車両用ヘッドランプ制御装置の結像システム
【課題】ヘッドランプ制御装置に用いられるイメージを提供する。
【解決手段】車のヘッドランプの制御装置に用いられる結像システムが、アパーチュア、イメージセンサ、アパーチュアとイメージセンサとの間に設けられた赤補色光線を遮断する赤色レンズと、アパーチュアとイメージセンサとの間に設けられた赤色光線を遮断する赤補色レンズとを有する。各レンズは、光をイメージセンサの互いに異なるウィンドウ上に合焦させる。結像システムにより、処理制御ロジックは、ヘッドランプの制御を目的として、到来する車のヘッドランプ及び後ろから近づいてくる車のテールランプがあるかどうかを検出することができる。光標本化（サンプリング）レンズを用いると、光線の向きを車両の実質的に上方から車両の前方に及ぶ円弧の状態から実質的に平行な光線にすることができる。
【解決手段】車のヘッドランプの制御装置に用いられる結像システムが、アパーチュア、イメージセンサ、アパーチュアとイメージセンサとの間に設けられた赤補色光線を遮断する赤色レンズと、アパーチュアとイメージセンサとの間に設けられた赤色光線を遮断する赤補色レンズとを有する。各レンズは、光をイメージセンサの互いに異なるウィンドウ上に合焦させる。結像システムにより、処理制御ロジックは、ヘッドランプの制御を目的として、到来する車のヘッドランプ及び後ろから近づいてくる車のテールランプがあるかどうかを検出することができる。光標本化（サンプリング）レンズを用いると、光線の向きを車両の実質的に上方から車両の前方に及ぶ円弧の状態から実質的に平行な光線にすることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば車両又は乗物用ヘッドランプ制御装置のような制御装置に用いられる結像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ヘッドランプは、車の前方の領域を照らし、それにより運転手は、周囲の光が不十分な場合にその領域を見ることができる。また、ヘッドランプにより、車は歩行者や別の車の運転手によって見えるようになる。ハイビームヘッドランプにより、照度が高くなり、しかも到達範囲が広くなる。しかしながら、ハイビームヘッドランプは、対向車の運転手やハイビームの届く範囲内で同一方向に走行している車の運転手の目をくらます場合がある。従来、運転手は、手動操作によりヘッドランプをつけたり（オンにしたり）消したりし（オフにし）、またハイビームとロービームを切り替えなければならなかった。
【０００３】
手動操作に関する一つの問題は、運転手が夕暮れ時にヘッドランプをつけるのを忘れる場合があり、車が見えにくくなることである。もうひとつの問題は、運転手が対向車又は後ろから別の車に近づいたときにハイビームヘッドランプを暗くするのを忘れる場合があることである。
【０００４】
自動車のヘッドランプの操作を自動的に制御する従来方法は、単一の出力信号又は非常に少数の出力信号を関連の制御装置に送るセンサを用いることであった。例えば、ヘッドランプをオンにし又はオフにする時期を決定するために周囲の光を検出する単一の出力センサが用いられた。また、自動車のヘッドランプを暗くする時期を決定するために単一の出力センサが用いられた。単一のセンサ入力を用いるヘッドランプオンオフ制御方式は、自動車用途においては限られた成功しか得られず、単一のセンサを用いるヘッドランプ調光制御方式は、多くの欠点を有しているので現在では用いられていない。
【０００５】
アレイイメージセンサ及び種々の走査方式が提案されたが、今日のエレクトロニクスによってコストをできるだけ削減しても、これらセンサ及び方式は、満足のいくヘッドランプ調光機能及びオンオフ制御機能をもたらさなかった。かかる検出方式は代表的には、縦横に配列された数百個の画素（ピクセル）センサを有し、数十万又は数百万の画素を生じさせている。１秒あたり３０フレームの代表的なビデオ速度では、これは、１秒あたり数百万の動作回数の変換及びデータ処理速度を必要とする。
【０００６】
ヘッドランプオンオフ制御方式は、周囲の光レベルに基づいている。ヘッドランプ調光制御方式は、対向車からのヘッドランプ及び後ろから近づいた車のテールライトを認識したかどうかに基づいている。周囲の光レベルを検出し、ヘッドランプ及びテールライトを検出するのに必要な解像度は、従来のイメージについて必要な解像度よりも小さいので、小さな結像アレイ、それゆえに処理の遅いエレクトロニクスを使用することができる。
【０００７】
赤色のテールランプと他のライトを互いに区別するために、結像システムは、少なくとも２つの互いに異なるカラーバンドで読みを生じさせる必要がある。通常、イメージセンサで検出するのに用いられる２つの方法のうち第１は、結像装置中の画素検出視野の１／３を赤色又は赤補色フィルタで覆い、画素の１／３を青色又は青補色フィルタで覆い、そして画素の１／３を緑色又は緑補色フィルタで覆うことである。これは例えば、アレイ状の画素上に赤色、緑色及び青色のストリップを交互に配置することによって行われる場合が多い。各画素位置は、１つの色を記録し、補間法を用いて各画素視野のところにおける２つの脱落した色を埋め合わせる。
【０００８】
低解像度の結像装置とを組み合わせた場合、色を検出するこの方法は問題を生じる。用いられる光学系に起因して、結像検出アレイによって見えるヘッドランプ又はテールライトの投影像は、非常に小さく、場合によっては、レンズの解像力よりも小さくなる。この投影像をドットと呼ぶ。画素間隔が、レンズによって投影されたドットサイズよりも非常に小さい場合、特定の色のドットの一部が、その色のセンサ視野に常に当たるとは限らない場合がある。画素のサイズ又は画素１個当たりの光学的カバレージ（coverage）は、画素の数の減少に起因して増大するので、もし複雑な交差指型画素パターンが用いられなければ、同色の画素視野相互間のボイドが大きくなる。特定の色の読み出しが、ドットイメージ全体を別の一色又は複数の色の画素上に投影させることにより完全には失われなくても、読み出しは、ドットのどの部分が画素に当たるかに応じて大まかになる。ヘッドランプ又はテールライトの投影像中の小さな光のスポットが或る色とは別の色の１つの画素上に当たる場合、色の識別は通常は、２又は３以上の色成分相互間のバランスを決定する問題であり、特定の色成分の存否を決定する問題ではないので、測定バランスがそれに応じて変更される。
【０００９】
この方法に関するもう一つの欠点は、カラーフィルタを具体的に構成するのに用いられる染料に起因している。染料は通常は有機物であり、熱及び光への暴露に起因する劣化を生じる。染料は個々の画素位置上に直接載っているので、強力な光源、例えば太陽からのエネルギーがレンズ系によって染料上に直接合焦される。
【００１０】
この方法に関する更にもう一つの問題は、カラーフィルタ染料をイメージセンサ上の画素センサ視野に塗布し、正確にこれに位置合わせするには費用がかかるということである。カラーフィルタを画素センサ上に直接付け足す費用は、シリコンイメージ検出チップ自体と同じほど高価な場合がある。
【００１１】
色を映像化又は画像化する第２の方法は、イメージからの光を、別々のイメージセンサ上に投影される赤色、緑色及び青色成分に分割することであり、イメージセンサは各々、そのカラーフィルタにかけられたイメージを測定する。これには、複雑な光学装置及び３つの別々のイメージセンサが必要になる。色分解（色分離）技術は、あるひとつの色を選択的に反射し、補色を伝送するミラーを利用することが多い。これら光学装置は通常は、大きく離れた非平面状イメージセンサ視野を必要とし、３つのセンサを共通のシリコン基板上に配置し、又は共通のパッケージ内に収納することは不可能ではないまでも困難である。この方法には３つの問題がある。単一のセンサアレイを用いることはできない。単一のシリコンチップを用いることができず、単一のパッケージを用いることもできない。
【００１２】
例えばヘッドランプ制御装置に用いられる費用効果の良い結像システムが要望されている。コスト及び光学系、センサアレイ、プロセッサ及びプロセッサインターフェースの複雑さを抑えるために、好ましくは、満足の行く画像表示を得るには小さすぎると考えられる範囲に最小数の画素を用いるべきである。結像システムは、レンズ系の焦点に染料又は色素、あるいは色選択材料を配置するスペクトルフィルタリングを用いるべきではない。結像システムは、ヘッドランプ調光制御、ヘッドランプオンオフ制御又はこれら両方を決定するのに適した信号を出すべきである。結像システムはまた、過度の光又は熱による損傷から保護されるべきである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、ヘッドランプ制御装置に用いられるイメージを提供することにある。
【００１４】
本発明の別の目的は、イメージアレイ内に景色の互いに異なる色成分を検出するサブウィンドウを設けることにある。
【００１５】
本発明の更に別の目的は、低解像度イメージセンサをヘッドランプ制御装置に用いることができるようにする光学系を提供することにある。
【００１６】
本発明の別の目的は、フィルタを光学系の焦点面内に配置しない光学系を用いて景色の互いに異なる色成分を生じさせることにある。
【００１７】
本発明の更に別の目的は、ヘッドランプをオンにするかオフにするかをイメージセンサを利用する態様で決定する際に用いられる高さ方向の光レベルを検出することにある。
【００１８】
本発明の更に別の目的は、ヘッドランプ制御結像システムの構成要素を過度の光及び熱から保護することにある。
【００１９】
本発明の上記目的及び他の目的の達成にあたり、車両用ヘッドランプ制御装置に用いられる結像システムが提供される。結像システムは、全体として景色に向いて開口したアパーチュアを構成するハウジングと、アパーチュアから見て反対側でハウジング内に設けられたイメージセンサと、ハウジング内に設けられていてアパーチュアとイメージセンサとの間に第１の開口部及びアパーチュアとイメージセンサとの間に第２の開口部を構成する支持体と、第１の開口部内に設けられていて、景色からの光をイメージセンサの第１の部分上に合焦させる第１のレンズと、第２の開口部内に設けられていて、景色間の光をイメージセンサの第２の部分上に合焦させる第２のレンズとを有し、イメージセンサの第２の部分は、第１の部分から離れている。
【００２０】
一実施形態では、第１のレンズは、光を第１の波長でイメージセンサ上に合焦させることができ、第２のレンズは、光を第２の波長でイメージセンサ上に合焦させることができる。変形例では、第１の波長の第１のレンズの焦点距離は、第２の波長の第２のレンズの焦点距離と実質的に同一である。好ましい実施形態では、第１のレンズは、色が実質的に青緑の光を減衰させることができ、第２のレンズは、色が実質的に赤の光を減衰させることができる。
【００２１】
別の実施形態では、イメージセンサは、低解像度を有している。
【００２２】
更に別の実施形態では、隔壁が、第１のレンズと第２のレンズとの間の領域からイメージセンサに向かって延びている。隔壁は、第１のレンズを通った光がイメージセンサの第２の部分に当たるのを抑制するとともに第２のレンズを通った光がイメージセンサの第１の部分に当たるのを抑制する。
【００２３】
別の実施形態では、結像システムは、アパーチュアに入る光の強度を減少させるシャッタを有する。好ましい実施形態では、シャッタは、エレクトロクロミックウィンドウである。
【００２４】
更に別の実施形態では、最大焦点距離は、第１のレンズの焦点距離及び第２のレンズの焦点距離のうち最も大きなものである。ハウジングは、第１のレンズ及び第２のレンズから最大焦点距離の少なくとも２倍の距離のところにアパーチュアを構成している。更に別の実施形態では、アパーチュアを構成するハウジングの第１の部分が、もしこれが設けられていなければ第１のレンズを通ってイメージセンサの第２の部分上に迷光として当たる光を遮断するよう位置決めされており、アパーチュアを構成するハウジングの第２の部分が、もしこれが設けられていなければ第２のレンズを通ってイメージセンサの第１の部分上に迷光として当たる光を遮断するよう位置決めされている。
【００２５】
また、全体として車両の前方に広がる景色に向かって開口したアパーチュアを構成するハウジングと、ハウジング内に設けられたイメージセンサと、アパーチュアの近くに設けられた光標本化レンズとを有するヘッドランプ制御装置用結像システムが提供される。光標本化レンズは、アパーチュアの実質的に上方からアパーチュアの実質的に前方まで延びる垂直方向の円弧によって構成された領域からの光線を集め、集めた光線の向きを変えてこれをイメージセンサに差し向ける。光標本化レンズは、アパーチュアの全体的に前方に位置する狭い水平方向の円弧によって構成された領域からの光線を集める。
【００２６】
一実施形態では、光標本化レンズは、高さ方向に互いに離れた領域からの光線を集め、集めた光線の向きを変えてこれを高さ方向に互いに離れた領域の各々から互いに異なる一組の画素センサに差し向け、イメージセンサは、互いに異なる角度的高さ位置における光のレベルを検出する。高さ方向に互いに離れた領域は、１０°の仰角だけ離れる領域であるのがよい。
【００２７】
別の実施形態では、結像システムは、画素センサの第１のサブウィンドウと、画素センサの第２のサブウィンドウと、光標本化レンズとイメージセンサとの間でハウジング内に設けられていて、向きが変えられた光線の実質的に赤色成分を第１のサブウィンドウ上に投影する赤色レンズと、光標本化レンズとイメージセンサとの間でハウジング内に設けられていて、向きが変えられた光線の実質的に赤補色成分を第２のサブウィンドウ上に投影する赤補色レンズとを更に有する。
【００２８】
少なくとも１つのヘッドランプを制御するシステムが、ヘッドランプと連絡していて、受け取ったオンオフ制御信号に基づいてヘッドランプをオンにしたりオフにするヘッドランプコントローラと、アレイ状に配列された画素センサで構成されるイメージセンサと、車両の実質的に上から車両の実質的に前まで延びる垂直方向の円弧によって構成される領域からの光線を集め、集めた光線の向きを変えてこれをイメージセンサに差し向けるレンズ系と、イメージセンサ及びヘッドランプコントローラと連絡している処理制御装置とを有し、処理制御装置は、画素センサからの光レベルを読み取って、光レベルと閾値の比較に基づいてオンオフ制御信号を定める。
【００２９】
一実施形態では、処理制御装置は、第１及び第２のサブウィンドウ上に投影された色成分に基づいて閾値を定める。変形例として、処理制御装置は、垂直方向円弧によって定められた領域が、青色の空を画像化するか曇った空を画像化するかを決定し、曇った空の場合よりも青色の空の場合について低い閾値を用いる。
【００３０】
別の実施形態では、処理制御装置は、光レベルとヒステリシス閾値との比較に基づいてオンオフ制御信号を定めることができる。
【００３１】
更に別の実施形態では、処理制御装置は、オンオフ制御信号中の先の変化からの時間遅れに基づいてオンオフ制御信号定めることができる。
【００３２】
本発明の上記目的及び他の目的並びに特徴及び利点は、添付の図面を参照して本発明の最適実施形態についての以下の詳細な説明を読むと明らかになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
今、図１を参照すると、本発明を組み込んだシステムのブロック図が示されている。ヘッドランプ制御装置２０が、１又は２以上のヘッドランプ２２を制御するために乗物又は車の中に用いられている。制御の動作としては、ヘッドランプ２２を自動的にオンにしたりオフにし、そしてヘッドランプ２２についてハイビームとロービームとの間で自動的に切り替えることが挙げられる。
【００３４】
景色２４が一般に車の前に広がっている。景色２４からの光線２６は、先ず最初に光学系３０を通ることにより結像システム２８に入る。光学系３０からの合焦光線３２は、光学系３０の焦点面内に位置したイメージセンサ３４に当たる。処理制御システム３６は、イメージセンサ出力３８を受け取り、イメージセンサ制御信号４０を出す。処理制御システム３６は又、自動ヘッドランプ制御信号４２を発生し、この信号はヘッドランプコントローラ４４によって受け取られる。
【００３５】
処理制御システム３６は、景色２４の中にヘッドランプ及びテールライトがあるかどうかをチェックする連続サイクルを実行することができる。各サイクル中、２つのイメージがイメージセンサ３４から得られる。以下に詳細に説明するように、一方のイメージは、主として赤色成分を有し、もう一方のイメージは、主として赤補色成分を有する。赤色のイメージ中に明るいスポット（ブライトスポット）があると、これにより景色２４内にテールライトがあることが分かる。赤色のイメージ及び赤補色イメージの両方にライトスポットがあると、これにより景色２４内にヘッドランプがあることが分かる。計数器を用いると、ブライトスポットがほぼ同一の方向に検出された連続して並ぶフレームの数を指示することができる。いったんカウントが閾値に達すると、ブライトスポットは、別の車からのものであるとみなされ、適当な動作、例えばヘッドランプ２２の調光措置がとられる。上述の説明は、関連の米国特許出願第０８／８３１，２３２号に記載された実施形態の簡単な説明である。
【００３６】
ヘッドランプコントローラ４４は、ヘッドランプコントローラ信号４６を発生し、この信号はヘッドランプ２２によって受け取られ、それによりヘッドランプ２２をオンにしたりオフにし、或いはハイビームとロービームを切り替える。ヘッドランプ２２は、景色２４の一部を照らすヘッドランプ照明光４８を生じさせる。ヘッドランプコントローラ４４は又、手動オンオフ制御装置５２からの手動オンオフ信号５０及び手動調光制御装置５６からの手動調光信号５４を更に受け取る。手動オンオフ制御装置５２及び手動調光制御装置５６により、ドライバーは、ヘッドランプ２２の動作を手動で制御することができる。変形実施形態では、ヘッドランプオンオフ信号５０と手動調光信号５４のうち一方又は両方を処理制御装置３６によって用いると、ヘッドランプ２２の状態を決定することができる。
【００３７】
変形実施形態では、シャッタ５８は、結像システム２８の前に置かれる。この場合、シャッタ５８は、景色２４からの光線２６を受け取り、減衰した光線６０を光学系３０に出力する。シャッタ５８は、景色２４からの光が過度であるとき、例えば、太陽が水平線の近くに位置する夜明け又は夕暮れ時にイメージセンサ３４に到達する光の量を減少させ又は無くす。シャッタ５８を、シャッタ制御信号６２によって行われる処理制御装置３６の制御の下で、機械的手段、例えばブラインド、アイリス等を用いて具体的に構成できる。変形例として、シャッタ５８は、感光性ガラス又はプラスチックであってもよい。さらに別の変形実施形態では、シャッタ５８は、エイチ・ジェイ・ベイカー氏に付与された米国特許第４，９０２，１０８号（発明の名称：Single-Compartment, Self-Erasing, Solution-Phase Electrochromic Device, Solutions For Use Therein, And Uses Thereof ）に記載されているようなエレクトロクロミックウィンドウであってもよい。なお、かかる米国特許の内容を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する。
【００３８】
イメージセンサ３４は、処理上の要件及びコストを減少させるために最小数の検出素子を有するべきである。比較的少数の画素センサを備えたイメージセンサ３４を効率的に用いるためには、景色２４内の遠くに位置したテールライト又はヘッドランプの投影像は、イメージセンサ３４内の単一の画素とサイズが同等であるか、あるいはこれよりも小さいことが必要である。かかる投影像からのイメージデータを生ずることにより計算された色成分の相対強度は、一般に、アレイ上の投影像の特定の部分とは無関係であることが必要である。したがって、景色２４の別々にフィルタにかけられたイメージを、好ましくは同一の画素アレイ又は変形例として別々の画素アレイ内の空間的に離れたフレーム上に同時に投影することが望ましい。１又は２以上の画素アレイは好ましくは、同一基板上且つ同一パッケージ内に位置する。
【００３９】
好ましい構成は、フレームを別々のサブウィンドウ内に含むと共に多数のフレームの露出と処理を同時に行う手段を構成する共通の制御ロジックを用いるのに十分大きな共通アレイ上に別々のフレームを投影することにある。この種の制御は、同時係属米国特許出願第０８／９３３，２１０号（発明の名称：Control Circuit for Image Array Sensors ）に記載されている。イメージアレイ及びレンズ系についての説明は、以下の図２〜図８を参照して行う。
【００４０】
好ましい実施形態では、小さな領域の光源を検出すると、フレームを分析して、周囲の画素の背景レベルよりも実質的に高い照明レベルを有する隣り合う画素の単一又は小さなグループを求める。この光の読みを、この画素のグループにわたって積算し又は合計し、この場合、平均背景レベルを差し引くが、このようにするかどうかは任意である。この方法を、各色成分に相当するフレームについて繰り返し実施する。このようにすると、読みは、照明光が、ひとつの画素センサ上に含まれるか、あるいは照明光がその境界部に当たり、光の部分を２又は３以上の隣り合う画素センサ上に注ぐかどうかとは比較的無関係である。この方法により、所与の小領域光源の種々の色成分の比率計による比較が行われた場合に、互いに異なる色成分についてのサブウィンドウ相互間の小さな位置決め誤差に関する許容度が大きくなる。
【００４１】
次に、図２を参照すると、本発明のイメージセンサを表す略図が示されている。イメージセンサ３４は、縦横に並べられたアレイ状の画素センサ（これらのうちの１つが符号７０で示されている）を有している。例示の実施形態では、イメージセンサ３４は、横に８０個、縦に６４個の画素センサから成り、これらのうち大部分は、分かりやすくするために図示されていない。イメージセンサ３４は、上境界７２、下境界７４、左境界７６、右境界７８を有し、これらは画素センサ７０によって覆われた領域を構成している。説明を容易にするために方向を表す用語、例えば「上」、「下」、「左」、「右」を用いたが、かかる用語は、本発明を特定の向きに限定するものではない。
【００４２】
イメージセンサ３４は、数個のサブウィンドウに分割されている。一実施形態では、２つのサブウィンドウは、景色２４を２つの色成分の状態に画像化するよう用いられる。上側サブウィンドウ９４は、線７８，８０，８２，８４によって境界付けられ、赤色の光を通すよう着色されたレンズを通して投影されるイメージの当たる画素センサ７０を有している。下側サブウィンドウ９６は、線７８，８６，８２，８８によって境界付けられ、青緑色又は赤補色光を通すよう着色されたレンズを通して投影されるイメージの当たる画素センサ７０を有している。
【００４３】
レンズは、例えば横の広がりが２２°、縦の広がりが９°の景色２４の視野をもたらす。線８０と頂面７２との間及び線８４，９０相互間の空間により、車の中における結像システム２８のミスアラインメントを修正する高さ調節が可能になる。この高さ調節を行うため、線８０，８４によってそれぞれ表された上側サブウィンドウ９４の境界を頂縁７２と線９０との間の範囲内で上又は下に動かす。同様に、線８６，８８は、下側サブウィンドウ９６の境界を表しており、これら境界を底縁７４と線９２との間で動かすことができる。例示の実施形態では、約４．８°の範囲の高さ調節が可能である。サブウィンドウ９４，９６を通常は一緒に上又は下に動かすが、一方に対する他方の原点もまた、一方に対する他方のサブウィンドウの位置決めのばらつきを補償するよう調節できる。
【００４４】
線９０，９２によって境界付けられた領域内に位置する画素センサ７０は、赤色レンズと赤補色レンズの両方からの光を受け取ることができる。したがって、この領域は、有効結像領域の一部として通常は使用されない。画素センサ７０をこの領域から取り去ると、他の回路のための余地が得られるが、面積の損失分の割合が比較的少なくかつ他の用途において６４×８０の画素アレイ全体を用いる融通性が得られるので、画素センサ７０を線９０，９２によって境界付けられた領域内に残しておくことは、一層有利な場合がある。また、信号経路をアレイ中の縦の列に沿って遮ることは有利ではない。例示の実施形態では、８．５％未満の画素センサ７０が、線９０，９２の間の範囲に属する。線９０，９２の間に必要な幅を限定する実施形態については、以下の図５を参照して説明する。赤色レンズ及び赤補色レンズについては、以下の図３〜図６及び図８を参照して説明する。
【００４５】
本発明の実施形態では、左縁７６と線８２との間に位置する画素センサ７０は、ヘッドランプオンオフ制御装置に用いられる。この使用法については、以下の図８を参照して説明する。
【００４６】
本発明の別の実施形態では、イメージセンサ３４は、景色２４を複数の色成分に画像化するための３以上のサブウィンドウに分割されている。例えば、上側サブウィンドウ９４及び下側サブウィンドウ９６をそれぞれ、２つのサブウィンドウに分けて、４つのサブウィンドウを形成するのがよい。多数のサブウィンドウを２×２の格子又は１×４の格子の状態に配列するのがよい。サブウィンドウ相互間の間隔により、垂直方向及び水平方向の調節が可能になる。
【００４７】
イメージセンサ３４内の画素センサ７０は、電荷結合素子（ＣＣＤ）、フォトダイオード等であるのがよい。好ましい実施形態では、画素センサ７０は、ＣＭＯＳ活性画素センサある。ＡＰＳイメージセンサが、同時係属米国特許出願第０９／００２，４００号（発明の名称：Wide Dynamic Range Optical Sensor ）に記載されており、この米国特許出願の内容を本明細書の一部を形成するのとしてここに引用する。
【００４８】
次に、図３を参照すると、本発明の例示の実施形態が示されている。結像システム２８は、景色２４に向かって開口したアパーチュア１０２を備えたハウジング１００を有している。イメージセンサ３４が、アパーチュア１０２の反対側でハウジング１００内に設けられている。支持体１０４が、ハウジング１００内に設けられており、この支持体は、イメージセンサ３４とアパーチュア１０２との間に赤色レンズ１０６及び赤補色レンズ１０８を保持している。支持体１０４はまた、アパーチュア１０２を通ってやってきた光が赤色レンズ１０６又は赤補色レンズ１０８を通過しない場合にイメージセンサ３４に当たるのを防止する。上側サブウィンドウ９４、即ち頂縁７２及び線９０を形成するとともに下側サブウィンドウ９６、即ち底縁７４及び線９２を形成するのに用いられる画素センサ７０のレンジ又は範囲は、イメージセンサ３４上に示されている。
【００４９】
好ましくは、アパーチュア１０２は、レンズ１０６，１０８の前でレンズ１０６，１０８の焦点距離の数倍のところに置かれている。アパーチュア１０２は、イメージセンサ３４上に別々に投影される２つのイメージの境界相互間の距離を最小限にし、それにより上側サブウィンドウ９４と下側サブウィンドウ９６との間のオプティカルクロストークの量を減少させるという特徴を備えている。これは、アパーチュア１０２の一方の境界を用いることによって達成され、これは、もしこれが設けられていなければレンズ１０８を通過して上側サブウィンドウ９４への迷光として当たる光を遮断するよう位置決めされている。同様に、アパーチュアは１０２の別の境界が設けられていて、もしこれが設けられていなければレンズ１０６を通り、下側サブウィンドウ９６に迷光として当たる光を遮断するようになっている。オプティカルクロストークを制限するアパーチュア１０２の使用法については、以下の図４を参照して説明する。もう一つの改良策は、レンズ系１０６，１０８の間に位置決めされ、イメージセンサ３４に向かって延びて、上側サブウィンドウ９４と下側サブウィンドウ９６との間に必要な距離を一段と減少させてオプティカルクロストークを適当に最小限にする隔壁又は遮光板を用いることにある。隔壁の使用法については、図５を参照して以下に説明する。もう一つの改造例として、集光光学系をアパーチュア１０２の一部の中に配置し、使用可能なイメージをイメージセンサ３４の第３の領域中に投影しながら３つのイメージ相互間の適当な光学的離間距離を維持するようにする。集光光学系及びその用途については図７及び図８を参照して以下に説明する。赤色レンズ１０６及び赤補色レンズ１０８が、概念的に示されている。赤色レンズ１０６及び赤補色レンズ１０８の形状及び詳細な動作原理についての説明は、図６を参照して以下に行う。
【００５０】
本発明の実施形態では、光学系３０は、景色２４の複数のカラーフィルタにかけられた画像をイメージセンサ３４上に投影するよう３つ以上のレンズ系１０６，１０８を有している。例えば、４つのレンズを、２×２アレイのレンズの状態に配列するのがよい。レンズのうち３つは、真の色の画像化が得られるよう互いに異なるカラーバンド、例えば赤色、緑色及び青色の光を通過させることができる。第４のレンズは、低い光レベルの結像が得られるよう実質的にフィルタにかけられなかった光を通過させることができる。
【００５１】
次に、図３及び図４を参照して、結像システム２８の作用を説明する。低いところにある点１１０は、イメージセンサ３４上に点１１２として投影される景色２４内の遠くに位置する点を示している。この低点１１０は、視野の下限のところに位置し、赤補色レンズ１０８によって投影されたイメージの遮られた部分の線９２によって示されるように下側サブウィンドウ９６の上限のところに位置した点１１２上に写る。低点１１０は、大抵のヘッドランプコントローラの動作を開始させた時に、対向車のヘッドランプ及び後方に近づいた車のテールライトの場合、代表的には５０〜２００ｍ離れたところに位置しているので、下方光線１１４、上方光線１１６及び中央光線１１８によって表された光線２６は、赤補色レンズ１０８に当たる前は互いにほぼ平行である。赤補色レンズ１０８は、下方光線１１４、上方光線１１６及び中央光線１１８をイメージセンサ３４上の点１１２へ合焦させる。アパーチュア１０２のアパーチュア下縁１２０は、下方光線１１４が、アパーチュア下縁１２０及び符号１２２によって示された赤補色レンズ１０８の下縁をちょうど通過するよう位置決めされている。この構成によれば、アパーチュア１０２は、低点１１０からの光を遮断することがないほど十分な大きさのものである。なお、この光は、上記のように構成されていなければ、赤補色レンズ１０８に当たって点１１２上に合焦されることになる。
【００５２】
光線１２４は、アパーチュア下縁１２０を通過し、赤補色レンズ１０８を通り抜ける最も上方に差し向けられた光線である。光線１１４と比較して、光線１２４は、符号１２６で示されたレンズ１０８の頂部のところで赤補色レンズ１０８に入った時に、光線１１４よりもレンズ１つ分の直径だけ多くなるような分量、上方に傾斜した光路を通る。平行な光線１１４，１１６，１１８からの光線１２４のこの角度的なずれは、光線１２４が赤補色レンズ１０８を出る時もほぼ保存される。光線１２４は、符号１２８で示された点のところで上側窓９４の下境界部９０のところでイメージセンサ３４に当たる。
【００５３】
一実施形態では、赤色レンズ１０６及び赤補色レンズ１０８は、Ｆナンバーが４であり、直径が公称１mmであり、焦点距離（寸法Ａ）が４mmである。アパーチュア１０２は、赤色レンズ１０６及び赤補色レンズ１０８から焦点距離３つ分のところにある。ハウジング１００の直径Ｂは、約２８mmである。
【００５４】
小型化の利点の１つは、アパーチュア１０２を、過度に大きな構造にしないで、赤色レンズ１０６及び赤補色レンズ１０８から焦点距離の十分に何倍ものところに間隔を置いて配置できるということにある。アパーチュア１０２がレンズ１０６，１０８から遠くにあればあるほど、線９０，９２相互間の距離をいっそう減少させて、アパーチュア１０２からレンズ１０６，１０８までの間隔の選択がサイズと検知領域の損失との兼合いに関する実用上の問題であるようにすることができる。
【００５５】
上述の例示の実施形態の場合、光線１２４が赤補色レンズ１０８からイメージセンサ３４まで進む距離は、アパーチュア１０２から赤補色レンズ１０８まで進む距離の１／６である。したがって、光線１２４は、点１１２の上方の赤補色レンズ１０８の直径のほぼ１／６のところの点でイメージセンサ３４に当たる。
【００５６】
高いところに位置した点１３０は、景色２４の視野の上限に位置している。赤補色レンズ１０８を通るこの高点１３０の投影像は、下側サブウィンドウ９６によって覆われた領域よりも下の点のところでイメージセンサ３４に当たる。これら光線は描かれていない。というのは、投影像は、サブウィンドウ９４又は９６のいずれにも入らないからである。
【００５７】
高点１３０はまた、アパーチュア１０２から遠くに位置しているので、上方光線１３２，下方光線１３４及び中間光線１３６は、赤色レンズ１０６に当たる前は、実質的に互いに平行である。赤色レンズ１０６は、光線１３２，１３４，１３６を、線９０によって印されているように上側サブウィンドウ９４の下限のところでイメージセンサ１３４上の点１２８上に合焦させる。上述した光線１２４の場合と同様、光線１３８は、アパーチュア上縁１４０を通過することができ、そして依然として赤色レンズ１０６によって合焦される最も下に向いた光線であり、イメージセンサ３４に点１１２のところで当たる。かくして、赤補色レンズ１０８からの迷光は、線９２から線９０に進む際に減少して実質的に０になる一方、赤色レンズ１０６からの迷光は、線９０から線９２に進む際に減少して実質的に０になる。
【００５８】
次に、図５を参照すると、本発明の変形実施形態が示されている。図５は、図４で見たのと同一の結像システム２８の部分を示している。図５に示す実施形態は、隔壁１４２が追加されていることを除き、図４に示す形態と同一である。隔壁１４２は、赤色レンズ１０６及び赤補色レンズ１０８の両方からの光が当たることができるイメージセンサ３４の領域を減少させる。
【００５９】
大雑把に言えば、焦点が無限であり、アパーチュア直径がｄのレンズの場合、レンズの前に焦点距離のｎ倍のところにあるストップ又は隔壁を、ストップによって影響を受けない像の部分からｄ／ｎよりも長い距離離れたところで焦点面に当たる光線を遮断するよう位置決めできる。
【００６０】
隔壁１４２は、イメージセンサ３４に向かって支持体１０４に実質的に垂直に延びている。理想的には、隔壁１４２は、イメージセンサ３４にほぼ当たるところまで延びる。しかしながら、イメージセンサ３４は、隔壁１４２の広がりを制限することができるセンサパッケージカバーガラス１４４を有するのがよい。
【００６１】
隔壁１４２は、光線１２４がイメージセンサ３４に当たらないよう遮断する。隔壁１４２が定位置に配置された状態では、光線１４６は、アパーチュア下縁１２０を通り、赤補色レンズ１０８を通過し、そして点１４８のところでイメージセンサ３４に当たる最も下に位置する光線を表す。点１４８は、線９２から線９０までの距離の約２／３のところに位置している。
【００６２】
光線１５０は、赤補色レンズ１０８を通って、アパーチュア下縁１２０がない場合にはイメージセンサ３４上に合焦できる最も上に向いた光線である。光線１５０は、符号１５２で示された点のところでイメージセンサ３４に当たり、赤色レンズ１０６からの像について保存された領域中に十分入る。
【００６３】
隔壁１４２の良好な光学的処理が得られる余地は殆ど無く、浅い角度で隔壁１４２に当たる光線、例えば光線１２４は、最も黒くした表面からさえも相当反射することになる。レンズ１０６，１０８の前に位置するアパーチュア１０２は、図示の例示の実施形態では隔壁１４２よりも一層よく機能するが、アパーチュア１０２及び隔壁１４２の組合せは、上側サブウィンドウ９４と下側サブウィンドウ９６を隔てる距離を最小限に抑えてレンズ１０６又は１０８のうち一方に入射する相当な量の光が、他方のレンズによって投影されるサブウィンドウ上に当たることがないようにする上で最もよい性能を発揮する。注目すべきこととして、線９０，９２相互間の距離だけサブウィンドウ９４，９６を互いに間隔を置くかわりに、隔壁１４２に似ているがこれよりも薄い隔壁を適用し、サブウィンドウの離間距離を減少させてレンズ１０６，１０８を再中心合せしてアパーチュア１０２を再寸法決めすることにより減少させることができる。
【００６４】
次に、図６を参照すると、本発明に用いられる対をなす非球面レンズの例示の形態が示されている。図面は、レンズの作用を説明するために作成されており、レンズの正確な形状又は位置決めを表すものではない。
【００６５】
赤色レンズ１０６は、イメージセンサ３４から遠ざかる方向に向いた前面２００及びイメージセンサ３４に向いた後面２０２を有している。前面２００は、その最も遠くに位置する点のところにおいてはイメージセンサ３４から４．２５mmの寸法Ｃのところに位置している。前面２００は、以下の等式（１）によって表される楕円面である。
【００６６】
【数１】
上式において、Ｚは、光軸から半径方向距離ｒの関数として光軸に沿うレンズ表面の高さの値、ｃは曲率、ｋは、円錐係数、係数Ｃ2nは、偶数次の整式の係数である。前面２００については、ｃは、０．７１９４、ｋは、−０．４５２９である。後面２０２は、半径が４．０５mmの球面である。寸法Ｄとして示された赤補色レンズ１０８の直径は、１．２mmである。赤補色レンズ１０８の中心における寸法Ｅとして示された厚さは、０．２mmである。赤色レンズ１０６の焦点距離は、波長で決まり、波長が６８０nmの場合４．２５mmである。
【００６７】
赤補色レンズ１０８は、イメージセンサ３４から遠ざかる方向に向いた前面２０４及びイメージセンサ３４に向いた後面２０６を有している。前面２０４は、その最も遠くに位置する点のところにおいてはイメージセンサ３４から４．２５mmの寸法Ｃのところに位置している。前面２０４も又、上記の等式（１）によって表される楕円面であり、曲率ｃは、０．７０５９、円錐係数ｋは、−０．４４４４である。後面２０６は、半径が４．０５mmの球面である。寸法Ｆとして示された赤補色レンズ１０８の直径は、１．２mmである。赤補色レンズ１０８の中心における寸法Ｅとして示された厚さは、０．２mmである。赤補色レンズ１０８の焦点距離は、波長で決まり、波長が４２０nmの場合４．２５mmである。
【００６８】
再び図６を参照すると、レンズ１０６，１０８の波長依存性焦点距離の効果が記載されている。赤色レンズ１０６及び赤補色レンズ１０８の互いに異なる非球面上の前面に起因して、赤色光線２１０及び青色光線２１２は、各レンズを通って別々に合焦される。赤色レンズ１０６を通る赤色光線２１０の焦点は、イメージセンサ３４の表面のところに位置し、これに対し、赤色レンズ１０６を通った青色光線２１２は、イメージセンサ３４の前に距離をおいたところに合焦する。同様に、赤補色レンズ１０８を通った青色光線２１２は、イメージセンサ３４の表面上に合焦し、赤補色レンズ１０８を通った赤色光線２１０は、イメージセンサ３４の後ろに距離をおいたところに合焦する。
【００６９】
好ましい実施形態では、赤色レンズ１０６は、赤色レンズ１０６を通って伝送される赤補色光の大きさを減少させる染料を有するポリマーから作られる。赤補色レンズ１０８は、赤補色レンズ１０８を通って伝送される赤光の大きさを減少させる染料を有するポリマーから作られる。変形例として、赤色レンズ１０６及び赤補色レンズ１０８の少なくとも一方の面を、それぞれ赤色のフィルタリング及び赤補色フィルタリングを達成するようコーティングするのがよい。もう１つの変形例は、景色２４とイメージセンサ３４との間に別々のフィルタを用いることである。特に、フィルタをレンズ１０６，１０８の前又は後のいずれかに直接支持体１０４に取り付けるのがよい。
【００７０】
本発明の実施形態では、３以上のレンズ１０６，１０８が用いられる。各レンズを、互いに異なる色波長を通すよう着色又は色合い付けするのがよい。好ましくは、各レンズは、そのレンズの通過波長のところの任意のレンズ１０６，１０８の焦点距離が、他のレンズの通過波長のところの任意他のレンズ１０６，１０８の焦点距離と同一であるよう付形される。
【００７１】
次に、図７を参照すると、ヘッドランプオンオフ制御のための本発明の実施形態に用いられるレンズが示されている。光標本化レンズ２５０が、水平方向前方の方向から垂直方向上方の方向まで光線２５１〜２６０として示された方向範囲から光を集光する。光線２５１〜２６０の勾配は、約１０°単位で間隔を置いている。レンズ２５０は、入射光線２５１〜２６０の方向を変えてほぼ水平の経路に沿って出射光線２６１〜２７０にする。
【００７２】
ほぼ垂直の光線２５１は、レンズ２５０の前面２７２のところで屈折して光線２７１になる。光線２７１は、表面２７４のところで内部で反射して光線２７３になり、光線２７３は屈折して光線２６１になる。表面２７５は、光線２７１に対してほぼ平行であり、或いは、表面２７５を光線２７１に平行にする角度よりも僅かに大きな角度表面２７４に対してなしている。表面２７５が、表面２７５を光線２７１に対して平行にする角度よりも小さな角度を表面２７４に対してなしていれば、光線２７１は、光線２５１が表面２７２上の高い位置にある点のところで入射すると遮断され、それにより好ましくない影を、光線２７１と表面２７５の高点の近くで表面２７４上に落とす。レンズ２５０は、出射光線２６２〜２６５を生じさせるよう同様な方法で入射光線２５２〜２５５を曲げる。表面２７４は、頂点が全体として前面２７２から遠ざかる方向に向いた三角形の下方側部を形成し、表面２７５はその上方側部を形成する。
【００７３】
光線２５６は、表面２８０のところで屈折して光線２８１になり、光線２８１は後面２８２のところで屈折して光線２６６になる。同様に、光線２５７は、表面２８３のところで屈折して光線２８４になり、光線２８４は後面２８２のところで屈折して光線２６７になる。表面２８５は、光線２８１にほぼ平行であり、表面２８６は光線２５６と光線２８４との間の角度をほぼ２等分するよう差し向けられている。レンズ２５０は、入射光線２５８〜２６０を同様な仕方で屈折させて出射光線２６８〜２７０を生じさせる。表面２８０は、頂点が全体として前面２８２から遠ざかる方向に向いた三角形の下方側部を形成し、表面２８５はその上方側部を形成する。
【００７４】
レンズ２５０の好ましい実施形態では、出射光線２６１〜２７０は、光線２６１について僅かに下方から光線２７０に付いて僅かに上方まで次第に傾斜している。
【００７５】
一実施形態では、レンズ２５０は、図７全体に示すような断面を備えたアクリル樹脂から作られる。この実施形態は、光を、水平方向に比較的小さな角度を持ち、垂直方向に向けられた９０°の扇形の状態で光を集光することになる。変形実施形態では、前面２７２及び後面２８２を設計変更することにより、水平方向の有効カバレージの増大が得られる。表面２７２を、円柱軸をレンズ２５０の長さ方向に平行にした状態で凹の円柱形に形成するのがよい。表面２８２を、円柱軸をこの場合も又、レンズ２５０の長さ方向に平行にした状態で凹の円柱形に形成するのがよい。
【００７６】
次に、図８を参照すると、図７のレンズを組み込んだ例示の光学系が示されている。隔壁３００が、景色２４とレンズ１０６，１０８との間に配置されている。好ましい実施形態では、隔壁３００は、ハウジング１００の一部である。隔壁３００は、車の水平方向に対し約４５°の角度θで傾斜している。隔壁３００は、自動車の前の景色２４に向かって開いたアパーチュア３０２を構成している。アパーチュア３０２は、鉛直面へのアパーチュア３０２の投影像が、アパーチュア１０２と類似した鉛直面上に四角形を形成するよう台形であるのがよい。アパーチュア３０２は、レンズ１０６によって投影された光を上側サブウィンドウ９４中の任意の点に制限しないで、或いはレンズ１０８によって投影された光を下側サブウィンドウ９６中の任意の点に制限しないでできるだけ小さいものである。
【００７７】
レンズ１５０は、アパーチュア３０２の一方の側部に設けられている。レンズ２５０の幅は、レンズ１０６又は１０８の直径とほぼ同一である。レンズ２５０は、光線２５１が車のほぼ上からやってくると共に光線２６０が車のほぼ前からやってくるように差し向けられる。レンズ２５０は、レンズ２５０のぼけた倒立像が赤色レンズ１０６によって線３０４と線３０６との間でイメージセンサ３４の一方の縁上に投影されて赤色の空の画像３１２を形成するよう位置決めされている。レンズ２５０は、レンズ２５０のぼけた倒立像が赤補色レンズ１０８によって線３０８と線３１０との間でイメージセンサ３４の一方の縁上に投影されて赤補色の空の画像３１２を形成するよう位置決めされている。視差の誤差に起因して、線３０６が、上側サブウィンドウ９４の下縁の上に位置し、線３０８が、下側サブウィンドウ９６の下に位置している。レンズ２５０の有効長さを、有効長さ全体を線３０４，３０６相互間及び線３０８，３１０相互間の領域上に投影できるのに十分短く作られている。
【００７８】
赤色空画像３１２及び赤補色空画像３１４を走査してこれらを処理制御装置３６内に取り込む。ヘッドランプオンオフ制御を行うには荒いイメージを必要とするに過ぎないので、赤色スカイイメージ３１２及び赤補色スカイイメージ３１４が焦点のところになくても大きなデメリットではない。一実施形態では、閾値をイメージセンサ３４によって検出された光レベルと比較する。もし光レベルが閾値を越えていれば、ベッドランプ２２をオフにする。光レベルが閾値を下回っていると、ヘッドランプ２２をオンにする。
【００７９】
赤色スカイイメージ３１２及び赤補色スカイイメージ３１４の画素位置の相関をとって、読みが各々１０°の高さ増分について比較できるようにする。赤補色の割合が高いと、青色の空が見えていることが分かる。一実施形態では、用いる閾値点を低くすると、曇りの空の場合についてよりも青色の空についてヘッドランプ２２をオン又はオフにすることができる。
【００８０】
別の実施形態では、閾値はヒステリシスを示す。さらに別の実施形態では、最後に行ったオンオフ移行後の時間の遅れが用いられる。これら２つの実施形態は、ヘッドランプ２２がスイッチ点のあたりでの頻繁なオンオフ移行をしないようにすることができる。
【００８１】
本発明の最適実施形態を詳細に説明したが、本発明の精神及び範囲内で他の形態が存在することが考えられる。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された本発明の実施形態の種々の設計変更例及び改造例を想到できよう。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の結像システムを用いることができるヘッドランプ制御装置のブロック図である。
【図２】本発明のイメージセンサの略図である。
【図３】本発明の光学系の略図である。
【図４】図３に示す光学系の拡大部分図である。
【図５】本発明の隔壁を有する画像システムの変形実施形態を示す略図である。
【図６】本発明の実施形態に用いられた２つのレンズの作用を示す略図である。
【図７】ヘッドランプオンオフ制御のための本発明の実施形態に用いられるレンズの略図である。
【図８】図７のレンズを有する例示の光学系の略図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば車両又は乗物用ヘッドランプ制御装置のような制御装置に用いられる結像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ヘッドランプは、車の前方の領域を照らし、それにより運転手は、周囲の光が不十分な場合にその領域を見ることができる。また、ヘッドランプにより、車は歩行者や別の車の運転手によって見えるようになる。ハイビームヘッドランプにより、照度が高くなり、しかも到達範囲が広くなる。しかしながら、ハイビームヘッドランプは、対向車の運転手やハイビームの届く範囲内で同一方向に走行している車の運転手の目をくらます場合がある。従来、運転手は、手動操作によりヘッドランプをつけたり（オンにしたり）消したりし（オフにし）、またハイビームとロービームを切り替えなければならなかった。
【０００３】
手動操作に関する一つの問題は、運転手が夕暮れ時にヘッドランプをつけるのを忘れる場合があり、車が見えにくくなることである。もうひとつの問題は、運転手が対向車又は後ろから別の車に近づいたときにハイビームヘッドランプを暗くするのを忘れる場合があることである。
【０００４】
自動車のヘッドランプの操作を自動的に制御する従来方法は、単一の出力信号又は非常に少数の出力信号を関連の制御装置に送るセンサを用いることであった。例えば、ヘッドランプをオンにし又はオフにする時期を決定するために周囲の光を検出する単一の出力センサが用いられた。また、自動車のヘッドランプを暗くする時期を決定するために単一の出力センサが用いられた。単一のセンサ入力を用いるヘッドランプオンオフ制御方式は、自動車用途においては限られた成功しか得られず、単一のセンサを用いるヘッドランプ調光制御方式は、多くの欠点を有しているので現在では用いられていない。
【０００５】
アレイイメージセンサ及び種々の走査方式が提案されたが、今日のエレクトロニクスによってコストをできるだけ削減しても、これらセンサ及び方式は、満足のいくヘッドランプ調光機能及びオンオフ制御機能をもたらさなかった。かかる検出方式は代表的には、縦横に配列された数百個の画素（ピクセル）センサを有し、数十万又は数百万の画素を生じさせている。１秒あたり３０フレームの代表的なビデオ速度では、これは、１秒あたり数百万の動作回数の変換及びデータ処理速度を必要とする。
【０００６】
ヘッドランプオンオフ制御方式は、周囲の光レベルに基づいている。ヘッドランプ調光制御方式は、対向車からのヘッドランプ及び後ろから近づいた車のテールライトを認識したかどうかに基づいている。周囲の光レベルを検出し、ヘッドランプ及びテールライトを検出するのに必要な解像度は、従来のイメージについて必要な解像度よりも小さいので、小さな結像アレイ、それゆえに処理の遅いエレクトロニクスを使用することができる。
【０００７】
赤色のテールランプと他のライトを互いに区別するために、結像システムは、少なくとも２つの互いに異なるカラーバンドで読みを生じさせる必要がある。通常、イメージセンサで検出するのに用いられる２つの方法のうち第１は、結像装置中の画素検出視野の１／３を赤色又は赤補色フィルタで覆い、画素の１／３を青色又は青補色フィルタで覆い、そして画素の１／３を緑色又は緑補色フィルタで覆うことである。これは例えば、アレイ状の画素上に赤色、緑色及び青色のストリップを交互に配置することによって行われる場合が多い。各画素位置は、１つの色を記録し、補間法を用いて各画素視野のところにおける２つの脱落した色を埋め合わせる。
【０００８】
低解像度の結像装置とを組み合わせた場合、色を検出するこの方法は問題を生じる。用いられる光学系に起因して、結像検出アレイによって見えるヘッドランプ又はテールライトの投影像は、非常に小さく、場合によっては、レンズの解像力よりも小さくなる。この投影像をドットと呼ぶ。画素間隔が、レンズによって投影されたドットサイズよりも非常に小さい場合、特定の色のドットの一部が、その色のセンサ視野に常に当たるとは限らない場合がある。画素のサイズ又は画素１個当たりの光学的カバレージ（coverage）は、画素の数の減少に起因して増大するので、もし複雑な交差指型画素パターンが用いられなければ、同色の画素視野相互間のボイドが大きくなる。特定の色の読み出しが、ドットイメージ全体を別の一色又は複数の色の画素上に投影させることにより完全には失われなくても、読み出しは、ドットのどの部分が画素に当たるかに応じて大まかになる。ヘッドランプ又はテールライトの投影像中の小さな光のスポットが或る色とは別の色の１つの画素上に当たる場合、色の識別は通常は、２又は３以上の色成分相互間のバランスを決定する問題であり、特定の色成分の存否を決定する問題ではないので、測定バランスがそれに応じて変更される。
【０００９】
この方法に関するもう一つの欠点は、カラーフィルタを具体的に構成するのに用いられる染料に起因している。染料は通常は有機物であり、熱及び光への暴露に起因する劣化を生じる。染料は個々の画素位置上に直接載っているので、強力な光源、例えば太陽からのエネルギーがレンズ系によって染料上に直接合焦される。
【００１０】
この方法に関する更にもう一つの問題は、カラーフィルタ染料をイメージセンサ上の画素センサ視野に塗布し、正確にこれに位置合わせするには費用がかかるということである。カラーフィルタを画素センサ上に直接付け足す費用は、シリコンイメージ検出チップ自体と同じほど高価な場合がある。
【００１１】
色を映像化又は画像化する第２の方法は、イメージからの光を、別々のイメージセンサ上に投影される赤色、緑色及び青色成分に分割することであり、イメージセンサは各々、そのカラーフィルタにかけられたイメージを測定する。これには、複雑な光学装置及び３つの別々のイメージセンサが必要になる。色分解（色分離）技術は、あるひとつの色を選択的に反射し、補色を伝送するミラーを利用することが多い。これら光学装置は通常は、大きく離れた非平面状イメージセンサ視野を必要とし、３つのセンサを共通のシリコン基板上に配置し、又は共通のパッケージ内に収納することは不可能ではないまでも困難である。この方法には３つの問題がある。単一のセンサアレイを用いることはできない。単一のシリコンチップを用いることができず、単一のパッケージを用いることもできない。
【００１２】
例えばヘッドランプ制御装置に用いられる費用効果の良い結像システムが要望されている。コスト及び光学系、センサアレイ、プロセッサ及びプロセッサインターフェースの複雑さを抑えるために、好ましくは、満足の行く画像表示を得るには小さすぎると考えられる範囲に最小数の画素を用いるべきである。結像システムは、レンズ系の焦点に染料又は色素、あるいは色選択材料を配置するスペクトルフィルタリングを用いるべきではない。結像システムは、ヘッドランプ調光制御、ヘッドランプオンオフ制御又はこれら両方を決定するのに適した信号を出すべきである。結像システムはまた、過度の光又は熱による損傷から保護されるべきである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、ヘッドランプ制御装置に用いられるイメージを提供することにある。
【００１４】
本発明の別の目的は、イメージアレイ内に景色の互いに異なる色成分を検出するサブウィンドウを設けることにある。
【００１５】
本発明の更に別の目的は、低解像度イメージセンサをヘッドランプ制御装置に用いることができるようにする光学系を提供することにある。
【００１６】
本発明の別の目的は、フィルタを光学系の焦点面内に配置しない光学系を用いて景色の互いに異なる色成分を生じさせることにある。
【００１７】
本発明の更に別の目的は、ヘッドランプをオンにするかオフにするかをイメージセンサを利用する態様で決定する際に用いられる高さ方向の光レベルを検出することにある。
【００１８】
本発明の更に別の目的は、ヘッドランプ制御結像システムの構成要素を過度の光及び熱から保護することにある。
【００１９】
本発明の上記目的及び他の目的の達成にあたり、車両用ヘッドランプ制御装置に用いられる結像システムが提供される。結像システムは、全体として景色に向いて開口したアパーチュアを構成するハウジングと、アパーチュアから見て反対側でハウジング内に設けられたイメージセンサと、ハウジング内に設けられていてアパーチュアとイメージセンサとの間に第１の開口部及びアパーチュアとイメージセンサとの間に第２の開口部を構成する支持体と、第１の開口部内に設けられていて、景色からの光をイメージセンサの第１の部分上に合焦させる第１のレンズと、第２の開口部内に設けられていて、景色間の光をイメージセンサの第２の部分上に合焦させる第２のレンズとを有し、イメージセンサの第２の部分は、第１の部分から離れている。
【００２０】
一実施形態では、第１のレンズは、光を第１の波長でイメージセンサ上に合焦させることができ、第２のレンズは、光を第２の波長でイメージセンサ上に合焦させることができる。変形例では、第１の波長の第１のレンズの焦点距離は、第２の波長の第２のレンズの焦点距離と実質的に同一である。好ましい実施形態では、第１のレンズは、色が実質的に青緑の光を減衰させることができ、第２のレンズは、色が実質的に赤の光を減衰させることができる。
【００２１】
別の実施形態では、イメージセンサは、低解像度を有している。
【００２２】
更に別の実施形態では、隔壁が、第１のレンズと第２のレンズとの間の領域からイメージセンサに向かって延びている。隔壁は、第１のレンズを通った光がイメージセンサの第２の部分に当たるのを抑制するとともに第２のレンズを通った光がイメージセンサの第１の部分に当たるのを抑制する。
【００２３】
別の実施形態では、結像システムは、アパーチュアに入る光の強度を減少させるシャッタを有する。好ましい実施形態では、シャッタは、エレクトロクロミックウィンドウである。
【００２４】
更に別の実施形態では、最大焦点距離は、第１のレンズの焦点距離及び第２のレンズの焦点距離のうち最も大きなものである。ハウジングは、第１のレンズ及び第２のレンズから最大焦点距離の少なくとも２倍の距離のところにアパーチュアを構成している。更に別の実施形態では、アパーチュアを構成するハウジングの第１の部分が、もしこれが設けられていなければ第１のレンズを通ってイメージセンサの第２の部分上に迷光として当たる光を遮断するよう位置決めされており、アパーチュアを構成するハウジングの第２の部分が、もしこれが設けられていなければ第２のレンズを通ってイメージセンサの第１の部分上に迷光として当たる光を遮断するよう位置決めされている。
【００２５】
また、全体として車両の前方に広がる景色に向かって開口したアパーチュアを構成するハウジングと、ハウジング内に設けられたイメージセンサと、アパーチュアの近くに設けられた光標本化レンズとを有するヘッドランプ制御装置用結像システムが提供される。光標本化レンズは、アパーチュアの実質的に上方からアパーチュアの実質的に前方まで延びる垂直方向の円弧によって構成された領域からの光線を集め、集めた光線の向きを変えてこれをイメージセンサに差し向ける。光標本化レンズは、アパーチュアの全体的に前方に位置する狭い水平方向の円弧によって構成された領域からの光線を集める。
【００２６】
一実施形態では、光標本化レンズは、高さ方向に互いに離れた領域からの光線を集め、集めた光線の向きを変えてこれを高さ方向に互いに離れた領域の各々から互いに異なる一組の画素センサに差し向け、イメージセンサは、互いに異なる角度的高さ位置における光のレベルを検出する。高さ方向に互いに離れた領域は、１０°の仰角だけ離れる領域であるのがよい。
【００２７】
別の実施形態では、結像システムは、画素センサの第１のサブウィンドウと、画素センサの第２のサブウィンドウと、光標本化レンズとイメージセンサとの間でハウジング内に設けられていて、向きが変えられた光線の実質的に赤色成分を第１のサブウィンドウ上に投影する赤色レンズと、光標本化レンズとイメージセンサとの間でハウジング内に設けられていて、向きが変えられた光線の実質的に赤補色成分を第２のサブウィンドウ上に投影する赤補色レンズとを更に有する。
【００２８】
少なくとも１つのヘッドランプを制御するシステムが、ヘッドランプと連絡していて、受け取ったオンオフ制御信号に基づいてヘッドランプをオンにしたりオフにするヘッドランプコントローラと、アレイ状に配列された画素センサで構成されるイメージセンサと、車両の実質的に上から車両の実質的に前まで延びる垂直方向の円弧によって構成される領域からの光線を集め、集めた光線の向きを変えてこれをイメージセンサに差し向けるレンズ系と、イメージセンサ及びヘッドランプコントローラと連絡している処理制御装置とを有し、処理制御装置は、画素センサからの光レベルを読み取って、光レベルと閾値の比較に基づいてオンオフ制御信号を定める。
【００２９】
一実施形態では、処理制御装置は、第１及び第２のサブウィンドウ上に投影された色成分に基づいて閾値を定める。変形例として、処理制御装置は、垂直方向円弧によって定められた領域が、青色の空を画像化するか曇った空を画像化するかを決定し、曇った空の場合よりも青色の空の場合について低い閾値を用いる。
【００３０】
別の実施形態では、処理制御装置は、光レベルとヒステリシス閾値との比較に基づいてオンオフ制御信号を定めることができる。
【００３１】
更に別の実施形態では、処理制御装置は、オンオフ制御信号中の先の変化からの時間遅れに基づいてオンオフ制御信号定めることができる。
【００３２】
本発明の上記目的及び他の目的並びに特徴及び利点は、添付の図面を参照して本発明の最適実施形態についての以下の詳細な説明を読むと明らかになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
今、図１を参照すると、本発明を組み込んだシステムのブロック図が示されている。ヘッドランプ制御装置２０が、１又は２以上のヘッドランプ２２を制御するために乗物又は車の中に用いられている。制御の動作としては、ヘッドランプ２２を自動的にオンにしたりオフにし、そしてヘッドランプ２２についてハイビームとロービームとの間で自動的に切り替えることが挙げられる。
【００３４】
景色２４が一般に車の前に広がっている。景色２４からの光線２６は、先ず最初に光学系３０を通ることにより結像システム２８に入る。光学系３０からの合焦光線３２は、光学系３０の焦点面内に位置したイメージセンサ３４に当たる。処理制御システム３６は、イメージセンサ出力３８を受け取り、イメージセンサ制御信号４０を出す。処理制御システム３６は又、自動ヘッドランプ制御信号４２を発生し、この信号はヘッドランプコントローラ４４によって受け取られる。
【００３５】
処理制御システム３６は、景色２４の中にヘッドランプ及びテールライトがあるかどうかをチェックする連続サイクルを実行することができる。各サイクル中、２つのイメージがイメージセンサ３４から得られる。以下に詳細に説明するように、一方のイメージは、主として赤色成分を有し、もう一方のイメージは、主として赤補色成分を有する。赤色のイメージ中に明るいスポット（ブライトスポット）があると、これにより景色２４内にテールライトがあることが分かる。赤色のイメージ及び赤補色イメージの両方にライトスポットがあると、これにより景色２４内にヘッドランプがあることが分かる。計数器を用いると、ブライトスポットがほぼ同一の方向に検出された連続して並ぶフレームの数を指示することができる。いったんカウントが閾値に達すると、ブライトスポットは、別の車からのものであるとみなされ、適当な動作、例えばヘッドランプ２２の調光措置がとられる。上述の説明は、関連の米国特許出願第０８／８３１，２３２号に記載された実施形態の簡単な説明である。
【００３６】
ヘッドランプコントローラ４４は、ヘッドランプコントローラ信号４６を発生し、この信号はヘッドランプ２２によって受け取られ、それによりヘッドランプ２２をオンにしたりオフにし、或いはハイビームとロービームを切り替える。ヘッドランプ２２は、景色２４の一部を照らすヘッドランプ照明光４８を生じさせる。ヘッドランプコントローラ４４は又、手動オンオフ制御装置５２からの手動オンオフ信号５０及び手動調光制御装置５６からの手動調光信号５４を更に受け取る。手動オンオフ制御装置５２及び手動調光制御装置５６により、ドライバーは、ヘッドランプ２２の動作を手動で制御することができる。変形実施形態では、ヘッドランプオンオフ信号５０と手動調光信号５４のうち一方又は両方を処理制御装置３６によって用いると、ヘッドランプ２２の状態を決定することができる。
【００３７】
変形実施形態では、シャッタ５８は、結像システム２８の前に置かれる。この場合、シャッタ５８は、景色２４からの光線２６を受け取り、減衰した光線６０を光学系３０に出力する。シャッタ５８は、景色２４からの光が過度であるとき、例えば、太陽が水平線の近くに位置する夜明け又は夕暮れ時にイメージセンサ３４に到達する光の量を減少させ又は無くす。シャッタ５８を、シャッタ制御信号６２によって行われる処理制御装置３６の制御の下で、機械的手段、例えばブラインド、アイリス等を用いて具体的に構成できる。変形例として、シャッタ５８は、感光性ガラス又はプラスチックであってもよい。さらに別の変形実施形態では、シャッタ５８は、エイチ・ジェイ・ベイカー氏に付与された米国特許第４，９０２，１０８号（発明の名称：Single-Compartment, Self-Erasing, Solution-Phase Electrochromic Device, Solutions For Use Therein, And Uses Thereof ）に記載されているようなエレクトロクロミックウィンドウであってもよい。なお、かかる米国特許の内容を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する。
【００３８】
イメージセンサ３４は、処理上の要件及びコストを減少させるために最小数の検出素子を有するべきである。比較的少数の画素センサを備えたイメージセンサ３４を効率的に用いるためには、景色２４内の遠くに位置したテールライト又はヘッドランプの投影像は、イメージセンサ３４内の単一の画素とサイズが同等であるか、あるいはこれよりも小さいことが必要である。かかる投影像からのイメージデータを生ずることにより計算された色成分の相対強度は、一般に、アレイ上の投影像の特定の部分とは無関係であることが必要である。したがって、景色２４の別々にフィルタにかけられたイメージを、好ましくは同一の画素アレイ又は変形例として別々の画素アレイ内の空間的に離れたフレーム上に同時に投影することが望ましい。１又は２以上の画素アレイは好ましくは、同一基板上且つ同一パッケージ内に位置する。
【００３９】
好ましい構成は、フレームを別々のサブウィンドウ内に含むと共に多数のフレームの露出と処理を同時に行う手段を構成する共通の制御ロジックを用いるのに十分大きな共通アレイ上に別々のフレームを投影することにある。この種の制御は、同時係属米国特許出願第０８／９３３，２１０号（発明の名称：Control Circuit for Image Array Sensors ）に記載されている。イメージアレイ及びレンズ系についての説明は、以下の図２〜図８を参照して行う。
【００４０】
好ましい実施形態では、小さな領域の光源を検出すると、フレームを分析して、周囲の画素の背景レベルよりも実質的に高い照明レベルを有する隣り合う画素の単一又は小さなグループを求める。この光の読みを、この画素のグループにわたって積算し又は合計し、この場合、平均背景レベルを差し引くが、このようにするかどうかは任意である。この方法を、各色成分に相当するフレームについて繰り返し実施する。このようにすると、読みは、照明光が、ひとつの画素センサ上に含まれるか、あるいは照明光がその境界部に当たり、光の部分を２又は３以上の隣り合う画素センサ上に注ぐかどうかとは比較的無関係である。この方法により、所与の小領域光源の種々の色成分の比率計による比較が行われた場合に、互いに異なる色成分についてのサブウィンドウ相互間の小さな位置決め誤差に関する許容度が大きくなる。
【００４１】
次に、図２を参照すると、本発明のイメージセンサを表す略図が示されている。イメージセンサ３４は、縦横に並べられたアレイ状の画素センサ（これらのうちの１つが符号７０で示されている）を有している。例示の実施形態では、イメージセンサ３４は、横に８０個、縦に６４個の画素センサから成り、これらのうち大部分は、分かりやすくするために図示されていない。イメージセンサ３４は、上境界７２、下境界７４、左境界７６、右境界７８を有し、これらは画素センサ７０によって覆われた領域を構成している。説明を容易にするために方向を表す用語、例えば「上」、「下」、「左」、「右」を用いたが、かかる用語は、本発明を特定の向きに限定するものではない。
【００４２】
イメージセンサ３４は、数個のサブウィンドウに分割されている。一実施形態では、２つのサブウィンドウは、景色２４を２つの色成分の状態に画像化するよう用いられる。上側サブウィンドウ９４は、線７８，８０，８２，８４によって境界付けられ、赤色の光を通すよう着色されたレンズを通して投影されるイメージの当たる画素センサ７０を有している。下側サブウィンドウ９６は、線７８，８６，８２，８８によって境界付けられ、青緑色又は赤補色光を通すよう着色されたレンズを通して投影されるイメージの当たる画素センサ７０を有している。
【００４３】
レンズは、例えば横の広がりが２２°、縦の広がりが９°の景色２４の視野をもたらす。線８０と頂面７２との間及び線８４，９０相互間の空間により、車の中における結像システム２８のミスアラインメントを修正する高さ調節が可能になる。この高さ調節を行うため、線８０，８４によってそれぞれ表された上側サブウィンドウ９４の境界を頂縁７２と線９０との間の範囲内で上又は下に動かす。同様に、線８６，８８は、下側サブウィンドウ９６の境界を表しており、これら境界を底縁７４と線９２との間で動かすことができる。例示の実施形態では、約４．８°の範囲の高さ調節が可能である。サブウィンドウ９４，９６を通常は一緒に上又は下に動かすが、一方に対する他方の原点もまた、一方に対する他方のサブウィンドウの位置決めのばらつきを補償するよう調節できる。
【００４４】
線９０，９２によって境界付けられた領域内に位置する画素センサ７０は、赤色レンズと赤補色レンズの両方からの光を受け取ることができる。したがって、この領域は、有効結像領域の一部として通常は使用されない。画素センサ７０をこの領域から取り去ると、他の回路のための余地が得られるが、面積の損失分の割合が比較的少なくかつ他の用途において６４×８０の画素アレイ全体を用いる融通性が得られるので、画素センサ７０を線９０，９２によって境界付けられた領域内に残しておくことは、一層有利な場合がある。また、信号経路をアレイ中の縦の列に沿って遮ることは有利ではない。例示の実施形態では、８．５％未満の画素センサ７０が、線９０，９２の間の範囲に属する。線９０，９２の間に必要な幅を限定する実施形態については、以下の図５を参照して説明する。赤色レンズ及び赤補色レンズについては、以下の図３〜図６及び図８を参照して説明する。
【００４５】
本発明の実施形態では、左縁７６と線８２との間に位置する画素センサ７０は、ヘッドランプオンオフ制御装置に用いられる。この使用法については、以下の図８を参照して説明する。
【００４６】
本発明の別の実施形態では、イメージセンサ３４は、景色２４を複数の色成分に画像化するための３以上のサブウィンドウに分割されている。例えば、上側サブウィンドウ９４及び下側サブウィンドウ９６をそれぞれ、２つのサブウィンドウに分けて、４つのサブウィンドウを形成するのがよい。多数のサブウィンドウを２×２の格子又は１×４の格子の状態に配列するのがよい。サブウィンドウ相互間の間隔により、垂直方向及び水平方向の調節が可能になる。
【００４７】
イメージセンサ３４内の画素センサ７０は、電荷結合素子（ＣＣＤ）、フォトダイオード等であるのがよい。好ましい実施形態では、画素センサ７０は、ＣＭＯＳ活性画素センサある。ＡＰＳイメージセンサが、同時係属米国特許出願第０９／００２，４００号（発明の名称：Wide Dynamic Range Optical Sensor ）に記載されており、この米国特許出願の内容を本明細書の一部を形成するのとしてここに引用する。
【００４８】
次に、図３を参照すると、本発明の例示の実施形態が示されている。結像システム２８は、景色２４に向かって開口したアパーチュア１０２を備えたハウジング１００を有している。イメージセンサ３４が、アパーチュア１０２の反対側でハウジング１００内に設けられている。支持体１０４が、ハウジング１００内に設けられており、この支持体は、イメージセンサ３４とアパーチュア１０２との間に赤色レンズ１０６及び赤補色レンズ１０８を保持している。支持体１０４はまた、アパーチュア１０２を通ってやってきた光が赤色レンズ１０６又は赤補色レンズ１０８を通過しない場合にイメージセンサ３４に当たるのを防止する。上側サブウィンドウ９４、即ち頂縁７２及び線９０を形成するとともに下側サブウィンドウ９６、即ち底縁７４及び線９２を形成するのに用いられる画素センサ７０のレンジ又は範囲は、イメージセンサ３４上に示されている。
【００４９】
好ましくは、アパーチュア１０２は、レンズ１０６，１０８の前でレンズ１０６，１０８の焦点距離の数倍のところに置かれている。アパーチュア１０２は、イメージセンサ３４上に別々に投影される２つのイメージの境界相互間の距離を最小限にし、それにより上側サブウィンドウ９４と下側サブウィンドウ９６との間のオプティカルクロストークの量を減少させるという特徴を備えている。これは、アパーチュア１０２の一方の境界を用いることによって達成され、これは、もしこれが設けられていなければレンズ１０８を通過して上側サブウィンドウ９４への迷光として当たる光を遮断するよう位置決めされている。同様に、アパーチュアは１０２の別の境界が設けられていて、もしこれが設けられていなければレンズ１０６を通り、下側サブウィンドウ９６に迷光として当たる光を遮断するようになっている。オプティカルクロストークを制限するアパーチュア１０２の使用法については、以下の図４を参照して説明する。もう一つの改良策は、レンズ系１０６，１０８の間に位置決めされ、イメージセンサ３４に向かって延びて、上側サブウィンドウ９４と下側サブウィンドウ９６との間に必要な距離を一段と減少させてオプティカルクロストークを適当に最小限にする隔壁又は遮光板を用いることにある。隔壁の使用法については、図５を参照して以下に説明する。もう一つの改造例として、集光光学系をアパーチュア１０２の一部の中に配置し、使用可能なイメージをイメージセンサ３４の第３の領域中に投影しながら３つのイメージ相互間の適当な光学的離間距離を維持するようにする。集光光学系及びその用途については図７及び図８を参照して以下に説明する。赤色レンズ１０６及び赤補色レンズ１０８が、概念的に示されている。赤色レンズ１０６及び赤補色レンズ１０８の形状及び詳細な動作原理についての説明は、図６を参照して以下に行う。
【００５０】
本発明の実施形態では、光学系３０は、景色２４の複数のカラーフィルタにかけられた画像をイメージセンサ３４上に投影するよう３つ以上のレンズ系１０６，１０８を有している。例えば、４つのレンズを、２×２アレイのレンズの状態に配列するのがよい。レンズのうち３つは、真の色の画像化が得られるよう互いに異なるカラーバンド、例えば赤色、緑色及び青色の光を通過させることができる。第４のレンズは、低い光レベルの結像が得られるよう実質的にフィルタにかけられなかった光を通過させることができる。
【００５１】
次に、図３及び図４を参照して、結像システム２８の作用を説明する。低いところにある点１１０は、イメージセンサ３４上に点１１２として投影される景色２４内の遠くに位置する点を示している。この低点１１０は、視野の下限のところに位置し、赤補色レンズ１０８によって投影されたイメージの遮られた部分の線９２によって示されるように下側サブウィンドウ９６の上限のところに位置した点１１２上に写る。低点１１０は、大抵のヘッドランプコントローラの動作を開始させた時に、対向車のヘッドランプ及び後方に近づいた車のテールライトの場合、代表的には５０〜２００ｍ離れたところに位置しているので、下方光線１１４、上方光線１１６及び中央光線１１８によって表された光線２６は、赤補色レンズ１０８に当たる前は互いにほぼ平行である。赤補色レンズ１０８は、下方光線１１４、上方光線１１６及び中央光線１１８をイメージセンサ３４上の点１１２へ合焦させる。アパーチュア１０２のアパーチュア下縁１２０は、下方光線１１４が、アパーチュア下縁１２０及び符号１２２によって示された赤補色レンズ１０８の下縁をちょうど通過するよう位置決めされている。この構成によれば、アパーチュア１０２は、低点１１０からの光を遮断することがないほど十分な大きさのものである。なお、この光は、上記のように構成されていなければ、赤補色レンズ１０８に当たって点１１２上に合焦されることになる。
【００５２】
光線１２４は、アパーチュア下縁１２０を通過し、赤補色レンズ１０８を通り抜ける最も上方に差し向けられた光線である。光線１１４と比較して、光線１２４は、符号１２６で示されたレンズ１０８の頂部のところで赤補色レンズ１０８に入った時に、光線１１４よりもレンズ１つ分の直径だけ多くなるような分量、上方に傾斜した光路を通る。平行な光線１１４，１１６，１１８からの光線１２４のこの角度的なずれは、光線１２４が赤補色レンズ１０８を出る時もほぼ保存される。光線１２４は、符号１２８で示された点のところで上側窓９４の下境界部９０のところでイメージセンサ３４に当たる。
【００５３】
一実施形態では、赤色レンズ１０６及び赤補色レンズ１０８は、Ｆナンバーが４であり、直径が公称１mmであり、焦点距離（寸法Ａ）が４mmである。アパーチュア１０２は、赤色レンズ１０６及び赤補色レンズ１０８から焦点距離３つ分のところにある。ハウジング１００の直径Ｂは、約２８mmである。
【００５４】
小型化の利点の１つは、アパーチュア１０２を、過度に大きな構造にしないで、赤色レンズ１０６及び赤補色レンズ１０８から焦点距離の十分に何倍ものところに間隔を置いて配置できるということにある。アパーチュア１０２がレンズ１０６，１０８から遠くにあればあるほど、線９０，９２相互間の距離をいっそう減少させて、アパーチュア１０２からレンズ１０６，１０８までの間隔の選択がサイズと検知領域の損失との兼合いに関する実用上の問題であるようにすることができる。
【００５５】
上述の例示の実施形態の場合、光線１２４が赤補色レンズ１０８からイメージセンサ３４まで進む距離は、アパーチュア１０２から赤補色レンズ１０８まで進む距離の１／６である。したがって、光線１２４は、点１１２の上方の赤補色レンズ１０８の直径のほぼ１／６のところの点でイメージセンサ３４に当たる。
【００５６】
高いところに位置した点１３０は、景色２４の視野の上限に位置している。赤補色レンズ１０８を通るこの高点１３０の投影像は、下側サブウィンドウ９６によって覆われた領域よりも下の点のところでイメージセンサ３４に当たる。これら光線は描かれていない。というのは、投影像は、サブウィンドウ９４又は９６のいずれにも入らないからである。
【００５７】
高点１３０はまた、アパーチュア１０２から遠くに位置しているので、上方光線１３２，下方光線１３４及び中間光線１３６は、赤色レンズ１０６に当たる前は、実質的に互いに平行である。赤色レンズ１０６は、光線１３２，１３４，１３６を、線９０によって印されているように上側サブウィンドウ９４の下限のところでイメージセンサ１３４上の点１２８上に合焦させる。上述した光線１２４の場合と同様、光線１３８は、アパーチュア上縁１４０を通過することができ、そして依然として赤色レンズ１０６によって合焦される最も下に向いた光線であり、イメージセンサ３４に点１１２のところで当たる。かくして、赤補色レンズ１０８からの迷光は、線９２から線９０に進む際に減少して実質的に０になる一方、赤色レンズ１０６からの迷光は、線９０から線９２に進む際に減少して実質的に０になる。
【００５８】
次に、図５を参照すると、本発明の変形実施形態が示されている。図５は、図４で見たのと同一の結像システム２８の部分を示している。図５に示す実施形態は、隔壁１４２が追加されていることを除き、図４に示す形態と同一である。隔壁１４２は、赤色レンズ１０６及び赤補色レンズ１０８の両方からの光が当たることができるイメージセンサ３４の領域を減少させる。
【００５９】
大雑把に言えば、焦点が無限であり、アパーチュア直径がｄのレンズの場合、レンズの前に焦点距離のｎ倍のところにあるストップ又は隔壁を、ストップによって影響を受けない像の部分からｄ／ｎよりも長い距離離れたところで焦点面に当たる光線を遮断するよう位置決めできる。
【００６０】
隔壁１４２は、イメージセンサ３４に向かって支持体１０４に実質的に垂直に延びている。理想的には、隔壁１４２は、イメージセンサ３４にほぼ当たるところまで延びる。しかしながら、イメージセンサ３４は、隔壁１４２の広がりを制限することができるセンサパッケージカバーガラス１４４を有するのがよい。
【００６１】
隔壁１４２は、光線１２４がイメージセンサ３４に当たらないよう遮断する。隔壁１４２が定位置に配置された状態では、光線１４６は、アパーチュア下縁１２０を通り、赤補色レンズ１０８を通過し、そして点１４８のところでイメージセンサ３４に当たる最も下に位置する光線を表す。点１４８は、線９２から線９０までの距離の約２／３のところに位置している。
【００６２】
光線１５０は、赤補色レンズ１０８を通って、アパーチュア下縁１２０がない場合にはイメージセンサ３４上に合焦できる最も上に向いた光線である。光線１５０は、符号１５２で示された点のところでイメージセンサ３４に当たり、赤色レンズ１０６からの像について保存された領域中に十分入る。
【００６３】
隔壁１４２の良好な光学的処理が得られる余地は殆ど無く、浅い角度で隔壁１４２に当たる光線、例えば光線１２４は、最も黒くした表面からさえも相当反射することになる。レンズ１０６，１０８の前に位置するアパーチュア１０２は、図示の例示の実施形態では隔壁１４２よりも一層よく機能するが、アパーチュア１０２及び隔壁１４２の組合せは、上側サブウィンドウ９４と下側サブウィンドウ９６を隔てる距離を最小限に抑えてレンズ１０６又は１０８のうち一方に入射する相当な量の光が、他方のレンズによって投影されるサブウィンドウ上に当たることがないようにする上で最もよい性能を発揮する。注目すべきこととして、線９０，９２相互間の距離だけサブウィンドウ９４，９６を互いに間隔を置くかわりに、隔壁１４２に似ているがこれよりも薄い隔壁を適用し、サブウィンドウの離間距離を減少させてレンズ１０６，１０８を再中心合せしてアパーチュア１０２を再寸法決めすることにより減少させることができる。
【００６４】
次に、図６を参照すると、本発明に用いられる対をなす非球面レンズの例示の形態が示されている。図面は、レンズの作用を説明するために作成されており、レンズの正確な形状又は位置決めを表すものではない。
【００６５】
赤色レンズ１０６は、イメージセンサ３４から遠ざかる方向に向いた前面２００及びイメージセンサ３４に向いた後面２０２を有している。前面２００は、その最も遠くに位置する点のところにおいてはイメージセンサ３４から４．２５mmの寸法Ｃのところに位置している。前面２００は、以下の等式（１）によって表される楕円面である。
【００６６】
【数１】
上式において、Ｚは、光軸から半径方向距離ｒの関数として光軸に沿うレンズ表面の高さの値、ｃは曲率、ｋは、円錐係数、係数Ｃ2nは、偶数次の整式の係数である。前面２００については、ｃは、０．７１９４、ｋは、−０．４５２９である。後面２０２は、半径が４．０５mmの球面である。寸法Ｄとして示された赤補色レンズ１０８の直径は、１．２mmである。赤補色レンズ１０８の中心における寸法Ｅとして示された厚さは、０．２mmである。赤色レンズ１０６の焦点距離は、波長で決まり、波長が６８０nmの場合４．２５mmである。
【００６７】
赤補色レンズ１０８は、イメージセンサ３４から遠ざかる方向に向いた前面２０４及びイメージセンサ３４に向いた後面２０６を有している。前面２０４は、その最も遠くに位置する点のところにおいてはイメージセンサ３４から４．２５mmの寸法Ｃのところに位置している。前面２０４も又、上記の等式（１）によって表される楕円面であり、曲率ｃは、０．７０５９、円錐係数ｋは、−０．４４４４である。後面２０６は、半径が４．０５mmの球面である。寸法Ｆとして示された赤補色レンズ１０８の直径は、１．２mmである。赤補色レンズ１０８の中心における寸法Ｅとして示された厚さは、０．２mmである。赤補色レンズ１０８の焦点距離は、波長で決まり、波長が４２０nmの場合４．２５mmである。
【００６８】
再び図６を参照すると、レンズ１０６，１０８の波長依存性焦点距離の効果が記載されている。赤色レンズ１０６及び赤補色レンズ１０８の互いに異なる非球面上の前面に起因して、赤色光線２１０及び青色光線２１２は、各レンズを通って別々に合焦される。赤色レンズ１０６を通る赤色光線２１０の焦点は、イメージセンサ３４の表面のところに位置し、これに対し、赤色レンズ１０６を通った青色光線２１２は、イメージセンサ３４の前に距離をおいたところに合焦する。同様に、赤補色レンズ１０８を通った青色光線２１２は、イメージセンサ３４の表面上に合焦し、赤補色レンズ１０８を通った赤色光線２１０は、イメージセンサ３４の後ろに距離をおいたところに合焦する。
【００６９】
好ましい実施形態では、赤色レンズ１０６は、赤色レンズ１０６を通って伝送される赤補色光の大きさを減少させる染料を有するポリマーから作られる。赤補色レンズ１０８は、赤補色レンズ１０８を通って伝送される赤光の大きさを減少させる染料を有するポリマーから作られる。変形例として、赤色レンズ１０６及び赤補色レンズ１０８の少なくとも一方の面を、それぞれ赤色のフィルタリング及び赤補色フィルタリングを達成するようコーティングするのがよい。もう１つの変形例は、景色２４とイメージセンサ３４との間に別々のフィルタを用いることである。特に、フィルタをレンズ１０６，１０８の前又は後のいずれかに直接支持体１０４に取り付けるのがよい。
【００７０】
本発明の実施形態では、３以上のレンズ１０６，１０８が用いられる。各レンズを、互いに異なる色波長を通すよう着色又は色合い付けするのがよい。好ましくは、各レンズは、そのレンズの通過波長のところの任意のレンズ１０６，１０８の焦点距離が、他のレンズの通過波長のところの任意他のレンズ１０６，１０８の焦点距離と同一であるよう付形される。
【００７１】
次に、図７を参照すると、ヘッドランプオンオフ制御のための本発明の実施形態に用いられるレンズが示されている。光標本化レンズ２５０が、水平方向前方の方向から垂直方向上方の方向まで光線２５１〜２６０として示された方向範囲から光を集光する。光線２５１〜２６０の勾配は、約１０°単位で間隔を置いている。レンズ２５０は、入射光線２５１〜２６０の方向を変えてほぼ水平の経路に沿って出射光線２６１〜２７０にする。
【００７２】
ほぼ垂直の光線２５１は、レンズ２５０の前面２７２のところで屈折して光線２７１になる。光線２７１は、表面２７４のところで内部で反射して光線２７３になり、光線２７３は屈折して光線２６１になる。表面２７５は、光線２７１に対してほぼ平行であり、或いは、表面２７５を光線２７１に平行にする角度よりも僅かに大きな角度表面２７４に対してなしている。表面２７５が、表面２７５を光線２７１に対して平行にする角度よりも小さな角度を表面２７４に対してなしていれば、光線２７１は、光線２５１が表面２７２上の高い位置にある点のところで入射すると遮断され、それにより好ましくない影を、光線２７１と表面２７５の高点の近くで表面２７４上に落とす。レンズ２５０は、出射光線２６２〜２６５を生じさせるよう同様な方法で入射光線２５２〜２５５を曲げる。表面２７４は、頂点が全体として前面２７２から遠ざかる方向に向いた三角形の下方側部を形成し、表面２７５はその上方側部を形成する。
【００７３】
光線２５６は、表面２８０のところで屈折して光線２８１になり、光線２８１は後面２８２のところで屈折して光線２６６になる。同様に、光線２５７は、表面２８３のところで屈折して光線２８４になり、光線２８４は後面２８２のところで屈折して光線２６７になる。表面２８５は、光線２８１にほぼ平行であり、表面２８６は光線２５６と光線２８４との間の角度をほぼ２等分するよう差し向けられている。レンズ２５０は、入射光線２５８〜２６０を同様な仕方で屈折させて出射光線２６８〜２７０を生じさせる。表面２８０は、頂点が全体として前面２８２から遠ざかる方向に向いた三角形の下方側部を形成し、表面２８５はその上方側部を形成する。
【００７４】
レンズ２５０の好ましい実施形態では、出射光線２６１〜２７０は、光線２６１について僅かに下方から光線２７０に付いて僅かに上方まで次第に傾斜している。
【００７５】
一実施形態では、レンズ２５０は、図７全体に示すような断面を備えたアクリル樹脂から作られる。この実施形態は、光を、水平方向に比較的小さな角度を持ち、垂直方向に向けられた９０°の扇形の状態で光を集光することになる。変形実施形態では、前面２７２及び後面２８２を設計変更することにより、水平方向の有効カバレージの増大が得られる。表面２７２を、円柱軸をレンズ２５０の長さ方向に平行にした状態で凹の円柱形に形成するのがよい。表面２８２を、円柱軸をこの場合も又、レンズ２５０の長さ方向に平行にした状態で凹の円柱形に形成するのがよい。
【００７６】
次に、図８を参照すると、図７のレンズを組み込んだ例示の光学系が示されている。隔壁３００が、景色２４とレンズ１０６，１０８との間に配置されている。好ましい実施形態では、隔壁３００は、ハウジング１００の一部である。隔壁３００は、車の水平方向に対し約４５°の角度θで傾斜している。隔壁３００は、自動車の前の景色２４に向かって開いたアパーチュア３０２を構成している。アパーチュア３０２は、鉛直面へのアパーチュア３０２の投影像が、アパーチュア１０２と類似した鉛直面上に四角形を形成するよう台形であるのがよい。アパーチュア３０２は、レンズ１０６によって投影された光を上側サブウィンドウ９４中の任意の点に制限しないで、或いはレンズ１０８によって投影された光を下側サブウィンドウ９６中の任意の点に制限しないでできるだけ小さいものである。
【００７７】
レンズ１５０は、アパーチュア３０２の一方の側部に設けられている。レンズ２５０の幅は、レンズ１０６又は１０８の直径とほぼ同一である。レンズ２５０は、光線２５１が車のほぼ上からやってくると共に光線２６０が車のほぼ前からやってくるように差し向けられる。レンズ２５０は、レンズ２５０のぼけた倒立像が赤色レンズ１０６によって線３０４と線３０６との間でイメージセンサ３４の一方の縁上に投影されて赤色の空の画像３１２を形成するよう位置決めされている。レンズ２５０は、レンズ２５０のぼけた倒立像が赤補色レンズ１０８によって線３０８と線３１０との間でイメージセンサ３４の一方の縁上に投影されて赤補色の空の画像３１２を形成するよう位置決めされている。視差の誤差に起因して、線３０６が、上側サブウィンドウ９４の下縁の上に位置し、線３０８が、下側サブウィンドウ９６の下に位置している。レンズ２５０の有効長さを、有効長さ全体を線３０４，３０６相互間及び線３０８，３１０相互間の領域上に投影できるのに十分短く作られている。
【００７８】
赤色空画像３１２及び赤補色空画像３１４を走査してこれらを処理制御装置３６内に取り込む。ヘッドランプオンオフ制御を行うには荒いイメージを必要とするに過ぎないので、赤色スカイイメージ３１２及び赤補色スカイイメージ３１４が焦点のところになくても大きなデメリットではない。一実施形態では、閾値をイメージセンサ３４によって検出された光レベルと比較する。もし光レベルが閾値を越えていれば、ベッドランプ２２をオフにする。光レベルが閾値を下回っていると、ヘッドランプ２２をオンにする。
【００７９】
赤色スカイイメージ３１２及び赤補色スカイイメージ３１４の画素位置の相関をとって、読みが各々１０°の高さ増分について比較できるようにする。赤補色の割合が高いと、青色の空が見えていることが分かる。一実施形態では、用いる閾値点を低くすると、曇りの空の場合についてよりも青色の空についてヘッドランプ２２をオン又はオフにすることができる。
【００８０】
別の実施形態では、閾値はヒステリシスを示す。さらに別の実施形態では、最後に行ったオンオフ移行後の時間の遅れが用いられる。これら２つの実施形態は、ヘッドランプ２２がスイッチ点のあたりでの頻繁なオンオフ移行をしないようにすることができる。
【００８１】
本発明の最適実施形態を詳細に説明したが、本発明の精神及び範囲内で他の形態が存在することが考えられる。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された本発明の実施形態の種々の設計変更例及び改造例を想到できよう。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の結像システムを用いることができるヘッドランプ制御装置のブロック図である。
【図２】本発明のイメージセンサの略図である。
【図３】本発明の光学系の略図である。
【図４】図３に示す光学系の拡大部分図である。
【図５】本発明の隔壁を有する画像システムの変形実施形態を示す略図である。
【図６】本発明の実施形態に用いられた２つのレンズの作用を示す略図である。
【図７】ヘッドランプオンオフ制御のための本発明の実施形態に用いられるレンズの略図である。
【図８】図７のレンズを有する例示の光学系の略図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両用ヘッドランプ制御装置に用いられる結像システムであって、全体として景色に向いて開口したアパーチュアを構成するハウジングと、アパーチュアから見て反対側でハウジング内に設けられたイメージセンサと、ハウジング内に設けられていてアパーチュアとイメージセンサとの間に第１の開口部及びアパーチュアとイメージセンサとの間に第２の開口部を構成する支持体と、第１の開口部内に設けられていて、景色からの光をイメージセンサの第１の部分上に合焦させる第１のレンズと、第２の開口部内に設けられていて、景色間の光をイメージセンサの第２の部分上に合焦させる第２のレンズとを有し、イメージセンサの第２の部分は、第１の部分から離れていることを特徴とする結像システム。
【請求項２】
第１のレンズは、光を第１の波長でイメージセンサ上に合焦させることができ、第２のレンズは、光を第２の波長でイメージセンサ上に合焦させることができることを特徴とする請求項１記載の結像システム。
【請求項３】
第１の波長の第１のレンズの焦点距離は、第２の波長の第２のレンズの焦点距離と実質的に同一であることを特徴とする請求項２記載の結像システム。
【請求項４】
第１のレンズは、色が実質的に青緑の光を減衰させることができ、第２のレンズは、色が実質的に赤の光を減衰させることができることを特徴とする請求項２記載の結像システム。
【請求項５】
イメージセンサは、低解像度を有していることを特徴とする請求項１記載の結像システム。
【請求項６】
第１のレンズと第２のレンズとの間の領域からイメージセンサに向かって延びる隔壁を更に有し、隔壁は、第１のレンズを通った光がイメージセンサの第２の部分に当たるのを抑制するとともに第２のレンズを通った光がイメージセンサの第１の部分に当たるのを抑制することができることを特徴とする請求項１記載の結像システム。
【請求項７】
アパーチュアに入る光の強度を減少させるシャッタを更に有することを特徴とする請求項１記載の結像システム。
【請求項８】
シャッタは、エレクトロクロミックウィンドウであることを特徴とする請求項７記載の結像システム。
【請求項９】
最大焦点距離は、第１のレンズの焦点距離及び第２のレンズの焦点距離のうち最も大きなものであり、ハウジングは、第１のレンズ及び第２のレンズから最大焦点距離の少なくとも２倍の距離のところにアパーチュアを構成していることを特徴とする請求項１記載の結像システム。
【請求項１０】
アパーチュアを構成するハウジングの第１の部分が、もしこれが設けられていなければ第１のレンズを通ってイメージセンサの第２の部分上に迷光として当たる光を遮断するよう位置決めされており、アパーチュアを構成するハウジングの第２の部分が、もしこれが設けられていなければ第２のレンズを通ってイメージセンサの第１の部分上に迷光として当たる光を遮断するよう位置決めされていることを特徴とする請求項１記載の結像システム。
【請求項１１】
アパーチュア内に設けられた光標本化レンズを更に有し、光標本化レンズは、景色の広角からの光を集め、集めた光の向きを変えてこれを第１のレンズ及び第２のレンズに差し向けることを特徴とする請求項１記載の結像システム。
【請求項１２】
広角からの光は、車両の実質的に上方の光から車両の実質的に前方の光までの円弧から成ることを特徴とする請求項１１記載の結像システム。
【請求項１３】
ヘッドランプ制御装置に用いられる結像システムであって、全体として車両の前方に広がる景色に向かって開口したアパーチュアを構成するハウジングと、ハウジング内に設けられたイメージセンサと、アパーチュアの近くに設けられた光標本化レンズとを有し、光標本化レンズは、アパーチュアの実質的に上方からアパーチュアの実質的に前方まで延びる垂直方向の円弧によって構成された領域からの光線を集め、集めた光線の向きを変えてこれをイメージセンサに差し向けることを特徴とする結像システム。
【請求項１４】
光標本化レンズは、アパーチュアの全体的に前方に位置する狭い水平方向の円弧によって構成された領域からの光線を集めることを特徴とする請求項を１３記載の結像システム。
【請求項１５】
イメージセンサは、複数の画素センサで構成されていることを特徴とする請求項１３記載の結像システム。
【請求項１６】
光標本化レンズは、高さ方向に互いに離れた領域からの光線を集め、集めた光線の向きを変えてこれを高さ方向に互いに離れた領域の各々から互いに異なる一組の画素センサに差し向け、イメージセンサは、互いに異なる角度的高さ位置における光のレベルを検出することを特徴とする請求項１５記載の結像システム。
【請求項１７】
高さ方向に互いに離れた領域は、１０°の仰角から成ることを特徴とする請求項１６記載の結像システム。
【請求項１８】
画素センサの第１のサブウィンドウと、画素センサの第２のサブウィンドウと、光標本化レンズとイメージセンサとの間でハウジング内に設けられていて、向きが変えられた光線の実質的に赤色成分を第１のサブウィンドウ上に投影する赤色レンズと、光標本化レンズとイメージセンサとの間でハウジング内に設けられていて、向きが変えられた光線の実質的に赤補色成分を第２のサブウィンドウ上に投影する赤補色レンズとを更に有することを特徴とする請求項１５記載の結像システム。
【請求項１９】
光標本化レンズは、鉛直面に対して傾斜した前面及び構造的特徴として複数の３角形で構成された後面を備える上側部分を有し、各３角形は、全体として前面から遠ざかる方向に向いた頂点を形成する後側下方側部と後側上方側部を有し、ほぼ鉛直面と上側部分の前面の傾斜角との間の角度で上側部分の前面に入射した光線が、上側部分の前面によって屈折し、後側下方側部から反射し、後側上方側部によって屈折し、レンズから実質的に平行に出射し、前記光標本化レンズは、鉛直面に対して傾斜した後面及び構造的特徴として複数の３角形で構成された前面を備える下側部分を有し、各３角形は、全体として前面から遠ざかる方向に向いた頂点を形成する前側下方側部と前側上方側部を有し、ほぼ水平面と下側部分の後面の傾斜角との間の角度で下側部分の前面に入射した光線が、下側部分の前面によって屈折し、前側後面によって屈折し、レンズから実質的に平行に出射することを特徴とする請求項１３記載の結像システム。
【請求項２０】
少なくとも１つのヘッドランプを制御するシステムであって、ヘッドランプと連絡していて、受け取ったオンオフ制御信号に基づいてヘッドランプをオンにしたりオフにするヘッドランプコントローラと、アレイ状に配列された画素センサで構成されるイメージセンサと、車両の実質的に上から車両の実質的に前まで延びる垂直方向の円弧によって構成される領域からの光線を集め、集めた光線の向きを変えてこれをイメージセンサに差し向けるレンズ系と、イメージセンサ及びヘッドランプコントローラと連絡している処理制御装置とを有し、処理制御装置は、画素センサからの光レベルを読み取って、光レベルと閾値の比較に基づいてオンオフ制御信号を定めることを特徴とする少なくとも１つのヘッドランプの制御システム。
【請求項２１】
画素センサの第１のサブウィンドウと、画素センサの第２のサブウィンドウと、光標本化レンズとイメージセンサとの間でハウジング内に設けられていて、向きが変えられた光線の実質的に赤色成分を第１のサブウィンドウ上に投影する赤色レンズと、光標本化レンズとイメージセンサとの間でハウジング内に設けられていて、向きが変えられた光線の実質的に赤補色成分を第２のサブウィンドウ上に投影する赤補色レンズとを更に有することを特徴とする請求項２０記載の少なくとも１つのヘッドランプの制御システム。
【請求項２２】
処理制御装置は、第１及び第２のサブウィンドウ上に投影された色成分に基づいて閾値を定めることを特徴とする請求項２１記載の少なくとも１つのヘッドランプの制御システム。
【請求項２３】
処理制御装置は、垂直方向円弧によって定められた領域が、青色の空を画像化するか曇った空を画像化するかを決定し、曇った空の場合よりも青色の空の場合について低い閾値を用いることを特徴とする請求項２１記載の少なくとも１つのヘッドランプの制御システム。
【請求項２４】
処理制御装置は、光レベルとヒステリシス閾値との比較に基づいてオンオフ制御信号を定めることを特徴とする請求項２０記載の少なくとも１つのヘッドランプの制御システム。
【請求項２５】
処理制御装置は、オンオフ制御信号中の先の変化からの時間遅れに基づいてオンオフ制御信号定めることを特徴とする請求項２０記載の少なくとも１つのヘッドランプの制御システム。
【請求項２６】
少なくとも１つのヘッドランプを制御するシステムであって、少なくとも１つのヘッドランプの前に広がる景色からの光を集め、集めた光の強度を求める結像システムと、結像システムと景色との間に設けられていて、景色からの光の強度を減衰させるシャッタと、結像システム及びシャッタと連絡して設けられていて、結像システムからの光のレベルを読み取って、光のレベルに基づいてシャッタによる光の減衰量を制御する処理制御装置とから成ることを特徴とするシステム。
【請求項２７】
シャッタは、エレクトロクロミックウィンドウであることを特徴とする請求項２６記載の少なくとも１つのヘッドランプを制御するシステム。
【請求項１】
車両用ヘッドランプ制御装置に用いられる結像システムであって、全体として景色に向いて開口したアパーチュアを構成するハウジングと、アパーチュアから見て反対側でハウジング内に設けられたイメージセンサと、ハウジング内に設けられていてアパーチュアとイメージセンサとの間に第１の開口部及びアパーチュアとイメージセンサとの間に第２の開口部を構成する支持体と、第１の開口部内に設けられていて、景色からの光をイメージセンサの第１の部分上に合焦させる第１のレンズと、第２の開口部内に設けられていて、景色間の光をイメージセンサの第２の部分上に合焦させる第２のレンズとを有し、イメージセンサの第２の部分は、第１の部分から離れていることを特徴とする結像システム。
【請求項２】
第１のレンズは、光を第１の波長でイメージセンサ上に合焦させることができ、第２のレンズは、光を第２の波長でイメージセンサ上に合焦させることができることを特徴とする請求項１記載の結像システム。
【請求項３】
第１の波長の第１のレンズの焦点距離は、第２の波長の第２のレンズの焦点距離と実質的に同一であることを特徴とする請求項２記載の結像システム。
【請求項４】
第１のレンズは、色が実質的に青緑の光を減衰させることができ、第２のレンズは、色が実質的に赤の光を減衰させることができることを特徴とする請求項２記載の結像システム。
【請求項５】
イメージセンサは、低解像度を有していることを特徴とする請求項１記載の結像システム。
【請求項６】
第１のレンズと第２のレンズとの間の領域からイメージセンサに向かって延びる隔壁を更に有し、隔壁は、第１のレンズを通った光がイメージセンサの第２の部分に当たるのを抑制するとともに第２のレンズを通った光がイメージセンサの第１の部分に当たるのを抑制することができることを特徴とする請求項１記載の結像システム。
【請求項７】
アパーチュアに入る光の強度を減少させるシャッタを更に有することを特徴とする請求項１記載の結像システム。
【請求項８】
シャッタは、エレクトロクロミックウィンドウであることを特徴とする請求項７記載の結像システム。
【請求項９】
最大焦点距離は、第１のレンズの焦点距離及び第２のレンズの焦点距離のうち最も大きなものであり、ハウジングは、第１のレンズ及び第２のレンズから最大焦点距離の少なくとも２倍の距離のところにアパーチュアを構成していることを特徴とする請求項１記載の結像システム。
【請求項１０】
アパーチュアを構成するハウジングの第１の部分が、もしこれが設けられていなければ第１のレンズを通ってイメージセンサの第２の部分上に迷光として当たる光を遮断するよう位置決めされており、アパーチュアを構成するハウジングの第２の部分が、もしこれが設けられていなければ第２のレンズを通ってイメージセンサの第１の部分上に迷光として当たる光を遮断するよう位置決めされていることを特徴とする請求項１記載の結像システム。
【請求項１１】
アパーチュア内に設けられた光標本化レンズを更に有し、光標本化レンズは、景色の広角からの光を集め、集めた光の向きを変えてこれを第１のレンズ及び第２のレンズに差し向けることを特徴とする請求項１記載の結像システム。
【請求項１２】
広角からの光は、車両の実質的に上方の光から車両の実質的に前方の光までの円弧から成ることを特徴とする請求項１１記載の結像システム。
【請求項１３】
ヘッドランプ制御装置に用いられる結像システムであって、全体として車両の前方に広がる景色に向かって開口したアパーチュアを構成するハウジングと、ハウジング内に設けられたイメージセンサと、アパーチュアの近くに設けられた光標本化レンズとを有し、光標本化レンズは、アパーチュアの実質的に上方からアパーチュアの実質的に前方まで延びる垂直方向の円弧によって構成された領域からの光線を集め、集めた光線の向きを変えてこれをイメージセンサに差し向けることを特徴とする結像システム。
【請求項１４】
光標本化レンズは、アパーチュアの全体的に前方に位置する狭い水平方向の円弧によって構成された領域からの光線を集めることを特徴とする請求項を１３記載の結像システム。
【請求項１５】
イメージセンサは、複数の画素センサで構成されていることを特徴とする請求項１３記載の結像システム。
【請求項１６】
光標本化レンズは、高さ方向に互いに離れた領域からの光線を集め、集めた光線の向きを変えてこれを高さ方向に互いに離れた領域の各々から互いに異なる一組の画素センサに差し向け、イメージセンサは、互いに異なる角度的高さ位置における光のレベルを検出することを特徴とする請求項１５記載の結像システム。
【請求項１７】
高さ方向に互いに離れた領域は、１０°の仰角から成ることを特徴とする請求項１６記載の結像システム。
【請求項１８】
画素センサの第１のサブウィンドウと、画素センサの第２のサブウィンドウと、光標本化レンズとイメージセンサとの間でハウジング内に設けられていて、向きが変えられた光線の実質的に赤色成分を第１のサブウィンドウ上に投影する赤色レンズと、光標本化レンズとイメージセンサとの間でハウジング内に設けられていて、向きが変えられた光線の実質的に赤補色成分を第２のサブウィンドウ上に投影する赤補色レンズとを更に有することを特徴とする請求項１５記載の結像システム。
【請求項１９】
光標本化レンズは、鉛直面に対して傾斜した前面及び構造的特徴として複数の３角形で構成された後面を備える上側部分を有し、各３角形は、全体として前面から遠ざかる方向に向いた頂点を形成する後側下方側部と後側上方側部を有し、ほぼ鉛直面と上側部分の前面の傾斜角との間の角度で上側部分の前面に入射した光線が、上側部分の前面によって屈折し、後側下方側部から反射し、後側上方側部によって屈折し、レンズから実質的に平行に出射し、前記光標本化レンズは、鉛直面に対して傾斜した後面及び構造的特徴として複数の３角形で構成された前面を備える下側部分を有し、各３角形は、全体として前面から遠ざかる方向に向いた頂点を形成する前側下方側部と前側上方側部を有し、ほぼ水平面と下側部分の後面の傾斜角との間の角度で下側部分の前面に入射した光線が、下側部分の前面によって屈折し、前側後面によって屈折し、レンズから実質的に平行に出射することを特徴とする請求項１３記載の結像システム。
【請求項２０】
少なくとも１つのヘッドランプを制御するシステムであって、ヘッドランプと連絡していて、受け取ったオンオフ制御信号に基づいてヘッドランプをオンにしたりオフにするヘッドランプコントローラと、アレイ状に配列された画素センサで構成されるイメージセンサと、車両の実質的に上から車両の実質的に前まで延びる垂直方向の円弧によって構成される領域からの光線を集め、集めた光線の向きを変えてこれをイメージセンサに差し向けるレンズ系と、イメージセンサ及びヘッドランプコントローラと連絡している処理制御装置とを有し、処理制御装置は、画素センサからの光レベルを読み取って、光レベルと閾値の比較に基づいてオンオフ制御信号を定めることを特徴とする少なくとも１つのヘッドランプの制御システム。
【請求項２１】
画素センサの第１のサブウィンドウと、画素センサの第２のサブウィンドウと、光標本化レンズとイメージセンサとの間でハウジング内に設けられていて、向きが変えられた光線の実質的に赤色成分を第１のサブウィンドウ上に投影する赤色レンズと、光標本化レンズとイメージセンサとの間でハウジング内に設けられていて、向きが変えられた光線の実質的に赤補色成分を第２のサブウィンドウ上に投影する赤補色レンズとを更に有することを特徴とする請求項２０記載の少なくとも１つのヘッドランプの制御システム。
【請求項２２】
処理制御装置は、第１及び第２のサブウィンドウ上に投影された色成分に基づいて閾値を定めることを特徴とする請求項２１記載の少なくとも１つのヘッドランプの制御システム。
【請求項２３】
処理制御装置は、垂直方向円弧によって定められた領域が、青色の空を画像化するか曇った空を画像化するかを決定し、曇った空の場合よりも青色の空の場合について低い閾値を用いることを特徴とする請求項２１記載の少なくとも１つのヘッドランプの制御システム。
【請求項２４】
処理制御装置は、光レベルとヒステリシス閾値との比較に基づいてオンオフ制御信号を定めることを特徴とする請求項２０記載の少なくとも１つのヘッドランプの制御システム。
【請求項２５】
処理制御装置は、オンオフ制御信号中の先の変化からの時間遅れに基づいてオンオフ制御信号定めることを特徴とする請求項２０記載の少なくとも１つのヘッドランプの制御システム。
【請求項２６】
少なくとも１つのヘッドランプを制御するシステムであって、少なくとも１つのヘッドランプの前に広がる景色からの光を集め、集めた光の強度を求める結像システムと、結像システムと景色との間に設けられていて、景色からの光の強度を減衰させるシャッタと、結像システム及びシャッタと連絡して設けられていて、結像システムからの光のレベルを読み取って、光のレベルに基づいてシャッタによる光の減衰量を制御する処理制御装置とから成ることを特徴とするシステム。
【請求項２７】
シャッタは、エレクトロクロミックウィンドウであることを特徴とする請求項２６記載の少なくとも１つのヘッドランプを制御するシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−２３８０９７（Ｐ２００７−２３８０９７Ａ）
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１５５２５３（Ｐ２００７−１５５２５３）
【出願日】平成１９年６月１２日（２００７．６．１２）
【分割の表示】特願２０００−５５３３０２（Ｐ２０００−５５３３０２）の分割
【原出願日】平成１１年６月４日（１９９９．６．４）
【出願人】（３０１０３３２６０）ジェンテックス コーポレイション (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月１２日（２００７．６．１２）
【分割の表示】特願２０００−５５３３０２（Ｐ２０００−５５３３０２）の分割
【原出願日】平成１１年６月４日（１９９９．６．４）
【出願人】（３０１０３３２６０）ジェンテックス コーポレイション (1)
【Ｆターム（参考）】
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