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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erzeugen von Bereichsabbildungsdaten unter Verwendung eines gepulsten Lichts.
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Eine Vorrichtung, die gepulstes Licht abgibt, Licht, das von einem Objekt reflektiert oder gestreut wird, das in einem im Voraus eingestellten Messbereich vorhanden ist, mittels eines Fotosensors empfängt, der eine Mehrzahl von Bildelementen aufweist, und Bereichsabbildungen aus dem Ausgangssignal aus dem Fotosensor erzeugt, ist aus der
WO 99/34235 A1 bekannt.
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Eine Bereichsabbildung stellt den Abstand zu einem fotografierten Objekt durch Bildabstufungen bzw. Bildelementwerte dar. Die Verwendung einer Bereichsabbildung ermöglicht es, zu einem Zeitpunkt die Abstände zu einer Mehrzahl von Objekten zu messen, die in einem weiten Bereich vorhanden sind.
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In der Vorrichtung, die in der
WO 99/34235 A1 offenbart ist, werden, wie es in
12A gezeigt ist, die Pulsbreite des gepulsten Lichts und die Belichtungsdauer bzw. Belichtungszeit des Fotosensors auf ΔL und ΔA (≤ ΔL) festgelegt und starten die Abgabe des gepulsten Lichts und das Belichten des Fotosensors gleichzeitig, so dass jedes Bildelement des Fotosensors in Übereinstimmung mit dem Abstand D zu dem Objekt eine Ladung speichert.
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Anders ausgedrückt wird der Empfang des Lichts, das von dem Objekt reflektiert oder gestreut wird, von der Abgabe des gepulsten Lichts um die Zeit τ (= 2D/VC, wobei VC die Lichtgeschwindigkeit ist) in Übereinstimmung mit dem Abstand R zu dem Objekt verzögert. Aus diesem Grund empfängt jedes Bildelement des Fotosensors das reflektierte oder gestreute Licht für die Dauer (Ladungsspeicherzeit) ΔA – τ während der Belichtungsdauer. Das heißt, je länger der Abstand R zu dem Objekt ist, desto niedriger ist die Ladung Q, die in jedem Bildelement des Fotosensors gespeichert ist.
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Jedoch erhöht sich auch dann, wenn die Speicherzeit die gleiche ist, die gespeicherte Ladung Q, wenn sich die Intensität des reflektierten oder gestreuten Lichts erhöht. Ebenso ändert sich auch dann, wenn der Abstand zu dem Objekt der gleiche ist, die Intensität des reflektierten oder gestreuten Lichts mit dem Licht des Reflexionskoeffizienten oder des Lichtstreukoeffizienten der Oberfläche des Objekts. Aus diesem Grund ist es notwendig, die gespeicherte Ladung Q zu standardisieren, um aus der Ladung einen Bildelementwert der Bereichsabbildung zu erzielen, der richtig den Abstand zu dem Objekt darstellt.
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Die Vorrichtung, die in der
WO 99/34235 A1 offenbart ist, führt dieses Standardisieren durch Festlegen der Belichtungszeit ΔB des Fotosensors aus, um einen eindeutigen Empfang von allem des reflektierten oder gestreuten Lichts zuzulassen und die Ladung Qc pro Einheitszeit, das heißt die Pulsbreite ΔL, aufgrund des reflektierten oder gestreuten Lichts von dem Objekt getrennt von der gespeicherten Ladung Q, die sich auf den Abstand R bezieht, zu messen.
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Durch Feststellen des Verhältnisses zwischen der gespeicherten Ladung Qc pro Einheitszeit und der gespeicherten Ladung Q, die sich auf den Abstand R bezieht, der durch die vorhergehende Messung erzielt wird (= Q/Qc), kann ein Bildelementwert erzielt werden, der derart standardisiert ist, dass er sich lediglich auf den Abstand R zu dem Objekt bezieht und sich nicht auf die Intensität des reflektierten oder gestreuten Lichts bezieht.
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Das gepulste Licht, das zu dem Messbereich abgegeben wird, wird nicht nur gestreut, während es übertragen wird, sondern wird ebenso von der Oberfläche des Objekts absorbiert und gestreut. Aus diesem Grund ist die Intensität des reflektierten oder gestreuten Lichts, das von dem Fotosensor empfangen wird, und folglich das Ausgangssignal aus dem Fotosensor äußerst niedrig. Es ist deshalb notwendig, die Abgabeintensität des gepulsten Lichts zu erhöhen, um ein Erfassen von Objekten an Punkten zuzulassen, die von der Vorrichtung entfernt sind, und einen niedrigen Reflexionskoeffizienten (zum Beispiel ein schwarzes Objekt) aufweisen.
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Jedoch ist es schwierig, die Leistungsabgabe eines Lichtabgabeelements, wie zum Beispiel einer Licht abgebenden Diode oder einer Laserdiode, die als eine gepulste Lichtquelle verwendet wird, zu verstärken, ohne aufgrund von derartigen Einschränkungen, wie zum Beispiel der Wirkung von parasitären Komponenten und der Stromaufnahme eines Leistungs-MOSFET, der das Licht abgebende Element ansteuert, eine hohe Geschwindigkeit zu opfern. Im Übrigen ist die Anstiegszeit des gepulsten Lichts, das von einem Licht abgebenden Element zum Abgeben von mehreren Watt abgegeben wird, in der Größenordnung von mehreren 100 Nanosekunden. Insbesondere ist auch dann, wenn die Ansteuervorrichtung des Licht abgebenden Elements einen CMOS-Inverter beinhaltet, die Anstiegszeit des gepulsten Lichts, wenn Ladungen über einen PMOSFET zugeführt werden, auch dann länger, da die Stromsteuerkapazität eines PMOSFET verglichen mit einem NMOSFET niedrig ist.
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Wenn das Objekt in einem verhältnismäßig nahen Bereich, wie zum Beispiel innerhalb 10 Metern, ist, ist die Verzögerungszeit τ bzw. die Lichtübertragungszeit des reflektierten oder gestreuten Lichts bezüglich dem abgegebenen Licht 67 Nanosekunden oder weniger, welches deutlich kürzer als die Anstiegszeit des gepulsten Lichts ist. Das heißt die herkömmliche Vorrichtung, weist, wie es in 12B gezeigt ist, darin das Problem auf, dass eine Messung einer guten Genauigkeit aufgrund dessen nicht durchgeführt werden kann, da eine Messung unter Verwendung der ansteigenden Dauer durchgeführt wird, wenn sich die Lichtintensität ändert.
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Wenn die gespeicherte Ladung Qc pro Einheitszeit in der herkömmlichen Vorrichtung erzielt wird, ist, da die Belichtungszeit ΔB länger als die Pulsbreite ΔL des gepulsten Lichts eingestellt ist, die Dauer zum Empfangen lediglich des Hintergrundlichts, welches Rauschen wird, während der Belichtungsdauer länger, so dass das Signal/Rauschverhältnis der gespeicherten Ladung Qc unnötig verringert wird. Dies führt als ein Ergebnis zu dem Problem eines weiteren Verschlechterns der Messgenauigkeit.
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In der herkömmlichen Vorrichtung erhöht sich, wenn die gespeicherte Ladung Q, die sich auf den Abstand D bezieht, erzielt wird, die Ladungsspeicherzeit auf so lange, als wenn das empfangene Licht von einem nahen Bereich reflektiert oder gestreut wird, der eine starke Empfangsintensität aufweist. Aufgrund dessen tritt die Sättigung der Ausgabe (der gespeicherten Ladung) aus dem Fotosensor leicht auf. Ein Verringern der Abgabeintensität, um die Sättigung zu verhindern, lässt das Problem eines Einschränkens des Messbereichs (des maximal zulässigen Abstands zum Erfassen des Objekts) entstehen.
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Eine weitere Vorrichtung zum Erzeugen von Bereichsabbildungsdaten unter Verwendung gepulsten Lichts ist aus
US 6 191 845 B1 bekannt. Diese Vorrichtung ist im Unterschied zu
WO 99/34235 A1 so ausgelegt, dass zur Normierung der Oberflächenreflexion des Objekts und zur Messung des Abstands zum Objekt Belichtungszeiten gleicher Dauer verwendet werden. Der Startzeitpunkt des Belichtungfensters für die Messung des Abstandssignals ist dabei gegenüber dem Startzeitpunkt für die Messung des Normierungssignals verschoben. Die Dauer ΔL der ausgesendeten Lichtpulse bleibt auch hier gleich. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, um die zuvor erwähnten Probleme zu lösen, besteht darin, eine Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen von Bereichabbildungsdaten zu schaffen, das einen breiten Messbereich aufweist und imstande ist, Bereichsabbildungsdaten mit einer hohen Bereichsgenauigkeit zu erzielen.
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Die Vorrichtung beinhaltet eine Licht abgebende Einrichtung, eine Abbildungseinrichtung, eine Abbildungsdaten-Erzielungseinrichtung und eine Bereichsabbildungsdaten-Erzeugungseinrichtung. Die Licht abgebende Einrichtung gibt gepulstes Licht innerhalb eines im Voraus eingestellten Messbereichs aus. Das gepulste Licht weist eine ansteigende, eine flache Dauer und eine Abfallende Dauer auf. Die Abbildungseinrichtung fotografiert ein Objekt, das in dem Messbereich vorhanden ist. Die Abbildungseinrichtung beinhaltet einen Fotosensor, der aus einer zweidimensionale Gruppe von fotoelektrischen Wandlerelementen eines ladungsintegrierenden Typs besteht, und ist imstande, die Belichtungszeit des Fotosensors einzustellen.
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Die Abbildungsdaten-Erzielungseinrichtung erzielt Abbildungsdaten durch Steuern der Abgabedauer oder des Abgabestartzeitpunkts für die Licht abgebende Einrichtung und der Belichtungsdauer oder deS Belichtungsstartzeitpunkts für die Abbildungseinrichtung. Die Abbildungsdaten werden aus dem Wert von jedem Bildelement erzielt, welche das Ausgangssignal der fotoelektrischen Wandlerelemente sind. Eine Bereichsabbildungsdaten-Erzeugungseinrichtung erzeugt Bereichsabbildungsdaten auf der Grundlage der erzielten Abbildungsdaten. Die Bereichsabbildungsdaten bestehen aus Bildelementwerten, die dem Abstand zu dem fotografierten Objekt entsprechen.
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Die Abbildungsdaten-Erzielungseinrichtung beinhaltet eine erste Abbildungsdaten-Erzielungseinrichtung, eine zweite Abbildungsdaten-Erzielungseinrichtung und eine dritte Abbildungsdaten-Erzielungseinrichtung. Die erste Abbildungsdaten-Erzielungseinrichtung erzielt erste Abbildungsdaten aus der Abbildungseinrichtung durch Betätigen der Abbildungseinrichtung, um eine Belichtung durchzuführen, ohne die Licht abgebende Einrichtung zu betätigen, gepulstes Licht abzugeben. Die zweite Abbildungsdaten-Erzielungseinrichtung erzielt zweite Abbildungsdaten aus der Abbildungseinrichtung durch Einstellen der Abgabedauer oder des Abgabestartzeitpunkts und der Belichtungsdauer oder des Belichtungsstartzeitpunkts, um einen Teil des Lichts, das von dem Objekt reflektiert oder gestreut wird, während der gesamten Belichtungsdauer zu empfangen. Dieser Teil des reflektierten oder gestreuten Lichts entspricht der flachen Dauer des gepulsten Lichts. Die dritte Abbildungsdaten-Erzielungseinrichtung erzielt dritte Abbildungsdaten aus der Abbildungseinrichtung durch Einstellen der Abgabedauer oder des Abgabestartzeitpunkts und der Belichtungsdauer oder des Belichtungsstartzeitpunkts, um einen Teil des reflektierten oder gestreuten Lichts während einer Dauer zu empfangen, die dem Abstand des Umlaufs zu dem Objekt entspricht. Dieser Teil des reflektierten oder gestreuten Lichts entspricht den flachen und abfallenden Dauern des gepulsten Lichts. Der Wert von jedem Bildelement der ersten Abbildungsdaten stellt einen Versatzpegel dar, welcher aus dem Empfangspegel des anderen einfallenden (Hintergrund) Lichts als das reflektierte oder gestreute Licht und Rauschen aufgrund der Betätigung des Bildelements besteht. Der Wert von jedem Bildelement der zweiten Abbildungsdaten stellt den Referenzpegel des Lichts dar, das von dem Objekt reflektiert oder gestreut wird. Der Wert von jedem Bildelement der dritte Abbildungsdaten stellt eine Intensität in Übereinstimmung mit dem Abstand zu dem Objekt dar.
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Die zweiten Abbildungsdaten werden durch Empfangen lediglich der flachen Dauer des gepulsten Lichts erzielt. Die dritten Abbildungsdaten werden durch Empfangen lediglich der flachen und abfallenden Dauern des gepulsten Lichts erzielt. Folglich werden keine der ersten bis dritten Abbildungsdaten durch die Ansteigende Dauer des gepulsten Lichts beeinflusst.
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Die Bereichsabbildungsdaten-Erzeugungseinrichtung beinhaltet eine erste arithmetische Einrichtung, eine zweite arithmetische Einrichtung und eine dritte arithmetische Einrichtung. Die erste arithmetische Einrichtung findet Referenzabbildungsdaten durch Subtrahieren der ersten Abbildungsdaten von den zweiten Abbildungsdaten. Die zweite arithmetische Einrichtung findet Intensitäts Abbildungsdaten durch Subtrahieren der ersten Abbildungsdaten von den dritten Abbildungsdaten. Die arithmetische Einrichtung findet die Bereichsabbildungsdaten durch Berechnen des Verhältnisses zwischen den Referenz- und Intensitätsabbildungsdaten.
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Daher werden in der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die ersten bis dritten Abbildungsdaten ohne Verwendung der ansteigenden Dauer des gepulsten Lichts erzielt, wenn die Lichtintensität nicht stabil ist. Wenn die zweiten Abbildungsdaten erzielt werden, wird das empfangene oder gestreute Licht über die gesamte Belichtungsdauer empfangen, und es gibt keine Dauer, zu der sie lediglich das Hintergrundlicht empfängt, welches Rauschen wird, so dass das Signal/Rauschverhältnis der zweiten Abbildungsdaten nicht zu niedrig ist.
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Durch Finden der Referenz- und Intensitätsabbildungsdaten ist es möglich, die Versatzkomponente auszuschließen. Durch Finden des Verhältnisses zwischen den Referenz- und Intensitätsabbildungsdaten ist es möglich, die Einflüsse von Faktoren zu beseitigen, die den Empfangspegel des reflektierten oder gestreuten Lichts abhängig von den Änderungsbedingungen ändern. Die Faktoren können der Reflexionskoeffizient der Oberfläche des Objekts, die Blindströme, die durch die fotoelektrischen Wandlerelemente fließen, das Betriebsrauschen aufgrund des Betriebs für eine Belichtung und das thermische Rauschen der Elemente sein.
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Demgemäss ermöglicht es die Vorrichtung, genaue Bereichsabbildungsdaten zu erzielen, die Bildelemente in Übereinstimmung mit lediglich den Abständen zu einem Objekt aufweisen.
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Wie es in 4B gezeigt ist, kann die zweite Abbildungsdaten-Erzielungseinrichtung die Belichtungsdauer, das heißt die Pulsbreite Tsh2 des Belichtungssignals SH, beliebig einstellen. Die zweite Abbildungsdaten-Erzielungseinrichtung kann ebenso die Abgabedauer, das heißt die Pulsbreite Tf2 des Abgabesignals FL, gleich der Summe der ansteigenden Dauer (Tup) des gepulsten Lichts, der maximalen Rundlaufzeit (Tmax), die von dem gepulsten Licht genommen wird, um einen Umlauf über den Abstand der Grenze des Messbereichs zu machen, und der Belichtungsdauer (Tsh2) einstellen. Die Abgabe von der Licht abgebenden Einrichtung kann um eine Zeit, die gleich oder länger als die Summe der ansteigenden Dauer und der maximalen Umlaufzeit (Tup + Tmax) ist, vor dem Belichten starten.
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Wie es in 4C gezeigt ist, kann die dritte Abbildungsdaten-Erzielungseinrichtung die Abgabedauer, das heißt die Pulsbreite Tf3 des Abgabesignals VL, derart einstellen, dass die flache Dauer (Tc) gleich der maximalen Umlaufzeit (Tmax) ist. Die dritte Abbildungsdaten-Erzielungseinrichtung kann ebenso die Belichtungsdauer, das heißt die Pulsbreite Tsh3 des Belichtungssignals SH, gleich oder länger als die flache Dauer (Tc = Tmax) einstellen. Das Belichten kann um die Summe der Anstiegszeit und der maximalen Umlaufzeit (Tup + Tmax) vor dem Belichten starten.
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In diesem Fall wird, je kürzer der Abstand (0 – Tmax) zu dem Objekt ist, desto kürzer die Dauer, zu der das reflektierte oder gestreute Licht innerhalb der Belichtungsdauer (Tsh3) empfangen wird. Demgemäss ist es auch dann, wenn das Licht empfangen wird, das von einem Objekt reflektiert oder gestreut wird, das in einem Abstand vorhanden ist, welcher so kurz ist, dass ein verhältnismäßig hoher Empfangspegel erzielt werden kann, schwierig, das Ausgangssignal aus den fotoelektrischen Wandlerelementen zu sättigen. Folglich kann die Kapazität der fotoelektrischen Wandlerelemente bis zu dem Maximum verwendet werden.
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Je länger der Abstand zu dem Objekt ist, desto länger ist die Dauer, zu der das reflektierte oder gestreute Licht innerhalb der Belichtungsdauer empfangen wird. Demgemäss ist es auch dann, wenn das Licht empfangen wird, das von einem Objekt reflektiert oder gestreut wird, das in einem Abstand vorhanden ist, der so lang ist, dass lediglich ein niedriger Empfangspegel erzielt werden kann, verglichen mit der herkömmlichen Vorrichtung möglich, ein hohes Ausgangssignal aus den fotoelektrischen Wandlerelementen zu erzielen. Folglich ermöglicht es die Vorrichtung, wenn die Abgabeintensität des gepulsten Lichts die gleiche ist und wenn das Licht, das von einem Objekt reflektiert oder gestreut wird, das in dem gleichen Abstand vorhanden ist, empfangen wird, ein höheres Ausgangssignal, das heißt höhere Bildelementwerte, zu erzielen und verglichen mit der herkömmlichen Vorrichtung ihre Messbarkeit zu verbessern, das heißt den Messbereich auszuweiten.
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Es ist bevorzugt, dass die Belichtungsdauern, die von den ersten bis dritten Abbildungsdaten-Erzielungseinrichtungen eingestellt werden, gleich sind. Jedoch kann mindestens eine der ersten und zweiten Abbildungsdaten-Erzielungseinrichtungen die zugehörige Belichtungsdauer unterschiedlich zu der Belichtungsdauer einstellen, die von der dritten Abbildungsdaten-Erzielungseinrichtung eingestellt wird. In diesem Fall können die ersten und zweiten arithmetischen Einrichtungen die Referenz- und Intensitätsabbildungsdaten durch Standardisieren der Bildelementwerte der ersten bis dritten Abbildungsdaten auf Werte pro voreingestellter Einheitszeit feststellen.
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Wenn die Belichtungsdauern gleich eingestellt sind, ist es möglich, den Betrieb zum Standardisieren der Bildelementwerte der ersten bis dritten Abbildungsdaten auf Werte pro Einheitszeit mittels den ersten und zweiten arithmetischen Einrichtungen wegzulassen.
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Mindestens eine der Belichtungsdauern, die von den ersten bis dritten Abbildungsdaten-Erzielungseinrichtungen eingestellt werden, können in eine Mehrzahl von Dauern geteilt werden. In diesem Fall ist es möglich, den Einfluss von plötzlich erzeugten Fremdlicht, das heißt Rauschen, zu verringern, das auf die fotoelektrische Wandlereinrichtung einfällt. Die ersten und zweiten arithmetischen Einrichtungen können Bildelementwerte der Referenz- und Intensitätsabbildungsdaten aufsummieren. Die dritte arithmetische Einrichtung kann die Bereichsabbildungsdaten auf der Grundlage der Referenz- und Intensitätsabbildungsdaten erzeugen, die die aufsummierten Bildelementwerte aufweisen.
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In diesem Fall ist es ebenso möglich, den Einfluss von plötzlich erzeugtem Fremdlicht, das heißt Rauschen, zu verringern.
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Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann ebenso eine Abstandsberechnungseinrichtung zum Feststellen des absoluten Abstands zu dem Objekt auf der Grundlage der Bereichsabbildungsdaten beinhalten, die von der dritten arithmetische Einrichtung erzeugt werden.
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Die Abstandsberechnungseinrichtung kann ebenso den absoluten Abstand zu dem Objekt durch Multiplizieren des Werts von jedem Bildelement der Bereichsabbildungsdaten mit einer im Voraus eingestellten Konstante feststellen.
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Alternativ kann die Abstandsberechnungseinrichtung den absoluten Abstand zu dem Objekt unter Verwendung einer vorbereiteten Wandlungstabelle feststellen, die die Beziehung zwischen dem Bildelementwert und dem absoluten Abstand zeigt.
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Mindestens eines der Bildelemente der fotoelektrischen Wandlerelemente kann ein Referenzbildelement sein, um es derart einzustellen, um das Licht zu empfangen, das von einem Referenzobjekt reflektiert und gestreut wird. Der Abstand zwischen dem Referenzbildelement und dem Referenzobjekt ist bereits bekannt. Die Abstandsberechnungseinrichtung kann den absoluten Abstand zwischen jedem Bildelement und dem Objekt in dem Messbereich auf der Grundlage des Absolutabstands korrigieren, der von dem Referenzbildelement erzeugt wird.
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Auch dann, wenn sich die Charakteristiken der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung aufgrund von Altern oder dergleichen ändern, ist es möglich, die Änderung auf der Grundlage des gemessenen Werts für das Referenzbildelement zu korrigieren. Dies ermöglicht es, genaue Bereichsabbildungsdaten für eine lange Zeit zu erzielen.
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Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann ebenso eine Sättigungszeit-Messeinrichtung zum Messen der Sättigungszeit beinhalten, die von dem Ausgangssignal, das heißt den Bildelementwerten, von den fotoelektrischen Wandlerelementen genommen wird, um gesättigt zu werden, während die Licht abgebende Einrichtung und die Abbildungseinrichtung ein Abgeben bzw. ein Belichten durchführen. Die zweite Abbildungsdaten-Erzeugungseinrichtung kann die Belichtungsdauer gleich oder kürzer als die Sättigungszeit einstellen. Dies ermöglicht es, die Kapazität der fotoelektrischen Wandlerelemente am wirkungsvollsten zu verwenden. Es ist bevorzugt, dass das Messlicht unsichtbar ist. Zum Beispiel ist ein nahezu infraroter Strahl zweckmäßig, dessen Wellenlänge 850 Nanometer ist. In diesem Fall ist es hinsichtlich von Herstellungskosten und einer Empfindlichkeit bevorzugt, dass jedes der fotoelektrischen Wandlerelemente eine Fotodiode eines PIN-Typs ist, die eine P-Schicht, eine N-Schicht und eine I-Schicht beinhaltet, welche eine niedrige Störstellenkonzentration aufweist und sich zwischen den zwei zuvor erwähnten Bereichen befindet.
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Eine Fotodiode eines PIN-Typs kann mit niedrigen Kosten durch ein allgemeines CMOS-Verfahren hergestellt werden und ist empfindlich, da ihre I-Schicht dick genug ist, um das einfallende Licht zu empfangen.
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Ein allgemeiner Bildsensor speichert eine Ladung unter Verwendung der Übergangskapazität einer Fotodiode. Da sich die Übergangskapazität in einem derartigen Sensor mit einer Spannung ändert, weisen die Höhe einer Ladung und die Ausgangsspannung keine lineare Charakteristik auf und erzeugen Fehler.
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Deshalb ist es bevorzugt, dass die Ladung, die von jedem der fotoelektrischen Wandlerelemente erzeugt wird, in einem Kondensator gespeichert wird, der getrennt von diesen vorgesehen ist. Das Speichern einer Ladung in einem Kondensator, welcher nicht spannungsabhängig ist, lässt zu, dass sich die Beziehung zwischen der Größe einer gespeicherten Ladung und der Ausgangsspannung einer linearen Charakteristik annähert. Dies ermöglicht es, die Fehler einzuschränken, die erzeugt werden würden, wenn die Charakteristik nicht linear wäre.
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Ein zweiter Aspekt ist ein Verfahren zum derartigen Erzeugen von Bereichsabbildungsdaten auf der Grundlage von Abbildungsdaten, dass die Werte von Bildelementen das Ausgangssignal aus einem Fotosensor sind, der aus einer zweidimensionalen Gruppe von fotoelektrischen Wandlerelementen eines ladungsintegrierenden Typs besteht. Das Verfahren weist auf: einen ersten Schritt eines Erzielens von ersten Abbildungsdaten aus dem Fotosensor durch Belichten des Fotosensors ohne Bestrahlen eines Objekts in einem im Voraus eingestellten Bereich; einen zweiten Schritt eines Erzielens von zweiten Abbildungsdaten aus dem Fotosensor durch Bestrahlen des Objekts mit dem gepulsten Licht und derartiges Belichten des Fotosensors, um das Licht zu empfangen, das von dem Objekt reflektiert oder gestreut wird, welches einer flachen Dauer des gepulsten Lichts entspricht; einen dritten Schritt eines Erzielens von dritten Abbildungsdaten aus dem Fotosensor durch Bestrahlen des Objekts mit dem gepulsten Licht und derartiges Belichten des Fotosensors, dass der Fotosensor das reflektierte oder gestreute Licht für die Umlaufzeit empfängt, die dem Abstand zu dem Objekt entspricht, welches den flachen und abfallenden Dauern des gepulsten Lichts entspricht; einen vierten Schritt eines Feststellens von Referenzabbildungsdaten durch Subtrahieren der ersten Abbildungsdaten von den zweiten Abbildungsdaten; einen fünften Schritt eines Feststellens von Intensitätsabbildungsdaten durch Subtrahieren der ersten Abbildungsdaten von den dritten Abbildungsdaten; und einen sechsten Schritt eines Feststellens der Bereichsabbildungsdaten durch Berechnen des Verhältnisses zwischen den Referenz- und Intensitätsabbildungsdaten auf.
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Das Verfahren zum Erzeugen von Bereichabbildungsdaten kann durch die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden, um einen Effekt zu erzielen, der ähnlich zu dem ist, der durch diese Vorrichtung erzielt wird.
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Die Schritte des Verfahrens zum Erzeugen von Bereichsabbildungsdaten können mittels eines Computerprogramms ausgeführt werden. Das Programm kann in einem Aufzeichnungsmedium gespeichert sein, das von einem Computer gelesen werden kann. Das gespeicherte Programm kann in ein Computersystem geladen und gestartet werden. Das Aufzeichnungsmedium kann entweder tragbar oder in das Computersystem eingebaut sein. Alternativ kann das Programm über ein Netz in das Computersystem geladen werden.
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Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigt:
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1 ein Blockschaltbild einer Bereichsabbildungsdaten-Erzeugungsvorrichtung gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2 eine schematische Darstellung eines Sensors der Bereichsabbildungsdaten-Erzeugungsvorrichtung;
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3 einen Stromlaufplan einer Einheitsschaltung des Sensors;
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4A bis 4C Zeitablaufsdiagramme der Funktionsweise einer Steuersignal-Erzeugungseinheit der Bereichsabbildungsdaten-Erzeugungsvorrichtung;
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5 ein Flussdiagramm der Bereichsabbildungsdatenerzeugung, die von einer arithmetischen Einheit der Bereichsabbildungsdaten-Erzeugungsvorrichtung ausgeführt wird;
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6 ein Zeitablaufsdiagramm der Funktionsweise von verschiedenen Teilen der Bereichsabbildungsdaten-Erzeugungsvorrichtung während der Bereichsabbildungsdatenerzeugung;
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7 ein Fahrunterstützungssystem, an welchem die Bereichsabbildungsdaten-Erzeugungsvorrichtung angewendet wird;
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8 ein Eindring-Erfassungssystem zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, an welchem die Bereichsabbildungsdaten-Erzeugungsvorrichtung angewendet wird;
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9 ein Zeitablaufsdiagramm der Funktionsweise von verschiedenen Teilen der Bereichsabbildungsdaten-Erzeugungsvorrichtung während der Bereichsabbildungsdatenerzeugung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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10 ein Zeitablaufsdiagramm der Funktionsweise von verschiedenen Teilen der Bereichsabbildungsdaten-Erzeugungsvorrichtung während der Bereichsabbildungsdatenerzeugung gemäß einer Ausgestaltung des zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
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11 ein Flussdiagramm der Korrekturwertberechnung, die von der arithmetischen Einheit einer Bereichsabbildungsdaten-Erzeugungsvorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird;
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12A und 12B Zeitablaufsdiagramme einer Funktionsweise einer herkömmlichen Vorrichtung und der dieser zugehörigen Probleme.
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Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
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Es folgt die Beschreibung eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
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1 zeigt ein Blockschaltbild des gesamten Aufbaus einer Bereichsabbildungsdaten-Erzeugungsvorrichtung 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Bereichsabbildungsdaten-Erzeugungsvorrichtung 1 beinhaltet eine Licht abgebende Einheit 2, eine Abbildungsempfangseinheit 3, eine Steuersignal-Erzeugungseinheit 4 und eine arithmetische Einheit 5. Die Licht abgebende Einheit 2 gibt Licht in Übereinstimmung mit einem Abgabesignal FL ab. Die Abbildungsempfangseinheit 3 empfängt eine Abbildung der Objekte in einem vorbestimmten Messbereich in Übereinstimmung mit einem Belichtungssignal SH. Die Steuersignal-Erzeugungseinheit 4 erzeugt ein Abgabesignal FL und ein Belichtungssignal SH. Die arithmetische Einheit 5 steuert die Steuersignal-Erzeugungseinheit 4 derart, dass diese Bereichsabbildungsdaten auf der Grundlage der Abbildungsdaten aus der Abbildungsempfangseinheit 3 erzeugt.
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Die Lichtabgabeeinheit 2 ist entweder eine Laserdiode bzw. LD oder eine Licht abgebende Diode bzw. LED, welche nahezu infrarote Strahlen abgibt. Die Licht abgebende Einheit 2 beinhaltet ein Licht abgebendes Element 6 und eine Streulinse 7. Das Licht abgebende Element 6 kann in Übereinstimmung mit dem Abgabesignal FL angesteuert werden. Die Streulinse 7 diffundiert das Licht, das von dem Licht abgebenden Element 6 abgegeben wird. Das gestreute Licht wird über den gesamten Messbereich abgegeben. Eine CMOS-Inverterschaltung wird in der Ausgangsstufe der Ansteuerschaltung zum Ansteuern des Licht abgebenden Elements 6 verwendet. Folglich ist die abfallende Dauer, zu der das Licht abgebende Element 6 von einem NMOS angesteuert wird, kleiner als die ansteigende Dauer, zu der das Element von einem PMOS angesteuert wird. Die Abbildungsempfangseinheit 3 beinhaltet einen Fotosensor 8 und eine Sammellinse 9. Der Fotosensor 8 wandelt einfallendes Licht zu einem elektrischen Signal. Die Sammellinse 9 sammelt das Licht aus dem Messbereich. Das gesammelte Licht fällt auf den Fotosensor 8 ein.
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Wie es in 2 gezeigt ist, besteht der Fotosensor 8 aus Einheitsschaltungen 80 und einer Eingabe/Ausgabe bzw. E/A-Steuerschaltung 86. Jede Einheitsschaltung 80 beinhaltet ein fotoelektrisches Wandlerelement 81, welches später beschrieben wird. Die Empfangsoberflächen der fotoelektrischen Wandlerelemente 81 der Einheitsschaltungen 80 bilden eine Gruppe aus. Die Eingabe/Ausgabe-Steuerschaltung 86 liest der Reihe nach die Ausgangssignale aus den Einheitsschaltungen 80 aus und legt diese an die arithmetische Einheit 5 an. An die Einheitsschaltungen 80 können Steuersignale, wie zum Beispiel das Belichtungssignal SH, über Signalleitungen der gleichen Länge (in der Form eines Baums verdrahtet) derart angelegt werden, dass die Übertragungsverzögerung der Steuersignale gleich sein kann.
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3 zeigt einen Stromlaufplan der Struktur von jeder Einheitsschaltung 80. Wie es in 3 gezeigt ist, beinhaltet jede Einheitsschaltung 80 ein fotoelektrisches Wandlerelement 81, einen Ladungs-Rücksetzschalter 82, einen Verschlussschalter 83, einen Kondensator 84 und einen Verstärker 85. Die Schalter 82 und 83 sind NMOS-Feldeffekttransistoren. Das fotoelektrische Wandlerelement 81 ist über den Ladungs-Rücksetzschalter 82 an Masse gelegt. Das fotoelektrische Wandlerelement 81 erzeugt eine Ladung proportional zu der Intensität des von ihm empfangenen Lichts. Die erzeugte Ladung wird über den Verschlussschalter 83 an den Kondensator 84 angelegt, welcher die Ladung speichert. Der Verstärker 85 verstärkt die Spannung über dem Kondensator 84 und legt die verstärkte Spannung an die Eingabe/Ausgabe-Steuerschaltung 86 an.
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Das fotoelektrische Wandlerelement 81 ist eine Fotodiode einer PIN-Struktur, wobei die I-Schicht von dieser ungefähr 30 Mikrometer beträgt. Die I-Schicht, welche ein Empfangsbereich ist, ist dicker als die einer herkömmlichen Fotodiode, die eine Muldendiffusionsschicht aufweist. Demgemäss ist die Fotodiode der PIN-Struktur empfindlich und insbesondere für den Empfang von nahezu infraroten Strahlen geeignet, welche tief in die I-Schicht eindringen. Die I-Schicht ist breit und weist pro Einheitsfläche eine niedrige Kapazität (1/15–1/20 der Kapazität pro Einheitsfläche einer herkömmlichen Fotodiode) auf, so dass die Fotodiode der PIN-Struktur ein hohes Ansprechvermögen aufweist.
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Der Kondensator 84 ist von der Übergangskapazität des fotoelektrischen Wandlerelements 81 unabhängig und besteht aus parallelen Platten. Eine der parallelen Platten ist ein halbleitendes Substrat und die andere ist eine Platte, die aus einem halbleitenden oder metallischen Material besteht. Die Ladung, die von dem fotoelektrischen Wandlerelement (der Fotodiode) 81 erzeugt wird, wird nicht nur in seiner Übergangskapazität, sondern ebenso n deim Kondensator 84 gespeichert. Weiterhin ist die Kapazität des Kondensators 84 ausreichend höher als die Übergangskapazität des fotoelektrischen Wandlerelements 81, welche spannungsabhängig ist. Die Kapazität des Kondensators 84 wird auf einen derart hohen Wert eingestellt, dass die Ladung, die in beiden des Kondensators 84 und der Übergangskapazität gespeichert ist und die Spannung (der Bildelementwert) aus der Einheitsschaltung 80 als lineare Charakteristiken aufweisend erachtet werden können.
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Der Verstärker 85 ist eine Sourcefolgerschaltung, welche einen einfachen Aufbau und eine hohe Impedanz aufweist.
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Wenn des Belichtungssignal SH an dem nicht aktiven Pegel (Belichtungsunterdrückungsdauer) ist, ist der Verschlussschalter 83 ausgeschaltet und ist der Ladungs-Rücksetzschalter 82 eingeschaltet. Folglich wird die Ladung, die von dem fotoelektrischen Wandlerelement 81 erzeugt wird, entladen, ohne in dem Kondensator 84 gespeichert zu werden. Wenn das Belichtungssignal SH in dem aktiven Pegel (Belichtungsdauer) ist, ist der Verschlussschalter 83 eingeschaltet und ist der Ladungs-Rücksetzschalter 82 ausgeschaltet. Folglich wird die Ladung, die von dem fotoelektrischen Wandlerelement 81 erzeugt wird, in dem Kondensator 84 gespeichert.
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Jedoch werden vor einem Belichten (einem Speichern einer Ladung in dem Kondensator 84), die zwei Schalter 82 und 83 eingeschaltet, so dass die gesamte Ladung, die in dem Kondensator 84 gespeichert ist, entladen werden kann.
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Wenn das Belichten endet, hat der Kondensator 84 eine Ladung in Übereinstimmung mit der Menge von Licht gespeichert, das von dem fotoelektrischen Wandlerelement 81 während des Belichtens empfangen wird. Der Verstärker 85 verstärkt die Spannung über dem Kondensator 84 in Übereinstimmung mit der gespeicherten Ladung. Die Eingabe/Ausgabe-Steuerschaltung 86 liest die verstärkte Spannung bzw. nimmt diese auf und gibt sie als einen Bildelementwert zu der arithmetischen Einheit 5 aus.
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Es wird kurz auf 1 zurück verwiesen. Die arithmetische Einheit 5 gibt eine erste Anweisung, eine zweite Anweisung und eine dritte Anweisung zu der Steuersignal-Erzeugungsschaltung 4 aus. In Übereinstimmung mit diesen Anweisungen erzeugt die Steuersignal-Erzeugungseinheit 4 ein Abgabesignal FL und ein Belichtungssignal SH, welche nachstehend beschrieben werden.
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Hier im weiteren Verlauf:
stellt Tup die Anstiegszeit (ansteigende Dauer) des gepulsten Lichts dar, das von der Licht abgebenden Einheit 2 abgegeben wird;
stellt Tdw die Abfallszeit (abfallende Dauer) des gepulsten Lichts dar;
stellt Tc die Zeit dar, für welche der Signalpegel eine konstante Intensität aufweist (flache Dauer);
stellt Lmax den maximalen Abstand dar, der von einem Bereichsabbildungsdatenprozessor 1 gemessen werden kann;
stellt VC die Lichtgeschwindigkeit dar; und
stellt Tmax (= 2 × Lmax/VC) die maximale Umlaufzeit dar, die von dem Licht benötigt wird, um einen Umlauf über den maximalen Abstand Lmax zu machen.
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Wie es in 4A gezeigt ist, erzeugt die Steuersignal-Erzeugungseinheit 4 lediglich das Belichtungssignal SH als Reaktion auf die erste Anweisung aus der arithmetischen Einheit 5. Das Belichtungssignal SH weist eine Pulsbreite (Belichtungszeit) Tsh1 auf.
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Wie es in 4B gezeigt ist, erzeugt die Steuersignal-Erzeugungseinheit 4 das Abgabesignal FL und das Belichtungssignal SH als Reaktion auf die zweite Anweisung aus der arithmetischen Einheit 5. Das Abgabesignal FL weist eine Pulsbreite (Abgabezeit) Tf2 auf. Das Belichtungssignal SH weist eine Pulsbreite Tsh2 auf und wird um die Summe der Anstiegszeit Tup und der maximalen Umlaufzeit Tmax verzögert.
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Die Pulsbreiten Tsh1 und Tsh2 von den Belichtungssignalen SH können beliebig sein. Die Pulsbreite Tsh3 des Belichtungssignals SH kann gleich oder größer als die maximale Umlaufzeit Tmax sein. In diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird jedoch jede der Pulsbreiten Tsh1, Tsh2 und Tsh3 auf die maximale Umlaufzeit Tmax eingestellt, welches der Minimalwert der Pulsbreite Tsh3 ist (Tsh1 = Tsh2 = Tsh3 = Tmax).
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Die Pulsbreite Tf2 des Abgabesignals FL wird auf einen derartigen Wert eingestellt, dass die Zeit Tc einer konstanten Intensität gleich oder größer als die Summe der maximalen Umlaufzeit Tmax und der Belichtungszeit Tsh2 ist (Tf2 = Tup + Tmax + Tsh2). Demgemäss wird während eines Belichtens das Licht, das der flachen Dauer entspricht, immer empfangen, wenn das Licht das ist, was von den Objekten in dem Messbereich reflektiert oder gestreut wird.
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Die Pulsbreite Tf3 des Abgabesignals FL wird auf einen derartigen Wert eingestellt, dass die Zeit Tc einer konstanten Intensität gleich der maximalen Umlaufzeit Tmax ist (Tf3 = Tup + Tmax).
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Demgemäss wird während eines Belichtens das Licht, das der flachen Dauer entspricht, für eine Zeit empfangen, die zu dem Abstand zu den Objekten in dem Messbereich proportional ist, wenn das Licht das ist, welches von dem Objekt oder den Objekten reflektiert oder gestreut wird.
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Die arithmetische Schaltung 5 beinhaltet hauptsächlich einen bekannten Mikrocomputer, welcher eine CPU, einen ROM und einen RAM aufweist, und führt eine Bereichsabbildungsdatenerzeugung durch, welche später beschrieben wird.
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5 zeigt ein Flussdiagramm der Bereichsabbildungsdatenerzeugung. 6 zeigt ein Zeitablaufsdiagramm der Beziehung zwischen dem gepulsten Licht, das von der Licht abgebenden Einheit 2 erzeugt wird, dem gepulsten Licht (reflektierten oder gestreuten Licht), das von der Abbildungsempfangseinheit 3 empfangen wird, und dem Bildelementwert (Ausgangssignal aus jeder Einheitsschaltung 80) für jedes Bildelement.
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Es wird auf 5 verwiesen. Nachdem die Bereichsabbildungsdatenerzeugung gestartet wird, wird die erste Anweisung von der Steuersignal-Erzeugungseinheit 4 ausgegeben, was bewirkt, dass die Abbildungsempfangseinheit 3 eine Belichtung durchführt. Nach der Belichtung werden erste Abbildungsdaten aus der Abbildungsempfangseinheit 3 erzielt (Schritt S110). Da die Licht abgebende Einheit 2 während der Belichtung kein gepulstes Licht abgibt, ändert sich der Bildelementwert V1 (das Ausgangssignal aus jeder Einheitsschaltung 80) der ersten Abbildungsdaten für jedes Bildelement mit der Intensität des Hintergrundlichts (der erste Schritt in 6).
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Nachfolgend wird die zweite Anweisung aus der Steuersignal-Erzeugungsschaltung 4 ausgegeben, was bewirkt, dass die Licht abgebende Einheit 2 Licht abgibt und die Lichtempfangseinheit 3 eine Belichtung durchführt. Nach der Abgabe der Belichtung werden zweite Abbildungsdaten aus der Abbildungsempfangseinheit 3 erzielt (Schritt S120). Über die gesamte Belichtungsdauer wird, wie es zuvor beschrieben worden ist, das reflektierte oder gestreute Licht, das der flachen Dauer des abgegebenen Lichts entspricht, empfangen. Demgemäss ändert sich der Bildelementwert H2 der zweiten Abbildungsdaten für jedes Bildelement mit der Intensität des reflektierten oder gestreuten Lichts (der zweite Schritt in 6).
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Nachfolgend wird die dritte Anweisung zu der Steuersignal-Erzeugungseinheit 4 ausgegeben, was bewirkt, dass die Licht abgebende Einheit 2 Licht abgibt und die Lichtempfangseinheit 3 eine Belichtung durchführt. Nach der Abgabe der Belichtung werden dritte Abbildungsdaten aus der Abbildungsempfangseinheit 3 erzielt (Schritt S130). Während der Abgabe und der Belichtung wird, wie es zuvor beschrieben worden ist, das reflektierte oder gestreute Licht, das der flachen Dauer des abgegebenen Lichts entspricht, für eine Zeit empfangen, die dem Abstand zu den Objekten entspricht, die das Licht reflektiert oder gestreut haben. Demgemäss ändert sich der Bildelementwert V3 der dritten Abbildungsdaten für jedes Bildelement mit dem Abstand zu den Objekten (der dritte Schritt in 6).
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Nachfolgend wird der Bildelementwert V1 der ersten Abbildungsdaten, der in dem Schritt S110 erzielt wird, von dem Bildelementwert V2 der zweiten Abbildungsdaten subtrahiert, der in dem Schritt S120 erzielt wird, so dass ein Bildelementwert V4 (= V2 – V1) der Referenzabbildungsdaten festgestellt wird (Schritt S140). Auf eine ähnliche Weise wird der Bildelementwert V1 der ersten Abbildungsdaten, der in dem Schritt S110 erzielt wird, von dem Bildelementwert V3 der dritten Abbildungsdaten subtrahiert, der in dem Schritt S130 erzielt wird, so dass ein Bildelementwert V5 (= V3 – V1) der Intensitätsabbildungsdaten festgestellt wird (Schritt S150).
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Folglich ändert sich der Bildelementwert V4 der Referenzabbildungsdaten mit der Intensität des Lichts, das von dem Objekt oder den Objekten reflektiert oder gestreut wird, pro Einheitsbelichtungszeit und ist der Bildelementwert V5 der Intensitätsabbildungsdaten die Amplitude des reflektierten oder gestreuten Lichts dieser Intensität, die für die Zeit ausgewählt wird, die von dem gepulsten Licht benötigt wird, um einen Umlauf über den Abstand zu den Objekten zu machen.
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Als letztes wird der Bildelementwert V5, der in dem Schritt S150 erzielt wird, durch den Bildelementwert V4 geteilt, der in dem Schritt S140 erzielt wird, so dass ein Bildelementwert V6 (= V5/V4) der Bereichsabbildungsdaten berechnet wird (Schritt S160). Dann endet die Verarbeitung.
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Das Licht, das von dem fotoelektrischen Wandlerelement 81 empfangen wird, weist eine Intensität Pr [W] auf. Das fotoelektrische Wandlerelement 81 weist einen Wandlungswirkungsgrad Kp [A/W] auf. Das fotoelektrische Wandlerelement 81 gibt einen Strom Ipd [A] aus, welcher als die folgende Formel (1) ausgedrückt werden kann. Ipd = Kp × Pr (1)
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Der Ausgangsstrom Ipd bewirkt, dass eine Ladungsmenge Qint [C] für eine Belichtungszeit Tsh [s] während der Belichtungsdauer in dem Kondensator 84 gespeichert wird. Die Ladungsmenge Qint kann durch die folgende Formel (2) ausgedrückt werden (1 [A] = 1 [C/s]). Qint = Ipd × Tsh (2)
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Die gespeicherte Ladung Qint erzeugt eine Spannung (einen Bildelementwert) Vint [V] über dem Kondensator 84, welcher eine Kapazität Cint [F] aufweist. Die Spannung Vint kann durch die folgende Formel (3) ausgedrückt werden. Vint = Qint/Cint (3)
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Das Licht, das von dem fotoelektrischen Wandlerelement 81 empfangen wird, beinhaltet das Hintergrundlicht und das gepulste Licht, das von der Licht abgebenden Einheit 2 abgegeben und reflektiert oder gestreut wird. Das Hintergrundlicht besteht hauptsächlich aus Sonnenlicht und umgebenden einfallenden Licht. Das Hintergrundlicht, das von dem fotoelektrischen Wandlerelement 81 empfangen wird, weist eine Intensität Pback auf. Das reflektierte oder gestreute Licht, das von dem fotoelektrischen Wandlerelement 81 empfangen wird, weist eine Intensität Psignal auf. Licht benötigt eine Zeit Tsignal (= 2 × Lt/VC), um einen Umlauf über den Abstand Lt (0 ≤ Lt ≤ Lmax) zu den Objekten zu machen. Die Bildelementwerte V1–V3 der ersten bis dritten Abbildungsdaten können durch die folgenden Formeln (4) bis (6) ausgedrückt werden (Tdw ≈ 0). V1 = Kp × Pback × Tsh1/Cint (4) V2 = Kp × (Psignal + Pback) × Tsh2/Cint (5) V3 = Kp × (Psignal × Tsignal + Pback × Tsh3)/Cint (6)
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Unter Berücksichtigung von Tsh1 = Tsh2 = Tsh3 = Tmax, wie es zuvor beschrieben worden ist, kann der Bildelementwert V4 der Referenzabbildungsdaten und der Bildelementwert V5 der Intensitätsabbildungsdaten durch die folgenden Gleichungen (6) bzw. (7) ausgedrückt werden. V4 = V2 – V1 = Kp × Psignal × Tmax/Cint (7) V5 = V3 – V1 = Kp × Psignal × Tsignal/Cint (8)
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Der Bildelementwert V6 der Bereichsabbildungsdaten kann durch die folgende Formel (9) ausgedrückt werden. V6 = V5/V4 = Tsignal/Tmax = Lt/Lmax (9)
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Daher ist es durch die Verarbeitung der ersten bis dritten Abbildungsdaten, welche in den Schritten S110 bis S130 erzielt werden, in den Schritten S140 bis S160 möglich, Bereichsabbildungsdaten zu erzielen, die den Bildelementwert V6 beinhalten, welcher von der Intensität des Hintergrundlichts, des reflektierten Lichts oder des gestreuten Lichts unabhängig ist, und welcher lediglich von dem Abstand Lp zu den Objekten abhängt. Wie es aus der Formel (9) ersichtlich ist, ist es möglich, den Abstand Lt zu den Objekten durch lediglich Multiplizieren des Bildelementwerts V6 der Bereichsabbildungsdaten mit dem maximalen messbaren Abstand Lmax zu erzielen.
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Die Intensität Pback des Hintergrundlichts oder die Intensität Psignal des reflektierten oder gestreuten Lichts ändert sich mit dem Typ und/oder Zustand der Objekte und/oder der Umgebung. Die ersten bis dritten Abbildungsdaten werden zu unterschiedlichen Zeiten erzielt. Folglich sind die Intensitäten Pback und Psignal in den Formeln (4) und (5) nicht genau gleich. Jedoch können, wenn die Belichtungsdauern und/oder die Intervalle zwischen diesen ausreichend kurz sind, die Intensitäten Pback und Psignal während diesen Dauern als konstant erachtet werden, so dass die Formeln (7) bis (9) gültig sind.
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Wie es bereits beschrieben worden ist, ermöglicht es die Bereichsabbildungsdaten-Erzeugungsvorrichtung 1, die ersten bis dritten Abbildungsdaten (Bildelementwerte V1 bis V3) ohne Verwenden der ansteigenden Dauer zu erzielen, wenn das gepulste Licht instabil ist (wenn die Menge der gespeicherten Ladung pro Einheitszeit nicht konstant ist). Wenn die zweiten Abbildungsdaten erzielt werden, wie es zuvor beschrieben worden ist, wird das reflektierte oder gestreute Licht über die gesamte Belichtungszeit empfangen und gibt es keine Dauer, zu der lediglich das Hintergrundlicht, welches Rauschen wird, empfangen wird, so dass das Signal/Rauschverhältnis der zweiten Abbildungsdaten nicht zu niedrig ist.
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Die ersten Abbildungsdaten (der Bildelementwert V1), die von den zweiten und dritten Abbildungsdaten (Bildelementwerten V2 und V3) subtrahiert werden, belässt die Referenzabbildungsdaten (den Bildelementwert V4) und die Intensitätsabbildungsdaten (den Bildelementwert V5). Dies schließt den Einfluss des Hintergrundlichts aus. Das Verhältnis zwischen den Referenzabbildungsdaten und den Intensitätsabbildungsdaten ist der Bildelementwert V6 der Bereichsabbildungsdaten. Dies schließt den Einfluss von Faktoren aus, die die Intensität Psignal des reflektierten oder gestreuten Lichts ändern. Folglich ermöglicht es die Bereichsabbildungsdaten-Erzeugungsvorrichtung 1, genaue Bereichsabbildungsdaten zu erzielen, die Bildelementwerte beinhalten, die von lediglich dem Abstand zu den Objekten abhängen.
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Wenn die dritten Abbildungsdaten erzielt werden, wenn der Abstand zu den Objekten kürzer ist, so dass eine höhere Empfangsintensität erzielt werden kann, wird das reflektierte oder gestreute Licht für eine kürzere Zeit Tsignal innerhalb einer Belichtungsdauer empfangen. Demgemäss ist es im Vergleich zu der herkömmlichen Vorrichtung schwierig, das Ausgangssignal aus den fotoelektrischen Wandlerelementen 81 zu sättigen, so dass deren an Kapazität am Wirkungsvollsten verwendet werden kann. Wenn der Abstand zu den Objekten länger ist, so dass lediglich eine niedrigere Empfangsintensität erzielt werden kann, wird das reflektierte oder gestreute Licht für eine längere Zeit Tsignal innerhalb einer Belichtungsdauer empfangen. Demgemäss ist es, wenn das Licht, das von einem fernen Objekt reflektiert oder gestreut wird, empfangen wird, möglich, im Vergleich zu der herkömmlichen Vorrichtung ein höheres Ausgangssignal (höhere Bildelementwerte) zu erzielen. Dies ermöglicht es, den Messbereich aufzuweiten.
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Die Signalleitungen, durch welche an die Einheitsschaltungen 80 die Steuersignale angelegt werden, sind gleich lang. Dies ermöglicht es, die Anderung einer Belichtungszeit zwischen den Bildelementen zu verringern, was eine gleichmäßige Empfindlichkeit für alle von diesen sicherstellt.
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Die Bereichsabbildungsdaten-Erzeugungsvorrichtung 1 empfängt das Licht, das von einem Objekt in einem kurzen Abstand (zum Beispiel einige Meter) reflektiert oder gestreut wird, für eine Zeit Tsignal von ungefähr 10 Nanosekunden bis mehreren 10 Nanosekunden. Im Gegensatz dazu kann, wenn der Fotosensor 8 hoch auflösende fotoelektrische Wandlerelemente oder dergleichen beinhaltet, die eine große Chipfläche aufweisen, die Übertragungsverzögerung in dem Verdrahtungsmuster der Signalleitungen einige Nanosekunden bis einige 10 Nanosekunden erreichen. Demgemäss würden, wenn die Signalleitungen, durch welche das Belichtungssignal SH angelegt wird, in der Länge geändert wird, die Belichtungsdauern für die Einheitsschaltungen 80 zu unterschiedlichen Zeiten starten, so dass ein genaues Ausgangssignal (genaue Bildelementwerte) nicht erzielt werden könnten.
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Die Bereichsabbildungsdaten-Erzeugungsvorrichtung 1 kann an einem Fahrunterstützungssystem für ein Kraftfahrzeug angewendet werden.
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In diesem Fall ist, wie es in 7 gezeigt ist, die Bereichsabbildungsdaten-Erzeugungsvorrichtung 1 angeordnet, um die Objekte vor dem Fahrzeug zu fotografieren. Die angeordnete Vorrichtung 1 ist über das LAN in dem Kraftfahrzeug oder eine dedizierte Signalleitung (oder mittels einer Funkkommunikation) mit einem Bereichsabbildungsdatenprozessor 101 verbunden.
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Auf der Grundlage der Bereichsabbildungsdaten, die von der Bereichsabbildungsdaten-Erzeugungsvorrichtung 1 zugeführt werden, führt der Bereichsabbildungsdatenprozessor 101 eine Objektextraktion für die Extraktion von Objekten (Hindernissen, vorausfahrenden Kraftfahrzeugen und/oder Fußgängern) aus, die für die Fahrunterstützung zu erkennen sind.
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Der Bereichsabbildungsdatenprozessor 101 gruppiert unter Verwendung der Bildelementwerte V6 der Bereichsabbildungsdaten und/oder des Abstands D, der aus diesen Werten festgestellt wird (im Allgemeinen hier im weiteren Verlauf als eine ”Abstandsinformation” bezeichnet) eine Bereichsabbildung in Bereiche. Der Prozessor 101 identifiziert dann die Typen der Objekte durch die Formen, Größen und/oder dergleichen die Bereiche.
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Daher extrahiert das Fahrunterstützungssystem, an welchem die Bereichsabbildungsdaten-Erzeugungsvorrichtung 1 angewendet wird, einzelne Objekte unter Verwendung einer Abstandsinformation, die aus den Bereichsabbildungsdaten erzielt wird. Dies ermöglicht es, die einzelnen Objekte auch dann zuverlässig zu extrahieren, wenn sie ähnliche Farben aufweisen und einander überlappen.
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Die Bereichsabbildungsdaten-Erzeugungsvorrichtung 1 kann ebenso an einem Eindring-Erfassungssystem zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug angewendet werden.
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In diesem Fall ist, wie es in 8 gezeigt ist, die Bereichsabbildungsdaten-Erzeugungsvorrichtung 1 an der Decke des Kraftfahrzeugs angeordnet und derart eingestellt, dass sie den Fahrer und Fahrgäste fotografiert. Die Vorrichtung 1 ist über das LAN in dem Kraftfahrzeug oder eine dedizierte Signalleitung (oder durch eine drahtlose Kommunikation) mit einem Bereichsabbildungsdatenprozessor 102 verbunden.
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Auf der Grundlage der Bereichsabbildungsdaten führt der Bereichsabbildungsdatenprozessor 102 eine Eindringerfassung für das Erfassen eines Eindringlings in das Kraftfahrzeug vor.
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Der Bereichsabbildungsdatenprozessor 102 vergleicht die Bereichsabbildungsdaten, die von der Bereichsabbildungsdaten-Erzeugungsvorrichtung 1 angelegt werden, und im Voraus eingestellte Referenzbereichsabbildungsdaten. Wenn der Vergleich zeigt, dass es einen Unterschied zwischen den verglichenen Daten gibt, extrahiert der Bereichsabbildungsdatenprozessor 102 den Teil der Daten, in denen der Unterschied liegt. Aus einer Information (Form, Größe, dem Abstand zu der Erzeugungsvorrichtung 1 usw.) über den extrahierten Teil bestimmt der Bereichsabbildungsdatenprozessor 102, ob dieser Teil einen Eindringling in das Kraftfahrzeug darstellt. Wenn die Bestimmung zeigt, dass der extrahierte Teil einen Eindringling in das Kraftfahrzeug darstellt, sendet der Prozessor 102 einen Alarm, eine Warnung oder dergleichen mittels eines Lautsprechers, einer Beleuchtungsvorrichtung, einer Kommunikationsvorrichtung oder dergleichen (nicht gezeigt) aus. Die Referenzbereichsabbildungsdaten können die Bereichsabbildungsdaten sein, die erzielt werden, wenn der Motor gestoppt ist und das Kraftfahrzeug von außen verriegelt ist (wenn angenommen wird, dass niemand in dem Kraftfahrzeug ist). Alternativ können die Referenzbereichsabbildungsdaten die Bereichsabbildungsdaten sein, die gerade vor dem Erfassen eines Eindringlings erzielt werden. Die Bereichsabbildungsdaten-Erzeugungsvorrichtung 1 kann eine Verarbeitung bis zu dem Bestimmen eines Eindringens in das Kraftfahrzeug durchführen. In diesem Fall könnte der Bereichsabbildungsdatenprozessor 102 lediglich eine Warnungsverarbeitung oder dergleichen durchführen.
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Daher stellt das Eindringerfassungssystem, an welchen die Bereichsabbildungsdaten-Erzeugungsvorrichtung angewendet wird, sicher, dass verhindert wird, dass Schatten, die in das Kraftfahrzeug projiziert werden, und Objekte, die durch das Glas betrachtet werden, fehlerhaft als Eindringlinge erfasst werden. Dies verbessert die Erfassungszuverlässigkeit.
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Die allgemeine Abbildungsverarbeitung auf der Grundlage der Farben und/oder Abstufungen der Bildelemente ermöglichen es nicht, den Abstand zu einem Objekt zu bestimmen. Demgemäss ist es für diese Verarbeitung schwierig, zu bestimmen, ob die extrahierten Objekte Schatten sind, die in das Kraftfahrzeug projiziert werden, oder reale Körper sind, die in diesem vorhanden sind, und ob Objekte, die durch das Glas betrachtet werden, innerhalb oder außerhalb des Kraftfahrzeugs angeordnet sind. Unter Verwendung einer Abstandsinformation auf der Grundlage von Bereichsabbildungsdaten, ist es möglich, einfach und zuverlässig zu bestimmen, ob die extrahierten Objekte Schatten sind, die in das Fahrzeug projiziert werden, oder reale Körper sind, die in diesen vorhanden sind, und ob Objekte, die durch das Glas betrachtet werden, innerhalb oder außerhalb des Kraftfahrzeugs angeordnet sind.
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Die Bereichsabbildungsdaten-Erzeugungsvorrichtung 1 kann weiterhin angewendet werden, um eine Information für ein Ausweitungssteuern eines Airbags zu sammeln. In diesem Fall ist es möglich, ein System ähnlich dem Eindring-Erfassungssystem (8) zu verwenden. Auf der Grundlage der Bereichsabbildungsdaten, die von der Bereichabbildungsdaten-Erzeugungsvorrichtung 1 erzeugt werden, erfasst der Bereichsabbildungsdatenprozessor 102, ob irgendjemand in dem Kraftfahrzeug ist, die Position und Form von seinem Kopf, seine Position und/oder eine andere Information. Auf der Grundlage der erfassten Information steuert der Prozessor 102 die Position, in der sich der Airbag ausweiten sollte, die Geschwindigkeit, mit welcher er sich ausweisen sollte usw.
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Es ist möglich, das Objekt in einer Abbildung zuverlässig mit einer hohen Geschwindigkeit durch eine Verarbeitung der Abbildung unter Verwendung einer Abstandsinformation auf der Grundlage von Bereichsabbildungsdaten im Vergleich zu der Abbildungsverarbeitung unter Verwendung der Farben und/oder der Abstufungen von Bildelementen zu gruppieren. Dies ermöglicht es, die Bereichsabbildungsdaten-Erzeugungsvorrichtung 1 an dem Ausweitungssteuern eines Airbags anzuwenden, welches eine hohe Zuverlässigkeit und ein hohes Anspruchvermögen erfordert.
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Die Bereichsabbildungsdaten-Erzeugungsvorrichtung 1 kann an irgendeinem anderen Typ eines Systems angewendet werden, das eine dreidimensionale Positionsinformation über ein Objekt verwendet.
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Es folgt die Beschreibung eines zweiten Ausführungsbeispiels zur vorliegenden Erfindung.
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Das zweite Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachstehend beschrieben.
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Dieses Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich in der Funktionsweise der Steuersignal-Erzeugungseinheit 4 und einem Teil der Verarbeitung, die von der arithmetischen Einheit 5 ausgeführt wird, von dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Deshalb wird nachstehend hauptsächlich eine Beschreibung der Funktionsweise der Steuersignal-Erzeugungseinheit 4 dieses zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung und des unterschiedlichen Teils der Verarbeitung gegeben, die von der arithmetischen Einheit 5 dieses Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
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Es wird auf 9 verwiesen. Wenn die Steuersignal-Erzeugungseinheit 4 die erste Anweisung von der arithmetischen Einheit 5 empfängt, erzeugt die Einheit 4 ein Belichtungssignal SH, das eine Pulsbreite (Belichtungszeit) Tsh1 = Tmax × N aufweist, wobei N eine Ganzzahl ist, die größer als 1 ist (erster Schritt in 9). Wenn die Steuersignal-Erzeugungseinheit 4 die zweite oder dritte Anweisung von der arithmetischen Einheit 5 empfängt, arbeitet die Einheit 4 auf die gleiche Weise wie in dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung (zweiter oder dritter Schritt in 9). In 9 ist Tsh2 = Tsh3 = Tmax. 9 ist ein Zeitablaufsdiagramm der Beziehung zwischen dem gepulsten Licht, das von der Licht abgebenden Einheit 2 ausgegeben wird, dem gepulsten Licht (reflektierten oder gestreuten Licht), das von der Bildempfangseinheit 3 empfangen wird, und dem Bildelementwert (dem Ausgangssignal aus jeder Einheitsschaltung 80) von jedem Bildelement.
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In einem Schritt S140 der Bereichsabbildungsdatenerzeugung in diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird der Bildelementwert V1 der ersten Abbildungsdaten, die in dem Schritt S110 erzielt werden, durch N geteilt, um zu einem Wert pro Einheitszeit Tmax standardisiert zu werden. In dem Schritt S140 wird der standardisierte Bildelementwert V1/N von dem Bildelementwert V2 der zweiten Abbildungsdaten subtrahiert, die in dem Schritt S120 erzielt werden, so dass ein Bildelementwert V4 (= V1 – V1/N) der Referenzabbildungsdaten festgestellt wird. Auf ähnliche Weise wird in einem Schritt S150 der standardisierte Bildelementwert V1/N von dem Bildelementwert V3 der dritten Abbildungsdaten subtrahiert, die in dem Schritt S130 erzielt werden, so dass ein Bildelementwert V5 (= V3 – V1/N) der Intensitätsabbildungsdaten festgestellt wird. Die anderen Schritte als die Schritte S140 und S150 dieses Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung sind zu denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung identisch.
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Wie in dem Fall des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ermöglicht es die Bereichsabbildungsdaten-Erzeugungsvorrichtung 1 dieses Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, genaue Bereichsabbildungsdaten zu erzielen. Wenn die gesamte Belichtungszeit genug ist, wenn die ersten Abbildungsdaten erzielt werden, können diese Daten als herkömmliche Abbildungsdaten gehandhabt werden. Das heißt das Vorsehen der Bereichsabbildungsdaten-Erzeugungsvorrichtung 1 dieses Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ermöglicht es, herkömmliche Abbildungsdaten zu erzielen, ohne eine spezielle Vorrichtung vorzusehen.
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Durch derartiges lang Einstellen der Belichtungszeit ist es, da es möglich ist, ein Signal einer Amplitude zu erzielen, die gleich der Einstellungszeit ist, möglich, das reflektierte oder gestreute Licht auch dann zu erfassen, wenn seine Intensität schlechter ist. Folglich ist es, wenn die Abgabeleistung der Licht abgebenden Einheit 2 die gleiche ist, möglich, den Erfassungsbereich durch Verbessern der Empfindlichkeit auszuweiten. Wenn der Erfassungsbereich der gleiche ist, ist es möglich, die Abgabeleistung zu verringern, um dadurch die Lebensdauer des Licht abgebenden Elements zu erhöhen und das Rauschen zu verringern, das in der Licht abgebenden Einheit 2 erzeugt wird.
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Die lange Belichtungszeit führt dazu, dass das Hintergrundlicht gemittelt wird. Der Mittelungseffekt verringert die Einflüsse eines Belichtungszeit-Jitters usw., so dass die Abstandsauflösung verbessert wird.
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In diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erzeugt die Steuersignal-Erzeugungseinheit 4, wenn sie die erste Anweisung erzielt, das Belichtungssignal SH, dessen Pulsbreite Tsh1 = Tmax × M ist. Alternativ kann, wie es in 10 gezeigt ist, die Steuersignal-Erzeugungseinheit 4 Belichtungssignale SH intermittierend zu N Zeiten erzeugen, deren Pulsbreite Tmax ist. Folglich würde, wenn die ersten Abbildungsdaten erzielt werden, die gesamte Belichtungszeit Tsh1 = Tmax × N sein (erste Schritte 10). In einem Schritt S110 der Bereichsabbildungsdatenerzeugung können, nachdem die Belichtung N-mal ausgeführt worden ist, die (ersten) Abbildungsdaten aus der Lichtempfangseinheit 3 erzielt werden. In diesem Fall ist der Effekt ausgenommen dessen der gleiche wie bei der vorhergehenden Bereichsabbildungsdaten-Erzeugungsvorrichtung 1, dass mehrfaches Belichten N-mal ausgeführt wird, wenn die ersten Abbildungsdaten erzielt werden.
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In diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich, wenn die ersten Abbildungsdaten erzielt werden, die Belichtungszeit Tsh1 von den Belichtungszeiten Tsh2 und Tsh3, oder es wird ein mehrfaches Belichten ausgeführt. Ein ähnliches Belichtungsverfahren könnte angewendet werden, wenn die zweiten oder dritten Abbildungsdaten erzielt werden.
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Es folgt die Beschreibung eines dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
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Das dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachstehend beschrieben.
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Dieses Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von den ersten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung lediglich in dem Teil der Bereichsabbildungsdatenerzeugung. Deshalb wird hauptsächlich der unterschiedliche Teil beschrieben.
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Die Bereichsabbildungsdatenerzeugung in diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Ausführen eines Schritts S160 nach einem m-maligen Wiederholen der Schritte S110 bis S150. Die Bildelementwerte V4 der Referenzabbildungsdaten, die m-mal in dem Schritt S140 berechnet werden, werden aufsummiert, so dass ein aufsummierter Wert VR4 erzielt wird. Die Bildelementwerte V5 der Intensitätsabbildungsdaten, die m-mal in dem Schritt S150 berechnet werden, werden aufsummiert, so dass ein aufsummierter Wert VR5 erzielt wird. Der Schritt S160 dient zum Berechnen des Verhältnisses zwischen den aufsummierten Werten VR4 und VR5, um einen Bildelementwert VR (VR5/VR4) von Bereichsabbildungsdaten festzustellen.
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Die Bereichsabbildungsdaten-Erzeugungsvorrichtung 1 dieses Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung führt die Aufsummierung aus, während die Rauschkomponente V1 aufgrund des Hintergrundlichts und des Sensorbetriebs beseitigt wird. Dies verbessert die Empfindlichkeit und erschwert es, dass die Rauschkomponente V1 den Ausgangswert sättigt.
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Es folgt die Beschreibung eines vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
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Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung lediglich darin, dass seine arithmetische Einheit 5 weiterhin eine Korrekturwertberechnung ausführt, um einen Korrekturwert H zum Korrigieren eines Bildelementwerts von Bereichsabbildungsdaten festzustellen, und in einem Teil der Bereichsabbildungsdatenerzeugung. Deshalb werden hauptsächlich diese Punkte beschrieben.
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Der Schritt S160 der Bereichsabbildungserzeugung in diesem Ausführungsbeispiel dient dazu, einen Bildelementwert V6 der Bereichsabbildungsdaten durch die folgende Formel (10) unter Verwendung des Korrekturwerts H zu berechnen, der von der Korrekturwertberechnung berechnet wird, welche später beschrieben wird. Die anderen Schritte als der Schritt S160 in diesem Ausführungsbeispiel sind die gleichen wie in dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. V6 = V5/V4 – H (10)
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Die Korrekturwertberechnung wird nachstehend entlang dem Flussdiagramm beschrieben, das in 11 gezeigt ist. Die Korrekturwertberechnung erfordert, dass der Abstand zwischen der Bereichsabbildungsdaten-Erzeugungsvorrichtung 1 und einem der Objekte bereits bekannt ist, das von der Vorrichtung fotografiert wird. Zum Beispiel kann, wenn das Innere eines Kraftfahrzeugs fotografiert wird, dieses besondere Objekt eine der mittleren Säulen sein. Ein Bildelement der Bereichsabbildung, das ein besonderes Objekt darstellt, ist ein Referenzbildelement. Der Abstand Df zwischen dem besonderen Objekt und dem Bildelementwert V des Referenzbildelements ist bekannt.
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Ein Schritt S210 der Korrekturwertberechnung dient dazu, den Bildelementwert V6f des Referenzbildelements aus den Bereichsabbildungsdaten zu erzielen, die in dem Schritt S160 der Bereichsabbildungsdatenerzeugung berechnet werden. Ein Schritt S220 dient dazu, den erzielten Bildelementwert V6f durch den maximalen messbaren Abstand Lmax zu erzielen, um den Wert zu einem Abstand Dk zu wandeln. Ein Schritt S230 dient zum Bestimmen, ob dieser Abstand Dk und der bekannte Abstand Df gleich zueinander sind. Wenn die Abstände Dk und Df verschieden sind, geht die Verarbeitung zu einem Schritt S240 eines Berechnens des Korrekturwerts H durch die folgende Gleichung (11) und endet dann. H = V6f – Df/Lmax (11)
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Die Bereichsabbildungsdaten-Erzeugungsvorrichtung 1 dieses Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ermöglicht es, auch dann, wenn sich die Charakteristiken der Vorrichtung 1 mit den Umgebungsbedingungen, wie zum Beispiel der Versorgungsspannung und der Temperatur ändern, auf der Grundlage der Bereichsabbildungsdaten immer eine genaue Abstandsinformation zu erzielen.
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In diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Korrektur ausgeführt, wenn der Bildelementwert V6 der Bereichsabbildungsdaten berechnet wird. Alternativ kann die Korrektur ausgeführt werden, wenn der Abstand aus dem Bildelement V6 der Bereichsabbildungsdaten berechnet wird.
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In diesem Fall können ein Abstandskorrekturwert Hg und ein Abstand D in Übereinstimmung mit den folgenden Gleichungen (12) bzw. (13) festgestellt werden. Hd = V6f × Lmax – Df (12) D = V6 × Lmax – Hd (13)
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Es folgt die Beschreibung von anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
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In dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind die Belichtungszeiten Tsh1 bis Tsh3 und die Abgabezeiten Tf1 bis Tf3 feste Werte. Alternativ können die Belichtungszeiten Tsh1 bis Tsh3 und Abgabezeiten Tf1 bis Tf3 je nach vorliegendem Fall veränderbar sein.
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Genauer gesagt, wird in dem Fall, der in 4B gezeigt ist, die Belichtungszeit Tsh2 ausreichend lang eingestellt und wird die Sättigungszeit, die von dem Ausgangssignal (Bildelementwert) von der Bildempfangseinheit 10 benötigt wird, um gesättigt zu werden, gemessen. Auf der Grundlage der gemessenen Sättigungszeit werden die Belichtungszeiten Tsh2 und Tsh3 so lange wie möglich, aber kürzer als diese eingestellt.
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Ein derartiges Einstellen ermöglicht es, die Ladungsspeicherkapazität des Fotosensors 8 an seinem Maximum zu verwenden.
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In dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel sind die Verschlussschalter 83 und die Ladungs-Rücksetzschalter 82 NMOS-Feldeffekttransistoren. Alternativ können die Schalter 82 und 83 PMOS-Feldeffekttransistoren oder analoge Schalter sein, die Kombinationen von NMOS- und PMOS-Transistoren sind. In jeder Einheitsschaltung 80 bewirkt der Fotostrom aus dem fotoelektrischen Wandlerelement 81, dass der Kondensator 84 eine Ladung speichert. Alternativ könnte der Kondensator 84 vorgeladen werden und könnte der vorgeladene Kondensator 84 durch den Fotostrom aus dem fotoelektrischen Wandlerelement 180 entladen werden.
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In den vorhergehenden Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird das Ausgangssignal aus der Lichtempfangseinheit 3 zu digitalen Werten gewandelt, welche dann in die arithmetische Einheit 5 eingegeben werden. Die arithmetische Einheit 5 berechnet die eingegebenen digitalen Werte, um Bereichsabbildungsdaten festzustellen. Alternativ könnten die analogen Werte, die aus der Bildempfangseinheit 3 ausgegeben werden, wie sie sind verarbeitet werden.
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In dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden die ersten, zweiten und dritten Abbildungsdaten in dieser Reihenfolge in den Schritten S110, S120 bzw. S130 erzielt, aber sie könnten in irgendeiner anderen Reihenfolge erzielt werden. In dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden die ersten Abbildungsdaten zu jeder Zeit erzielt (Schritt S110), zu der die Bereichsabbildungsdatenerzeugung startet. Die ersten Abbildungsdaten könnten lediglich einmal erzielt werden, wenn die Vorrichtung startet. Die ersten Abbildungsdaten könnten in einem Zyklus erzielt werden, der länger als der Startzyklus der Bereichsabbildungsdatenerzeugung ist. Die ersten Abbildungsdaten könnten erzielt werden, wenn eine Anweisung von außen eingegeben wird.
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In dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden die Bildelementwerte V6 der Bereichsabbildungsdaten durch Multiplizieren mit dem maximal messbaren Abstand Lmax zu absoluten Abständen D gewandelt. Alternativ könnten die Bildelementwerte V6 der Bereichsabbildungsdaten in Übereinstimmung mit einer Wandlungstabelle, die im Voraus vorbereitet ist, welche die Beziehung zwischen den Bildelementen V6 und den absoluten Abständen D zeigt, zu absoluten Abständen gewandelt werden.
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Die Bildelementwerte V6 werden durch Multiplizieren mit dem maximalen Abstand Lmax unter der Voraussetzung zu absoluten Abständen D gewandelt, dass die Beziehung zwischen den Bildelementwerten V6 und den absoluten Abständen D linear ist. In der Praxis werden die Bildelementwerte V6 der dritten Abbildungsdaten durch den abfallenden Teil des gepulsten Lichts beeinflusst. Wenn der Einfluss des abfallenden Teils groß ist, wird die Beziehung zwischen den Bildelementwerten V6 und den absoluten Abständen D nicht linear. Wenn die Fehler aufgrund der Nichtlinearität der Beziehung nicht vernachlässigbar sind, ist das Wandlungsverfahren unter Verwendung der Wandlungstabelle sehr wirkungsvoll.
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Es ist bevorzugt, dass ein Bildelementwert V6, der nicht in der Wandlungstabelle aufgezeichnet ist, mittels eines bekannten Interpolationsverfahrens zu einem absoluten Abstand D gewandelt wird. Die Wandlungstabelle kann durch Messen der Beziehungen zwischen den Bildelementwerten V6 und den absoluten Abständen, wenn das System geliefert oder versendet wird, unter Schreiben der gemessenen Beziehungen zu dem Speicher (zum Beispiel einem EPROM) der arithmetischen Einheit 5 vorbereitet werden.
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Deshalb betrifft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Erzeugen von Bereichsdaten. Das Verfahren beinhaltet allgemein ein Durchführen einer Hintergrundlichtbelichtung für eine erste vorbestimmte Zeitdauer, so dass sich ein Referenzbildelementwert (V1) von jeder einer Mehrzahl von Einheitsschaltungen 80 mit einer Intensität des Hintergrundlichts ändert. Ein erstes gepulstes Licht wird zu einem entfernten Objekt abgegeben und eine Belichtung einer ersten empfangenen Reflexion des ersten abgestrahlten Lichts wird für eine zweite vorbestimmte Zeitdauer durchgeführt, so dass sich ein zweiter Bildelementwert (V2) von jeder der Mehrzahl von Einheitsschaltungen 80 mit einer Intensität des reflektierten abgebebenen Lichts ändert. Ein zweites Pulslicht wird zu einem entfernten Objekt abgegeben und eine Belichtung einer zweiten empfangenen Reflexion des zweiten abgestrahlten Lichts wird für eine dritte vorbestimmte Zeitdauer durchgeführt, so dass sich ein dritter Bildelementwert (V3) von jedem der Mehrzahl von Einheitsschaltungen 80 mit einem Abstand zu dem entfernten Objekt ändert. Die Bereichsdaten werden auf der Grundlage des Referenzbildelements, des zweiten Bildelements und des dritten Bildelements bestimmt, wobei die Bereichsdaten lediglich von dem Abstand zu dem entfernten Objekt abhängen und im Wesentlichen von der Intensität des Hintergrundlichts unabhängig sind. Die zweite vorbestimmte Zeitdauer beginnt vorzugsweise nach einer Anstiegszeit und einer maximalen Umlaufzeit des abgegebenen Lichts. Die dritte vorbestimmte Zeitdauer ist im Wesentlichen gleich oder größer als die maximale Umlaufzeit des abgegebenen Lichts und die dritte Zeitdauer beginnt nach der Anstiegszeit und der maximalen Umlaufzeit des abgestrahlten Lichts.
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Die vorliegende Offenbarung betrifft ebenso eine Vorrichtung 1 zum Erzeugen von Bereichsabbildungsdaten. Die Vorrichtung 1 weist eine Bildempfangseinheit 3 zum Empfangen einer Reflexion des abgegebenen Pulslichts und eines Hintergrundlichts und zum Durchführen einer ersten Belichtung, um erste Abbildungsdaten zu erzeugen, die einer Intensität des Hintergrundlichts entsprechen, einer zweiten Belichtung, um zweite Abbildungsdaten zu erzeugen, die eine Intensität des reflektierten abgegebenen Lichts entsprechen, und einer dritten Belichtung, um dritte Abbildungsdaten zu erzeugen, die einem Abstand zu dem fernen Objekt entsprechen. Die Abbildungsempfangseinheit 3 weist einen Fotosensor 8 auf, der aus einer zweidimensionalen Gruppe von fotoelektrischen Wandlerelementen 81 eines ladungsintegrierenden Typs besteht. Die Vorrichtung 1 beinhaltet ebenso eine Steuersignal-Erzeugungseinheit 4 zum Steuern einer Licht abgebenden Einheit, um Pulslicht zu einem entfernten Objekt abzugeben, und zum Steuern der Abbildungsempfangseinheit 3. Die Vorrichtung 1 beinhaltet ebenso eine arithmetische Einheit zum Empfangen der ersten, zweiten und dritten Abbildungsdaten aus der Abbildungsempfangseinheit 3 und zum Erzeugen der Bereichsdaten und zum Steuern der Steuersignal-Erzeugungseinheit 4, so dass die erste Belichtung, zweite Belichtung und dritte Belichtung jeweils zu einer ersten vorbestimmten Zeitdauer, einer zweiten vorbestimmten Zeitdauer bzw. einer dritten vorbestimmten Zeitdauer durchgeführt werden, wobei während der ersten vorbestimmten Zeitdauer kein Licht von der Lichtabgabeeinheit 1 abgegeben wird, wobei die dritte vorbestimmte Zeitdauer im Wesentlichen gleich oder größer als die maximale Umlaufzeit des abgegebenen Lichts ist und die dritte vorbestimmte Zeitdauer nach der Anstiegszeit und der maximalen Umlaufzeit des abgestrahlten Lichts beginnt. Vorzugsweise bestimmt die arithmetische Einheit 5 Referenzabbildungsdaten durch Subtrahieren der ersten Abbildungsdaten von den zweiten Abbildungsdaten, bestimmt Intensitätsabbildungsdaten durch Subtrahieren der ersten Abbildungsdaten von den dritten Abbildungsdaten und bestimmt die Bereichsabbildungsdaten durch Berechnen des Verhältnisses zwischen den Referenz- und Intensitätsabbildungsdaten.
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Bezüglich den beiliegenden Ansprüchen entspricht eine Lichtabgabeeinrichtung vorzugsweise der Lichtabgabeeinheit 2. Eine Abbildungseinrichtung entspricht vorzugsweise der Bildempfangseinheit 3. Eine Abbildungsdaten-Erzielungseinrichtung entspricht vorzugsweise der Steuersignal-Erzeugungseinheit 4. Eine Bereichsabbildungsdaten-Erzeugungseinrichtung entspricht vorzugsweise der arithmetischen Einheit 5. Eine erste Abbildungsdaten-Erzielungseinrichtung, eine zweite Abbildungsdaten-Erzielungseinrichtung und eine dritte Abbildungsdaten-Erzielungseinrichtung entsprechen vorzugsweise der arithmetischen Einheit 5. Eine erste arithmetische Einrichtung, eine zweite arithmetische Einrichtung und eine dritte arithmetische Einrichtung entsprechen vorzugsweise der arithmetischen Einheit 5. Eine Abstands-Berechnungseinrichtung entspricht vorzugsweise der arithmetischen Einrichtung 5. Eine Sättigungszeit-Messeinrichtung entspricht vorzugsweise der arithmetischen Einheit 5.