CN101440922B - 汽车夜视系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于汽车的红外照明装置，例如探照灯，具有一个光束源和一个干涉滤光器，其中该装置可以沿着一根轴线发出白色光束和处于800和1200nm之间的波长范围内的特定强度的红外光束，其中该红外光束具有大于25W/sr的强度，并且该白色光束具有不等于零的小于2000Cd的强度，并且所述干涉滤光器(10)如此设置：在可见光范围内入射角为20°时平均透射度小于0.5％，并且透射度在800nm至1000nm的波长范围内大于75％。根据本发明：所述干涉滤光器(10)如此设置：透射度从大约1040nm开始到至少25nm宽度的近红外区域小于60％，其中所述干涉滤光器如此设计：光谱特性具有一种陡的棱边，透射度50％-点处于780nm。

Description

汽车夜视系统
本发明申请是原案申请号为200580022689.7、申请日为2005年6月17日、发明名称为“汽车夜视系统”的专利申请的分案申请。 
技术领域
本发明涉及一种用于汽车的夜视辅助系统。这样一种系统是众所周知的，其包括一个红外线探照灯，该红外线探照灯发出向外指向汽车前方的光束；并且该系统还包括一个红外相机以及一个用于以可视形式向驾驶员传递由相机拍摄的图片的系统。探照灯具有一个白光源和一个滤光器，该滤光器抑制光束源的光束的可见部分，并且传递处于红外区域中的部分。
背景技术
但是一种这样的滤光器在实践中通常会让一部分可见的、尤其是处于红光区域中的光束通过。但是在探照灯中，这样的红色透射光束不管其强度有多大都会成为干扰，因为它对于其它的驾驶员会导致汽车前侧和后侧之间的混淆。但是滤光器在抑制红光并同时保留红外光束有用部分、也就是保留800nm和1000nm之间的光束区域的光束方面的改进是非常昂贵的。在此的问题是，所述有待抑制的(红色)区域紧接在有用的透射的红外线区域中。为此有必要使滤波器的透射特性具有陡峭的棱边，因为在红色区域内必要的非常好的抑制与在IR区域中必要的非常好的传递正好相反。
为了解决该问题，DE 699 03 076中公开了一种红外线照明装置，其包括一个滤光器，其透射率如此设计，使得其沿着该装置的一个轴线发射白色的和红外的光束，其中白色光束的强度虽然可以绝对不同于零，但是小于2000Cd。
这一点由此实现，即使滤光器传递红外光束(IR光束)、紫外光束(UV光束)以及可见的近兰和近红光束和在其之间的可见的具有黄绿基色的基本光束。图1根据DE 699 03 076中的一种实施方式示意示出了一个陷波滤光器(Kerbfilter)的透射率T，示出了其作为波长λ的函数如何用于此。在此透射的可见残余光束叠加到白色印象中。
这样的陷波滤光器可以借助于多层系统实现。其反射和透射特性在此基本上基于干涉效应。根据现有技术，该滤光器如此实现，从而它可以传递光束源的可见光束，从而这些所传递的可见部分的合成得到白光(参见DE 69903076的权利要求3)。因为干涉滤光器显示出与角度相关的透射特性，但是该滤光器必须与探照灯的相应发光几何形状相匹配。例如图3a示出了一种具有一种发光几何形状的探照灯2，在该发光几何形状中所述滤光器10基本上受垂直作用。与此相反，图3b中的探照灯发光几何形状导致这样一种作用几何形状，在该作用几何形状中，所述垂直作用基本上不起作用。滤光器与相应的新的几何形状的这种匹配是费事的并由此非常昂贵。
发明内容
因此本发明的任务是给出一种滤光器，其透射特性相对于发光几何形状的变化具有很大的容差。
另一个问题是与这种干涉滤光器的制造相关的、很难避免的设计波动。确定透射特性的重要参数包括光学层厚以及层的折射值。在涂层过程中、或者更有可能在从一次涂层到另一次涂层过程中这种参数的微小波动会有这样的影响，即会传递可见光的哪一部分。在此很难遵守只使一小部分可见光束透过(例如在0.5％的区域内)，并且因此在透射中微小的不可靠性就会导致颜色印象中很大的变化。
所述任务通过一种用于汽车的红外照明装置、例如探照灯来解决。该红外照明装置具有至少一个发射白光的光束源和一个干涉滤光器，其中该装置能够沿着一根轴线发出白色光束和处于800和1200nm之间的波长范围内的红外光束，其中该红外光束具有大于25W/sr的强度，并且该白色光束具有不等于零的小于2000Cd的强度，并且所述干涉滤光器如此设置：在可见光范围内入射角为20°时平均透射度小于0.5％，并且透射度在800nm至1000nm的波长范围内大于75％。根据本发明：所述干涉滤光器如此设置：透射度从大约1040nm开始到至少25nm宽度的近红外区域小于60％，其中所述干涉滤光器如此设计：光谱特性具有一种陡的棱边，透射度50％-点处于780nm。
因此本发明的另一任务是提供一种方法，据此可以制造这些照明装置所需的具有高效率的干涉滤光器，而不需要昂贵的措施来降低制造波动。
如本领域的普通技术人员所知道的，颜色印象主要由三个影响因素决定：a)光源的发光特性(典型的光源具有其最大绿色光谱区域或者黄绿光谱区域)；b)生理学因素，其与人类光学设备的取决于波长的感光性相关，其中感光性在黄色中最强；c)所使用的光学系统的透射特性。在技术上，颜色印象可以借助于所谓的色度坐标说明。图2示意示出了蓝色(B)、绿色(G)、红色(R)和黄色(Y)颜色印象如何与相应的图表相对应。此外在图2中用虚线框住该区域，在该区域中白色印象占据优势。
在图2中用阴影示出的区域表示目前对于该系统根据所谓的ECE标准规定的法律上允许的区域，这里应该满足该标准。该允许的区域还会在图4中放大示出。
由照明装置发出的光束必须处于ECE-区域内，以便在法律上获得允许。该任务现在在于，对于不同的作用几何形状都能实现该任务。一般典型的光束源朝任何方向进行辐射，并且具有基本上相同的光谱特性。为了实现相对于作用几何形状的所期望的容差，按本发明的滤光器具有这种特性，对于较宽区域的入射角分别传递一部分可见光束，更确切地说是这样，即对于该区域每种入射角都传递白光。
这一点可以由此实现，即所传递的光束紧接在从滤光器中出来之后对于该区域的任何角度都会导致相同的色度坐标。但是这样一种约束条件并不是必要的。如发明人所发现的，这足以保证对于该入射角区域实现相应的色度坐标，而该色度坐标则处于法律上允许的范围内。此外如发明人所发现的，在此特别有利的是允许沿着篮-黄轴线进行变化(图4沿着轴线A-A’)。相应地在制造干涉滤光器时，不仅在设计阶段、而且在制造阶段要特别注意，滤光器的透射特性在绿色范围内特别稳定。这不仅与制造公差相关，而且与角度关系相关。与此相反，对在蓝色和黄-红区域中的稳定性的要求则比较低。这导致这样的结果，即色度坐标关于入射角和/或制造公差的变化。但是这些变化主要沿着图4中的轴线A-A’发生。由此可以比之前按现有技术更简单且更好地遵守法律要求。
现在根据一个实例来详细描述按本发明的滤光器的制造，该滤光器对于从0°到40°的角度范围都会导致这样的色度坐标，这些色度坐标都处于ECE-白色范围内。
该滤光器用于夜视辅助系统中，该夜视辅助系统配有一个Osram公司的型号为H11(12V，55W，64211SUP)的卤素探照灯。相应的光谱分布在图5中示出。这样一种探照灯的示意性结构在图6a中示出。
作为滤光器的基质材料使用Corning玻璃基质。
在该实例中，使用涂层材料氧化铌作为滤光器的高折射率材料，而使用二氧化硅作为滤光器的低折射率材料。作为替代方案，也可以 例如使用氧化钛/氧化硅或者氧化钽/氧化硅作为发光材料。
为了检测多层系统所需要的层厚，使用一种商业上可以获得的薄层计算程序(A.Tikhonravov和M.Trubetskov的OptiLayer forWindows)。
借助于一种所谓的RayTrace程序(ASAP，商业软件)，也就是借助于一种软件，该软件可以模拟光束在复杂的光学系统中的光路，这些光路与入射角相关。对于这里所描述的实例，借助于ASAP进行的计算得到，到滤光器的主要入射角(Schwerpunkt-Einfallswinkel)处于20°。但是为了基本上不依赖于精确的系统布局，附加地对0-40°优化设计，从而使得变化沿着“ECE-白色区域轴线”分布(图4中沿着轴线A-A’)。
此外，分别逐步地对一个角度来优化设计。第一，测定一种设计，该设计对于在可见区域内20°的入射角透射度平均小于0.5％。此外这种设计具有陡的棱边，其T＝50％-点例如处于780nm，并且该设计对于红外区域(波长800-1000nm)的透射度大于75％。另外为了在使用时保护人眼，这样进行设计，使得从大约1040nm到至少25nm宽度的近红外区域透射度小于60％。
然后在保持光谱特性的情况下对于20°的入射角优化色度坐标，使得该色度坐标尽可能位于ECE-标准区域的中央(也就是尽可能靠近并且优选该坐标正好为：x＝0.375，并且y＝0.375)。接着对于入射角0°、30°和40°优化色度坐标，从而使得该色度坐标位于ECE标准范围内。但是对于该入射角，不必实现与对于20°的入射角相同的色度坐标。仅仅要求角度转移尽可能在ECE白色区域内沿着在图4中用附图标记A-A’表示的轴线分布。当注意到不同角度的光谱对于绿色区域(480-580nm)具有尽可能小的变化时，这一点可以尤其简单地实现。这样一种优化的结果在图6b中对于0°、10°、20°、30°和40°的入射角已经作出表示。A-A’轴线可以借助于直线方程y＝0.695＊x+0.1确定。在图6b中引人注目的是，随着入射角的增加，x坐标单调上升。而y坐标对于处于0.31≤x≤0.45的间隔内的x坐标与规定的角度的偏差最大为0.025。对于较小的x，色度坐标不再处于ECE区域内，对于较大的x，一种更确切地说水平的变化曲线是值得期待的，因为这里ECE区域具有相应的变化曲线。
将变化限制在绿色区域内由此实现，使该区域在优化时加重权。这不仅对于保证为0°到40°的入射角的滤光器设计沿着ECE白色区域延伸是必要的，而且对于保持光强变化在较小的程度上也是必要的，因为这里绿色区域具有最大的影响。
在表格1中列出了设计的光学层厚的分布以及所使用的折射指数。
所使用的材料氧化铌的折射指数是2.34，而氧化硅的折射指数是1.47。
为了制造滤光器，在本实施例中使用溅射工艺(更确切地说：反应式直流磁控管溅射)。在这种情况下，在处理期间连续地测定光谱(监控)，并且在测量出与计算的额定光谱有偏差时对溅射过程进行校正。由此实现了，所实现的滤光器实际上尤其在绿色区域内具有要求的光学特性。换句话说：为了使色度坐标分布在ECE白色内，在制造尤其是处于480-580nm波长范围内的产品时监控最重要。
作为替代方案也可以使用其它涂层技术。此外PVD和CVD工艺也都属于此类涂层技术。作为PVD工艺，当这种工艺是等离子辅助(IAD)时例如尤其可以使用热气相喷镀。
如果将这样一种滤光器安装在探照灯光路中，那么可以用至少一个光束源和一个滤光器来实现一种用于汽车的红外照明装置，例如一种探照灯，其中该装置可以沿着该装置的轴线发出白色和处于一个波长范围内的红外光束，该波长范围处于800和1200nm之间，其中红外光束具有大于25W/sr的强度，并且白色光束具有不等于零的小于2000Cd的强度。滤光器可以在一个第一角度下传递光束源的第一部分光束的第一可见部分，并且在与第一角度不同的第二角度下传递光束源的第二部分光束的第二可见部分。其特征是，所传递的第一可见部分构成了白光，所传递的第二可见部分构成了白光。
下面将已经进行了详细叙述过的附图再次简要说明如下：
附图说明
图1示出了根据DE 699 03 076中的一种实施方式的陷波滤光器(Kerbfilter)的作为波长λ的函数的透射率T；
图2示出了蓝色(B)、绿色(G)、红色(R)和黄色(Y)颜色印象如何与相应的图表相对应；
图3a示出了一种具有一种发光几何形状的探照灯2；
图3b示出了探照灯的发光几何形状； 
图4示出了根据ECE标准规定的法律上允许的区域的放大图；
图5示出了Osram公司的型号为H11的卤素探照灯的相应的光谱分布；
图6a示出了这种探照灯的示意性结构；
图6b示出了色度坐标对于0°、10°、20°、30°和40°的入射角的优化的结果。
表格1
  层(从基质开始计数)   光学层厚(nm)   材料
  1   108   SiO2
  2   73   Nb2O5
  3   127   SiO2
  4   144   Nb2O5
  5   133   SiO2
  6   100   Nb2O5
  7   109   SiO2
  8   94   Nb2O5
  9   97   SiO2
  10   101   Nb2O5
  11   111   SiO2
  12   90   Nb2O5
  13   110   SiO2
  14   110   Nb2O5
  15   104   SiO2
  16   83   Nb2O5
  17   120   SiO2
  18   132   Nb2O5
  19   119   SiO2
  20   142   Nb2O5
  21   147   SiO2
  22   122   Nb2O5
  23   120   SiO2
  24   117   Nb2O5
  25   171   SiO2
  26   127   Nb2O5
  27   134   SiO2
  28   149   Nb2O5
  29   158   SiO2
  30   126   Nb2O5
  31   118   SiO2
  32   142   Nb2O5
  33   154   SiO2
  34   152   Nb2O5
  35   144   SiO2
  36   173   Nb2O5
  37   154   SiO2
  38   204   Nb2O5
  39   156   Nb2O5
  40   173   SiO2
  41   156   Nb2O5
  42   148   SiO2
  43   243   Nb2O5
  44   168   SiO2
  45   136   Nb2O5
  46   193   SiO2
  47   139   Nb2O5
  48   213   SiO2
  49   146   Nb2O5
  50   207   SiO2
  51   145   Nb2O5
  52   98   SiO2

Claims (2)

1.用于汽车的红外照明装置，具有至少一个光束源(2)和一个干涉滤光器(10)，其中该装置能够沿着一根轴线发出白色光束和处于800和1200nm之间的波长范围内的红外光束，其中该红外光束具有大于25W/sr的强度，并且该白色光束具有不等于零的小于2000Cd的强度，并且所述干涉滤光器(10)如此设置：在可见光范围内入射角为20°时平均透射度小于0.5％，并且在800nm至1000nm的波长范围内透射度大于75％，其特征在于：所述干涉滤光器(10)如此设置：透射度从大约1040nm起向上到至少25nm宽度的近红外区域小于60％，其中所述干涉滤光器如此设计：光谱特性具有一种陡的棱边，透射度50％-点处于780nm。
2.按权利要求1所述的红外照明装置，其特征在于：所述红外照明装置是探照灯。
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