CZ20022038A3 - Laserový navigační zářič - Google Patents

Abstract

Řešení se týká laserového navigačního zářiče, obsahujícího alespoň jeden zdroj laserového záření a optickou soustavu pro úpravu tvaru a směru laserových paprsků, přičemž podstata spočívá v tom, že optická soustavaje upravena pro vytváření alespoň jedné skupiny rovnoběžných světelných rovin (11) nebo kuželů a/nebo alespoň jednoho svazku světelných rovin (11) nebo kuželů, majících jedinou společnou průsečnici, nebo alespoň symetricky se rozbíhajících od laserového zářiče (1)

Description

Laserový navigační zářič

Oblast techniky

Vynález se týká navigačních světel, doplňujících nebo nahrazujících za zhoršené viditelnosti běžné reflektory a založených na principu laseru. Jedná se především o taková zařízení, která napomáhají zachovat alespoň omezenou navigační schopnost při zhoršení viditelnosti v mlze, hustém dešti nebo sněžení, resp. při kombinaci jmenovaných podmínek se sníženou intenzitou normálního osvětlení.

Dosavadní stav techniky

V současnosti jsou známa nejrůznější zařízení, která napomáhají zachovat orientační, resp. navigační schopnost, vázanou na viditelnost na určitou vzdálenost před vozidlo, plavidlo, nebo letadlo, za podmínek, kdy v prostoru jinak dost dobře průhledném se vyskytnou kapalné nebo pevné částice, které progresivně zhoršují viditelnost, a to také tím, že tyto částice po ozáření běžným reflektorem samy vyzařují odražené světlo a tím potlačují viditelnost ozařovaných předmětů. U automobilů je například běžné použití mlhových světel, kde jeden ze základních efektů spočívá v tom, že mlha bývá méně hustá blíže k zemi, kde se také mlhová světla u automobilů umísťují, čímž se mlha podsvítí, předměty před dopravním prostředkem se lépe osvětlí a naopak kapičky tvořící mlhu zde samy méně září, neboť se svítí prostorem, kde jich je méně. Orientační či navigační pomůcky jiného druhu pak bývají, v lodní dopravě, zvukové signály, které jsou ale zase v praxi nepoužitelné pro pozemní či leteckou dopravu. Jsou ovšem známa také zařízení na radarovém principu, jejichž relativně vyšší cena zase brání většímu rozšíření u menších lodí a v automobilové dopravě. Při poměrně nízké ceně lze v těchto posledně jmenovaných oblastech využít také laserového zdroje, kde pohlcování úzkého intenzivního monochromatického paprsku je při průchodu zaprášeným či zamlženým prostorem nižší, a také odražené záření od částeček příkladně prachu, i

···· ··· · · · · • · ····· ·· * • · ······· ··· ···· ·· ·· ·· ···· kouře, či mlhy, je nižší, a současně osvětlení cílového předmětu je intenzivní. Taková zařízení jsou známa, například v podobě popsané v US patentu č. 6126299, kde se jedná o soustavu navigačního osvětlení, určenou pro použití za snížené viditelnosti způsobené mlhou, deštěm, sněhem, nebo jinými částicemi v atmosféře, přičemž soustava obsahuje pouzdro s alespoň jedním světelným zdrojem, emitujícím při zapnutém přívodu elektřiny elektromagnetické záření v oblasti viditelného spektra, kde záření je v podstatě koherentní a tvoří paprsek, vycházející ze zdroje, kde dále tento paprsek je viditelný pouhým okem, jestliže ozáří částice v atmosféře, přičemž tento zdroj je laserem, emitujícím záření o vlnové délce od 500 do 770 nm, s výhodou v rozmezí od 500 do 560 nm. Jako výhodné se uvádí použití dvou laserů v jednom pouzdře, ještě dále s výhodou při dvou laserech s různou frekvencí vyzařovaného světla, zejména vyzařuje-li jeden z nich na frekvenci 500 až 560 nm a druhý na frekvenci 650 až 770 nm. Je zde také popsán zdroj s kombinací běžného lodního pozičního světla s laserovým zářičem, výhodně opět s dvojicí laserů, s výhodou vyzařujících opět na dvou odlišných frekvencích. Jedná se v podstatě o poziční zelené a červené světlo s kombinací běžného a laserového světelného zdroje. Uvádí se též alternativa s užitím laserového světla upevněného na statickém předmětu, jako je zakotvená loď, bóje, nebo maják, pro upozornění či orientaci ostatních plavidel, nebo i k označení polohy lodě pro orientaci potápěčů, při zaměření paprsku do vody. Tak se zlepšuje možnost identifikovat bod dopadu laserového paprsku na určitém předmětu a tak rozpoznat i za snížené viditelnosti překážku v jízdní, resp. v plavební dráze. Nevýhodu zůstává, že při osamělém paprsku může být obtížná identifikace druhu a velikosti překážky, případně hrozí přehlédnutí překážky, apod. Podobným způsobem se řeší rozpoznávání překážek za snížené viditelnosti podle US patentu č. 4916445, kde se používá v úzkém paprsku vyzařujících reflektorů, kde vždy dvojice paprsků se kříží, čímž se usnadňuje odhad vzdálenosti osvětleného předmětu, resp. překážky, a to odhadem podle vzdálenosti mezi stopami světel na překážce. Nevýhodu, zejména pro případ mlhy, kouře, apod., ovšem u posledně jmenovaného řešení stále zůstává poměrně široký rozptyl takových reflektorů. Jinou pomůckou k řešení popsaných problémů je uspořádání podle spisu DE-OS 4338673, kde pomocná, v podstatě slabá modrá difusní světla se umisťují tak, aby směr paprsků byl prakticky totožný se směrem pohledu řidiče a světlo směřovalo k řidiči. To má řidiči i ostatním usnadnit orientaci a odhad polohy vozidla na silnici a u řidiče snižovat účinek oslnění od ostatních vozidel. V praxi » ·· ·· · · · a · · • · · · · ······· ·· · · ovšem účinek takového uspořádání je sporný a praktické rozšíření na automobilech není známo. Navigační světlo na laserovém principu je také popsáno v US patentu č. 3710098, kde se jedná o světelnou soustavu s klouzavým paprskem, sestávající z pouzdra se svisle orientovaným otvorem, ze zařízení upraveného pro rotaci tohoto pouzdra okolo osy uvedeného otvoru, z pevného zdroje laserového záření, uloženého mimo uvedené pouzdro a vyzařující světelný paprsek v axiálním směru tímto otvorem, ze šikmého rovinného zrcadla, upevněného v popsaném pouzdře tak, že rotuje s tímto pouzdrem, v uložení nad popsaným otvorem, dále ještě z rozptylné čočky, válcové vějířové čočky a z kolimační čočky, kde tyto čočky jsou uloženy v uvedeném pouzdru a tím i rotačně vůči rámu, a konečně sestává ještě z ústrojí, upraveného pro seřizování vějířové čočky a kolimační čočky, a to axiálně vůči uvedenému otvoru. Výhodně může soustava ještě obsahovat seřizovači zařízení pro náklon zrcadla. Paprsek může mít výhodně eliptický průřez. Umístění vějířové čočky je s výhodou provedeno koaxiálně, mezi rozptylnou čočkou a kolimační čočkou. Zařízení je určeno pro použití jako maják, buď na pevnině, nebo na lodi. Přitom účelem je vytvoření úzkého a vysokého paprsku, který se otáčí. Ani toto zařízení není vhodné pro umístění na pohybující se dopravní prostředek, neboť vytváří v podstatě pohybující světelnou rovinu, jejíž obraz na sledovaném předmětu by byl obtížně sledovatelný v relativně kontinuálním režimu, ve kterém ale pohyb dopravního prostředku probíhá. V oblasti využití laseru pro podporu řízení dopravního prostředku je také například známo zařízení podle US patentu č. 5504480, kde se jedná o soustavu laserového vysílače a přijímače s automaticky vyhodnocovanou detekcí předmětů v jízdní dráze. Takové zařízení pracuje podobně jako radar, a tak i jeho aplikace u dopravních prostředků má obdobné nevýhody, například pro pozemní vozidla neposkytuje zobrazení předmětů před vozidlem, ale nabízí jen varování, že před vozidlem je v nebezpečně malé vzdálenosti předmět, vůči vozidlu se přibližující. Lze tedy říci, že je známa tendence konstruovat světelné sestavy, vysílající laserový paprsek, kde se využívá jeho schopnost lépe pronikat mlhou, kouřem, apod., a to za účelem zlepšení orientace, resp. pro podporu navigace, a to dokonce i z pohybujícího se dopravního prostředku. Žádný z těchto systému však neumožňuje dostatečně spolehlivě vytvářet takový obraz prostoru ve směru požadovaného výhledu, resp. ve směru požadovaného pohybu osoby nebo dopravního prostředku, aby orientace a navigace podle takového obrazu byla přiměřeně komfortní, nebo alespoň dostatečně spolehlivá, z hlediska prevence ·

bloudění, nebo hlavně z hlediska prevence kolize s cizím předmětem v dráze pohybu.

Podstata vynálezu

Uvedené nevýhody se odstraňují a prakticky použitelný systém pro sledování prostoru pro podporu orientace a navigace se získává při použití laserového navigačního zářiče, podle předkládaného vynálezu, kde zářič obsahuje alespoň jeden zdroj laserového záření a optickou soustavu pro úpravu tvaru a směru laserových paprsků, a kde podstata spočívá v tom, že optická soustava je upravena pro vytváření alespoň jedné skupiny rovnoběžných světelných rovin nebo kuželů a/nebo alespoň jednoho svazku světelných rovin nebo kuželů, majících jedinou společnou průsečnici, nebo alespoň symetricky se rozbíhajících od laserového zářiče. S výhodu skupiny rovnoběžných nebo alespoň symetricky se rozbíhajících rovin a/nebo kuželů jsou dvě, kde alespoň střední světelné útvary jsou roviny a jsou na sebe navzájem kolmé. Výhodně je soustava upravena pro vytváření světelných rovin a/nebo kuželů pasivními optickými prostředky. Alternativně je soustava upravena pro vytváření světelných rovin a/nebo kuželů aktivními optickými prostředky. Případně, alternativně, může být soustava upravena pro vytváření světelných rovin a/nebo kuželů mechanickými prostředky. S výhodou je optická soustava upravena pro vytváření dvou svazků světelných rovin a/nebo kuželů, a to vzájemně směrovaných tak, že při ozáření plochy čelně postavené vůči zářiči se vytváří na této ploše rastr, kde alespoň světelné stopy středního svislého zdroje a středního vodorovného zdroje jsou navzájem kolmé. S výhodou je vzájemný odstup svislých světelných stop rastru větší, než vzájemný odstup vodorovných světelných stop. Výhodné může být, jestliže zářič je umístěn v horní části dopravního prostředku vodního, pozemního, nebo vzdušného. Zářič je výhodně umístěn výklopně, s úpravou pro alespoň částečné zasunutí nebo zaklopení pod úroveň horního povrchu střechy dopravního prostředku. Zářič může být také s výhodou uložen v horní části dopravního prostředku na stabilizačním zařízení, upraveném pro vyrovnávání kolísání dopravního prostředku, následkem nerovností nebo nepravidelností v pojezdovém povrchu nebo v proudění okolního prostředí. Alternativně může být výhodné, jestliže zářič je na ochranné přilbě, případně může

*· ·· ·· ·· • · · · ♦ 9 · • · · · · · · · • ·· · · · · · • · · · · · · ·· ·· ·· ···· být i uložen v ruční, nebo čelové, nebo brýlové svítilně, vybavené současně ještě dalším světelným zdrojem jiného druhu.

Tím se dosáhne vytvoření doplňkového světelného zdroje, který poskytuje zlepšenou viditelnost do prostoru, kde se vyskytují ve vzduchu nebo ve vodě rozptýlené částice, jako například za mlhy, kouře, hustého deště, sněžení, atd. Světelnou stopou světelných rovin takto vytvořených je soustava rovnoběžných čar na sledovaných předmětech a plochách, resp. soustava s rastrem navzájem kolmých čar, případně pravidelně se rozbíhajících čar, pokud světlo dopadá na rovné plochy, například na silnici. Při osvětlení překážky pak lze snadno pozorovat náhlé zakřivení původně rovných čar, kde toto zakřivení sleduje povrch takto se objevivšího předmětu, resp. překážky. Není třeba zvláštního vyhodnocovacího zařízení, ale již samotný rastr světelných čar na předmětech v prostoru poskytuje přímo oku pozorovatele dostatečně čitelný obraz. Pro vytváření popsaných světelných rovin lze požít optická či mechanická nebo elektronická zařízení, která jsou sama o sobě známa. Důležité však vždy bude, aby trvalý, nebo případně i opakovaně mžikový osvit prostoru, vytvářel v oku relativně časově kontinuální obraz čar, kde v prostoru laserové paprsky dopadají na pevné předměty a podle jejich tvaru je opisují.

Přehled obrázků na výkrese

Předkládaný vynález je následně podrobněji popsán a vysvětlen pomocí příkladného provedení, též s pomocí výkresů, kde na obr.1 je boční pohled na osobní automobil, který je vybaven laserovým navigačním zářičem, upevněným na střeše, na obr.2 je pak tentýž automobil v půdoryse, s laserovým navigačním zářičem, upevněným na střeše, na obr.3 je nárys rastru, vytvořeného na stěně kolmé vůči směru vyzařování, na obr.4 je pak dále pohled směrem vpřed z místa řidiče ve vozidle, a to za dobré viditelnosti, na obr.5 je tentýž pohled za husté mlhy a na obr.6 je tentýž pohled, za husté mlhy, ale s plochami a předměty v prostoru před vozidlem označenými, resp. osvícenými, laserovým navigačním zářičem.

• 9 9 · · ·· ·· · · • 9 9 · ··· ♦ ♦ * · • · · · ♦·· · · · • 9 · · · · · · 9

999 99·· ·· ·· ·* ····

Příklad provedení vynálezu

Laserový navigační zářič 1 je v tomto příkladu upevněn na střeše 21 automobilu 2, a to na levé straně přední části střechy 21,. Laserový navigační zářič 1 je zde proveden jako výklopný, a to v úpravě, kde v klidové poloze je zapuštěn pod rovinu střechy. Rastr 3 je zde na kontrolní stěně vytvářen paprsky, které se šíří z laserového navigačního zářiče 1, a to v podobě světelných rovin, resp. světelných ploch 11, které vybíhají vějířovitě z jednoho bodu v laserovém navigačním zářiči 1 a zde konkrétně ve svislém směru jsou rozloženy vpřed a dále doleva i doprava postupně vždy po 2,5 úhlového stupně, až do odchylky 30 úhlových stupňů na každou stranu, a ve vodorovném směru je jedna rovina, resp. plocha, směrována ze zářiče přímo vpřed a další potom po 1 úhlovém stupni nahoru, až do odchylky 10 úhlových stupňů, a dolů, až do odchylky 20 úhlových stupňů od horizontálního směru.

Ve výhledu řidiče osobního automobilu 2 je na silnici 4 s okraji 44 zaparkovaný u pravého okraje 41 druhý osobní automobil 5. Za normální viditelnosti je vše dobře patrné, jak je možno i pozorovat na obr.4. Za mlhy, kde výhled z osobního automobilu 2 je ilustrován na obr.5, jsou jak silnice 4 , tak předměty na ní prakticky neviditelné a jízda je nebezpečná až nemožná. V situaci, kdy je prostor před osobním automobilem 2 osvícen laserovým navigačním zářičem, jsou obrysy druhého osobního automobilu 5 i obrysy obrubníků na okrajích 41 silnice 4, vodorovné dopravní značení, a dokonce i stožáry 6 označeny světelnými stopami, kde je patrné právě na deformaci rastru v kombinaci s intenzivněji osvětlenými body nebo čárami, jak probíhají obrysy předmětů ve výhledu řidiče a tak i ve směru jízdy.

Za takovéto viditelnosti je potom možno jet buď stejnou rychlostí bezpečněji, nebo pokračovat v jízdě v situaci, kdy by jinak jízda vůbec, i jakkoli malou rychlostí, byla nebezpečnou.

Co se týče konstrukčního vytvoření optické soustavy pro takové vyzařování, pak lze použít jednak odchylování, resp. rozptylování lineárního paprsku do roviny, čočkami či zakřiveným zrcadlem, které představují pasivní optické prvky, nebo lze vychylovat paprsek pohyblivým, rychle se natáčejícím zrcadlem, kde u některých známých konstrukcí kmitá jedno zrcadlo, nebo dvojice zrcadel, a to s frekvencí od desítek Hz do desítek kHz, což může představovat právě realizaci soustavy s aktivními optickými prvky. Na obecně mechanickém principu lze vychylovat paprsek třeba i natáčením nebo rotací celého zářiče, nebo alespoň celého zdroje laserového záření v tomto zářiči. V rámci známých optických a mechanických prvků a soustav lze vytvářet i další podobné konstrukce, přičemž podstatným zůstává základní princip Laserového navigačního zářiče, upraveného pro vyzařování světelných rovin či kuželů, vytvářejících na ozářených předmětech rastr, který je pravoúhlý, nebo pravoúhlému rastru podobný.

Hospodářská využitelnost

Zařízení podle předkládaného vynálezu je využitelné především v oblasti dopravy, a to pro dopravní prostředky pozemní, vodní i vzdušné, kde se uplatní za nepříznivých podmínek pro viditelnost, nejčastěji za zhoršené viditelnosti vlivem rozptýlených částic v prostředí. Využití je ovšem možné také pro osoby, které se pohybují v popsaném prostředí s rozptýlenými částicemi i bez pomoci dopravního prostředku, například jako hasiči, potápěči, záchranáři, apod.

·9

9 9 9

9 9

9 9

9999 • 99

9 · • · ·♦ 9* • 9 9

Claims (12)

1. 9 9 999

   PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Laserový navigační zářič, obsahující alespoň jeden zdroj laserového záření a optickou soustavu pro úpravu tvaru a směru laserových paprsků, vyznačený tím, že optická soustava je upravena pro vytváření alespoň jedné skupiny rovnoběžných světelných rovin (11) nebo kuželů a/nebo alespoň jednoho svazku světelných rovin (11) nebo kuželů, majících jedinou společnou průsečnici, nebo alespoň symetricky se rozbíhajících od laserového zářiče (1).
2. 2. Laserový navigační zářič, podle nároku 1, vyznačený tím, že skupiny rovnoběžných nebo alespoň symetricky se rozbíhajících rovin (11) a/nebo kuželů jsou dvě, kde alespoň střední světelné útvary jsou roviny (11) a jsou na sebe navzájem kolmé.
3. 3. Laserový navigační zářič, podle nároků 1a 2, vyznačený tím, že soustava je upravena pro vytváření světelných rovin (11), a/nebo kuželů, pasivními optickými prostředky.
4. 4. Laserový navigační zářič, podle nároku 1a 2, vyznačený tím, že soustava je upravena pro vytváření světelných rovin (11), a/nebo kuželů, aktivními optickými prostředky.
5. 5. Laserový navigační zářič, podle nároku 1a 2, vyznačený tím, že soustava je upravena pro vytváření světelných rovin (11), a/nebo kuželů, mechanickými prostředky.
6. 6. Laserový navigační zářič, podle nároků 1až5, vyznačený tím, že optická soustava je upravena pro vytváření dvou svazků světelných rovin (11) a/nebo kuželů, a to vzájemně směrovaných tak, že při ozáření plochy čelně postavené vůči zářiči (1) se vytváří na této ploše rastr (3), kde alespoň světelné stopy středního svislého zdroje a středního vodorovného zdroje jsou navzájem kolmé.

   ·· ·<

   * »· · • to · ··· *·· • · · to · · ** « · • to *

   toto • * * to*
7. 7. Laserový navigační zářič, podle nároku 6, vyznačený tím, že vzájemný odstup svislých světelných stop rastru (3) je větší, než vzájemný odstup vodorovných světelných stop.
8. 8. Laserový navigační zářič, podle nároků 1 až 7, vyznačený tím, že zářič (1) je umístěn v horní části dopravního prostředku vodního, pozemního, nebo vzdušného.
9. 9. Laserový navigační zářič, podle nároku 8, vyznačený tím, že zářič (1) je umístěn výklopně, s úpravou pro alespoň částečné zasunutí nebo zaklopení pod úroveň horního povrchu střechy (21) dopravního prostředku.
10. 10. Laserový navigační zářič, podle nároků 1 až 9, vyznačený tím, že zářič (1) je uložen v horní části dopravního prostředku na stabilizačním zařízení, upraveném pro vyrovnávání kolísání dopravního prostředku, následkem nerovností nebo nepravidelností v pojezdovém povrchu nebo v proudění okolního prostředí.
11. 11. Laserový navigační zářič, podle nároků 1 až 7, vyznačený tím, že zářič (1) je uložen na ochranné přilbě.
12. 12. Laserový navigační zářič, podle nároků 1 až 7, vyznačený tím, že zářič (1) je uložen v ruční nebo čelové nebo brýlové svítilně, vybavené současně ještě dalším světelným zdrojem jiného druhu.