DE60114307T2 - Dünne Reflexionsfolie und Nachtsichtsystem - Google Patents
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Description
- Diese Erfindung betrifft ein Nachtsichtsystem, um Gegenstände bei relativ geringen Pegeln sichtbaren Lichts zu detektieren. Besonders kann die Erfindung auf ein Nachtsichtsystem angewandt werden, das ein optisches Dünnfolienelement einsetzt um Infrarotlicht auszustrahlen; und eine Infrarotkamera, die von Gegenständen in der Umgebung reflektiertes Infrarotlicht detektiert.
- Nachtsichtsysteme werden eingesetzt, um es einem Benutzer zu gestatten Gegenstände bei relativ geringen Pegeln sichtbaren Lichts zu sehen. Weiterhin können Nachtsichtsysteme entweder als passive Nachtsichtsysteme oder als aktive Nachtsichtsysteme klassifiziert werden. In bekannten, in Kraftfahrzeugen benutzten, passiven Nachtsichtsystemen werden unter Verwendung des von den Gegenständen in der Umgebung abgegebenen Infrarotlichts Kameras für mittleres Intrarot benutzt, um Gegenstände abzubilden. In Kraftfahrzeuganwendungen allgemein verwendete Kameras für mittleres Infrarot weisen eine relativ kleine Anzahl von Pixeln auf. Dementsprechend besitzen unter Verwendung derartiger Kameras geschaffene Bilder eine geringe Videoauflösung und ein relativ schmales Sehfeld. Weitere Nachteile von Kameras für mittleres Infrarot verwendenden Nachtsichtsystemen schließen ein: (i) relativ hohe Herstellkosten; (ii) erzeugte Bilder, die für einen Benutzer allgemein schwerer zu interpretieren sind als Bilder, die unter Verwendung von CCD- oder CMOS-Kameras geschaffen werden; (iii) einen potentiell schlechten Bildkontrast; und (iv) Betriebsbeschränkungen hinsichtlich der Lage der Kamera, die in einem nachteiligen Einfluß auf das Fahrzeugdesign resultieren.
- Ein bekanntes aktives Nachtsichtsystem verwendet einen Infrarotdiodenlaser oder eine Glühlichtquelle und Linsen oder Reflektoren relativ großen Durchmessers, um Infrarotlicht zu emittieren. Das Infrarotlicht wird nachfolgend von Gegenständen in der Umgebung reflektiert und wird von einer Infrarotkamera empfangen. Die Infrarotkamera erzeugt ein auf das empfangene Licht reagierendes Videosignal. Ein Nachteil der bekannten aktiven Nachtsichtsysteme ist es, daß die linsen- oder reflektorbasierenden Beleuchtungs-Baugruppe relativ groß ist. Dementsprechend kann das bekannte aktive System nicht in einem kleinen Volumen untergebracht werden und auf einem Armaturenbrett oder in einem Rückspiegel-Aufbau eines Kraftfahrzeugs plaziert werden.
- Es besteht folglich die Notwendigkeit für ein Nachtsichtsystem und ein damit in Zusammenhang stehendes Verfahren, das einen oder mehrere der oben erwähnten Nachteile minimiert oder verringert.
- Unser
EP 0 940 625 , eingereicht am 22. Februar 1999, beschreibt ein Fahrzeug-Beleuchtungssystem, das eine Lichtquelle einschließt um Licht zu erzeugen; und ein unitäres optisches Element, das eine Licht parallel richtende Oberfläche aufweist; eine Mehrzahl gestufter Oberflächen, die aus der parallel richtenden Oberfläche herausragen; wobei jede gestufte Oberfläche eine bezüglich der parallel richtenden Oberfläche in einem Winkel angeordnete reflektierende Oberfläche aufweist, um parallel gerichtetes Licht zu empfangen; eine bezüglich der gestuften Oberfläche in einem Winkel angeordnete Streuungsoberfläche, wobei die Streuungsoberfläche eine Mehrzahl von bezüglich der reflektierenden Oberflächen ausgerichtete Vertiefungen aufweist, um parallel gerichtetes Licht zu streuen; und einen Kicker, der eine Oberfläche mit einer Mehrzahl reflektierender Facetten aufweist; angepaßt, um das gestreute Licht zu empfangen und umzulenken. - Unser U.S.-Patent 5890796, datiert vom 6. April 1999, beschreibt einen Lampenaufbau für ein Kraftfahrzeug, der eine mit einem Licht übertragenden Faseroptik-Lichtleiter gekoppelte ferne Laserlichtquelle einschließt, welche ein unitäre Dünnfolienoptik beleuchtet, die einen lichtbrechenden Optikelementabschnitt, einen Verteilerabschnitt und einen Kickerabschnitt aufweist.
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EP 0 490 029 der Daimler Benz AG, eingereicht am 05. September 1991, beschreibt eine Anordnung zur Verbesserung der Sicht in Fahrzeugen, welche die unterschiedlichen Polarisationscharakteristika nützlicher Signale und Interferenzsignale in dem reflektierten Licht von Infrarotleuchtoptiken in einem Fahrzeug einsetzen. - Die vorliegende Erfindung stellt ein Nachtsichtsystem und ein damit in Zusammenhang stehendes Verfahren bereit, um Gegenstände bei relativ geringen Pegeln sichtbaren Lichts zu detektieren.
- Die Erfindung ist durch die angefügten Ansprüche definiert.
- Das Nachtsichtsystem und das damit in Zusammenhang stehende Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung stellt eine wesentliche Verbesserung gegenüber herkömmlichen Systemen und Verfahren dar. Besonders kann das System in einem relativ kleinen Volumen untergebracht werden, weil das Dünnfolienoptikelement – verglichen mit herkömmlichen Linsen/Leuchten – extrem dünn ist. Dementsprechend kann das erfindungsgemäße System in einer größeren Anzahl von Orten in einem Kraftfahrzeug angeordnet werden. Weiterhin ist das erfindungsgemäße System preisgünstiger, besitzt ein weiteres Sehfeld und stellt Bilder mit höherer Qualität bereit als bekannte passive Nachtsichtsysteme.
- Die Erfindung wird nun, anhand eines Beispiels, unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben werden, in denen:
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1 ein Kombinationsschema und Blockdiagramm eines Nachtsichtsystems gemäß der vorliegenden Erfindung ist. -
2 eine Perspektivansicht eines in dem Nachtsichtsystem von1 eingesetzten Dünnfolienoptikelements ist. -
3 eine Vorderansicht des Dünnfolienoptikelements von2 ist, -
4 eine vergrößerte teilweise Schnittansicht des Dünnfolienoptikelements von2 ist, aufgenommen entlang der Linie 4-4. -
5 eine vergrößerte teilweise Schnittansicht des Dünnfolienoptikelements von2 ist, aufgenommen entlang Linie 5-5. -
6 ein Graph ist, der die Betriebsleistung eines Nachtsichtsystems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. -
7A –7C Ablaufdiagramme sind, die ein Verfahren zur Detektion von Gegenständen gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulichen. - Unter Bezug auf die Zeichnungen, in denen ähnliche Bezugsnummern benutzt werden um identische Komponenten in den verschiedenen Ansichten zu identifizieren, veranschaulicht
1 nun ein Nachtsichtsystem10 , um Gegenstände bei relativ geringen Pegeln sichtbaren Lichts zu detektieren. Das System10 kann in einer Mehrzahl von Anwendungen eingesetzt werden. Zum Beispiel kann das System10 in einem Kraftfahrzeug (nicht gezeigt) eingesetzt werden, um es dem Fahrer zu erlauben in der Nacht Gegenstände zu sehen, die dem bloßen Auge allein nicht sichtbar wären. Weiterhin könnte das System10 als ein Teil eines Sicherheitssystems eingesetzt werden, in dem ein Benutzer bei Nacht Gegenstände in einem überwachten Bereich sehen könnte. Wie veranschaulicht schließt das System10 ein Gehäuse12 ein, welches die verbleibenden Komponenten des Systems10 aufnimmt. Es sollte jedoch verstanden werden, daß die in Gehäuse12 enthaltenen Komponenten von System10 an verschiedenen Orten angeordnet werden könnten, wobei das Gehäuse12 nicht gebraucht würde. Zum Beispiel könnten die Komponenten des Systems10 an verschiedenen Arbeitsorten in dem Kraftfahrzeug angeordnet werden, so daß ein einzelnes Gehäuse12 unnötig wäre. Unter Bezug auf1 schließt das System10 weiterhin eine Infrarotlichtquelle14 , ein Dünnfolienoptikelement16 , ein Glasfaserkabel17 , einen holographischen Diffusor18 , eine Infrarotkamera20 , und einen optischen Bandpaßfilter22 . Wie hiernach genauer besprochen wird, kann das System10 benutzt werden um irgendwelche reflektierenden Gegenstände, wie etwa einen Gegenstand24 , in Arbeitsnähe des Systems10 zu detektieren. - Das Gehäuse
12 wird bereitgestellt, um die verschiedenen Komponenten des Systems10 zu umschließen und zu schützen. Das Gehäuse12 kann aus einer Mehrzahl von Materialien – einschließlich Metallen und Kunststoffen – konstruiert sein. - Die Infrarotlichtquelle
14 ist bereitgestellt um Infrarotlicht zu erzeugen. Viele Gegenstände in der Umgebung, die im sichtbaren Lichtspektrum dunkel sind, sind im infraroten Lichtspektrum hell erleuchtet. Dementsprechend ist es vorteilhaft eine Infrarotlichtquelle zu verwenden, wenn man versucht bei Nacht Gegenstände zu detektieren. Die Lichtquelle14 ist in der Technik herkömmlich und kann einen Infrarotdiodenlaser umfassen. Wie veranschaulicht empfängt die Lichtquelle14 eine Arbeitsspannung VCC von einer externen Spannungsquelle (nicht gezeigt). Weiterhin empfängt die Lichtquelle14 eine Regelspannung VC von einem externen Regler (nicht gezeigt), und erzeugt das Infrarotlicht in Reaktion auf die Regelspannung VC. In einer konstruierten Ausführungsform war die Lichtquelle14 ein Einstreifen-Diodenlaser, Modellnummer S-81-3000-C-200-H, hergestellt von Coherent, Inc. aus Santa Clara, Kalifornien. Wie veranschaulicht kann die Lichtquelle14 in dem Gehäuse12 angeordnet sein. Weiterhin kann die Lichtquelle14 unter Verwendung eines herkömmlichen Lichtkopplers (nicht gezeigt) an ein erstes Ende25 eines Glasfaserkabels17 angeschlossen sein, wie es den Fachleuten bekannt ist. Das zweite Ende26 von Glasfaserkabel17 ist arbeitend an das Dünnfolienoptikelement16 angrenzend angeordnet. Obwohl das System10 bevorzugt eine Infrarotlichtquelle14 verwendet, kann eine alternative Ausführungsform von System10 – anstatt des Infrarotdiodenlasers14 – eine herkömmliche Lichtquelle verwenden, die sichtbares Licht (einschließlich Infrarotlicht) emittiert, wie etwa eine Halogenbirne. Das Glasfaserkabel17 wird verwendet um Licht von der Lichtquelle14 zu dem Dünnfolien-Optikelement16 zu übertragen. Wegen der hohen Helligkeit (Candela pro Flächeneinheit) der Lichtquelle14 ist Kabel17 vorzugsweise eine Glasfaser relativ geringen Durchmessers (0,1–1,0 mm). Der Gebrauch einer Glasfaser geringen Durchmessers stellt gegenüber Einzelfaser-Kunststoffleitungen und Glasfaserbündeln, wie sie in nicht auf Laser basierenden Fernbeleuchtungssystemen verwendet werden, mehrere Vorteile bereit. Eine Glasfaser geringen Durchmessers ist weniger sperrig als Kunststoffleitungen oder Glasfaserbündel, die typischerweise einen Durchmesser von 10–12 mm haben. Weiterhin ist eine Glasfaser geringen Durchmessers wesentlich preisgünstiger als Einzelfaser-Kunststoffleitungen oder Glasfaserbündel. Noch weiter ist eine Glasfaser geringen Durchmessers leichter unterzubringen, zu handhaben und einzubauen als Einzelfaser-Kunststoffleitungen oder Glasfaserbündel. - Das Dünnfolien-Optikelement
16 wird bereitgestellt, um von der Lichtquelle14 erzeugtes Licht (dargestellt durch Pfeile A) allgemein einer ersten Richtung von dem Element16 weg zu reflektieren und aufzuweiten. In einer bevorzugten Ausführungsform, gezeigt in2 und3 , umfaßt das Element16 eine einteilige dünne Folie optischen Materials, die sich allgemein entlang einer ersten Achse27 erstreckt. Das Element16 weist bevorzugt einen Dickenbereich von 3–9 mm auf. Es sollte jedoch verstanden werden, daß das Element16 eine Stärke von weniger als 3 mm oder mehr als 9 mm aufweisen kann. Das Element16 ist bevorzugt aus einem transparenten, festen Stück Kunststoff – wie etwa Polycarbonat – konstruiert, und verwendet das Prinzip der inneren Totalreflexion (TIR, Total Internal Reflection; innere Totalreflexion) um Licht zu reflektieren. TIR wird hiernach ausführlicher beschrieben. Das Element16 kann außerdem aus anderen transparenten Materialien – wie etwa Acrylen – konstruiert sein. Unter Bezug auf1 ,2 und3 schließt das Element16 eine Frontfläche28 , eine Rückenfläche30 , eine Bodenfläche32 , eine Kopffläche34 , Seitenflächen36 ,38 und eine asphärische Linse40 ein. - Unter Bezug auf
3 und4 begrenzt die Bodenfläche32 von Element16 eine Mehrzahl reflektierender Stufen42 , die sich allgemein entlang der axialen Länge des Elements16 erstrecken. Jede der reflektierenden Stufen42 schließt eine reflektierende Facette44 und einen Trittabschnitt46 ein. Wie veranschaulicht ist jeder Trittabschnitt46 allgemein parallel zu der Achse27 . Jede reflektierende Facette44 ist relativ zu dem angrenzenden Trittabschnitt46 ungefähr in einem Winkel von 45° orientiert. Es sollte jedoch verstanden werden, daß der Winkel jeder reflektierenden Facette44 abhängig vom Grenzwinkel (hiernach weiter besprochen) der jeweiligen Facette44 variieren kann. Weiterhin kann die reflektierende Facette44 eine gebogene Gestalt aufweisen (nicht gezeigt), um weiterhin das Infrarotlicht in eine gewünschte Richtung zu lenken. Noch weiter kann die Anzahl reflektierender Stufen42 variieren, und entsprechend kann die Anzahl reflektierender Facetten44 variieren. - Die reflektierenden Facetten
44 verwenden das Prinzip der TIR, um von der asphärischen Linse40 empfangenes Infrarotlicht zu den reflektierenden Facetten50 hin zu reflektieren. Innere Totalreflexion des Lichts tritt auf, wenn der Einfallswinkel θ den Grenzwinkel oder kritischen Winkel θC übersteigt, gegeben durch die Gleichung θC = sin–1 (n2/n2); worin n1 der Brechungsindex von Luft ist und n2 der Brechungsindex des Polymermaterials ist, das verwendet wird um das Element16 zu konstruieren. In einer alternativen Ausführungsform (nicht gezeigt) kann die reflektierende Facette44 metallisiert werden, wenn das Licht die Facette44 unter einem Winkel von weniger als dem Grenzwinkel trifft. - Unter Bezug auf
1 ,2 und5 begrenzt die Rückenfläche30 eine zweite Mehrzahl reflektierender Stufen48 , die sich allgemein senkrecht zu der Achse27 erstrecken. Jede der reflektierenden Stufen48 schließt eine reflektierende Facette50 und einen Trittabschnitt52 ein. Wie veranschaulicht, ist jeder Trittabschnitt52 allgemein senkrecht zu der Achse27 und parallel zu der Frontfläche28 . Jede reflektierende Facette50 ist relativ zu dem angrenzenden Trittabschnitt52 ungefähr in einem Winkel von 45° orientiert. Es sollte jedoch verstanden werden, daß der Winkel jeder reflektierenden Facette50 abhängig von dem Grenzwinkel der jeweiligen Facette50 variieren kann. Weiterhin kann jede reflektierende Facette50 eine gebogene Gestalt aufweisen (nicht gezeigt), um weiter das Licht in eine gewünschte Richtung zu lenken. Noch weiter kann die Anzahl der reflektierenden Stufen48 variieren, und entsprechend kann die Anzahl der reflektierenden Facetten50 variieren. Unter Bezug auf4 und5 sind die Facetten50 ausgerichtet, um von einer oder mehreren reflektierenden Facetten44 reflektiertes Licht zu empfangen; und verwenden, ähnlich wie die Facetten44 , das Prinzip der TIR. Die Facetten50 reflektieren das empfangene Licht durch die Frontfläche28 des Elements16 , wie hiernach ausführlicher beschrieben wird. In einer alternativen Ausführungsform (nicht gezeigt) können die reflektierenden Facetten50 metallisiert sein, wenn das Licht von den reflektierenden Facetten44 unter einem Winkel von weniger als dem Grenzwinkel auf die Facetten50 trifft. - Unter Bezug auf
2 wird die asphärische Linse40 bereitgestellt, um jenes das Glasfaserkabel17 verlassende Licht parallel zu richten. Der Axialabstand zwischen dem Kabel17 und der Linse40 ist derart gewählt, daß jenes von dem Kabel17 auseinandergehende Licht17 die Öffnung von Linse40 ausfüllt. Die Linse40 ist vorzugsweise konstruiert, um um die Achse27 herum eine Umlauffläche mit einem kreisförmigen oder hyperbolischen Querschnitt aufzuweisen. Wie veranschaulicht ist das Element40 auf der Seitenfläche36 des Elements16 angeordnet und kann mit dem Element16 integral sein. In einer alternativen Ausführungsform des Elements16 kann die Linse40 eine getrennte Linse umfassen, die in Arbeitsnähe zu dem Element16 angeordnet ist. - Unter Bezug auf
1 und2 wird das von der Infrarot-Lichtquelle14 erzeugte Infrarotlicht durch das Element16 von dem zweiten Ende26 des Glasfaserkabels17 empfangen. Das von dem zweiten Ende26 emittierte Licht besitzt einen Streuwinkel zwischen 20 und 50°. Es sollte jedoch verstanden werden, daß der Streuwinkel, abhängig von den Lichtcharakteristika des Kabels17 , weniger als 20° oder mehr als 50° betragen kann. Das emittierte Licht tritt durch die auf der Seitenfläche36 des Elements16 angeordnete asphärische Linse40 in das Element16 ein. Wie zuvor besprochen richtet das Element40 das Licht parallel, welches dann zu den reflektierenden Facetten44 fortschreitet. Die reflektierenden Facetten50 empfangen das von den Facetten44 empfangene Licht und reflektieren das Licht allgemein in einer ersten Richtung weiter durch die Frontfläche28 des Elements16 . Unter Bezug auf1 wird der holographische Diffusor18 bereitgestellt, um von dem Dünnfolien-Optikelement16 emittiertes Infrarotlicht zu empfangen, und um das Licht zu streuen, bevor es in die Umgebung emittiert wird. Weiterhin erlaubt es der Diffusor18 in Zusammenhang mit dem Element16 dem emittierten Licht, eine Anforderung für den maximal zulässigen Lichtexpositionspegel zu erfüllen, wie er in einem hiernach genauer beschriebenen ANSI-Standard spezifiziert ist. Noch weiter erlaubt es der Diffusor18 dem System10 das Infrarotlicht über das benötigte Sehfeld zu verteilen. Der Diffusor18 ist in der Technik herkömmlich und kann nahe der Frontfläche28 des Elements16 oder integral mit ihr angeordnet sein. In einer konstruierten Ausführungsform des Systems10 besitzt der Diffusor18 einen vertikalen Streuwinkel von 5° und einen horizontalen Streuwinkel von 20°. In einer alternativen Ausführungsform (nicht gezeigt) können die reflektierenden Facetten50 von Element16 bezüglich einander jedoch mit variierenden Winkeln angeordnet sein, um das Infrarotlicht zu streuen. Dementsprechend würde in der alternativen Ausführungsform der Diffusor18 nicht benötigt. In einer anderen alternativen Ausführungsform kann eine über die Austrittsfläche28 des Elements16 hinweg angeordnete Gruppe von Linsen (Kissenoptik) benutzt werden, um das Licht anstelle des Diffusors18 zu streuen. Die Infrarotkamera20 wird bereitgestellt um ein auf reflektiertes, von der Kamera20 empfangenes Infrarotlicht reagierendes Videosignal VV zu erzeugen. Die Kamera20 ist in der Technik herkömmlich und kann eine CCD-Kamera oder eine CMOS-Kamera umfassen. In einer konstruierten Ausführungsform des Systems10 wurde das CCD-Kameramodell Nr. WAT-902HS eingesetzt, hergestellt von der Watec American Corporation aus Las Vegas, Nevada. Wie in1 veranschaulicht, empfängt die Infrarotkamera20 eine Arbeitsspannung VCC von einer externen Spannungsversorgung (nicht gezeigt). Von dem Dünnfolien-Optikelement16 emittiertes Infrarotlicht wird von einem Gegenstand24 in der Umgebung reflektiert und wird von der Infrarotkamera20 empfangen. Das Videosignal VV kann auf einen Fernsehschirm oder Monitor (nicht gezeigt) oder auf einem "Head-up display" projizierte (nicht gezeigt) in einem Kraftfahrzeug angewandt werden, um es dem Benutzer zu erlauben den Gegenstand24 zu sehen. - Das optische Bandpaßfilter
22 wird bereitgestellt, um das von dem Gegenstand24 reflektierte Infrarotlicht zu filtern. Speziell erlaubt es der Filter22 nur Licht innerhalb des infraroten Lichtspektrums, von der Kamera20 wahrgenommen zu werden. Bevorzugt läßt der Filter22 eine maximale Lichttransmission bei einer Wellenlänge gleich der Wellenlänge des von der Infrarot-Lichtquelle14 erzeugten Lichts zu. Ein Vorteil der Verwendung des Filters22 ist es, daß der Filter22 Überhellung (d.h. Sättigung der Pixelelemente) in der Kamera20 durch sichtbares, von den Frontlampen (nicht gezeigt) anderer Kraftfahrzeuge emittiertes Licht verhindert. Der Filter22 ist in der Technik herkömmlich und ist bevorzugt nahe einer Empfangslinse (nicht gezeigt) der Kamera20 angeordnet. - Das American National Standards Institute hat den American National Standard für sicheren Gebrauch von Lasern (ANSI Z136.1) implementiert, worauf hiernach als der ANSI-Standard Bezug genommen wird. Der ANSI-Standard setzt Richtlinien für Systeme (wie etwa Nachtsichtsysteme) fest, die Laser einsetzen. Speziell spezifiziert der ANSI-Standard, daß die Bestrahlungsstärke (Leistung pro Flächeneinheit) für eine gegebene Laserwellenlänge, Betrachtungszeit, Illuminatorgröße und Strahlstreuung bei einer gegebenen Entfernung von dem Illuminator (z.B. Element
16 ) geringer sein muß als die maximal zulässige Exposition (MPE, Maximum Permissible Exposure; maximal zulässige Exposition) wie in dem ANSI-Standard angegeben. - Unter Bezug auf
6 veranschaulicht ein Graph die Betriebscharakteristika des Nachtsichtsystems10 , wie mit dem ANSI-Standard verglichen. Speziell veranschaulicht Linie53 graphisch die MPE gemäß dem ANSI-Standard. Weiterhin veranschaulicht die gestrichelte Linie55 die Lichtbestrahlungsstärke, emittiert durch das Dünnfolien-Optikelement16 , als eine Funktion der Entfernung, wenn (i) die Fläche der Frontfläche28 7 × 7 cm2 beträgt; (ii) die horizontalen und vertikalen Streuwinkel von emittiertem Infrarotlicht jeweils 20° und 5° betragen; (iii) die Wellenlänge des Infrarotlichts 810 nm beträgt; und (iv) die emittierte Leistung des Infrarotlichts 3 Watt beträgt. Wie veranschaulicht ist die Bestrahlungsstärke des Elements16 bei allen Entfernungen geringer als die MPE. Dementsprechend erfüllt Nachtsichtsystem10 die MPE-Anforderungen des ANSI-Standards. - Unter Bezug auf
7A wird ein Verfahren54 zur Detektion eines Gegenstands24 unter Verwendung eines Nachtsichtsystem10 gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Das erfindungsgemäße Verfahren54 kann einen Schritt56 der Übertragung von Infrarotlicht zu dem Dünnfolien-Optikelement16 einschließen. Wie zuvor besprochen, wird das Infrarotlicht über das Glasfaserkabel17 zu dem Element16 übertragen. Das Verfahren54 kann weiterhin einen Schritt58 einschließen, das Licht von dem Dünnfolien-Optikelement16 allgemein in einer ersten Richtung von dem Element16 weg zu reflektieren. Unter Bezug auf7B kann der Schritt58 die Unterschritte60 ,62 und64 einschließen. Der Unterschritt60 beinhaltet es, das in das Element16 eintretende Licht parallel zu richten. Der Unterschritt62 beinhaltet es, das Licht von den reflektierenden Facetten44 zu den reflektierenden Facetten50 zu reflektieren. Der Unterschritt64 beinhaltet es, die vorherbestimmte Anzahl von Lichtstrahlen von den reflektierenden Facetten50 allgemein in der ersten Richtung durch die Frontfläche28 des Elements16 zu reflektieren. Unter Bezug auf7A schließt das Verfahren54 weiterhin einen Schritt66 ein, das von dem Element16 emittierte Licht zu streuen. Das Verfahren54 kann weiterhin einen Schritt68 einschließen, das von einem Gegenstand24 in der Umgebung zurückreflektierte Licht zu empfangen. Der Gegenstand24 kann einer oder mehrere reflektierende Gegenstände sein, die allgemein in der ersten Richtung von dem Element16 angeordnet sind. Zum Beispiel könnte der Gegenstand24 eine Straßenoberfläche, ein Fußgänger oder ein Tier sein, wenn das System10 in einem Kraftfahrzeug (nicht gezeigt) eingesetzt wird. Unter Bezug auf7C , kann der Schritt68 einen Unterschritt72 der Filterung des Lichts durch einen optischen Bandpaßfilter22 hindurch einschließen. Unter erneutem Bezug auf7A , kann das Verfahren54 weiterhin einen Schritt70 der Erzeugung eines Videosignals VV in Reaktion auf das empfangene Licht einschließen. - Das Nachtsichtsystem
10 und das gemäß der vorliegenden Erfindung damit in Zusammenhang stehende Verfahren stellt eine bedeutende Verbesserung gegenüber herkömmlichen Nachtsichtsystemen und -verfahren bereit. Speziell kann das System10 in einem relativ kleinen Unterbringungsvolumen untergebracht werden, weil das Dünnfolien-Optikelement16 verglichen mit herkömmlichen Linsen/Illuminatoren extrem dünn ist. Zum Beispiel kann das System10 auf dem Armaturenbrett oder innerhalb eines Rückspiegel-Aufbaus im Inneren des Kraftfahrzeugs untergebracht werden. Folglich stellt das System10 größere Designflexibilität in Kraftfahrzeugen und in anderen Anwendungen bereit, wo ein kleines Unterbringungsvolumen benötigt wird. Ein anderer Vorteil des Systems10 ist es, daß das von dem Element16 emittierte Laserlicht den hierin zuvor beschriebenen ANSI-Standard erfüllt. Weiterhin ist das erfindungsgemäße System10 preisgünstiger, besitzt ein größeres Sehfeld, und stellt Bilder mit höherer Qualität bereit als bekannte passive Nachtsichtgeräte.
Claims (12)
- Ein Nachtsichtgerät, das umfaßt: eine Lichtquelle (
14 ); und ein Dünnfolien-Optikelement (16 ), das sich entlang einer ersten Achse (27 ) erstreckt und angeordnet ist um Licht von dieser Lichtquelle (14 ) zu empfangen, wobei das Optikelement (16 ) angepaßt ist um dieses Licht intern zu reflektieren und dieses Licht allgemein in einer ersten Richtung zu übertragen; dadurch gekennzeichnet, daß diese Lichtquelle (14 ) eine Infrarotlichtquelle ist; und durch Einbeziehung einer Infrarotkamera (20 ), so plaziert um dieses Licht nach Reflektion durch einen Gegenstand in einem Sehfeld der Kamera (20 ) zu empfangen, und angepaßt um ein auf dieses empfangene Licht reagierendes Videosignal zu erzeugen, worin dieses Dünnfolien-Optikelement (16 ) umfaßt: eine sich entlang einer ersten Achse (27 ) erstreckende dünne Folie aus optischem Material, die eine Frontfläche (28 ), eine Rückenfläche (30 ), eine Bodenfläche (32 ) und eine zwischen diesen Front- (28 ), Rücken- (30 ) und Bodenflächen (32 ) angeschlossene Seitenfläche (36 ,38 ) besitzt; wobei diese Bodenfläche (32 ) eine erste Mehrzahl reflektierender Stufen (42 ) begrenzt, die sich entlang einer axialen Länge dieses Dünnfolien-Optikelements (16 ) erstrecken und ausgerichtet sind, um Licht von dieser Infrarotlichtquelle (14 ) zu empfangen; diese Rückenfläche (30 ) eine zweite Mehrzahl reflektierender Stufen (48 ) begrenzt, die sich allgemein senkrecht zu dieser ersten Achse (27 ) erstrecken, wobei diese zweite Mehrzahl reflektierender Stufen ausgerichtet ist, um von dieser ersten Mehrzahl reflektierender Stufen (42 ) reflektiertes Licht zu empfangen und dieses Licht weiter in dieser ersten Richtung durch diese Frontfläche (28 ) hindurch zu reflektieren. - Das Nachtsichtsystem wie in Anspruch 1 beansprucht, in dem diese erste (
42 ) und zweite (48 ) Mehrzahl reflektierender Stufen eine erste und zweite Mehrzahl reflektierender Facetten (44 ,50 ) einschließt, wobei diese erste Mehrzahl reflektierender Facetten (44 ) dieses Licht von dieser Infrarotlichtquelle (14 ) empfängt und dieses Licht zu einer zweiten Mehrzahl reflektierender Facetten (50 ) reflektiert, die dieses Licht weiterhin von diesem ersten Dünnfolien-Optikelement (16 ) allgemein in diese erste Richtung reflektieren. - Das Nachtsichtsystem der Ansprüche 1 oder 2, in dem diese Infrarotlichtquelle (
14 ) ein Infrarotdiodenlaser ist. - Das Nachtsichtsystem wie in irgendeinem der vorstehenden Ansprüche beansprucht, in dem dieses Dünnfolien-Optikelement (
16 ) aus einem Polymermaterial besteht. - Das Nachtsichtsystem wie in irgendeinem der vorstehenden Ansprüche beansprucht, in dem dieses Dünnfolien-Optikelement (
16 ) weiterhin eine einstückig mit oder auf diesem Dünnfolien-Optikelement (16 ) angeordnete, asphärische Linse (40 ) einschließt, wobei diese Linse (40 ) dieses Licht von dieser Infrarotlichtquelle (14 ) empfängt und dieses Licht parallel richtet, und wobei dieses Licht von dieser Linse (40 ) durch dieses Dünnfolien-Optikelement (16 ) hindurch zu dieser ersten Mehrzahl reflektierender Facetten (44 ) übertragen wird. - Das Nachtsichtsystem wie in irgendeinem der vorstehenden Ansprüche beansprucht, das weiterhin ein Glasfaserkabel (
17 ) umfaßt, das dieses Licht von dieser Infrarotlichtquelle (14 ) zu diesem Dünnfolien-Optikelement (16 ) überträgt. - Das Nachtsichtsystem wie in irgendeinem der vorstehenden Ansprüche beansprucht, das weiterhin einen optischen Bandpaßfilter (
22 ) zur Filterung dieses in diese Infrarotkamera (20 ) eintretenden Lichts umfaßt. - Das Nachtsichtsystem wie in irgendeinem der vorstehenden Ansprüche beansprucht, das weiterhin einen holographischen Diffusor (
18 ) oder eine Linsengruppe bzw. -gitter umfaßt, der/die nahe dieses Dünnfolien-Optikelements (16 ) angeordnet ist, um dieses von diesem Dünnfolien-Optikelement (16 ) emittierte Licht zu streuen. - Ein Verfahren zur Detektion von Gegenständen unter Verwendung eines Nachtsichtsystems, das die Schritte umfaßt: Übertragen von Infrarotlicht zu einem Dünnfolien-Optikelement (
16 ), das sich entlang einer ersten Achse (27 ) erstreckt und angeordnet ist um Licht von dieser Lichtquelle (14 ) zu empfangen, wobei das Optikelement (16 ) angepaßt ist um dieses Licht intern zu reflektieren und dieses Licht allgemein in einer ersten Richtung zu übertragen; Reflektieren dieses Lichts von diesem Dünnfolien-Optikelement (16 ) allgemein in eine erste Richtung von diesem Dünnfolien-Optikelement (16 ); Empfangen dieses von einem Gegenstand reflektierten Lichts; und Erzeugen eines auf dieses empfangene Licht reagierenden Videosignals; dadurch gekennzeichnet, daß dieses Dünnfolien-Optikelement (16 ) umfaßt: eine sich entlang einer ersten Achse (27 ) erstreckende dünne Folie aus optischem Material, die eine Frontfläche (28 ), eine Rückenfläche (30 ), eine Bodenfläche (32 ) und eine zwischen diesen Front- (28 ), Rücken- (30 ) und Bodenflächen (32 ) angeschlossene Seitenfläche (36 ,38 ) besitzt; wobei diese Bodenfläche (32 ) eine erste Mehrzahl reflektierender Stufen (42 ) definiert, die sich entlang einer axialen Länge dieses Dünnfolien-Optikelements (16 ) erstrecken und ausgerichtet sind, um Licht von dieser Infrarotlichtquelle (14 ) zu empfangen; diese Rückenfläche (30 ) eine zweite Mehrzahl reflektierender Stufen (48 ) begrenzt, die sich allgemein senkrecht zu dieser ersten Achse (27 ) erstrecken, und wobei diese zweite Mehrzahl reflektierender Stufen ausgerichtet ist, um von dieser ersten Mehrzahl reflektierender Stufen (42 ) reflektiertes Licht zu empfangen und dieses Licht weiter in dieser ersten Richtung durch diese Frontfläche (28 ) hindurch zu reflektieren. - Das in Anspruch 9 beanspruchte Verfahren, in dem diese erste (
42 ) und zweite (48 ) Mehrzahl von reflektierenden Stufen eine erste und zweite Mehrzahl reflektierender Facetten (44 ,50 ) einschließt; diese erste Mehrzahl reflektierender Facetten (44 ) dieses Licht von dieser Infrarotlichtquelle (14 ) empfängt und dieses Licht zu einer zweiten Mehrzahl reflektierender Facetten (50 ) reflektiert, welche dieses Licht weiterhin von diesem Dünnfolien-Optikelement (16 ) allgemein in diese erste Richtung reflektieren; und dieser Schritt des Reflektierens dieses Lichts die Unterschritte einschließt: Parallel richten jenes in dieses Dünnfolien-Optikelement (16 ) eintretenden Lichts; Reflektieren jenes Lichts von dieser ersten Mehrzahl reflektierender Facetten (44 ) zu dieser zweiten Mehrzahl reflektierender Facetten (50 ); und Reflektieren jenes Lichts von dieser zweiten Mehrzahl reflektierender Facetten50 allgemein in diese erste Richtung. - Das Verfahren wie in Ansprüchen 9 oder 10 beansprucht, in dem dieser Schritt des Empfangs jenes von diesem Gegenstand reflektierten Lichts den Unterschritt einschließt: Filtern dieses Lichts durch einen optischen Bandpaßfilter (
22 ). - Das Verfahren wie in den Ansprüchen 9, 10 oder 11 beansprucht, das weiterhin den Schritt umfaßt jenes von diesem Dünnfolien-Optikelement (
16 ) reflektierte Licht zu streuen.
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