DE60114307T2

DE60114307T2 - Dünne Reflexionsfolie und Nachtsichtsystem

Info

Publication number: DE60114307T2
Application number: DE60114307T
Authority: DE
Inventors: Timothy Fohl; Jeffrey Thomas Remillard; Willes H. Weber
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2000-06-22
Filing date: 2001-04-30
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2021-05-01
Also published as: EP1168007A2; US6429429B1; US6809870B2; US6897465B2; EP1168007B1; DE60114307D1; US6538820B2; US20030034462A1; US7079974B2; EP1168007A3; US20030036881A1; US20020166972A1; US20030128434A1

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.
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:
1 ein Kombinationsschema und Blockdiagramm eines Nachtsichtsystems gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
2 eine Perspektivansicht eines in dem Nachtsichtsystem von 1 eingesetzten Dünnfolienoptikelements ist.
3 eine Vorderansicht des Dünnfolienoptikelements von 2 ist,
4 eine vergrößerte teilweise Schnittansicht des Dünnfolienoptikelements von 2 ist, aufgenommen entlang der Linie 4-4.
5 eine vergrößerte teilweise Schnittansicht des Dünnfolienoptikelements von 2 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 Nachtsichtsystem 10, um Gegenstände bei relativ geringen Pegeln sichtbaren Lichts zu detektieren. Das System 10 kann in einer Mehrzahl von Anwendungen eingesetzt werden. Zum Beispiel kann das System 10 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 System 10 als ein Teil eines Sicherheitssystems eingesetzt werden, in dem ein Benutzer bei Nacht Gegenstände in einem überwachten Bereich sehen könnte. Wie veranschaulicht schließt das System 10 ein Gehäuse 12 ein, welches die verbleibenden Komponenten des Systems 10 aufnimmt. Es sollte jedoch verstanden werden, daß die in Gehäuse 12 enthaltenen Komponenten von System 10 an verschiedenen Orten angeordnet werden könnten, wobei das Gehäuse 12 nicht gebraucht würde. Zum Beispiel könnten die Komponenten des Systems 10 an verschiedenen Arbeitsorten in dem Kraftfahrzeug angeordnet werden, so daß ein einzelnes Gehäuse 12 unnötig wäre. Unter Bezug auf 1 schließt das System 10 weiterhin eine Infrarotlichtquelle 14, ein Dünnfolienoptikelement 16, ein Glasfaserkabel 17, einen holographischen Diffusor 18, eine Infrarotkamera 20, und einen optischen Bandpaßfilter 22. Wie hiernach genauer besprochen wird, kann das System 10 benutzt werden um irgendwelche reflektierenden Gegenstände, wie etwa einen Gegenstand 24, in Arbeitsnähe des Systems 10 zu detektieren.
Das Gehäuse 12 wird bereitgestellt, um die verschiedenen Komponenten des Systems 10 zu umschließen und zu schützen. Das Gehäuse 12 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 Lichtquelle 14 ist in der Technik herkömmlich und kann einen Infrarotdiodenlaser umfassen. Wie veranschaulicht empfängt die Lichtquelle 14 eine Arbeitsspannung V_CC von einer externen Spannungsquelle (nicht gezeigt). Weiterhin empfängt die Lichtquelle 14 eine Regelspannung V_C von einem externen Regler (nicht gezeigt), und erzeugt das Infrarotlicht in Reaktion auf die Regelspannung V_C. In einer konstruierten Ausführungsform war die Lichtquelle 14 ein Einstreifen-Diodenlaser, Modellnummer S-81-3000-C-200-H, hergestellt von Coherent, Inc. aus Santa Clara, Kalifornien. Wie veranschaulicht kann die Lichtquelle 14 in dem Gehäuse 12 angeordnet sein. Weiterhin kann die Lichtquelle 14 unter Verwendung eines herkömmlichen Lichtkopplers (nicht gezeigt) an ein erstes Ende 25 eines Glasfaserkabels 17 angeschlossen sein, wie es den Fachleuten bekannt ist. Das zweite Ende 26 von Glasfaserkabel 17 ist arbeitend an das Dünnfolienoptikelement 16 angrenzend angeordnet. Obwohl das System 10 bevorzugt eine Infrarotlichtquelle 14 verwendet, kann eine alternative Ausführungsform von System 10 – anstatt des Infrarotdiodenlasers 14 – eine herkömmliche Lichtquelle verwenden, die sichtbares Licht (einschließlich Infrarotlicht) emittiert, wie etwa eine Halogenbirne. Das Glasfaserkabel 17 wird verwendet um Licht von der Lichtquelle 14 zu dem Dünnfolien-Optikelement 16 zu übertragen. Wegen der hohen Helligkeit (Candela pro Flächeneinheit) der Lichtquelle 14 ist Kabel 17 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 Lichtquelle 14 erzeugtes Licht (dargestellt durch Pfeile A) allgemein einer ersten Richtung von dem Element 16 weg zu reflektieren und aufzuweiten. In einer bevorzugten Ausführungsform, gezeigt in 2 und 3, umfaßt das Element 16 eine einteilige dünne Folie optischen Materials, die sich allgemein entlang einer ersten Achse 27 erstreckt. Das Element 16 weist bevorzugt einen Dickenbereich von 3–9 mm auf. Es sollte jedoch verstanden werden, daß das Element 16 eine Stärke von weniger als 3 mm oder mehr als 9 mm aufweisen kann. Das Element 16 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 Element 16 kann außerdem aus anderen transparenten Materialien – wie etwa Acrylen – konstruiert sein. Unter Bezug auf 1, 2 und 3 schließt das Element 16 eine Frontfläche 28, eine Rückenfläche 30, eine Bodenfläche 32, eine Kopffläche 34, Seitenflächen 36, 38 und eine asphärische Linse 40 ein.
Unter Bezug auf 3 und 4 begrenzt die Bodenfläche 32 von Element 16 eine Mehrzahl reflektierender Stufen 42, die sich allgemein entlang der axialen Länge des Elements 16 erstrecken. Jede der reflektierenden Stufen 42 schließt eine reflektierende Facette 44 und einen Trittabschnitt 46 ein. Wie veranschaulicht ist jeder Trittabschnitt 46 allgemein parallel zu der Achse 27. Jede reflektierende Facette 44 ist relativ zu dem angrenzenden Trittabschnitt 46 ungefähr in einem Winkel von 45° orientiert. Es sollte jedoch verstanden werden, daß der Winkel jeder reflektierenden Facette 44 abhängig vom Grenzwinkel (hiernach weiter besprochen) der jeweiligen Facette 44 variieren kann. Weiterhin kann die reflektierende Facette 44 eine gebogene Gestalt aufweisen (nicht gezeigt), um weiterhin das Infrarotlicht in eine gewünschte Richtung zu lenken. Noch weiter kann die Anzahl reflektierender Stufen 42 variieren, und entsprechend kann die Anzahl reflektierender Facetten 44 variieren.
Die reflektierenden Facetten 44 verwenden das Prinzip der TIR, um von der asphärischen Linse 40 empfangenes Infrarotlicht zu den reflektierenden Facetten 50 hin zu reflektieren. Innere Totalreflexion des Lichts tritt auf, wenn der Einfallswinkel θ den Grenzwinkel oder kritischen Winkel θ_C übersteigt, gegeben durch die Gleichung θ_C = sin^–1 (n₂/n₂); worin n₁ der Brechungsindex von Luft ist und n₂ der Brechungsindex des Polymermaterials ist, das verwendet wird um das Element 16 zu konstruieren. In einer alternativen Ausführungsform (nicht gezeigt) kann die reflektierende Facette 44 metallisiert werden, wenn das Licht die Facette 44 unter einem Winkel von weniger als dem Grenzwinkel trifft.
Unter Bezug auf 1, 2 und 5 begrenzt die Rückenfläche 30 eine zweite Mehrzahl reflektierender Stufen 48, die sich allgemein senkrecht zu der Achse 27 erstrecken. Jede der reflektierenden Stufen 48 schließt eine reflektierende Facette 50 und einen Trittabschnitt 52 ein. Wie veranschaulicht, ist jeder Trittabschnitt 52 allgemein senkrecht zu der Achse 27 und parallel zu der Frontfläche 28. Jede reflektierende Facette 50 ist relativ zu dem angrenzenden Trittabschnitt 52 ungefähr in einem Winkel von 45° orientiert. Es sollte jedoch verstanden werden, daß der Winkel jeder reflektierenden Facette 50 abhängig von dem Grenzwinkel der jeweiligen Facette 50 variieren kann. Weiterhin kann jede reflektierende Facette 50 eine gebogene Gestalt aufweisen (nicht gezeigt), um weiter das Licht in eine gewünschte Richtung zu lenken. Noch weiter kann die Anzahl der reflektierenden Stufen 48 variieren, und entsprechend kann die Anzahl der reflektierenden Facetten 50 variieren. Unter Bezug auf 4 und 5 sind die Facetten 50 ausgerichtet, um von einer oder mehreren reflektierenden Facetten 44 reflektiertes Licht zu empfangen; und verwenden, ähnlich wie die Facetten 44, das Prinzip der TIR. Die Facetten 50 reflektieren das empfangene Licht durch die Frontfläche 28 des Elements 16, wie hiernach ausführlicher beschrieben wird. In einer alternativen Ausführungsform (nicht gezeigt) können die reflektierenden Facetten 50 metallisiert sein, wenn das Licht von den reflektierenden Facetten 44 unter einem Winkel von weniger als dem Grenzwinkel auf die Facetten 50 trifft.
Unter Bezug auf 2 wird die asphärische Linse 40 bereitgestellt, um jenes das Glasfaserkabel 17 verlassende Licht parallel zu richten. Der Axialabstand zwischen dem Kabel 17 und der Linse 40 ist derart gewählt, daß jenes von dem Kabel 17 auseinandergehende Licht 17 die Öffnung von Linse 40 ausfüllt. Die Linse 40 ist vorzugsweise konstruiert, um um die Achse 27 herum eine Umlauffläche mit einem kreisförmigen oder hyperbolischen Querschnitt aufzuweisen. Wie veranschaulicht ist das Element 40 auf der Seitenfläche 36 des Elements 16 angeordnet und kann mit dem Element 16 integral sein. In einer alternativen Ausführungsform des Elements 16 kann die Linse 40 eine getrennte Linse umfassen, die in Arbeitsnähe zu dem Element 16 angeordnet ist.
Unter Bezug auf 1 und 2 wird das von der Infrarot-Lichtquelle 14 erzeugte Infrarotlicht durch das Element 16 von dem zweiten Ende 26 des Glasfaserkabels 17 empfangen. Das von dem zweiten Ende 26 emittierte Licht besitzt einen Streuwinkel zwischen 20 und 50°. Es sollte jedoch verstanden werden, daß der Streuwinkel, abhängig von den Lichtcharakteristika des Kabels 17, weniger als 20° oder mehr als 50° betragen kann. Das emittierte Licht tritt durch die auf der Seitenfläche 36 des Elements 16 angeordnete asphärische Linse 40 in das Element 16 ein. Wie zuvor besprochen richtet das Element 40 das Licht parallel, welches dann zu den reflektierenden Facetten 44 fortschreitet. Die reflektierenden Facetten 50 empfangen das von den Facetten 44 empfangene Licht und reflektieren das Licht allgemein in einer ersten Richtung weiter durch die Frontfläche 28 des Elements 16. Unter Bezug auf 1 wird der holographische Diffusor 18 bereitgestellt, um von dem Dünnfolien-Optikelement 16 emittiertes Infrarotlicht zu empfangen, und um das Licht zu streuen, bevor es in die Umgebung emittiert wird. Weiterhin erlaubt es der Diffusor 18 in Zusammenhang mit dem Element 16 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 Diffusor 18 dem System 10 das Infrarotlicht über das benötigte Sehfeld zu verteilen. Der Diffusor 18 ist in der Technik herkömmlich und kann nahe der Frontfläche 28 des Elements 16 oder integral mit ihr angeordnet sein. In einer konstruierten Ausführungsform des Systems 10 besitzt der Diffusor 18 einen vertikalen Streuwinkel von 5° und einen horizontalen Streuwinkel von 20°. In einer alternativen Ausführungsform (nicht gezeigt) können die reflektierenden Facetten 50 von Element 16 bezüglich einander jedoch mit variierenden Winkeln angeordnet sein, um das Infrarotlicht zu streuen. Dementsprechend würde in der alternativen Ausführungsform der Diffusor 18 nicht benötigt. In einer anderen alternativen Ausführungsform kann eine über die Austrittsfläche 28 des Elements 16 hinweg angeordnete Gruppe von Linsen (Kissenoptik) benutzt werden, um das Licht anstelle des Diffusors 18 zu streuen. Die Infrarotkamera 20 wird bereitgestellt um ein auf reflektiertes, von der Kamera 20 empfangenes Infrarotlicht reagierendes Videosignal V_V zu erzeugen. Die Kamera 20 ist in der Technik herkömmlich und kann eine CCD-Kamera oder eine CMOS-Kamera umfassen. In einer konstruierten Ausführungsform des Systems 10 wurde das CCD-Kameramodell Nr. WAT-902HS eingesetzt, hergestellt von der Watec American Corporation aus Las Vegas, Nevada. Wie in 1 veranschaulicht, empfängt die Infrarotkamera 20 eine Arbeitsspannung V_CC von einer externen Spannungsversorgung (nicht gezeigt). Von dem Dünnfolien-Optikelement 16 emittiertes Infrarotlicht wird von einem Gegenstand 24 in der Umgebung reflektiert und wird von der Infrarotkamera 20 empfangen. Das Videosignal V_V 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 Gegenstand 24 zu sehen.
Das optische Bandpaßfilter 22 wird bereitgestellt, um das von dem Gegenstand 24 reflektierte Infrarotlicht zu filtern. Speziell erlaubt es der Filter 22 nur Licht innerhalb des infraroten Lichtspektrums, von der Kamera 20 wahrgenommen zu werden. Bevorzugt läßt der Filter 22 eine maximale Lichttransmission bei einer Wellenlänge gleich der Wellenlänge des von der Infrarot-Lichtquelle 14 erzeugten Lichts zu. Ein Vorteil der Verwendung des Filters 22 ist es, daß der Filter 22 Überhellung (d.h. Sättigung der Pixelelemente) in der Kamera 20 durch sichtbares, von den Frontlampen (nicht gezeigt) anderer Kraftfahrzeuge emittiertes Licht verhindert. Der Filter 22 ist in der Technik herkömmlich und ist bevorzugt nahe einer Empfangslinse (nicht gezeigt) der Kamera 20 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 Nachtsichtsystems 10, wie mit dem ANSI-Standard verglichen. Speziell veranschaulicht Linie 53 graphisch die MPE gemäß dem ANSI-Standard. Weiterhin veranschaulicht die gestrichelte Linie 55 die Lichtbestrahlungsstärke, emittiert durch das Dünnfolien-Optikelement 16, als eine Funktion der Entfernung, wenn (i) die Fläche der Frontfläche 28 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 Elements 16 bei allen Entfernungen geringer als die MPE. Dementsprechend erfüllt Nachtsichtsystem 10 die MPE-Anforderungen des ANSI-Standards.
Unter Bezug auf 7A wird ein Verfahren 54 zur Detektion eines Gegenstands 24 unter Verwendung eines Nachtsichtsystem 10 gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Das erfindungsgemäße Verfahren 54 kann einen Schritt 56 der Übertragung von Infrarotlicht zu dem Dünnfolien-Optikelement 16 einschließen. Wie zuvor besprochen, wird das Infrarotlicht über das Glasfaserkabel 17 zu dem Element 16 übertragen. Das Verfahren 54 kann weiterhin einen Schritt 58 einschließen, das Licht von dem Dünnfolien-Optikelement 16 allgemein in einer ersten Richtung von dem Element 16 weg zu reflektieren. Unter Bezug auf 7B kann der Schritt 58 die Unterschritte 60, 62 und 64 einschließen. Der Unterschritt 60 beinhaltet es, das in das Element 16 eintretende Licht parallel zu richten. Der Unterschritt 62 beinhaltet es, das Licht von den reflektierenden Facetten 44 zu den reflektierenden Facetten 50 zu reflektieren. Der Unterschritt 64 beinhaltet es, die vorherbestimmte Anzahl von Lichtstrahlen von den reflektierenden Facetten 50 allgemein in der ersten Richtung durch die Frontfläche 28 des Elements 16 zu reflektieren. Unter Bezug auf 7A schließt das Verfahren 54 weiterhin einen Schritt 66 ein, das von dem Element 16 emittierte Licht zu streuen. Das Verfahren 54 kann weiterhin einen Schritt 68 einschließen, das von einem Gegenstand 24 in der Umgebung zurückreflektierte Licht zu empfangen. Der Gegenstand 24 kann einer oder mehrere reflektierende Gegenstände sein, die allgemein in der ersten Richtung von dem Element 16 angeordnet sind. Zum Beispiel könnte der Gegenstand 24 eine Straßenoberfläche, ein Fußgänger oder ein Tier sein, wenn das System 10 in einem Kraftfahrzeug (nicht gezeigt) eingesetzt wird. Unter Bezug auf 7C, kann der Schritt 68 einen Unterschritt 72 der Filterung des Lichts durch einen optischen Bandpaßfilter 22 hindurch einschließen. Unter erneutem Bezug auf 7A, kann das Verfahren 54 weiterhin einen Schritt 70 der Erzeugung eines Videosignals V_V 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 System 10 in einem relativ kleinen Unterbringungsvolumen untergebracht werden, weil das Dünnfolien-Optikelement 16 verglichen mit herkömmlichen Linsen/Illuminatoren extrem dünn ist. Zum Beispiel kann das System 10 auf dem Armaturenbrett oder innerhalb eines Rückspiegel-Aufbaus im Inneren des Kraftfahrzeugs untergebracht werden. Folglich stellt das System 10 größere Designflexibilität in Kraftfahrzeugen und in anderen Anwendungen bereit, wo ein kleines Unterbringungsvolumen benötigt wird. Ein anderer Vorteil des Systems 10 ist es, daß das von dem Element 16 emittierte Laserlicht den hierin zuvor beschriebenen ANSI-Standard erfüllt. Weiterhin ist das erfindungsgemäße System 10 preisgünstiger, besitzt ein größeres Sehfeld, und stellt Bilder mit höherer Qualität bereit als bekannte passive Nachtsichtgeräte.

Claims

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 Facetten 50 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.