JP2004533129A - 車載ディスプレイ用画像形成システム及び方法 - Google Patents

Abstract

車載ディスプレイ向けの画像を形成するシステムが、情景からのエネルギを検知器へ向けて方向付けるレンズ系と、検知器へ接続されたディスプレイ・ユニットと、を有する。ディスプレイ・ユニットは、検知器から受信した情報を用いて画像を形成する。本システムは、更に、検知器素子のアレーを含む検知器を有する。検知器素子のそれぞれは、情景の一部からエネルギを受信し、受信したエネルギを該受信したエネルギを表す情報へ変換する。検知器は、検知器素子の少なくとも一部に関連する情報をディスプレイ・ユニットへ送る。コンピュータは、進行方向情報を受信し、該進行方向情報に基づいて画像を形成するのに用いられるべき検知器素子を選択し、いずれの検知器素子に関連する情報がディスプレイ・ユニットへ送られるべきかを検知器に指示する。

Description

【０００１】
（発明の属する技術分野）
本発明は、概して、画像表示システムに係り、特に、車載ディスプレイ向けの画像を形成するシステム及び方法に関する。
【０００２】
（発明の背景）
日中、車両の運転者は、夜間では検知又は認識が困難な又は不可能な対象物であっても容易に検知・認識することができる。例えば、車両前方約５００メートルの道路上に鹿が入り込んできたとする。このシナリオが晴れた日の昼間に起きたのであれば、運転者は何かが前方に存在するという事実を検知できるだけでなく、それが鹿であることを容易に認識する。他方、同じシナリオが夜中に起こった場合、特に照明が当該車両のヘッドライトだけの場合、運転者はそこに何かが存在することを検知できず、ましてはそれが鹿であることは認識できない。なぜなら、鹿はヘッドライトのレンジを越えたところに位置するからである。さらに、運転者が何かが道路上に存在すると検知するまでに、そして運転者がそれが何であるかを認識できるよりかなり前に、運転者は日中の場合と比べて鹿により接近する。したがって、結果として生じる接触事故のリスクは、日中に比べて夜間の方が非常に高い。
【０００３】
その結果、運転者の自然の視力を補い、よって接触事故のリスクを低減するために、消費市場で売られている自動車などの車両向けの暗視システムが開発されている。典型的な暗視システムは、車両のグリル上にマウントされ、車両前方の情景に関する情報を集める赤外線カメラ・ユニットと、車両のダッシュボードにマウントされ、上記カメラ・ユニットによって提供された情報から得られた画像をウィンドシールド上へ投影するヘッドアップ・ディスプレイと、を有する。
【０００４】
これらシステムにおいて、投影される画像は、通常、水平方向に約１２度、垂直方向に約４度、の視野を有する。この視野は直線で平坦な道路を走行する場合には許容できるものであるが、例えば、カーブを通過しているとき（カーブ内を見るのに役立つ）や、丘を登っているとき（頂上に差し掛かったときに丘の頂上を見るのに役立つ）などには不十分である。残念ながら、この限定された視野の問題に対するシンプルな解決策は容易には利用可能とならない。
【０００５】
最もストレートな解決策は、より大きな視野を表示するためにウィンドシールド上に投影される画像サイズを増やすことである。しかし、ダッシュボード内にフィットしなければならないヘッドアップ・ディスプレイのスペースは、このような努力を大幅に制限する。
【０００６】
別の解決策は、ウィンドシールド上に投影される画像を改良し、よってより多くの車両前方情景をウィンドシールドの同じエリア上に投影することである。しかし、縮小すると、対象物の実際のサイズに対して運転者が投影された画像において見る対象物のサイズが小さくなるため、画像において見られる対象物のレンジを感知する運転者の能力が低減する。
【０００７】
（発明の開示）
本発明は、従来技術の欠点の少なくとも一部を大幅に低減する又は除去するシステム及び方法を提供する。したがって、本発明は、少なくとも一部の実施形態において、車両の運転者に対して投影された画像を車両の進行方向に基づいて調整するシステム及び方法を提供する。
【０００８】
特定の実施形態において、車載ディスプレイ向けの画像を形成するシステムは、情景からのエネルギを検知器へ向けて方向付けるレンズ系と、検知器へ接続されたディスプレイ・ユニットと、を有する。ディスプレイ・ユニットは、検知器から受信した情報を用いて画像を形成する。本システムは、更に、検知器素子のアレーを含む検知器を有する。検知器素子のそれぞれは、情景の一部からエネルギを受信し、受信したエネルギを該受信したエネルギを表す情報へ変換する。検知器は、検知器素子の少なくとも一部に関連する情報をディスプレイ・ユニットへ送る。コンピュータは、進行方向情報を受信し、該進行方向情報に基づいて画像を形成するのに用いられるべき検知器素子を選択し、いずれの検知器素子に関連する情報がディスプレイ・ユニットへ送られるべきかを検知器に指示する。
【０００９】
特定の実施形態において、車載ディスプレイ向けの画像を形成する方法は、情景からのエネルギを検知器へ向けて方向付け、複数の検知器素子のそれぞれにおいて情景の一部からのエネルギを受信し、各検知器素子において受信されたエネルギを該受信したエネルギを表す情報へ変換する。本方法は、更に、車両の進行方向情報を判断し、該進行方向情報に基づいて画像を形成するのに用いられるべき検知器素子を選択し、選択された検知器素子に関連する情報を用いて画像を形成する。
【００１０】
本発明は、複数の技術的特徴及び利点を所有する。例えば、いくつかの実施形態において、本発明は、旋回中に表示される画像を車両の真正面から旋回内側へ調整し、よって旋回中に来たる道路を運転者に見やすくすることを可能にする。別の例として、特定の実施形態において、本発明は、上り坂を登坂中に表示される画像を車両の真正面から水平方向下方へ調整し、よって登坂中に、特に頂上付近で、来たる道路を運転者に見やすくすることを可能にする。更に別の例として、複数の実施形態において、本発明は、比較的コンパクトなサイズのカメラ・ユニットを提供する。当然、特定の実施形態は、複数の及び／又は追加的な技術的特徴及び／又は利点を含み得る。
【００１１】
他の技術的特徴及び利点は、以下の図面、説明、及び請求項から当業者には容易に示唆される。
【００１２】
（発明の詳細な説明）
特に以下の説明と共に見た時の本発明のより完全な理解のために、添付図面が参照される。
【００１３】
図１は、本発明に係る補助視システムの一実施形態を搭載した車両１０の概略図である。補助視システム２０は、図示した実施形態では車両１０のフロントでフロントグリル１２の中央にマウントされた、カメラ・ユニット３０を含む。カメラ・ユニット３０は、同じく補助視システム２０の一部であるディスプレイ・ユニット４０と電気的に接続される（３９）。ディスプレイ・ユニット４０は、車両１０のダッシュボード１４の上面に設けられた上方に開口したくぼみ内にマウントされる。ディスプレイ・ユニット４０は、図中の矢印４９で示すようにウィンドシールド１７の内表面上へ画像と投影して運転者に対して表示することができる。ディスプレイ・ユニット４０は、ヘッドアップ・ディスプレイ（ＨＵＤ）として一般的に知られているタイプのものである。カメラ・ユニット３０は、更に、コンピュータ６０にも接続される（６９）。コンピュータ６０も補助視システム２０の一部である。コンピュータ６０は、角度エンコーダ７０及び／又は傾角計８０から受信した進行方向情報に基づいてカメラ・ユニット３０に命令を与える。角度エンコーダ７０は、車両１０のステアリング・コラム１６に接続され、コンピュータ６０に電気的に接続される（７９）。傾角計８０は、車両１０のフレームに接続され、コンピュータ６０に電気的に接続される（８９）。これら２つのタイプのセンサ：角度エンコーダ７０及び傾角計８０も補助視システム２０の一部である。一般的に、補助視システム２０では、例えば、操舵速度、傾斜速度、及び／又は方位などの車両１０の向きに関する情報を提供し得るあらゆるセンサを用いることができる。加えて、異なる実施形態において、１つ、２つ、又は数個のセンサが用いられてもよい。図１の補助視システム２０については後に詳述する。
【００１４】
運転者が夜間に車両を運転しているとき、運転者の前方道路を見る能力は日中に同じ道路を通る場合よりも大幅に制限される。これは、月明かりがほとんどなく、街灯がなく、他の車両のヘッドライトもない状態下の農村部では特に顕著である。鹿などの動物が車両前方５００メートルの位置で突然道路上へ入り込んできた場合、運転者は、日中であれば、その鹿を容易に知覚・認識するであろうが、夜間では、鹿は該車両のヘッドライトからの照明の有効到達長を当初は越えている。さらに、ヘッドライトが鹿を照らしたときでも、運転者は最初は鹿に気が付かない。なぜなら、鹿は茶色っぽい色であり、周囲の暗さから区別するのが難しいからである。その結果、運転者が最初に道路上に鹿が存在することが気が付いた時点において、車両は、日中の場合よりも夜間の状況でははるかに鹿に接近していることになる。例えば、歩行者が道路に沿って歩いている場合など他にも同様にリスクの高い状況は多く存在する。
【００１５】
図１の補助視システム２０の主たる目的は、車両１０の運転者に運転者が夜間に裸眼で認識できる以上の情報を提供することである。この点、カメラ・ユニット３０は、車両１０のヘッドライトの有効到達長をはるかに越えた距離の赤外線情報を検知できる。動物や人間などの生命体の場合、カメラ・ユニット３０から得られた赤外線画像に存在する生命体の熱の痕跡は、通常、比較的熱い又は冷たい周辺の自然環境と比較して、著しいコントラストを持つ。上述のように、これは、可視光に基づく夜間画像に類似する場合に限られない。
【００１６】
したがって、ヘッドライト照明及び他のあらゆる利用可能な光に基づいてウィンドシールド１７を通して運転者によって直接観測される可視画像に加えて、補助視システム２０は、ウィンドシールド１７の内部上に投影される赤外線放射に基づいた別の補助画像を提供する。この補助画像は、裸眼では見えない前方の生命体若しくは対象物の検知し得る描写を提供することができる。さらに、この補助画像は、生命体若しくは対象物と周囲の情景との間の可視画像よりもはっきりとしたコントラストを提供することができる。補助視システム２０は、日中自然光で対象物を見ることを補うためにも有用であることに注意。
【００１７】
図１の補助視システムなどの補助視システムにおいて、補助画像における対象物は、運転者に対して、運転者がウィンドシールドを通して見たときに対応する現実の対象物が持つように見えるサイズとほぼ同じサイズを持つように見えるべきであるという設計上の原則が一般に認められている。したがって、例えば、ウィンドシールドを通して見ると前方道路に沿った対称物が運転者には約１インチの高さに見える場合、同じ対象物は同時点で補助画像を見ても運転者には１インチに見えるべきである。これは、補助ディスプレイに対して１：１の倍率を維持することとして本分野では既知である。当然、倍率は正確に１：１である必要はなく、例えば１：１より±２５％内でもよい。しかし、本発明の説明を容易にするために、倍率はおよそ１：１であるものとする。
【００１８】
図１の補助視システム２０は、それが提供する視野（ＦＯＶ）に関して競争的設計検討を含む。当然、カメラ・ユニット３０及びディスプレイ・ユニット４０双方のサイズ及び重量はできるだけ小さくされることが望ましい。しかし、補助視システム２０の有効視野（ＦＯＶ）が変わると、カメラ・ユニット３０及びディスプレイ・ユニット４０の最小サイズが反比例的に変わる傾向にある。特に、有効ＦＯＶを徐々に増やすと、カメラ・ユニット３０の光学系のサイズ、引いてはカメラ・ユニット３０自体のサイズを徐々に小さくすることができるが、ディスプレイ・ユニット４０のサイズを徐々に大きくしなければならない。逆に、有効ＦＯＶを徐々に減らすと、ディスプレイ・ユニット４０のサイズを小さくすることができるが、カメラ・ユニット３０の光学系のサイズ、引いてはカメラ・ユニット３０自体のサイズを大きくしなければならない。このように、カメラ・ユニット３０及びディスプレイ・ユニット４０のサイズは反比例するため、あらゆる特定のシステムのためにバランスに達しなければならない。
【００１９】
実際問題として、このバランスの一方は、更に別の検討のために、ディスプレイ・ユニット４０などのディスプレイ・ユニットによって決定される。特に、比較的大きい画像をウィンドシールド１７などのウィンドシールド上へ投影することが通常は望ましい。しかし、現実問題として、これを達成する能力は、ダッシュボード１４などのダッシュボードが持つディスプレイ・ユニットを収容するのに用いることができるスペースの広さによって制限される。特に、ディスプレイ・ユニットに平均的な自動車のダッシュボード・エリアにとってリーズナブルな物理的に最大のサイズが与えられ、且つ、上述のように１：１倍率が維持される場合、ディスプレイ・ユニットは、およそ１０〜１４度の有効水平ＦＯＶを持つ画像をウィンドシールド上に生成する。ここに開示する実施形態においては、水平ＦＯＶはおよそ１２度である。当然、本発明は、１４度より大きいＦＯＶや１０度より小さいＦＯＶとも互換性を有する。しかし、ここに開示する実施形態は、約１２度のＦＯＶを用いる。なぜなら、これは自動車業界に現存する暗視システムにおいて現在用いられているディスプレイにとって典型的な値だからである。
【００２０】
ここに開示する実施形態において、ディスプレイ・ユニット４０に関する基準によって規定された有効水平ＦＯＶが約１２度であるものとすると、関連するカメラ・ユニット３０は、適切な解像度でこの必要な水平ＦＯＶを提供しなければならない。本発明の特定の実施形態の特徴は、適切なレベルの解像度を持つ必要なＦＯＶを提供すると共に、従来のカメラ・ユニットと比べての大幅に低減されたサイズ、重量、及びコストを有する改善されたカメラ・ユニット３０を提供することである。
【００２１】
図２は、図１の補助視システムの概略図であって、カメラ・ユニット３０及びディスプレイ・ユニット４０の内部構造を詳細に示す図である。より具体的には、情景５０からの熱放射がカメラ・ユニット３０に入り、レンズ系３２及びチョッパ３４を通って検知器３６へ進む。レンズ系３２は、入射を検知器３６の画像面上へ方向付ける。
【００２２】
ここに開示する実施形態において、チョッパ３４は、円周上で間隔をあけて配置された１又は複数の開口部を有する既知のタイプの回転ディスクである。チョッパ３４が回転すると、入射赤外線の検知器３６への移動を周期的に許可及び防止する。
【００２３】
さらに、ここに開示する実施形態において、検知器３６は、２次元の検知器素子のマトリックスを有し、各検知器素子が結果として得られる画像の各ピクセルを生成する、市場で入手可能な焦点面アレー又は凝視アレー検知器である。特に、検知器３６は、非冷却焦電チタン酸バリウム・ストロンチウム（ＢＳＴ）検知器である。しかし、多くの他の種類の検知器も補助視システム２０において使用可能である。
【００２４】
検知器３６を制御し、検知器３６が検知した画像を読み出し、更に、チョッパ３４を検知器３６のオペレーションに同期させる回路３８が設けられる。さらに、コンピュータ６０からの情報に基づいて、回路３８は、検知器３６から得られた情報を電気的結合３９を通じてディスプレイ・ユニット４０内の回路４２へ送る。
【００２５】
回路４２は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）４４を制御する。ここに開示する実施形態において、ＬＣＤ４４は３８４×２２０ピクセル素子の２次元アレーを有する。ディスプレイ・ユニット４０は、ＬＣＤ４４のうち実際には３８４×１０７ピクセル素子が用いられることの結果として、縦横アスペクト比：３を有する。回路４２は、回路３８を通じて検知器３６から得られた連続した画像を取り、ＬＣＤ４４上に提示する。ここに開示する実施形態において、ＬＣＤ４４は、ＬＣＤ４４上の画像を夜間でも見えるようにするバックライティングを有する。
【００２６】
この可視画像は、ミラー４８上へ投影される。ミラー４８は、この画像を反射し、ウィンドシールド１７の内面上へ方向付け、運転者向けの仮想画像を作成する。図２においてミラー４８は平面的な構成要素として示されているが、実際には、ウィンドシールド１７の非線形的な曲率やウィンドシールド１７の傾きによる視差などの要因を補償するために、当業者には既知の比較的複雑な曲率を有する。この曲率は、更に、ミラー４８がウィンドシールド１７上に投影する画像に対する倍率の度合を伝えるために、ミラー４８にいくらかの光出力を与える。ミラー４８は、移動可能に支持され、その位置はいつでも駆動機構４６によって決められる。駆動機構４６を用いることによって、運転者は、ウィンドシールド１７上の画像がその運転者にとって快適な目視位置にあるようにミラー４８を調整し得る。これは、運転者が車両のサイドミラーを適切且つ快適な位置へ調整し得るのと類似する。運転者がミラー４８を一旦適切な位置へ調整し終わると、ミラー４８は、補助視システム２０の通常のオペレーションの間、その位置を維持する。
【００２７】
図３は、カメラ・ユニットの概略図であり、レンズ系３２内の光学構造をより詳細に示す。より具体的には、レンズ系３２は、検知器３６に隣接する画像面１００において画像を形成するように入射を方向付ける対物レンズ９２を含む。レンズ９２は、検知器３６に近い方の側に回折面パターン９４を有する。以下に詳述するように、ここに開示する実施形態は、各画像について検知器３６のピクセル素子の一部しか使わない。よって、図３は、検知器３６全体ではなく、検知器３６の一部だけの上に画像化された放射を示している。しかし、実際には、レンズ系３２は、情景５０からの放射をすべての検知器３６上へ方向付けている。
【００２８】
ここに開示する実施形態において、レンズ９２は、本分野ではＴＩ−１１７３として一般に知られるタイプのガラスであって、レイセオン社（マサチューセッツ州レキシントン）から入手可能なカルゴゲナイドガラスから作られる。さらに、対物レンズ９２は、直径１．５インチ、有効焦点距離（ＥＦＬ）：１．５インチ、オプティカル・スピード：ｆ／１を有する。ここで、オプティカル・スピードとは、単位寸法当たりの屈折力についての規格化された尺度である。したがって、レンズ系３２は、従来の系よりも小さいアパーチャを有する。カメラ・ユニット３０が、画像に対して約１４度（好ましくは約１２度）より小さい水平ＦＯＶを提供しながら、約２．２５インチ（好ましくは約１．９インチ）より短いＥＦＬを持つことが可能であることは、本発明に係る補助視システム２０の少なくとも一実施形態の特徴である。この実施形態の別の特徴は、現存する系で用いられているｆ／１．２オプティカル・スピードではなく、ｆ／１オプティカル・スピードのレンズ９２を用いることである。なぜなら、ｆ／１オプティカル・スピードにより、ｆ／１．２オプティカル・スピードを用いた場合と比べて、検知器３６上に画像化される赤外線エネルギを４０％以上向上されるからである。レンズ９２がｆ／１オプティカル・スピードを有するとき、検知器３６から得られる画像情報は、レンズ９２がｆ／１．２オプティカル・スピードを有する場合よりもより多くのコントラストを有する。
【００２９】
レンズ９２を通過すると、集束放射は、開口絞り９６を通り、次いでほぼ平坦な回折視野レンズ９８を通る。この回折視野レンズ９８は、ポリマー材から成り、一方の側に回折表面パターンを有する。レンズ９２及び９８上の回折表面パターンは、色補正を容易にする。レンズ系３２は、米国特許第５，９７３，８２７号に開示されたタイプのものである。ここに開示する実施形態のレンズ系３２に特有の処方情報を表１に示す。
【００３０】
【表１】

図４は、検知器３６の概略図である。図示するように、検知器３６は、検知器素子の２次元アレーを含む。各検知器素子は、検知された画像の各ピクセルに対応する。より詳細には、図４に示すように、検知器３６は、３２０×２４０の検知器素子アレーである。各検知器素子は、約４８．５×４８．５ミクロンのサイズを有する。上述のように、ここに開示する実施形態は、破線３７で示すように、検知器３６の検知器素子の一部だけしか事実上一度に用いない。この検知器３６の一部分３７は、検知器素子の２５％、換言すれば１６０×１２０の検知器素子アレーである。図４に示す一部分３７は、たまたま検知器３６の中心に位置しているが、これは以下に述べる車両１０が真っ直ぐで平坦な移動をしている場合に用いられる部分であって、一部分３７は検知器３６の任意の一部分でよい。例えば、検知器３６の左上隅に位置する等しいサイズの一部分であってもよい。カメラ・ユニット３０は、検知器３６の一部分３７に位置する１６０×１２０の検知器素子のすべてから取得した情報を処理し、出力する。しかし、ここに開示する実施形態において、特定のディスプレイ・ユニット４０は、この情報の一部を破棄する。より具体的には、上述のように、ディスプレイ・ユニット４０は、約３の水平対垂直アスペクト比を有する。結果として、ディスプレイ・ユニット４０は、図４に点線で示すように、水平方向においては検知器３６からの１６０ピクセル分の情報をすべて用いるが、垂直方法においては５３ピクセルしか用いない。別の考察によれば、回路３８はより少ないピクセルを有する画像を受信するため、処理負荷が低減し、よって、より少ない回路及び／又はより遅い回路を用いることができ、回路３８のコストが低減される。
【００３１】
検知器３６は、ディスプレイ・ユニット４０が画像を形成するために有するピクセル数（３８４×２２０）よりも少ない数の検知器素子（１６０×１２０）を用いて情景５０における画像を検知することに注意。よって、画像の縮小を回避するために、選択された検知器素子からの情報はすべてのピクセル上へ分散されなければならない。これを達成するために、例えば、良く知られた最近隣アルゴリズムなどの補間法が、画像を検知し、ディスプレイ・ユニット４０のために追加的情報を生成するのに用いられる検知器素子のそれぞれによって決定された情報の間を補間するのに用いられる。特に、この補間法は、対応する検知器素子を持たないディスプレイ・ユニット４０の各ピクセルに対する情報を生成するのに用いられる。当然、他の実施形態において、検知器３６は、ディスプレイ・ユニット４０が有するピクセル数と同じ又はより多くの検知器素子を用いて画像を検知してもよい。
【００３２】
図５は、補助視システム２０の概略図であって、コンピュータ６０の内部構造をより詳細に示す図である。図示するように、コンピュータ６０は、メモリ６４、インターフェース６６、及びインターフェース６８に連結されたプロセッサ６２を有する。メモリ６４は、進行方向情報に基づいて画像を形成するのに用いられる検知器素子を選択する命令を含むプログラム６５を有する。
【００３３】
作動中、プロセッサ６２は、インターフェース６６を通じた角度エンコーダ７０からの電気的結合７９及び傾角計８０からの電気的結合８９上で進行方向情報を受信する。この進行方向情報を用いて、プロセッサ６２は、プログラム６５内の命令に従って、ディスプレイ・ユニット４０が画像を形成するのに用いるべき関連情報のための検知器３６の検知器素子を選択する。プロセッサ６２は、これら検知器素子に関する適切な命令をインターフェース６８を通じて電気的結合６９上でカメラ・ユニット３０の回路３８へ送る。回路３８は、この選択された検知器素子に関する命令を受信し、各選択された検知器素子に関連する情報を補間された情報と共にディスプレイ・ユニット４０へ送る。
【００３４】
図示する実施形態において、回路３８は、検知器素子において情報を基本的には無視する選択されていない検知器素子を通じた高速クロッキングによって選択された検知器素子から情報を取得する。他の実施形態において、回路３８は、すべての検知器素子からの情報をメモリに格納してから選択された検知器素子についての情報を選択することによって、選択された検知器素子からの情報を取得する。更に別の実施形態において、回路３８は、選択された検知器素子からの情報を取得するための画像について検知器素子の走査を開始する最初の検知器素子を動的に変える。選択された検知器素子からの情報を取得する技術は他にもたくさん存在する。
【００３５】
プロセッサ６２は、例えば、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、ディジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレー（ＦＰＧＡ）、複雑命令セット・コンピュータ（ＣＩＳＣ）、又は縮小命令セット・コンピュータ（ＲＩＳＣ）、などの電子情報を電子的に操作するタイプのデバイスであれば任意のものでよい。メモリ６４は、例えば、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、コンパクト・ディスク・リード・オンリ・メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、又はレジスタ、などの光学式又は磁気式の揮発性又は不揮発性の情報ストレージ・デバイスであれば任意のものでよい。特定の実施形態において、コンピュータ６０は、コントロール・エリア・ネットワーク（ＣＡＮ）バスを通じて、複数のセンサ及びカメラ・ユニット３０へ接続される。
【００３６】
特定の実施形態において、コンピュータ６０は、車両１０の進行方向を決定するのに用いることができる道路の方向を決定し、運転者に表示する画像を選択する画像処理ソフトウェア（プログラム６５の一部でもよく、別のプログラムでもよい）を含み得る。これを実現するために、コンピュータ６０は、一部又は全部の検知器素子に関連する情報をアナログ又はディジタル信号として受信し、この情報を画像処理ソフトウェアへの入力として用いる。この情報から、コンピュータ６０は、画像処理ソフトウェアを用いて、道路の方向（曲率、勾配、など）を判断し、この判断により画像を形成するのに用いる検知器素子を選択する。この画像処理ソフトウェアは、道路ジオメトリ分析、又はレーン分析などの道路の現在又は将来の方向を判断する画像処理技術を用いてもよい。この画像処理ソフトウェアは、角度エンコーダ７０や傾角計８０などの任意のセンサと共に機能するものでもよく、あらゆるセンサを用いずに機能するものでもよい。さらに、他の実施形態において、この画像処理ソフトウェアは、補助視システム２０のカメラ・ユニット３０又は他の構成要素の一部であってもよい。
【００３７】
図６Ａ〜Ｄは、車両の様々な運転状況中に用いられる検知器３６の異なる部分の一部を示す図である。図６Ａにおいて、車両１０は、真っ直ぐで平らな道路上を移動中である。したがって、角度エンコーダ７０は、旋回実行中ではないことを示しており、傾角計８０は勾配通過中ではないことを示している。したがって、進行方向情報に基づいて、コンピュータ６０は、カメラ・ユニット３０に中央の１６０×１２０の検知器素子に関連する情報をあらゆる補間された情報と共にディスプレイ・ユニット４０へ送るように命令している。
【００３８】
図６Ｂにおいて、車両１０は、右に急旋回している。したがって、角度エンコーダ７０は、強烈な右旋回を実行中であることを示しており、傾角計８０は勾配通過中ではないことを示している。したがって、進行方向情報に基づいて、コンピュータ６０は、カメラ・ユニット３０に最も右寄りで垂直方向については中心の１６０×１２０の検知器素子に関連する情報をあらゆる補間された情報と共にディスプレイ・ユニット４０へ送るように命令している。
【００３９】
図６Ｃにおいて、車両１０は、急な勾配を登っている。したがって、角度エンコーダ７０は、旋回実行中ではないことを示しており、傾角計８０は上り勾配を通過中であることを示している。したがって、進行方向情報に基づいて、コンピュータ６０は、カメラ・ユニット３０に最も底寄りで水平方向については中心の１６０×１２０の検知器素子に関連する情報をあらゆる補間された情報と共にディスプレイ・ユニット４０へ送るように命令している。
【００４０】
図６Ｄにおいて、車両１０は、急な勾配を下りながら、左に急旋回している。したがって、角度エンコーダ７０は、左急旋回を実行中であることを示しており、傾角計８０は下り勾配を通過中であることを示している。したがって、進行方向情報に基づいて、コンピュータ６０は、カメラ・ユニット３０に左上の１６０×１２０の検知器素子に関連する情報をあらゆる補間された情報と共にディスプレイ・ユニット４０へ送るように命令している。
【００４１】
明らかなように、図示する検知器３６を用いると、車両１０の運転者に表示される情景５０の画像化される部分は、検知器３６の部分３７を調整することによって、左右に最大６度、上下に最大４．５度、調整することができる。この表示される情景５０の画像化される部分は、車両１０が進行方向をいろいろと変えるときに中央から端まで徐々に調整されてもよい。なぜなら、新しい画像は１／１６秒ごとに決定されるからである（すなわち、検知器３６は、６０Ｈｚのレートで走査される）。他の実施形態において、異なる走査レートが用いられてもよい。加えて、検知器３６は、一方向に水平に動く際には８０段階、一方向に垂直に動く際には６０段階を可能とする。これら段階により、表示された画像を検知器３６が検知した情景５０の全体にわたって比較的スムーズに走査することが可能となる。当然、より多くの又はより少ない検知器素子が用いられる実施形態において、車両１０の運転者に提示されるＦＯＶが動かされ得る角度は、それぞれより大きく又はより小さくなる。
【００４２】
以上の説明から明らかなように、補助視システム２０は、車両１０の進行方向が変わったときに車両１０の運転者に提示される画像を調整するために、検知器３６は、大幅な縮小無しでディスプレイ・ユニット４０によって瞬時に表示され得る情景よりも大きい情景５０からエネルギを受信している、という事実を利用する。したがって、補助視システム２０は、車両１０の進行方向に基づいて、運転者に表示される画像の視野方向を電子的に調整する。加えて、本発明の特定の実施形態は、検知器がディスプレイ・ユニットが瞬時に利用できる視野より大きい視野を検知できる限り、他の様々なレンズ系／検知器／ディスプレイ・ユニットの組み合わせと共に実施することができる。
【００４３】
ここに開示する実施形態のカメラ・ユニット３０の説明に戻る。以上の説明から明らかなように、カメラ・ユニット３０は、画像を形成するために検知器３６に存在する検知器素子のうちの２５％しか用いない。このように部分的であるのは、検知器３６が容易に利用可能な現存部分だからである。本発明は、既述のように、択一的に他の検知器を備えるように実施され得る。検知器製造技術の向上により、検知器素子が例えば２５×２５ミクロンのオーダなどのより小さい検知器の製造がすぐに可能になるであろう。このような検知器において、３００×４００アレーの検知器素子は、現在の製造技術を用いて作られた同等の検知器のサイズのたった２５％でしかない。図３を参照すると、これにより、レンズ９２の直径、レンズ９２のＥＦＬ、開口絞り９６の直径、及びレンズ９８の直径をそれぞれ約１／２に低減することができ、３次元においてレンズ系３２の全体の体積を約１／８に低減する。これは、本発明の範囲内であるサイズ、重量、及びコストの更なる削減を表す。
【００４４】
本発明の特定の実施形態の１つの特徴は、ディスプレイ・ユニット４０によって提供されるＦＯＶ、倍率、又は解像度の有効レベルについて何ら変更せずに、補助視システム用のカメラ・ユニットのサイズ、重量、及びコストを現存するカメラ・ユニットに比べて大幅に低減することができるということの認識である。本発明によれば、これは、現存のカメラ・ユニットにおいて必要と考えられているよりも大幅に少ない数の検知器素子を有する検知器素子アレーをカメラ・ユニット３０において用いることによって実現できる。この点、便宜上ディスプレイ・ユニット４０がカメラ・ユニットから受信した画像の解像度を再現する理想的な能力を有するものと仮定すると、赤外線検知システム及びそのドライバの遠くの対象物を検知する能力又は該対象物の詳細を認識する能力には限界がある。さらに、対象物を検知し、詳細を認識する能力が様々な要因によって変わり得る。結果として、赤外線検知システム及びそのドライバの遠くの対象物を検知する能力及びその対象物に関する詳細を認識する能力を測定するのに用いられる業界基準が存在する。
【００４５】
このような業界基準の１つは、最小分解可能温度（ＭＲＴ）及び最小検知可能温度（ＭＤＴ）の判断を含む。これらは、それぞれ、所定の周囲条件群の下での複数の観測者についての平均値を表す。それらは、補助視システムという面で適用された場合の赤外線検知システムからの画像の人間の観測者による評価を含むため、それらは運転者の目の詳細を分解する限界を考慮する。これらの基準をカメラ・ユニット３０の概略上面図である図７を参照して説明する。図７では、ＭＲＴ基準に基づいて認識能力を測定するのに基準ターゲット１０６が用いられ、ＭＤＴ基準に基づいて検知能力を測定するのに基準ターゲット１０７が用いられる。現実問題として、ターゲット１０６及び１０７は実際にはそれぞれ図７の面に垂直に延びるように向いているため、それぞれカメラ・ユニット３０と向き合う。しかし、図７は概略図であるため、それらは、以下の説明のためにはっきりと見えるように、図７の面に平行に向けられている。
【００４６】
より具体的には、ターゲット１０６は、正方形であり、同じ幅の４つの黒い棒と３つの白い棒とを平行に交互に配置したものである。ターゲット１０６までの距離１１１がさほど大きくなければ、カメラ・ユニット３０を含むシステムのオペレータは、ターゲット１０６が存在することを検知できるだけでなく、各縦棒を容易に区別できる。ターゲット１０６が視点９９から離れる方へ進められ、距離１１１が増加すると、ターゲット１０６は、ゆくゆくは、ターゲット１０６が存在するという事実を検知することは可能であるが、黒棒と白棒の存在などの詳細を認識することはできない位置へ到達する。この位置は、検知能力ではなく認識能力の限界を表す。
【００４７】
ターゲット１０６が視点９９から更に離れる方へ進められると、カメラ・ユニット３０がターゲット１０６が存在することすらもはや検知できない位置に到達する。認識能力ではなくこの検知能力を測定するためには、１０７で示すような異なるタイプのターゲットを用いるのが業界では一般的である。ターゲット１０７は、ターゲット１０６と同じサイズを持ち、同じく正方形のターゲットであるが、正方形の黒い縁と正方形の白い中央部とを有する。ターゲット１０７が視点９９から離れる方へ進められ、距離１１２が増加すると、ターゲット１０７はオペレータがターゲット１０７の存在をもはや検知できない位置に到達する。ＭＤＴ業界基準によれば、これが検知能力の限界である。
【００４８】
ＭＲＴ及びＭＤＴ基準のために、視点に対するターゲットの位置及びサイズは、実際のターゲットまでの物理的距離で表されず、ターゲット又はその一部によって定められた角度で表される。例えば、図７において、ＭＤＴターゲット１０７は角度１１６を規定する。よって、同じサイズでより視点９９に近いターゲット１０６は、より大きい角度１１７を規定する。ＭＲＴターゲット１０６の特有のケースにおいて、ターゲット１０６の位置は、通常、ミリラジアンあたりのサイクルで表される。ここで、１サイクル１１８は、黒棒１本と白棒１本を合わせた幅である。したがって、ターゲット１０６は、３．５サイクルの累積幅を有する。角度１１７がｘミリラジアンだとすると、図７において、ターゲット１０６の位置は、３．５／ｘ［サイクル／ミリラジアン］として表される。
【００４９】
図７のＭＲＴターゲット１０６が、夜間走行にとって典型的な周囲条件のために、ＭＲＴ基準によれば認識が可能な視点９９からの最大距離の位置にあるものとする。換言すれば、ターゲット１０６が視点から離れる方へ更に動かされると、ターゲット１０６が存在することを検知することは依然として可能であるが、黒棒及び白棒の存在などの詳細を認識することはできない。さらに、カメラ・ユニット３０が視点９９に位置するものとする。現存の補助視システムにおいて、ＭＲＴターゲットの各棒は、解像度の損失を回避するために、カメラ・ユニットの（ターゲットの棒に垂直に延びる線に沿った方向の）２以上の検知器素子上に画像化されなければならなかったものとする。本発明のこれら実施形態の１つの特徴は、補助視システムにおける検知を実現するために適切な解像度を得るために２以上の素子上にターゲットの各棒を画像化する必要はなく、現行のアプローチはオーバーデザインを表す、という認識である。
【００５０】
より具体的には、下限として、ターゲット１０６の黒棒及び白棒のそれぞれは棒に垂直に延びる線に沿った方向の１つの検知器素子上に直接的に画像化されれば十分である。この限界は、カメラ・ユニット３０のナイキスト空間周波数と呼ばれる。本発明の特定の実施形態の１つの特徴は、ナイキスト空間周波数がカメラ・ユニットのサイズ、重量、及びコストを事実上増加させる解像度の過剰なレベルを提供するように検知器が使われるのを回避するためのＭＲＴ認識限界と関係を有するように、カメラ・ユニット３０が設計されることである。この点、本発明のこれら実施形態は、約０．６３サイクル／ミリラジアン未満の、好ましくは０．４６サイクル／ミリラジアン未満のナイキスト空間周波数を有する多棒ターゲットのＭＲＴ認識を提供することができる補助視システムを提供する。ここに開示する実施形態において、ナイキスト空間周波数は、約０．３８サイクル／ミリラジアンである。
【００５１】
図８及び９は、同じ基本的関係を表すことなる方法を示す。図８は、遠隔情景１２０を観察中の視点９９に位置するカメラ・ユニット３０の概略図である。符号１２２は、情景１２０の非常に小さな部分を示す。この部分１２２は、カメラ・ユニット３０内の検知器３６の１つの検知器素子上に画像化される。情景１２０の部分１２２は、視点９９について角度１２６を規定する。別の言い方をすれば、ミリラジアンである角度１２６は、特定のカメラ・ユニット３０の１つの検知器素子上に画像化されるあらゆる情景の一部分を規定する。
【００５２】
この点、図９は、カメラ・ユニット３０を含む図８の一部分の拡大図である。カメラ・ユニット３０のチョッパ３４及び回路３８は、簡便のため図９では省略されている。図９は、角度１２６が、レンズ系３２によって光学的に処理された後で検知器３６の１つの検知器素子１３１上に画像化されるあらゆる情景の一部分を表す、ことを示す。本発明の特定の実施形態によれば、１つの検知器素子上に画像化される情景の一部分は、約０．８〜３．５ミリラジアンの範囲、好ましくは１．１〜１．５ミリラジアンの範囲のサイズを有する。ここに開示する実施形態において、カメラ・ユニット３０は、各検知器素子１３１上に情景５０の約１．３ミリラジアンを画像化する。
【００５３】
本発明は、特定の実施形態において、複数の技術的利点を提供する。カメラ・ユニット３０に対するレンズ系３２の物理的体積は、現存の暗視システムと比べて約１／８に減らすことができ、よって、カメラ・ユニット３０の全体のサイズ及び重量が大幅に削減される。関連する利点は、対物レンズ９２のサイズが大幅に低減されることである。これにより、対物レンズを製造するのに必要なカルゴゲナイドガラスなどの高価な材料の量が減り、よってレンズのコストが削減される。さらに、レンズのサイズが低減されるため、レンズ製造工程からの実効利回りが増加し、レンズのコストを更に削減する。
【００５４】
より小さい検知器ユニット、特に現行の暗視システムよりも大幅に少ない検知器素子を有する検知器ユニットを用いることができるという事実から、更に別のサイズ及びコストの削減が可能である。これにより、ウエハー処理コストがほぼ固定的な所定のウエハーから得られる検知器素子の数を増やし、且つ各ウエハーからの部品の実効利回りを増やしながら、検知器ユニットを作るのに必要な高価な赤外線感知材料の量が削減される。さらに、レンズ系のサイズが大幅に低減されるため、系の性能を向上させる改善されたオプティカル・スピードをレンズに用いることがより現実的となる。
【００５５】
総合すれば、これら利点は、改善された性能のオプションと共に、補助視システムのカメラ・ユニットについてコスト、重量、及びサイズを大幅に削減する。これらはすべて、大衆自動車市場などの非常に競争的な市場では重要である。加えて、カメラ・ユニットのサイズ及び重量を削減することによって、グリルやバンパなどの車両のフロント部分の中への一体化がより効率良くより目立たなくできる。
【００５６】
一実施形態を図示し詳細に説明してきたが、本発明の範囲を逸脱することなく、様々な変更、置換、及び交換が可能であることは明らかである。例えば、レンズ系について１つの考えられる光学的構成について図示し詳細に説明したが、本発明の範囲内でこの光学的構成に対する変形例及び修正例が存在することは明らかである。加えて、ここに開示した実施形態はチョッパ３４を含むが、チョッパ３４が省かれた本発明の変形例を存在することは明らかである。
【００５７】
さらに、既述のように、ここに開示した実施形態は、赤外線検知器の検知器素子の一部しか用いないが、本発明は、ここに開示した実施形態によって実際に利用される検知器素子数により密接に対応した検知器素子数を有するより小さい検知器を用いることも包含する。加えて、ここに開示した実施形態の上記説明では、用いられる検知器素子の具体的な数について述べたが、この検知器素子の具体的な数は、例えばディスプレイ・ユニットの有効視野の変化などの様々な要因を受け入れるためにある程度は変更可能であることは明らかである。さらに、ここに開示した実施形態はヘッドアップ・ディスプレイを用いるが、例えば、運転者によって直接的に閲覧される陰極線管（ＣＲＴ）又はＬＣＤを有するディスプレイなどの他のタイプのディスプレイが用いられてもよいことは明らかである。以下の請求項に規定されるように、本発明の意図及び範囲を逸脱することなく、他の置換及び交換も可能である。
【００５８】
加えて、コンピュータ６０は本発明の個別の構成要素として図示されているが、コンピュータ６０は、カメラ・ユニット３０やディスプレイ・ユニット４０などの補助視システムの他の構成要素の一部でもあってもよい。さらに、コンピュータ６０の機能は、回路３８や回路４２などの補助視システムの他の回路内に統合されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明に係る補助視システムの一実施形態を含む車両の概略図である。
【図２】
図１の補助視システムの概略図であって、該補助視システムのカメラ・ユニット及びディスプレイ・ユニットの内部構造を詳細に示す図である。
【図３】
図１及び２のカメラ・ユニットの概略図であって、該カメラ・ユニットの一構成要素であるレンズ系を詳細に示す図である。
【図４】
図１及び２のカメラ・ユニットの一構成要素である赤外線検知器の概略図である。
【図５】
補助視システムの概略図であって、該補助視システムの一構成要素であるコンピュータを詳細に示す図である。
【図６Ａ】
車両の一運転状況中に用いられたカメラ・ユニットの一部である検知器の一部を示す図である。
【図６Ｂ】
車両の一運転状況中に用いられたカメラ・ユニットの一部である検知器の一部を示す図である。
【図６Ｃ】
車両の一運転状況中に用いられたカメラ・ユニットの一部である検知器の一部を示す図である。
【図６Ｄ】
車両の一運転状況中に用いられたカメラ・ユニットの一部である検知器の一部を示す図である。
【図７】
標準的な検知・認識技術に従って図２のカメラ・ユニットを用いた場合の概略上面図である。
【図８】
図２のカメラ・ユニットに配置された検知器の一検知素子上に画像化された情景の一部を示す概略図である。
【図９】
図６の部分拡大図であって、カメラ・ユニット内の追加的詳細を示す図である。

Claims (28)

1. 車載ディスプレイ向けの画像を形成するシステムであって、
   情景からのエネルギを検知器へ向けて方向付けるレンズ系と、
   前記検知器へ接続されたディスプレイ・ユニットと、
   前記検知器へ接続されたコンピュータと、を有し、
   前記ディスプレイ・ユニットは、前記検知器から受信した情報を用いて画像を形成し、
   前記検知器は、検知器素子のアレーを含み、
   前記検知器素子のそれぞれは、前記情景の一部からエネルギを受信し、受信したエネルギを該受信したエネルギを表す情報へ変換し、
   前記検知器は、前記検知器素子の少なくとも一部に関連する情報を前記ディスプレイ・ユニットへ送り、
   前記コンピュータは、進行方向情報を受信し、該進行方向情報に基づいて画像を形成するのに用いられるべき検知器素子を選択し、いずれの検知器素子に関連する情報が前記ディスプレイ・ユニットへ送られるべきかを前記検知器に指示する、ことを特徴とするシステム。
2. 請求項１記載のシステムであって、
   前記レンズ系によって各検知器素子へ向けて方向付けられるエネルギは、約１．３ミリラジアンのサイズを有することを特徴とするシステム。
3. 請求項１記載のシステムであって、
   前記レンズ系は、１．５インチの直径、１．５インチの有効焦点距離、及びｆ／１のオプティカル・スピードを有する対物レンズを有することを特徴とするシステム。
4. 請求項１記載のシステムであって、
   前記ディスプレイ・ユニットは、ヘッドアップ・ディスプレイを有することを特徴とするシステム。
5. 請求項４記載のシステムであって、
   前記ヘッドアップ・ディスプレイは、液晶ディスプレイ及び非球面ミラーを含むことを特徴とするシステム。
6. 請求項１記載のシステムであって、
   前記情景は、幅１２度×高さ４度よりも大きいことを特徴とするシステム。
7. 請求項１記載のシステムであって、
   前記情景は、幅約２４度×高さ約８度であることを特徴とするシステム。
8. 請求項１記載のシステムであって、
   前記検知器は、非冷却焦電チタン酸バリウム・ストロンチウム検知器であることを特徴とするシステム。
9. 請求項１記載のシステムであって、
   前記検知器は、前記ディスプレイ・ユニットに送る情報に対して補間法を用い、前記画像を形成するのに用いられる追加的情報を生成することを特徴とするシステム。
10. 請求項１記載のシステムであって、
    前記車両の進行方向情報を判断するセンサを更に有し、
    前記センサは前記コンピュータに接続され、該コンピュータは前記センサから前記進行方向情報を受信する、ことを特徴とするシステム。
11. 請求項１０記載のシステムであって、
    前記センサは、前記車両の操舵角を判断することを特徴とするシステム。
12. 請求項１１記載のシステムであって、
    前記センサは、前記車両のステアリング・コラムに接続された角度エンコーダであることを特徴とするシステム。
13. 請求項１０記載のシステムであって、
    前記コンピュータは、前記センサからの前記進行方向情報を毎秒約６０回の速度で検査することを特徴とするシステム。
14. 請求項１記載のシステムであって、
    前記コンピュータは、前記検知器素子の少なくとも一部に関連した情報を受信して進行方向情報を受信し、画像処理ソフトウェアを用いて該情報を処理し、道路のジオメトリを判断し、前記進行方向情報に基づいて画像を形成するのに用いられるべき検知器素子を選択する、ことを特徴とするシステム。
15. 請求項１記載のシステムであって、
    前記検知器は、前記コンピュータからの情報に基づいて、前記ディスプレイ・ユニットに送られるべき情報を持っていない検知器素子を通じた高速クロッキングによって、前記検知器素子の一部のみに関連する情報を前記ディスプレイ・ユニットへ送る、ことを特徴とするシステム。
16. 車載ディスプレイ向けの画像を形成する方法であって、
    情景からのエネルギを検知器へ向けて方向付け、
    複数の検知器素子のそれぞれにおいて前記情景の一部からのエネルギを受信し、
    各検知器素子において受信されたエネルギを該受信したエネルギを表す情報へ変換し、
    前記車両の進行方向情報を判断し、
    該進行方向情報に基づいて画像を形成するのに用いられるべき検知器素子を選択し、
    選択された検知器素子に関連する情報を用いて前記画像を形成する、ことを特徴とする方法。
17. 請求項１６記載の方法であって、
    各検知器素子へ向けて方向付けられるエネルギは、約１．３ミリラジアンのサイズを有することを特徴とする方法。
18. 請求項１６記載の方法であって、
    前記画像をヘッドアップ・ディスプレイに表示することを更に有することを特徴とする方法。
19. 請求項１８記載の方法であって、
    前記画像が液晶ディスプレイから非球面ミラー上へ投影され、前記ヘッドアップ・ディスプレイが構成される、ことを特徴とする方法。
20. 請求項１６記載の方法であって、
    前記情景は、幅１２度×高さ４度よりも大きいことを特徴とする方法。
21. 請求項１６記載の方法であって、
    前記情景は、幅約２４度×高さ約８度であることを特徴とする方法。
22. 請求項１６記載の方法であって、
    前記検知器は、非冷却焦電チタン酸バリウム・ストロンチウム検知器であることを特徴とする方法。
23. 請求項１６記載の方法であって、
    前記選択された検知器素子に関連する情報を補間し、前記画像を形成するのに用いられる追加的情報を生成することを更に含むことを特徴とする方法。
24. 請求項１６記載の方法であって、
    前記進行方向情報は、前記車両の操舵角であることを特徴とする方法。
25. 請求項２４記載の方法であって、
    前記進行方向情報は、前記車両のステアリング・コラムに接続された角度エンコーダを用いて判断されることを特徴とする方法。
26. 請求項１６記載の方法であって、
    前記車両の進行方向情報の判断は、前記検知器素子の少なくとも一部からの情報を処理して道路の方向を判断することを含むことを特徴とする方法。
27. 請求項１６記載の方法であって、
    前記車両の進行方向情報の判断は、毎秒約６０回の速度で行われることを特徴とする方法。
28. 請求項１６記載の方法であって、
    前記ディスプレイ・ユニットに送られるべき情報を持っていない検知器素子を通じて高速クロッキングを行い、前記画像を形成するのに用いられる情報を生成することを更に含むことを特徴とする方法。

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