学システムは、光学システムの視野における関連の景色の「デジタル画像」を作り出す。景色内の対象物から発する光線は、アレイ内の各ピクセルが全体の景色のセグメントに関連する光線に露出されるように、レンズシステムアセンブリによってピクセルアレイ上に投射される。本明細書に含まれる光学システムの説明から明らかになるように、デジタル画像は、単に実際の景色の近似である。各ピクセルの出力は、所定時間の間にその上に入射する光線に比例し、実際の景色をデジタル画像の形態で再構成するために関連するデジタル画像処理システムによって使用される。所定のピクセル上に投射された全体の景色の区域又はセグメントのサイズは、デジタル画像の得られる解像度を決める。各ピクセルの出力が全体の景色の比較的広い区域又はセグメントを表すように大きな視野が少数の大きなピクセル上に投射された場合、得られるデジタル画像は「粒子が粗く」現れることになり、実際の景色内の個々の対象物は、デジタル画像内の１つの集合的な対象物で現れやすく、これは、景色に包含された小さな遠方の対象物に関して特に当てはまることを認めることができる。反対に、各ピクセルの出力が全体の景色の比較的狭い区域又はセグメントを表すように小さな視野が小さな多くのピクセル上に投射された場合、得られるデジタル画像は「平滑」に現れ、実際の景色内の個々の対象物は、デジタル画像内で識別しやすいままになることになる。
【００３３】
視野のサイズと個々のピクセルのサイズ以外に、小さな遠方の光源を検出する光学システムの性能にいくつかの要素が影響する。本発明をより明快に理解することができるように、ここで、本明細書で使用されるいくつかの用語を定義する。
【００３４】
本明細書では、用語「空間周波数」は、景色内に包含される詳細さのレベルを定量化するために使用され、本明細書では、画像平面上でミリメートルあたりのサイクル（サイクル／ミリメートル）として測定される。一例として、少数の交替する着色された幅の広い線を包含する景色は、低空間周波数を取り囲むものとして特徴付けられ、一方で多くの交替する着色された幅の狭い線を包含する景色は、高空間周波数を取り囲むものとして特徴付けられる。第２の例として、少数の交替する着色された大きなチェッカーボードパターンの正方形を包含する景色は、低空間周波数を取り囲むものとして特徴付けられ、一方で多くの交替する着色された小さなチェッカーボードパターンの正方形を包含する景色は、高空間周波数を取り囲むものとして特徴付けられる。線を有する例は、一次元空間周波数として更に特徴付けられ、一方で正方形を有する例は、２次元空間周波数を有するものとして更に特徴付けられるであろう。
【００３５】
本明細書で、用語「空間周波数応答」は、景色の画像をピクセルアレイの表面に投射する時の景色内の詳細を解像する所定の光学システムの機能を定量化するために使用される。一例として、ピクセルアレイ上に投射された時に明確さと識別性を保つ小数の幅の広い線を包含する景色のような低空間周波数の景色に対して、所定の光学システムは、高空間周波数応答を有することができる。ピクセルアレイ上に投射された時に互いにぼける場合がある多くの幅の狭い線を包含する景色のような高空間周波数の景色に対して、同じ光学システムは、低空間周波数応答を有することができる。空間周波数応答は、一般的に、画像平面に対して測定されるか又は計算される。画像平面は、上述のようにピクセルアレイの上面によって形成される。
【００３６】
用語「変調伝達関数（ＭＴＦ）」は、空間周波数の所定領域に対する所定光学システムの空間周波数応答の機能を定量化するために使用される。ＭＴＦは、単一波長の光線を包含する景色を撮像する光学システムに適用される時は、更に「単色性」と定義され、複数波長の光線を包含する景色を撮像する光学システムに適用される時は、「多色性」と定義され、後者の場合、光学システムによって撮像されたスペクトル帯域全体を考慮することにより解析が実行される。本明細書で与えられる実施例のＭＴＦプロットの垂直軸のスケールは、水平軸上の空間周波数ゼロで１である。
【００３７】
用語「空間周波数カットオフ」は、空間周波数応答が最初に望ましい閾値よりも小さいか又はそれに等しくなる最低空間周波数を意味する。本明細書でそれ以外に定義される場合を除いて、一般的に、この閾値はｅ-1であることになる。
【００３８】
用語「絶対空間周波数カットオフ」は、空間周波数応答が最初にゼロに等しくなる最低空間周波数を意味する。
【００３９】
一般的に、用語「ナイキスト周波数限界」は、所定のピクセルアレイによって誤差がなくサンプリングすることができる最大空間周波数を意味し、本明細書では、サイクル／ミリメートル（ｃｙｃｌｅｓ／ｍｍ）として測定される。一般の場合、所定ピクセルアレイのナイキスト周波数限界は１／（２ｄ）に等しく、ここで、ｄは、隣接するピクセル間の中心間距離である。しかし、本明細書に説明する特定の事例があり、そこでは、ナイキスト周波数限界が特定のピクセルアレイに対して再定義される。隣接するピクセル間の中心間距離は、一般的に「ピクセルピッチ」と呼ばれる。
【００４０】
光学システムの空間周波数応答がピクセルアレイのナイキスト周波数限界を超えると、得られるデジタル画像は、恐らく実際の景色を正確に描写しない。従って、本発明による好ましい光学システムは、関連するピクセルアレイのナイキスト周波数限界よりも小さいか又はそれに等しい空間周波数応答を有する。
【００４１】
上述の通り、及び本明細書で詳細に説明するように、デジタル画像内の対象物は、分類されて車両外部照明自動制御の基礎を提供する。本発明による光学システムは、車両外部照明自動制御以外に、降雨感知、適応クルーズコントロール、車線離脱警告、一般的人工視覚機能のような機能を実行することができる。従って、選択された光学システムの構成は、少なくとも部分的に所定の用途に依存することになる。
【００４２】
ここで図３に移ると、本発明の好ましい実施形態は、光学システム３０５として示されている。ピクセルアレイ３１０は、ダイ取付接着剤（図示しない）でプリント基板３１５上に装着され、ワイヤボンディング（図示しない）で電気接続されている。本発明は、いかなるピクセルの数、ピクセルのサイズ、ピクセルの種類、又はピクセルの配置にも限定されないが、適切に少数のピクセルを使用することは有利であり、関連のデータ処理、データ伝送、及びデータ保存の要件を最小にする。レンズシステムアセンブリ３３０は、第１のレンズシステム３３１と第２のレンズシステム３３２とを含み、各レンズシステムは、被制御車両の前方の景色の２つの個々の画像がピクセルアレイの分離された半分に形成されるように、光線３４０をピクセルアレイ３１０上に投射する。レンズシステムアセンブリ３３０は、好ましくは、光学システム３０５が車両のルームミラーの領域に取り付けられた時に露出される可能性がある潜在的な高温に耐えるようにポリカーボネートで成形される。封入ブロック３２５は、好ましくは、大阪府茨木市下保の日東電工から入手可能である型番「ＮＴ−３００Ｈ」のような透明なエポキシのトランスファモールドにより、封入ブロックがプリント基板に取り付けられるように、ピクセルアレイ３１０を覆ってプリント基板３１５上に形成される。本明細書においてその全内容が援用される、Ｓｔａｍ他に付与されて本出願人に譲渡された米国特許第６、１３０，４２１号明細書は、本発明と共に使用するように想定された他の構造を開示している。
【００４３】
開口絞り３４５は、光線が２つのレンズの光学面を通る以外に光学システム３０５に入ることを阻止する。遠視野バッフル（図示しない）は、望ましい視野を超えた対象物からの光線がピクセルアレイ上に投射されることを排除する。
【００４４】
好ましくは、レンズシステムアセンブリ３３０は、米国ニュージャージー州クランベリーのノーランド・プロダクツから入手可能である型番「Ｎｏｒｌａｎｄ−６８」のＵＶ硬化接着剤３３５により封入ブロック３２５に取り付けられる。好ましくは、レンズシステムアセンブリの適正なアラインメントと合焦は、未硬化の接着剤３３５を間に置いて封入ブロックの上に配置されたレンズシステムアセンブリを有する光学システム３０５を作動させることによって達成される。レンズシステムアセンブリ３３０の位置は、好ましい製造方法に関連して以下に詳細に説明するように、関連するターゲットの画像が望ましい解像度になるまで調節される。その時点で、ＵＶ光線が導入され、接着剤を硬化させてレンズシステムアセンブリをピクセルアレイに対して所定の位置に固定する。本発明による好ましい製造方法は、以下で詳細に説明される。これに代えて、代替製造方法に関連して以下で説明するように、２つのレンズ表面を封入ブロック３２５と一体化して形成することができる。
【００４５】
好ましくは、図３に示すように、光学システム３０５の第１及び第２のレンズシステム３３１及び３３２は、個々のレンズシステムの直径よりも短い間隔で配置され、各レンズシステムのいくらかの切り落としをもたらす。隣接するエッジのみでの切り落としは、図３及び１６に示すように、対称性を失う原因となり、その結果として全体の光学システムに付随する収差の不均一性がもたらされる。この不均一性は、個々のレンズシステムによって投射された対象物間の明るさの比較が行われる軸外の撮像に対して問題が多い場合がある。非対称性が原因の収差を改善するために、各レンズシステムは、隣接するエッジと同様に外側のエッジで切り落とすことができる。図１５は、本発明による光学システムの一部として対称に切り落とされたレンズシステムを表す。
【００４６】
図３に戻ると、好ましくは、赤色スペクトルフィルタ材料３２０が、ピクセルアレイ３１０の半分の上に配置される。赤色スペクトルフィルタ材料３２０は、好ましくは、光学システム３０５が直接太陽に向けられた時に時々発生する場合がある高放射負荷に耐えるように選択される。光学システムが直接太陽に向けられると、太陽光線は、スペクトルフィルタ材料３２０及びピクセルアレイ３１０に投射される。多くの公知のスペクトルフィルタ材料は、これらの条件下で劣化しやすい光吸収染料を包含している。フィルタ材料の劣化の問題に対処するために、スペクトルフィルタ材料３２０は、好ましくは、染料ではなく顔料を包含するように選択される。顔料は、一般的に無機質であり、高放射負荷に対して染料よりも遥かに抵抗性があるように作ることができる。顔料を含みピクセルアレイに対するパターン化に適するスペクトルフィルタ材料は、米国ミズーリ州ロラ所在のブルーワー・サイエンス・インコーポレーテッドから入手可能であり、型番「ＰＳＣＲｅｄ−１０１」のスペクトルフィルタ材料が好ましい。着色スペクトルフィルタ材料の使用の代わりに、多層の薄膜干渉フィルタもまた使用される。ピクセルアレイ上で使用するための干渉フィルタを配置する処理は、本明細書においてその開示の全内容が援用される、Ｂｕｃｈｓｂａｕｍに付与された米国特許第５，７１１，８８９号に説明されている。
【００４７】
光学システムを更に保護するために、フォトクロミック又はエレクトロクロミックスペクトルフィルタ（図示しない）が、好ましくは、光学システム３０５の前に配置され、これは、安定性が低いフィルタ材料が使用される時に特に好ましい。フォトクロミックスペクトル材料は、高レベルの光を受けると暗くなる。従って、フォトクロミックスペクトルフィルタ材料は、天気の良い日中は暗くなり、従って、光学システムを損傷させる可能性がある大部分の光を減衰させる。外部照明自動制御機能が必要な夕方には、フォトクロミックスペクトルフィルタ材料は透明になるであろう。エレクトロクロミックスペクトルフィルタは、フォトクロミックスペクトルフィルタと同じ恩典を提供するが、エレクトロクロミックスペクトルフィルタは、関連の暗化を制御するのに外部装置を必要とする。フォトクロミック及びエレクトロクロミックスペクトルフィルタは、本発明と共に使用するように想定されている。
【００４８】
好ましくは、赤外線除去スペクトルフィルタ材料（図示しない）は、光学システムの前か又は光学システム内の任意の場所に配置され、約６８０ｎｍを超える波長の光線がピクセルアレイ上に投射されるのを防止する。任意的に、各レンズシステムのパラメータは、所定の光学システムによって撮像された特定のスペクトル帯域に対する追加のスペクトルフィルタ材料を使用して更に最適化することができる。本発明の光学システムを収容した車両は、光学システムに太陽からの入射光線を受けて長時間に亘って駐車することを予知することができるので、有害な太陽光線が光学システムに入るのを阻止するスペクトルフィルタ材料を設けることは有用である。同様に、光学システムの所定の機能に貢献しないいかなる光線も光学システムに入射するのを阻止されるべきである。
【００４９】
ピクセルアレイの空間周波数応答は、そのナイキスト周波数限界に制限される。ナイキスト周波数限界は、１／（２ｄ）に等しく、ｄはピクセルピッチである。一般的な場合、ピクセルピッチは、１つのピクセルの中心から隣接するピクセルの中心までで測定される。ピクセルが正方形でない場合は、最大水平及び垂直空間周波数は異なる場合があり、ナイキスト周波数限界は、最大寸法に対して考えるべきである。
【００５０】
パターン化されたカラースペクトルフィルタ材料アレイを有するピクセルアレイのナイキスト周波数限界を考える時、ピクセルピッチは、特定の色の１つのピクセルの中心からその同じ色の最も近いピクセルの中心までの距離として考えるべきである。図１１ａのバイエルパターンの場合、特定の色のどのピクセルも同じ色の別のピクセルから２ピクセル離れているが、例外は互いに対角線に配置された緑色のフィルタリングピクセルの場合であり、その場合は、ピクセルアレイのナイキスト周波数限界に関しては、青色と赤色のピクセルが考慮されるべきである。
【００５１】
光学システムの空間周波数応答が低下すると、遠方の光源は、画像内で互いにぼやける傾向がある。２つの対象物を互いに区別する時に、このぼやけは不利であろう。例えば、テールランプと頭上の外灯が、１つの対象物の中にぼやける場合がある。これを回避し、個別の対象物を互いに区別するために、デジタルサンプリングの精度の妥協が必要な場合がある。厳しいナイキスト周波数限界の判断基準は、ｄがピクセルピッチの時に、光学システムの空間周波数のカットオフが１／（２ｄ）よりも小さいか又はそれに等しいことを意味する。ナイキスト周波数限界の判断基準は、光学システムの機能性を完全には阻害することなく、かつ本発明の精神から逸脱することなく、区別を増大するために破ることができる。
【００５２】
図４、７、３６、及び３７に示すように、カットオフ近くの高い周波数で変調伝達関数（ＭＴＦ）は大幅に減少することが分る。大多数の車両の光源は広帯域エミッタなので、使用されるスペクトル帯域幅に亘って多色ＭＴＦを考慮することができる。多色ＭＴＦがピクセルピッチの逆数よりも小さいか又はそれに等しい空間周波数で最初にｅ-1まで低下する光学システムは、本発明に従うものである。
【００５３】
厳しいナイキスト周波数限界が破られても、満足できる性能を依然として達成することができる。本発明による光学システムは、全ての可視波長の光線を撮像することができ、従って、多色光源に対する光学システムの空間周波数応答を低下させる。図１４に示すような無色レンズシステムを使用して、より良好な多色空間周波数応答を達成することができる。光学システムによって撮像されたスペクトル帯域に対して同じカラースペクトルフィルタを包含する任意の２つのピクセル間の最小距離の逆数よりも小さいか又はそれに等しい空間周波数で多色ＭＴＦがｅ-1まで低下する光学システムは、同じく本発明に従うものである。
【００５４】
以下の実施例は、例示の目的で本発明を表すように意図されており、決して本発明の範囲を制限するものと解釈されるべきではない。当業者が認めるように、本発明は、特定の作動的要求を満足させる多くの光学システム特性を組み込むことができる。
【００５５】
実施例１ａ
この実施例の光学システムは、図３に関連して示して説明したように構成され、鮮明に集束した光学システムをもたらす。ピクセルアレイは、相補形金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）アクティブピクセルアレイで、水平方向に６４ピクセル及び垂直方向に８０ピクセルが配置された３０ミクロンのフォトゲートピクセルである。封入ブロックの厚さ（図３に示す寸法Ｃ）は、ピクセルアレイの上面から封入ブロックの上面まで測定して３．７５ミリメートルである。各レンズシステムは、直径が４．４ミリメートル、曲率半径が２．６ミリメートル、円錐定数が−０．４である。レンズシステムアセンブリの厚さ（図３の寸法Ａ）は、３．０ミリメートルである。個々のレンズシステムの中心は１．４４ミリメートルだけ離して配置され、各レンズシステムは、一方の側で切り落とされてレンズシステムの中心対中心の距離を望ましい距離に配置し、レンズシステムアセンブリを形成する。水平方向に６０ピクセル、及び垂直方向に２６ピクセルのサブウインドウが選択され、ピクセルアレイの各半分で画像を取得し、ほぼ水平方向に２４°×垂直方向に１０°、すなわち、ピクセルあたり０．４°の視野を形成する。最初の解析は、焦点が最も鮮明になるように配置されたレンズシステムアセンブリを有する光学システム上で実行された。これは、ＵＶ硬化接着剤の厚さが０．２６ミリメートルの時に起きる。
【００５６】
図４は、この実施例の光学システムの「変調伝達関数（ＭＴＦ）」のプロットを示している。本明細書に説明した光学システムを解析し、関連のＭＴＦプロットを生成するために、詳細を以下に説明する「Ｚｅｍａｘ」レンズ設計ソフトウエアが使用された。実施例１ａ及び１ｂの実際の光学システムは、切り落としレンズシステムを含むが、解析は、非切り落としレンズシステムを表すデータを使用して近似された。ＭＴＦのプロットは、光学システムの空間周波数応答を示し、従って、対象物を投射するレンズシステムの機能を撮像された景色の解像度の関数として説明する。この実施例の光学システムの結果は、６２０ｎｍの単一波長で軸上に撮像する時に、図４の参照番号４０５で示された約２６０サイクル／ミリメートルの絶対空間周波数カットオフを有する。３０ミクロンのピクセルでは、ピクセルアレイのナイキスト周波数限界は、１６．６７サイクル／ミリメートルである。
【００５７】
光学システムの空間周波数応答は、ピクセルアレイのサンプリング能力を大幅に超え、撮像された景色のデジタル表示に重大な潜在的誤差をもたらす。実際のテールランプの撮像に適用することを考慮すると誤差の程度は小さい。この目的では、遠方のテールランプは、一般的に光軸の１°以内に配置され、従って、軸上ＭＴＦが考慮されるべきである。しかし、代表的なテールランプは、広範囲の波長の光の広帯域エミッタであり、複数波長のＭＴＦを考慮することができる。赤色スペクトルフィルタ材料と赤外線スペクトルフィルタ材料との組合せは、レンズシステムアセンブリの空間周波数応答をある程度低下させる、テールランプを撮像するための約６００〜６８０ｎｍのスペクトル帯域をもたらす。
【００５８】
上述の解析は、図５に関連して更に明確にされる。図５は、この実施例の光学システムの取り囲まれたエネルギのプロットを表し、このプロットは、撮像された点の中心からの距離の関数である全エネルギの積分を示している。図示のように、波長が６２０ｎｍの光の軸上撮像に対して、全エネルギの９０％は、半径が３．０ミクロンのスポットに包含される。このスポットは、３０ミクロンのサイズのピクセルよりもかなり小さく、上述の誤差をもたらすであろう。上述のように、複数波長の撮像を考慮するとこの問題の深刻さは軽減される。しかし、車両外部照明自動制御に対する光学システムを設計する時は、ＬＥＤテールランプのような狭帯域光源を考慮するべきである。この実施例の光学システムの最後の図として、図６は、単色スポットのポイントスプレッド関数のプロットを表す。図６を見ると、ピクセルのサイズの面積に対する撮像されたスポットの振幅を見ることが可能である。
【００５９】
実施例１ｂ
本発明により撮像された景色の精密なデジタルサンプリングを実行するために、実施例１ａの光学システムは、ピクセルアレイのナイキスト周波数限界よりも小さいか又はそれに等しい空間周波数カットオフを保持するように修正されるべきである。これは、より低い空間周波数カットオフを有するより「ぼやけた」画像を生成するために本発明に従って封入ブロックの厚さを変更することにより達成される。図７は、厚さが３．６５ミリメートルに減少した封入ブロック（図３に示す寸法Ｃ）を使用して変更された実施例１ａに説明した光学システムのＭＴＦプロットを表す。ブロック高さのこの減少は、光学システムの絶対空間周波数カットオフを図７の参照番号７０５で示す約１７サイクル／ミリメートルに制限し、それは、ピクセルアレイの制限の１６．６７サイクル／ミリメートルとほぼ同じである。
【００６０】
図７はまた、破線と点線で本発明による光学システムの他の実施形態の変調伝達関数のプロットを表す。参照番号７１９に関連して示すように、破線で表されたＭＴＦは、実施例１ａ及び１ｂの光学システムのピクセルピッチの逆数に等しい絶対空間周波数カットオフを有する光学システムを示している。参照番号７１５に関連して示すように、点線で表されたＭＴＦは、実施例１ａ及び１ｂの光学システムのピクセルピッチの逆数に等しい空間周波数で最初にｅ-1に低下する変調伝達関数を有する光学システムを示している。上述のように、図７に破線及び点線で示すような厳しいナイキスト周波数限界基準から逸脱する光学システムは、何らかのサンプリング誤差を包含することになる。しかし、互いに隣接する遠方の光源間の区別を改善しようとして小さな量のサンプリング精度を犠牲にすることにより、全体のシステム性能を改善することができる。
【００６１】
本発明による他の実施形態が、光学システム８０５として図８に示されている。割り込み封入ブロックを持たないピクセルアレイ８１０の真上に精密にトランスファモールドされた単一のレンズシステム８２５が示されている。ピクセルアレイに直接取り付けられるか又は１つ又はそれ以上のレンズ表面を含む別の構成要素である別のレンズシステムもまた使用することができる。レンズシステム８２５は、好ましくはカラースペクトルフィルタ材料アレイ８２０で覆われた、最も好ましくは図１１ａ又は１１ｂに示すようなピクセルアレイ８１０上に光線８４０を投射する。開口絞り８４５は、レンズシステム以外の経路を通って光学システム８０５に入る光線８４０をブロックする。赤外線及び／又は紫外線が光学システムに入るのをブロックするために、赤外線スペクトルフィルタ（図示しない）及び／又は紫外線スペクトルフィルタ（図示しない）を使用することができる。望ましい視野範囲を超える対象物が光学システムによって撮像されるのを防ぐために、遠視野バッフル（図示しない）を使用することができる。ピクセルアレイ８１０は、好ましくは、当業技術で公知のチップオンボードを使用してプリント基板８１５上に取り付けられる。光学システム８０５を構成する他の方法も当業者によって認められており、本発明に従うものである。例えば、図９に示すように、ピクセルアレイは、パッケージに収容されて回路基板上に半田付けすることができる。レンズシステムは、ピクセルアレイパッケージに取り付けることができ、又はプリント基板にレンズシステムマウントを使用して取り付けてもよい。
【００６２】
本発明のこの実施形態では、レンズシステム及び封入ブロックは、好ましくは、単一のトランスファモールドされたレンズシステム８２５として形成される。この方式のレンズシステム８２５の成形は、トランスファモールドツール内にレンズシステム形態のネガティブ（雌型）を準備することによって達成される。ピクセルアレイ８１０は、精密に位置合わせされてプリント基板８１５上にワイヤボンディングされる（図示しない）。レンズシステム８２５（レンズシステムと封入ブロック）全体は、次に、ピクセルアレイの上に一体的にトランスファモールドされる。ピクセルアレイ８１０のエッジに沿う封入ブロックにおける応力は、ピクセルアレイチップのエッジを斜めにすることによって低減することができる。これは、傾角の付いたダイシングブレードを使用して関連するシリコンウェーハにダイシングを行い、ピクセルアレイチップ８１０を得ることによって達成される。これに代えて、図１０に表すようにパッケージ化又はチップスケールパッケージ化されたピクセルアレイを回路基板上に配置し、その後レンズシステム１０３０によって封入することができる。図１０に表すような本発明の実施形態は、ワイヤボンディング１０２５を通じてキャリア１０１０に取り付けられたピクセルアレイ１００５を有する。キャリア１０１０は、好ましくは、プリント基板１０１５に半田付け結合される。レンズシステム１０３０は、それが回路基板１０１５に取り付けられるように、パッケージ化されたピクセルアレイの上に精密にトランスファモールドされる。本発明によるレンズシステムトランスファモールド方法は、製造工程がより少なく、別のレンズシステムを排除する利点がある。しかし、本方法は、ピクセルアレイに対するレンズシステムのその後の調節が不可能なので、全ての構成要素が非常に精密に位置合わせされることを必要とする。
【００６３】
図８の光学システム８０５は、好ましくは、図１１ａ又は１１ｂに示すように、ピクセルアレイ上にパターン化されたカラースペクトルフィルタ材料を組み込む。図１１ａは、ピクセルアレイ上にチェッカーボード形態でパターン化された典型的な赤／緑／青（ＲＧＢ）フィルタを表す（このパターンは、一般的に「バイエルパターン」と呼ばれる）。従来の光学システムに関しては、緑色の光に対する人間の目のより高い感度を模倣するために、赤又は青色フィルタよりも緑色フィルタで２倍の数のピクセルを覆うことが一般的である。本発明に関しては、遠方のテールランプを最大限検知するために、青色又は緑色フィルタで覆われるピクセルの数と比較して、赤色のフィルタで２倍ほど多いピクセルを覆うことが有利である。検出された光源の実際の色は、当業技術で公知の技術により、色が異なる隣接ピクセルの補間によって判断される。図１１ａ及び１１ｂに示すチェッカーボード又はモザイクパターンの代わりに、ストライプでスペクトルフィルタをパターン化することは本発明に含まれるものである。相補的シアン／イエロー／マゼンタフィルタアレイの使用も同じく本発明に含まれるものである。上述のように、着色フィルタ材料の使用は、高放射負荷条件で遙かに高い安定性をもたらすので好ましいものである。
【００６４】
ＲＧＢスペクトルフィルタアレイの使用は、高レベルの色の情報を提供するが、赤色フィルタの単独での使用も本発明に含まれる、関連処理システムの計算要件を少なくするので好ましいものである。図１１ｂは、ピクセルの一部分に赤色スペクトルフィルタだけを使用し、残りの部分にはスペクトルフィルタを使用しないチェッカーボードパターンを表す。代替として、シアン又は相補的スペクトルフィルタを非赤色スペクトルフィルタリングピクセル上に使用することもできる。ストライプパターンもまた想定されている。
【００６５】
本発明の他の実施形態では、図１２に示すように、制御されたスペクトルフィルタ材料１２１０パターンを有する１枚のガラスのような２次的基板１２０５が、ピクセルアレイ１２１５の表面に直接取り付けられる。当業技術で公知の標準的超小型電子組立装置が使用されて、ピクセルアレイ上にスペクトルフィルタ基板が配置される。ＵＶ硬化光学等級エポキシ１２２０を使用することにより、２つの構成要素の間に機械的な結合が作り出される。２次的基板１２０５上に形成されたフィルタパターンをピクセルアレイ１２１５上の所定の位置に位置合わせすることにより、上述のように、フィルタ−オン−ダイという解決方法が厳密に再現される。本方法を使用して赤外線及び／又は紫外線スペクトルフィルタ材料を光学システムに組み込むことは本発明の範囲内であり、その場合、実質的に２次的基板全体がコーティングされるであろう。
【００６６】
より高い解像度が要求される用途に対して、それぞれ関連の光学面を有する複数のレンズが一般的に使用される。多重要素レンズシステムを簡単に製造する実施形態が図１３に示されている。トランスファモールドされた封入ブロック１３２５は、ピクセルアレイ１３１０を覆うＰＣＢ１３１５上に形成される。トランスファモールドされた封入ブロックは、一体化された光学面１３２６と共に成形することができる。第２のレンズ１３３０を適正に位置合わせするために、トランスファモールドされた封入ブロックに位置合わせ形態１３５６が設けられる。位置合わせ形態１３５６は、切欠、ペグ、ポスト、スロット、溝、スナップ、又はレンズ１３３０と封入ブロック１３２５との適切な位置合わせを容易にする他の任意の形態とすることができる。位置合わせ形態１３５６はまた、レンズ１３３０を封入ブロック３２５に保持する役目をすることができる。レンズ１３３０を封入ブロック３２５に保持するために、同じく接着剤を使用することもできる。最終的に、レンズ１３３０は、以下に詳細に説明する位置決めシステムによってアクティブに位置合わせされ、封入ブロックに接着される。
【００６７】
レンズ１３３０は、位置合わせ形態１３５６と位置合わせするための嵌め合い部分１３５５を備えている。レンズ１３３０は、第１及び第２の光学面１３３１及び１３３２を有する。光学面１３２６と共にこれらの光学面は、凹面、凸面、平面、非球面、球面、屈折、回折、二元、又は任意の他の種類の光学面を含む種類の光学面の任意の組合せとすることができる。嵌め合い部分１３５５の組込みを容易にするために、レンズ１３３０は、任意の適切な材料で製造することができ、透明なプラスチックで成形するのが好ましい。光学面１３２６を有する封入ブロック３２５と光学面１３３１及び１３３２を有するレンズ１３３０とが組み合わされてレンズシステムを形成する。レンズ１３３０内の位置合わせ形態１３５６に嵌合するか又はスナップ止めする開口絞り１３４５を設けることができる。
【００６８】
図１８に示すように、適切な位置合わせを保証するために、レンズ１３３０と同様の追加のレンズ要素をレンズ１３３０の上に更に積み重ね、位置合わせ形態と嵌合させることができる。このようにして、望ましい意匠を達成するために絞り、シャッタ、又は他の光学要素と共に様々な処方を有する任意数のレンズ要素を便利に積み重ねることができる。例えば、可動式レンズ要素をもたらすために、封入ブロック１３２５から積み重ねられるのではなく、別の手段によって固定された他の光学要素を光学システムに設けることができる。
【００６９】
いくつかの用途に対しては、色消しレンズの使用が望まれる。色消しレンズは、波長に伴う光学材料の屈折率の変動が原因の色収差を補正するか又は低減する。色消しレンズの形成に役立つ本発明の実施形態は、図１４に示されている。封入ブロック４２５は、好ましくは、大阪府茨木市下保の日東電工から入手可能である「日東３００Ｈ」のような材料から形成され、この材料の屈折率は１．５７と比較的高く、特徴がフリントグラスと類似している。レンズ１４３０は、好ましくは、特徴がクラウングラスと類似しているアクリル又は他の低屈折率（ｎ＝１．４９）の材料で作られる。レンズ１４３０と封入ブロック１４２５は、好ましくは透明な接着剤を使用して互いに固定された合わせレンズ表面１４３１及び１４２６を有する。この２つの部分は、ペグ又はスナップのような位置合わせ形態１４５５及び１４５６により位置合わせすることができる。
【００７０】
図１５は、対称に切り落としたレンズシステムアセンブリ１５３０を有する本発明による光学システムの斜視図である。図に示すように、各レンズは、隣接するエッジ１５０９と切り落とされた外側エッジ１５０７とを有する。レンズシステムアセンブリ１５３０は、接着剤１０３５を使用して封入ブロック１５２５に取り付けられる。開口部１５５０を有する開口絞り１５４５は、レンズシステムアセンブリ１０３０及び封入ブロック１５２５の上に収容可能である。
【００７１】
図１６は、非対称の切り落としたレンズシステムアセンブリ１６３０を有する本発明による光学システムの斜視図である。開口部１６５０を有する開口絞り１６４５は、封入ブロック１６２５の上にスナップ止めされ、レンズ表面を通る経路以外から光学システムに光が入るのを防止する。開口絞り１６４５は、プリント基板１６１５に固定される。
【００７２】
図１７は、本発明の製造方法に従って構成された光学システムの斜視図である。レンズ１７３０は、レンズ１７３０と一体に成形されたポスト１７５５を通じて封入ブロック１７２５に取り付けられる。２つのポスト１７５５が示されているが、より多くのポストを使用することができ、又は、図１５及び１６に示すものと同じように、レンズシステム全体の周囲の「スカート」によって位置合わせを達成することができる。光学面１７２６を有する封入ブロック１７２５は、光学面１７３１及び１７３２を有するレンズ１７３０と結合してレンズシステムを形成する。封入ブロック１７２５は、ピクセルアレイ（図示しない）の上に置かれてプリント基板１７１５に接着される。
【００７３】
上述のように、図８は、高解像度レンズシステムを有する本発明による光学システムを表す。封入ブロック１８２５は、ピクセルアレイ（図示しない）の上に成形されてプリント基板１８１５に接着される。封入ブロック１８２５は、関連する光学面１８２６を有する。レンズ１８３５は、位置合わせ形態１８５５、１８５６、１８５７、及び１８５８を使用して封入ブロック１８２５の上でレンズ１８３０とカスケード接続され、相互接続をもたらす。光学面１８２６を有する封入ブロック１８２５は、光学面１８３１及び１８３２を有するレンズ１８３０と光学面１８３３及び１８３４を有するレンズ１８３５とに結合して、高解像度をもたらすレンズシステムを形成する。
【００７４】
可変焦点、可変焦点距離（ズーム）、及び様々な開口を可能にする従来のレンズシステムは、レンズを互いにかつ画像平面に対して移動させる電動式アクチュエータを使用する。そのようなシステムは複雑でコストが高く、全ての環境、特に振動が激しく厳しい温度条件の車両環境には適さない場合がある。電動式構成要素を使用する代わりに、対応するレンズ要素を移動させるための圧電材料を使用することができる。特に関心が寄せられるのが、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）のような圧電ポリマーの使用である。機械式アクチュエータにおける使用に対する電気活性ポリマーの使用の詳細説明は、本明細書においてその全内容が援用される米国特許公開番号２００１００２６２６５号明細書に含まれている。
【００７５】
図１９は、光学要素の動きを容易にする本発明の一実施形態を示している。底部レンズ１９２５は、回路基板１９１５上に取り付けられたピクセルアレイ１９１０の上にレンズ１９２５をつり下げる支持構造体１９０３にしっかりと取り付けられる。上部レンズ１９３０は、電気活性（圧電）ポリマー１９０６を間に置いて底部レンズ１９２５に取り付けられる。別のポリマーシール１９０７は、付加的な剛性を提供し、任意的に、ポリマー１９０６の初期負荷を提供する。シール１９０７は、バネ又は剛性及び初期負荷を提供する他の手段として実装されるか、又は本発明に従って省略することができる。レンズ１９２５及び１９３０の表面１９０８及び１９０９上の電極は、ポリマー１９０６に付与される電界を提供し、それを広げるようにする。好ましくは、電極は、酸化錫インジウム（ＩＴＯ）の導電性透明コーティング又は他の透明な導体で形成される。クリップ（図示しない）は、ＩＴＯコーティングとの電気接触を可能にする。
【００７６】
いくつかの場合には、光学システムの光路内に電気活性ポリマーを配置することが望ましくない場合がある。これは、おそらくは透明性又は他のポリマー特性の限界のためか又は製造上の問題のためである。電気活性（圧電）ポリマー又は非ポリマー圧電素子を使用する本発明による光学システムの別の実施形態が図２０に示されている。この実施形態では、レンズ２０２５は、レンズ２０２５を取り囲む、場合によってはリング状のレンズホルダ２００８を有する構造体２００３を支持するためにしっかりと固定される。レンズ２０３０は、圧電素子２００６と材料２００７とによってレンズホルダ２００８に接続されたレンズホルダ２００９によって保持される。材料２００７は、必要に応じて圧電素子２００６の剛性及び初期負荷を提供する。電極（図示しない）は、レンズホルダ２００８及び２００９内に包含することができる。これらのレンズホルダは、レンズ２０２５及び２０２６と別の構成要素か、又は成形されるか、又は一体化することができる。
【００７７】
更に別の実施形態では、レンズは、シリコンのような僅かに柔軟性のある材料で形成することができる。レンズホルダは、圧電素子で形成することができ、電界が付与された時に水平方向に拡がるように設計することができるので、レンズを挟み込んでその厚さと曲率を増加させ、関連する光学システムの焦点又は焦点距離を変えることができる。
【００７８】
図１９及び２０に表された本発明の実施形態は、単なる一例であり、本発明をいかなる特定の構造にも制限するようには意図されていない。任意の数の可変焦点レンズシステムを使用することができ、平坦、凸状、又は凹状の表面を含んでもよい。関連する光学面は、球面、非球面、回折表面とすることができ、又は他の任意の光学活性又は不活性な表面を含んでもよい。個々のレンズシステムは、ポリマーで成形されてもよく、可視又は不可視の撮像に対してガラス又は他の適切な任意の材料とすることができる。任意数のレンズの間の距離を変えるために、又はレンズとセンサの間の距離を変えるために、任意数のアクチュエータを使用することができる。レンズは、望ましい焦点を設定したり、焦点距離を調節したり、又は他の目的のために移動させることができる。焦点又は焦点距離は、ピクセルアレイ１９１０によって取得された画像を解析することによって調節され、それに従ってアクチュエータに対する電圧を設定することができる。調節はまた、二次的な自動焦点センサ又は所定の用途に対する所定のルーチンにより、ユーザの制御の下で製造中に設定することができる。
【００７９】
作動時に、自動車両外部光源制御システムは、好ましくは、対向車のヘッドライト及び先行する車両のテールランプと、車両からではない光源、すなわち、標識又は道端の反射鏡の反射とを区別できなければならない。これらの様々な対象物を区別するための性能は、様々な色と紫外線及び赤外線フィルタとの最適な組合せによって向上させることができる。図２１は、異なる種類の車両関連光源のスペクトル的内容のプロットを表す。図２２は、様々な色の標識のスペクトル反射率のプロットを表す。図２３は、本発明の好ましい実施形態で使用される赤色及び赤外線スペクトルフィルタのパーセント透過率のプロットを表す。図２４は、本発明による光学システムの量子効率のプロットを表す。図２１〜２４のプロットによって表された数値データは、以下に詳細に説明するように様々な光源を分類するために使用される。
【００８０】
任意の検出された光源の明るさは、図２１に示す光源のスペクトル出力に図２３に示す赤外線スペクトルフィルタ透過率を掛け、図２４に示すピクセルアレイのスペクトル応答を掛けることにより推定することができる。赤色フィルタリングピクセルに関しては、この値に赤色スペクトルフィルタの透過率が更に掛けられる。道路標識からの検出反射光線の明るさは、図２１に示す非制御車両のヘッドライトのスペクトル出力に、図２２に示す標識のスペクトル反射率と、図２３に示す赤外線スペクトル透過率と、図２４に示す光学システムのスペクトル応答とを掛けることによって推定することができる。赤色フィルタリングピクセルに関しては、以上の結果に図２３に示す赤色スペクトルフィルタ透過率が次に掛けられる。
【００８１】
赤色フィルタリングピクセル上に投射された対象物の非赤色フィルタリングピクセル上に投射された対象物に対する明るさの比率は、対象物の相対的な赤みを判断するために使用することができる。次に、この比率は、対象物がテールランプか又はヘッドライトかを判断するために使用される。図２５は、赤色フィルタリングピクセル上に投射された対象物の非赤色フィルタリングピクセル上に投射された同じ対象物に対する計算された明るさの比率を表す。図２５に示すように、テールランプの赤色対透明の比率は、ヘッドライト又は大部分の他の対象物よりも遥かに高い。
【００８２】
青色強調ヘッドライトを使用して光源間の区別を更に改善することができる。そのようなヘッドライトの電球は、市販で入手することができ、自然の昼光により近い、より青い、又は冷たい光線を生成する。これらのヘッドライトの電球は、色により厳密に適合するように、高明るさ放電（ＨＩＤ）のロービーム光と組み合わせて使用される。最後に、赤外線を電球内に反射して戻すためのコーティングを有するハロゲン赤外線（ＨＩＲ）電球は、より冷たい光出力を有し、これを使用することができる。ＨＩＲ電球は、図２１に示すように、全体出力との比率でより少ない赤色光線を放射するという利点を有する。その結果、光線を反射する標識の画像の赤色フィルタリングピクセル上の明るさは、非赤色フィルタリングピクセル上の明るさよりも低いことになる。全光量に対する比率でより少ない赤色光線を放射する他の光源は、道路標識及び他の対象物から反射される間違い検出を最小にするために有利に使用することができ、ＨＩＤハイビーム光やＬＥＤヘッドライトがそのような光源の例である。
【００８３】
白色光源（ヘッドライトなど）の色をそれらの色温度又は相関色温度によって分類することは一般的である。強い色の光源は、より青みを帯びた色相を有し、誤りであるが、一般的に「冷たい白色光」光源と呼ばれる。より黄色又はオレンジ色の色相を伴う光源は、色温度が低く、同じく誤りであるが、「暖かい白色光」光源と呼ばれる。より高い色温度の光源は、長い波長の可視光線に比べて短い波長の可視光線の比率が比較的高い。本発明は、検出される可能性がある標識又は他の対象物によって反射されることになる赤色光線の割合が減少するために、より高い色温度のヘッドライトの使用からの利益を得ることができる。
【００８４】
不完全プランク光源の相関色温度は、光源の色座標を計算し、プランク軌跡上の最も近い温度値を見つけることによって推定することができる。色座標は、当業技術で公知の方法で計算される。本明細書においてその全内容が援用される、Ｒ．Ｗ．Ｇ．Ｈｕｎｔ著の文献「色の測定法」第２版は、色座標を教示する公知の教示の１つの出典である。「ＣＩＥ  １９７６  ＵＳＣ（ｕ’，ｖ’）」色空間を使用して、色座標ｕ’＝０．２５，ｖ’＝０．５２として標準ハロゲンヘッドライトが測定された。これらの座標から、３１００Ｋの相関色温度が推定される。図２１の青色が強調されたヘッドライトは、ｕ’＝０．２４，ｖ’＝０．５１の色座標を有するので、相関色温度は、約３７００Ｋである。測定された高明るさ放電（ＨＩＤ）ヘッドライトは、ｕ’＝０．２１，ｖ’＝０．５０の色座標を有するので、相関色温度は、４５００Ｋである。本発明は、相関色温度が約３５００Ｋを超えるヘッドライトを被制御車両が装備した時にメリットがある。
【００８５】
上述の計算は、他の対象物からのテールランプの区別を最大にし、同時に依然として十分な検出感度を可能にするための最適な赤色及び赤外線組合せスペクトルフィルタを選択するために利用された。好ましくは５８０と６２０ナノメートルの間、最も好ましくは６０５ナノメートルに５０％透過率点を有する長波長通過赤色スペクトルフィルタが使用される。好ましくは６３０と７８０ナノメートルの間、より好ましくは６４０と７００ナノメートルの間、最も好ましくは６８０ナノメートルに５０％カットオフを有する短波長通過フィルタとして赤外線スペクトルフィルタが選択される。より大きな感度を有する光学システムは、６８０ｎｍを僅かに下回る、最も好ましくは６６０ｎｍのＩＲフィルタカットオフ波長からメリットがある。
【００８６】
以下に示す例では、光学システムが設計され、小さな遠方の光源の検出を容易にする軸上撮像の性能が評価される。一般的に、軸外対象物は、被制御車両により近い対象物に対してのみ関連があるので、軸外光源に対する解像度及び感度要件は著しく少ない。しかし、本発明の教示は、より高い解像度と感度が要求される用途の軸外撮像に適用することができ、これらの用途に対しては、軸外収差が補正されたレンズシステムの使用が好ましい。
【００８７】
望ましいフィルタ材料がレンズシステムアセンブリ又はピクセルアレイのいずれかの中に又はその上に組み込まれ、封入ブロックがピクセルアレイの上にトランスファモールドされた状態で、レンズシステムアセンブリは、好ましくは、ピクセルアレイに対して以下のように配置される。本明細書の他の箇所で説明したように、レンズシステムアセンブリ及び封入ブロックは、これに代えて、精密な一体部分としてトランスファモールドすることができる。従って、以下のレンズシステムアセンブリ配置方法は、本発明の全ての実施形態には利用されない。
【００８８】
本発明による光学システムは、好ましくは、ピクセルに隣接してレンズシステムを正確に配置するための精密配置機械を使用して製造される。本発明による製造方法は、鮮明に焦点の合った光学システム又は「ぼやけた」光学システムの提供を可能にする。本発明による「ぼやけた」光学システムは、特定の制御に依存して近視眼的又は遠視眼的のいずれかである。適切な多軸精密光学位置決めシステムは、ドイツワルドブロン所在の「Ｐｈｙｓｉｋ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｅ」、及び米国ニューヨーク州ビクター所在のバーレー・インストルメンツから入手可能である。好ましくは、位置決めシステムは、レンズの下のピクセルアレイを移動し、レンズは、ターゲットに対して空間に固定される（好ましくは、ターゲットは、バックライト付き液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を使用して生成される）。位置決めシステムは、レンズシステムの下部の周りでピクセル軸を移動させることにより、各軸の最適位置を検出することができる。ピクセルアレイを空間に固定したままに保ちながら、レンズシステムを移動させることも同様に本発明に従うものである。好ましくは、図２７〜２９に表すように、ＬＣＤは、所定サイズのドットから成るアレイを生成する。好ましくは、レンズシステムの配置に対して９つのドットから成るアレイが生成される。
【００８９】
レンズシステムとピクセルアレイの位置合わせ処理は、好ましくは、開始点を手動で選択することによって開始され、位置決めシステムは、少なくとも１つの個別のドットがレンズシステムによってピクセルアレイ上に投射され、それによって検出可能である位置まで手動で操作される。この初期のレンズシステムとピクセルアレイの配置を実行するために、位置決めシステムをプログラムすることも同じく本発明に従うものである。最も好ましくは、ピクセルアレイとレンズシステムを位置決めシステムの中にロードする時に達成される機械的許容範囲は、少なくとも１つの個別のドットが光学システムによって撮像されることになるような許容範囲である。
【００９０】
本明細書においてその全内容が援用される、本出願人に譲渡された米国特許出願番号第０９／８００，４６０号明細書に説明するような標準的シードフィルアルゴリズムは、画像内の「対象物」を判断するために高い閾値と共に使用される。シードフィルは、グレースケール値が所定の閾値を超えるピクセルを見つけるまで画像を通してラスター処理する再帰的アルゴリズムである。そのようなピクセルが見つけられた時に、所定のピクセルを対象物の記録に追加する。区別されたピクセルは、画像内でゼロにされ、２度数えられるのを防止する。それに隣接する各々は、それらの１つ又はそれ以上が閾値を超えるかを検査される。隣接するピクセルのいずれかが十分に明るい場合、シードフィルアルゴリズムがそのピクセル上で作動する。シードフィルアルゴリズムは、ピクセルアレイの全てのピクセルを通して連続的に続行される。
【００９１】
ピクセルアレイに対してレンズシステムを配置する時に可能な最高の柔軟性を提供するために、開始点に対する唯一の判断基準は、個々のドットを区別するのに焦点が十分良好なものであり、少なくとも１つのドットが開始画像内で可視であることである。これらの基準が満たされる場合、好ましい位置決めシステムは、正しい配置を反復的に発見する。１８よりも少ないドット（図３の光学システムに関して３×３の赤と３×３の白）が可視の場合、粗い補正アルゴリズムが使用される。好ましい粗い補正アルゴリズムは、現在可視の１つ又は複数のドットの境界ボックスに基づいている。ｘ軸とｙ軸に関して最小値と最大値を判断することにより、アルゴリズムは、配置をどちらの方向に補正するかを判断する。以下は、好ましい粗い補正アルゴリズムを単純化したものである。
Ｉｆ（（ｒｉｇｈｔＸ−ｍａｘＸ）＞（ｍｉｎＸ−ｌｅｆｔＸ））
Ｍｏｖｅ＋Ｘ
Ｅｌｓｅ
Ｍｏｖｅ−Ｘ
Ｅｎｄ
ここで、「ｒｉｇｈｔＸ」は、右の境界座標の値であり、「ｍａｘＸ」は、境界ボックスの右の境界の値であり、「ｌｅｆｔＸ」は、左の境界座標の値であり、「ｍｉｎｘ」は、境界ボックスの左の境界の値である。
【００９２】
１８のドットが全て可視になった状態で（図３のような二重レンズシステムアセンブリに関して。図８のような単一レンズシステムアセンブリに関しては９ドット）、好ましくは、以下のように精密なＸ／Ｙ補正方法が使用される。数学的には、光学システムの光学中心の位置は既知である。９ドット（３行×３列）のグループを画像の中心に移動させる試みが行われる。ドットの中心を判断するために重み付け平均が使用され、グループ内の中心ドットの「明るさの中心」が次に判断される。ｘ軸位置の配置に対する好ましい精密補正式は、以下の通りである。
【００９３】
【数１】
2005534903.tif 000003
【００９４】
ここで、ＸCOMは、質量中心のｘ座標であり、ｘiは、問題のピクセルの個々のｘ座標であり、ＧＶiは、問題のピクセルの個々のグレースケール値である。
【００９５】
ｙ軸の精密位置補正も同様に計算される。図３に表された光学システムに関連して、シードフィルアルゴリズムを完了させるために各行の全ての列を通してラスター走査が行われ、周辺ピクセルをフィルタリングして除去するために高い閾値（一般的に８０ＬＳＢ又はその近辺のグレースケール値）が使用されるので、傾きに関係なく、赤色の画像の中心のドットは、常に５番目のスポットに入り、白色の画像の中心は、常に１４番目のスポットに入ることになる。
【００９６】
最も精密に位置を計算するために、好ましくは、上述のｘ／ｙ補正の計算は、各ドットに対して別々に行われる（ターゲットの位置／間隔が既知であると仮定して）。これに代えて、全てのドット全体で「明るさの中心」の計算が行われる。しかし、ｚ軸周り（シータ方向）のピクセルアレイの回転が補正される前に、全てのドットをそれぞれのターゲットの座標上に正確に並べるのは困難である。
【００９７】
本発明によるＸ／Ｙ配置の別の任意選択肢は、ドットのアレイが対称であると仮定し、境界ボックス（ｘ軸とｙ軸両方の最大値と最小値）の使用を続けることである。しかし、最初に回転が補正されていなければ、これは、全てのドットを使用する場合と同じ問題に直面し、いくつかのドットがピクセルアレイから外れた状況で問題が発生する。
【００９８】
理論的には、これらの任意選択のアルゴリズムは、各軸の誤差がプラスとマイナスの両方向に正確に同じに現れると考えられるので、どちらも高解像度ピクセルアレイシステムの最適なものから遠く離れてはいない。両方のボックス（傾斜又は真っ直ぐ）の中心点は、空間の同じ点にある。しかし、低解像度光学システムでは、信頼性があり再現性のある計量をもたらすには誤差が大きすぎるであろう。
【００９９】
角度誤差を補正するために、対象物を配置するのに同じシードフィルアルゴリズムが使用される。中間列のドット（３つの赤、３つの白）の中心位置が抽出され、それらの質量の中心を結ぶ線の方程式を判断する（ｘ／ｙ補正と同じ計算）。好ましくは、この線は、簡単な線形回帰（最小自乗法）によって計算される。シータの誤差は、回帰線の傾斜の正接である。その角度を最小にすることにより、適正なシータの位置が見つかる。これに代えて、回転誤差の更に正確な測定を達成するために、ドットの全ての列による線の平均を使用することができる。
【０１００】
ｘ軸、ｙ軸、及び角度位置が確立された状態で、光学システムは、以下のように焦点が合わせられる。光学システムに対して最も鮮明な焦点の点を見つけるために、ターゲットのパターンは、好ましくは、図３１ａに表されるように、ドットから一組の狭い垂直な線に変更され、これは、ターゲットを生成するためにＬＣＤを使用する１つの利点である。理論的には、線が最も高度に解像された時に焦点が最も鮮明である（個々の線が１つのピクセルの幅よりも広くないと仮定して）。
【０１０１】
焦点が最も鮮明な点は、グレースケール値（シードフィルの閾値を超えるグレースケール値）の単純な平均を使用して見つけられ、ターゲットの線が最も高度に解像される点が見つかる。鮮明な焦点は、最初に粗い段階で、続いて精密な段階で２つの段階がピーク解像度を過ぎる点が見つかるまで調べることによって検出される。線の解像度に下向きの傾斜が検出された状態で、ピクセルアレイは最も高い測定点に後退し、その位置が最も鮮明な焦点を提供するものとして示される。図３０ａは、対応するターゲットの線のパターン３０ｂの低解像度画像を表している。
【０１０２】
代替の方法は、最も鮮明な点を判断するために、線の代わりにいくつかの小さなドットを使用することである。このシナリオでは、精密配置機械は、ドットが最高の解像度及び最小値に分解されるまで、ピクセルアレイをｚ軸方向に移動させる。多くのドットは、何らかの平均化と単一ドットを使用するよりも良好なノイズ耐性とを提供する。本方法は、線による方法と同様に機能し、単に最大の解像度及び最小の平均サイズの位置を見つけ出す。それらのピークを通過した状態で、ｚ軸高さを理想の位置に移動して戻すことができる。
【０１０３】
本発明による光学システム集束の別の方法は、１つの大きなドットの使用である。いくつかの小さなドットの使用と同様に、好ましくは、単一の大きなドットは、多くのピクセルをもたらし、それに亘って結果が平均される。本方法の欠点は、中心ピクセルの飽和が問題になる可能性があり、最も鮮明な焦点の判断に飽和が誤った結果をもたらすことである。
【０１０４】
本発明による別のレンズシステム配置方法では、３×３ドットのアレイの重心は、光学システムの焦点距離（及び、従って焦点）を測定するために使用される。レンズがピクセルアレイから遠く離れて配置されるほど、アレイ上のレンズシステムによって対象物がそれだけ遠く離れて投射される。ターゲットのサイズが予め設定されているので、ドットの画像がピクセルアレイ上に所定の間隔で現れるまで、レンズシステムを移動することができる。ｘ及びｙ方向の傾斜も同じように補正することができる。いずれの方向の傾斜も、ドットパターンを図２９に示すような台形で表すことになる。最上部と最下部の行の間又は左と右の列の間の対象物の間隔の差を用いて傾斜を測定し、従って傾斜に対して補正することができる。
【０１０５】
本発明による光学システムを集束させる最後の方法は、以下に詳細に説明するように「解像度試験」を使用することである。光学システムの分解能力を直接測定することにより、望ましい焦点位置を矛盾なく判断することができる。
【０１０６】
上述のように、遠方のテールランプの検出のようないくつかのシナリオでは、光学システムを焦点ぼけさせると、焦点が最も鮮明な点にレンズシステムを配置するよりも良好な結果がもたらされることが見出されている。この「ぼかし」には、画像のエイリアシングを防ぐための光学ローパスフィルタとしての作用、及び「サブピクセル・ソース」であったであろうものを撮像する時のピクセル間の変動の低減を含むいくつかの望ましい効果がある。
【０１０７】
部品間の焦点ぼけの均一性をもたらすために、ピクセルアレイが分解することができる最小角度を直接測定する試験が開発され、これが焦点の測定に変換される。解像度試験は、好ましくは、図３１ａ、３２ａ、及び３３ａに表されるように、サイズが同じでターゲット内で明るさと暗さが交替するバーを使用する。各画像（又は、ノイズを除去するためのいくつかの画像の平均）に対して、好ましいソフトウエアは、各行のフーリエ変換を計算する。フーリエ変換は、空間領域の信号（グレースケール値の正弦波と同様）を空間周波数領域に変換する。正弦波の基本周波数は、周波数領域で明白なピークとして現れることになる。しかし、線が互いに近づき、捕捉された波形のマグニチュードがＤＣ（すなわち、ほぼ平坦な線）に近づく時、図３１ｂ、３２ｂ、及び３３ｂに示すように、ピークは減少する。離散的フーリエ変換が使用されるという事実により、図３４に表されるように結果にリップルが観測される。ピークの計量の線形回帰をとることにより、回帰線がｙ軸上の選択されたレベルと交差する点が見つかる。ｘ軸方向の対応する点が、分解することができる最小角度である。
【０１０８】
図３４に示すグラフは、測定された解像度の計量（ＤＦＴのピーク共にその最も近い近傍）、及びそれに最も良く適合する回帰線の両方を表す。線が最も鮮明な焦点、つまり回帰線が１．０と交差する点から離れるように動く時、選択された解像度の点は、常に予想可能に右に動き、より大きな最小角度を示す。明確にするために、線がｙ軸方向に１．０と交差する点を解像結果として表し、その結果は、鮮明な焦点（ｘ＝０）からのｚ軸オフセットの関数としてプロットされる。結果は、図３５で表すように非常に価値のある振る舞いの良い計量である。
【０１０９】
分解されるターゲットに対する角度の詳細が確立され、解像度の計量が分解から未分解に動くレベルが判断された状態で、反復可能で直接測定可能な、個々の光学システムに亘って一定である焦点ぼけのレベルが設定される。あいまいさ（ぼかし）／鮮明さに関するパラメータが選択された時、ドットの行は、フーリエ変換を実行する前に正規化される（すなわち、所定の行内の各ピクセルは、その行の関連ピクセルに対する最大グレースケール値で割算され、各行の高い点をちょうど１．０にする）。これは、鮮明さの計量を１．０に設定することを可能にする。１．０を超えると、画像は、満足することができるほど鮮明で分解されたと見なされる。１．０より少ない場合、画像は、あいまいで（ぼんやりしていて）分解されていない。好ましい実施形態では、焦点ぼけしているレンズの標準は、０．７５度である。これは、小さな遠方のテールランプの検出に対して最適なシステム性能を提供する。他の値、すなわち、０．７５±０．１は、別の用途ではより適切となり、本発明に含まれる。
【０１１０】
本発明による光学システムを構成する他の方法は、当業者によって認められるであろう。例えば、ピクセルアレイは、図９に示すように、パッケージ内に包含されて回路基板上に半田付けすることができる。レンズシステムは、レンズシステムマウントを使用して、ピクセルアレイパッケージに取り付けることができ、又はプリント基板に取り付けることもできる。様々なピクセルアレイパッケージ化の方法の例は、本明細書において援用される、Ｂａｕｅｒ他に付与された「光学センサパッケージとそれを製造する方法」という名称の米国特許第６，１３０，４４８号明細書に含まれている。
【０１１１】
本発明による光学システムの解析は、米国アリゾナ州ツーソン所在のフォーカス・ソフトウエア・インコーポレーテッドから入手可能である「Ｚｅｍａｘ」レンズ設計ソフトウエアを使用して実行することができる。本明細書に含まれる実施例の光学システムの解析は、このソフトウエアを使用して実行された。以下の説明に使用される解析方法の詳細説明は、「Ｚｅｍａｘ１０．０ユーザガイド」、及びＧｒｅｇｏｒｙ  Ｈａｌｌｏｃｋ  Ｓｍｉｔｈ著「実用コンピュータ支援レンズ設計」という本に見出すことができ、両方とも本明細書において援用される。また、この説明の目的に対して、用語「最も鮮明な焦点」は、第１のレンズの入口開口と垂直にレンズシステムに入る主設計波長の平行光線に対する画像平面上の最小理論幾何学二乗平均平方根（ＲＭＳ）のスポットサイズを達成する光学パラメータを意味することになる。本発明による光学システムの主要な関心が遠方のテールランプの検出なので、以下の実施例に対して主設計波長の６２０ｎｍが選択された。実施例の解析で使用されたいくつかの重要な光学特性の概要が表１に与えられている。実際の特性は、示されたものから変わる場合があり、他の材料が使用されてもよく、解析の結果も相応に変化する。本明細書に含まれる実施例の全てのシミュレーションは、周囲温度２３℃で行われた。
【０１１２】
【表１】
2005534903.tif 000004
【０１１３】
以下の実施例は、例示的に本発明を更に示すことを意図しており、本発明の範囲を制限するように決して解釈されてはならない。当業者が認めるように、本発明は、特定の要求を満たすために多くの光学システム特性を組み込むことができる。
【０１１４】
（実施例２）
本発明のこの実施例の光学システムは、高解像度ピクセルアレイを使用して、より広い視野と個別の光源のより良い区別とを達成する。１５ミクロンのピクセルを包含する水平１７６ピクセル×垂直１４４ピクセルのピクセルアレイ（一般的にクォーターコモン・イメージ・フォーマット（ＱＣＩＦ）と呼ばれる）が使用される。光学システムの構成は、図３に示すようなものである。直径３．５ミリメートル、曲率半径２１．５ミリメートル、及び円錐定数−０．４のレンズシステムが使用される。レンズシステムアセンブリは、厚さ３．０ミリメートル（図３に示す寸法Ａ）、接着剤の層の厚さ０．２５ミリメートル（図３の寸法Ｂ）、及び封入ブロックの厚さ２．５ミリメートル（図３の寸法Ｃ）である。約水平２９°×垂直１２°（約０．２４°／ピクセル）の視野に対して、ピクセルアレイの各半分の水平１２０ピクセル×垂直５０ピクセルのサブウインドウが使用される。図３６は、波長６２０ｎｍを使用したこの実施例の光学システムのＭＴＦプロットを表す。光学システムの絶対空間周波数カットオフは、約３２サイクル／ミリメートルであり、ピクセルアレイのナイキスト周波数限界３３．３サイクル／ミリメートルよりも僅かに低い。
【０１１５】
この実施例の光学システムの代替の構成として、レンズシステムアセンブリと封入ブロックが一体にトランスファモールドされる。各レンズシステムの曲率半径は、全体屈折率の変化を補償するように調節される。曲率半径は、２．１０ミリメートルに設定され、レンズシステムの先端からピクセルアレイのチップの表面までの材料の全厚は、５．７５ミリメートルである。
【０１１６】
（実施例３）
７．９ミクロンのピクセルを包含する水平３５２ピクセル×垂直２８８ピクセルのピクセルアレイ（一般的にコモン・イメージ・フォーマット（ＣＩＦ）と呼ばれる）がこの例では使用される。この実施例の光学システムは、図８に示すように構成される。レンズシステムは、直径４．０ミリメートル、曲率半径２．３７５ミリメートル、及び円錐定数−０．４である。レンズの頂点からピクセルアレイの表面までの距離は、６．５ミリメートル（図８に示す寸法Ａ）である。水平２８０ピクセル×垂直１２０ピクセルのウインドウが使用され、水平３２°×垂直１４°の視野を提供する。この実施例の光学システムのＭＴＦプロットが図３７に示されている。この光学システムの絶対空間周波数カットオフは、約３１サイクル／ミリメートルである。スペクトルフィルタ材料は、好ましくは、図１１ａ又は１１ｂのいずれかに示されたようなものであるから、ピクセルピッチは、ピクセル寸法の２倍又は１５．８ミクロンであると考えるべきである。従って、関連のピクセルアレイのナイキスト周波数限界は、１／２ｄ＝３１．６サイクル／ミリメートルである。
【０１１７】
本発明の好ましい実施形態では、アレイの一方の半分の赤色フィルタを通して形成された画像をフィルタのない他方の半分に形成された対応する画像と比較することによって色の測定が達成される。上述の色の測定は、図３に表すような実施形態に従って構成された光学システムに適用可能である。
【０１１８】
図８に表すように構成された光学システムに適用可能な光源の色を判断する別の方法は、隣接するピクセルが光の異なるスペクトル帯域に露出されるようにピクセルアレイ上のチェッカーボードフィルタパターンをパターン化する段階を伴う。このスペクトルフィルタパターンは、赤色がフィルタリングされたピクセルとフィルタリングされないピクセルが交替する単純なチェッカーボードパターンでもよい。これに代えて、このパターンは、赤とシアンのフィルタが交替するチェッカーボードパターンとすることもできる。赤／緑／青の三原色、又はシアン／イエロー／マゼンタの三補色が交替して構成された従来のカラーフィルタのモザイク又はストライプパターンは、本発明に従うものである。本発明のこれらの他の実施形態では、色は、隣接する異なる色のピクセルの値を補間することによって判断され、撮像された対象物の実際の色を決める。この技術は、各ピクセルによって撮像された立体角を超える立体角の範囲を定める大きな対象物の従来の撮像に対して非常に適切であるが、単一ピクセルによって撮像されたものよりも小さい角度の範囲を定める小さな遠方の光源の色の区別に対して、この技術は適度に十分であるとは言えない。傾斜フィルタ手法の場合に導入された制約は、上述のように、小さな遠方の点光源の正確な色測定が可能であるように光学システムの空間周波数応答を制限することによって克服される。
【０１１９】
点光源のより正確な明るさ測定及び色測定を提供することにより、本発明は、他の車両のヘッドライト及びテールランプと非車両光源とを区別するより高度なソフトウエア技術の使用を可能にする。例えば、標識からの被制御車両のヘッドライトの反射光は、対象物の明るさの変化を被制御車両のハイビームの明るさの対応する変化と共にモニタすることによって区別することができる。そのような相関関係が検出された場合、対象物は、おそらく被制御車両のヘッドライトからの光を反射する標識又は他の対象物である。反射性対象物は、被制御車両の速度によって判断することができる連続フレーム間に被制御車両が移動する距離の自乗に比例して明るさを増大することになる。反射の明るさの変化を正確に検出することにより、反射性対象物を無視することができる。
【０１２０】
画像内の遠距離のテールランプの赤色は、周囲の光か又は先行する車両の後部又はバンパーからの被制御車両のハイビームの反射光によって希薄になる場合が多い。この問題は、特に、後部が反射性又は部分的に反射性のトレーラートラックを被制御車両が追尾する時に顕著である。しかし、遠方の先行する車両のテールランプは、比較的明るさが一定であり、ある期間の間は画像内でほぼ同じ位置に保たれる。遠方のテールランプの検出は、明るさ及び位置の相対的な整合性をモニタすることによって改善することができる。いくつかのフレームに亘って整合性のある明るさ及び色を示す対象物に対しては、明るさ及び赤みの閾値を低減することができ、それによってテールランプの検出が改善される。閾値を低減する前に、そのような対象物に対する十分な数のフレームが画像を通過するのを待つことにより、静止した厄介な光源の誤検出が防止される。付加的な対象物認識技術は、本明細書においてその開示内容が援用される米国特許出願番号第０９／７９９，３１０号に説明されている。
【０１２１】
人間の目の場合と同様に、本発明による最適な光学システムは、可変焦点レンズシステムを組み込むことができる。車両外部照明制御システムは、作動時に、人間の目と同様に、被制御車両のはるか前方の対象物に集束されてから被制御車両のすぐ前方の対象物に集束されるまでの間に、関連レンズシステムの焦点及び／又は対応する焦点距離を変化させる。被制御車両の前方の景色の画像は、光学システムが様々な距離で集束されている間に取得される。また、本発明により、２つ又はそれ以上の空間的に分離された光学システムが使用される時は、三次元の表示が取得される。それにより、立体画法視覚の利点を利用することができる。当業者が認識するように、複数光学システム、可変焦点距離、及び可変焦点レンズシステムを使用する視覚システムは、比較的複雑でコストが高い。しかし、本発明による複数の個別に集束する光学システムは、同等の一連の画像をもたらす視覚システムをエミュレートするように組み合わせられる。可変焦点距離レンズシステム（例えば、ズームレンズ）又は異なる焦点距離の複数レンズシステムが提供されて異なる視野がもたらされ、従って、遠方の対象物又は非常に広い範囲の画像を解像する機能を変化させることができる。複数のレンズ及び複数の画像センサを組み込むか又は可変光学装置を提供するかのいずれかにより、様々な焦点に適合する及び／又は様々な焦点距離を提供する光学システムが想定されており、かつ本発明の範囲内に入る。そのような視覚システムは、照明の制御に加えて、降雨感知、事前衝突感知、適応クルーズコントロール、車線離脱警告、夜間視覚、及び他の車両制御及び視覚用途のような機能を容易にすることができる。更に、自動又は手動の垂直傾斜及び／又は水平パンを用いる光学システムは、本発明の範囲に入る。そのような柔軟性はまた、温度又は製造上のばらつきによる光学システムの変動性を補正することができる。
【０１２２】
様々な焦点での関連の景色の画像を取得する必要性を認識し、経済性を無視すると、無限可変レンズシステムと、小さな個々のピクセルサイズを有する大きなピクセルアレイと、図１１ａのようなＲ／Ｇ／Ｂフィルタ材料とを有する複数の空間的に分離された光学システムは、無限の速度及びメモリを有するプロセッサに一体化されると考えられる。本発明による光学システムは、改善に伴って進化し、これらの関連構成要素のコストを低減することになることを認めるべきである。単一センサ、一次元センサアレイ、又は二次元センサアレイは、本発明による車両外部照明自動制御を容易にするように利用することができる。
【０１２３】
本発明の多くの態様は、車両外部照明自動制御システムの開発に特に適するが、本発明の多くの付加的な用途が想定されており、従って、本発明は、車両照明制御又はいかなる他の特定の目的にも限定されるように理解されてはならない。本発明の態様の多くは、低コストで頑丈な光学システムの製造に貢献するために、車両に使用する他の多くの撮像用途は、これらの態様から容易に恩典を得るであろう。非車両用光学システムも同じく恩典をもたらすと考えられる。例えば、対象物の位置又は向きを追跡する廉価な機械視覚システムは、本明細書に示した実施形態及び方法に従って構成することができる。点光源（すなわち、対象物上に収容されたＬＥＤ）の位置を追跡する視覚システムは、様々な目的に有用であろう。本発明の態様は、更に、電子画像センサが別の画像取得手段で置き換えられたフィルム式カメラ又は他の用途に役立つと考えられる。
【０１２４】
上述の説明は、好ましい実施形態のみの説明である。当業者及び本発明を製造又は使用する者には、本発明の変更が想起されるであろう。従って、図面に示した上述の実施形態は、単に例示的であり、本発明の範囲を限定しないものであることがわかり、本発明は、均等論の原則を含む特許法の原理に従って解釈される特許請求の範囲により規定される。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】先行する車両のテールランプに対する被制御車両内の本発明による光学システムを示す図である。
【図２】本発明による光学システムを有する車両のための外部照明自動制御システムのブロック図である。
【図３】本発明による光学システムの好ましい実施形態を示す図である。
【図４】本明細書の実施例１ａに説明したような公知の光学システムの「鮮明に焦点の合った」光学システムの変調伝達関数のプロットを示す図である。
【図５】スポットの中心からの距離を関数として投射されたスポットの全エネルギの積分を示す、取り囲まれたエネルギのプロットを示す図である。
【図６】本明細書の実施例１ａに説明したような光学システムに対する単色投射スポットのポイントスプレッド関数のプロットを示す図である。
【図７】本発明による実施例１ｂの光学システムの変調伝達関数のプロットを示す図である。
【図８】本発明による光学システムの他の実施形態を示す図である。
【図９】リードフレームが封入ブロックの外部に延びた従来技術による封入ピクセルアレイを示す図である。
【図１０】本発明による光学システムの他の実施形態を示す図である。
【図１１ａ】本発明による「バイエルパターン」を含む重ね合わせたスペクトルフィルタ材料を有するピクセルアレイを示す図である。
【図１１ｂ】本発明による重ね合わせスペクトルフィルタ材料を有するピクセルアレイの他の実施形態を示す図である。
【図１２】本発明により２次的な基板がピクセルアレイの上に重ね合わされ、２次的な基板上にスペクトルフィルタ材料を有するピクセルアレイの他の実施形態を示す図である。
【図１３】本発明による光学システムと共に使用するための高解像度をもたらすレンズシステムの他の実施形態を示す図である。
【図１４】本発明による光学システムと共に使用するための色収差補正をもたらすレンズシステムの他の実施形態を示す図である。
【図１５】対称に切り取られた個々のレンズシステムを備えた二重レンズシステムアセンブリを有する本発明による光学システムの斜視図である。
【図１６】非対称に切り取られた個々のレンズシステムを備えた二重レンズシステムアセンブリを有する本発明による光学システムの斜視図である。
【図１７】図８の光学システムの斜視図である。
【図１８】高解像度用のカスケードレンズシステムを有する本発明による光学システムの斜視図である。
【図１９】可変焦点レンズシステムを有する本発明による光学システムを示す図である。
【図２０】可変焦点レンズシステムを有する本発明による光学システムの他の実施形態を示す図である。
【図２１】様々な車両外部照明のスペクトル分布のプロットを示す図である。
【図２２】様々な着色道路標識のスペクトル反射率のプロットを示す図である。
【図２３】本発明による赤色及び赤外線フィルタ材料の透過率のプロットを示す図である。
【図２４】本発明による光学システムの量子効率対波長のプロットを示す図である。
【図２５】本発明による光学システムによって検出された様々な光源に対する赤色対透明比率のグラフである。
【図２６】公知のピクセルアレイの一群の４つのピクセルの分解組立図である。
【図２７】二重レンズシステムアセンブリを有する本発明による光学システムにより本発明による光学システム製造方法に対する開始点としてピクセルアレイ上に投射された、ターゲットによって生成された３×３ドットのアレイを示す図である。
【図２８】レンズシステム及びピクセルアレイがｘ及びｙ座標に関して位置合わせされた状態の図２２に関連して説明したドットを示す図である。
【図２９】レンズシステムがシータ（ピッチ）又はアルファ（ヨー）座標のいずれかに対してピクセルアレイに関して「傾斜した」時の図２３に関連して説明したターゲットを示す図である。
【図３０ａ】本発明の方法に従って製造された低解像度の光学システムを使用して捕捉した垂直線を有するターゲットの画像を示す図である。
【図３０ｂ】本発明の方法に従って製造された高解像度の光学システムを使用して捕捉した垂直線を有するターゲットパターンの画像を示す図である。
【図３１ａ】本発明による製造方法と共に使用するための低周波ターゲットパターンを示す図である。
【図３１ｂ】低周波数カットオフを有する本発明による光学システムを使用する図２６ａのターゲットパターンの画像を示す図である。
【図３２ａ】本発明による製造方法と共に使用するための中間周波数のターゲットパターンを示す図である。
【図３２ｂ】低周波数カットオフを有する本発明による光学システムを使用する図２７ａのターゲットのパターンの画像を示す図である。
【図３３ａ】本発明による製造方法と共に使用するための高周波数のターゲットパターンを示す図である。
【図３３ｂ】低周波数カットオフを有する本発明による光学システムを使用する図２８ａのターゲットパターンの画像を示す図である
【図３４】線形表示を重ね合わせた様々なＺ軸高さに対する解像度計量のプロットを示す図である。
【図３５】ｘ及びｙ軸上のゼロが鮮明な焦点に等しい場合の様々なＺ軸高さに対する解像度得られるプロットを示す図である。
【図３６】本明細書で説明した本発明の実施例２の光学システムに対する変調伝達関数のプロットを示す図である。
【図３７】本明細書で説明した本発明の実施例３の光学システムに対する変調伝達関数のプロットを示す図である。
【符号の説明】
【０１２６】
２０５  光学システム
２５５  処理及び制御システム
２６５  制御信号
２７０  外部光源コントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【国際調査報告】
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