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Diese
Erfindung bezieht sich auf das Beleuchten einer beobachteten Szene
mit elektromagnetischer Strahlung und auf das Abbilden. Insbesondere
betrifft sie das Projizieren von Licht in einem vorgegebenen gesteuerten
Strahl und besitzt besondere Anwendungen in der Thermographie.
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Die
Erfindung ist im Gebiet der Thermographie entstanden und wird in
Bezug darauf beschrieben.
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Infrarot-Thermographieeinrichtungen
sind vorhanden und arbeiten gut. Um Bilder mit guter Auflösung, z.
B. mit 512 × 512
Pixeln, zu erhalten, müssen
teure Infrarotkameras verwendet werden, die derzeit jeweils etwa
10.000 £ kosten.
Dies beschränkt
die Gebiete, in denen es praktisch ist, Thermographiekameras zu
verwenden.
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Es
ist eine Aufgabe wenigstens eines Aspekts der Erfindung zu versuchen,
die Kosten praktisch nutzbarer Infrarotdetektormatrizen (IR-Detektormatrizen)
signifikant zu verringern.
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Ein
weiteres Problem bei vorhandenen Thermographiekameras ist, dass
es für
einen Nutzer schwierig sein kann, das Wärmebild, das ihm auf einer
Abbildungseinrichtungsanzeige (häufig
geisterhaft grün)
dargestellt wird, und die echte sichtbare Welt, die er mit seinem
normalen Sehvermögen
sehen kann, zur Deckung zu bringen. Ein Beispiel dafür ist, dass
einige kommerzielle Kraftfahrzeuge jetzt ein Infrarot-Nachtfahrsystem
haben, das eine IR-Wärmekamera
mit guter (z. B. 512 × 512
Pixel) Auflösung besitzt,
die Signale an einen Projektor für
sichtbares Licht sendet, der eine Darstellung in sichtbarem Licht des
IR-Szenebilds auf eine projizierte Frontscheibenanzeige projiziert.
Die projizierte Frontscheibenanzeige ist typisch etwa 10 cm × 10 cm,
wobei einige Fahrer eine störende
Tendenz haben, bei Verwendung des IR-Abbildungssystems nur durch
den kleinen Bereich der projizierten Frontscheibenanzeige zu blicken,
obgleich die Windschutzscheibe des Kraftfahrzeugs etwa 200 cm × 50 cm
ist: Sie können nachts
nicht die volle Ansicht abtasten, die sie richtig aus der Windschutzscheibe
sehen können,
und sind psychologisch darauf eingeschränkt, allein unter Verwendung
der projizierten Frontscheibenanzeige zu fahren (obgleich es ihnen
natürlich
freisteht, über
sie hinauszusehen, falls sie sich dazu anhalten können, dies
zu tun). Während
die sichtbare Darstellung des IR-Bilds auf der projizierten Frontscheibenanzeige mit
den durch die Windschutzscheibe zu sehenden sichtbaren Bildern zur
Deckung gebracht ist, kann der Nutzer immer noch Schwierigkeiten
haben. Es ist eine Aufgabe einer Ausführungsform der Erfindung, das
Fahren bei Nacht unter Verwendung eines Infrarotsystems zu einer
natürlicheren/normaleren
Erfahrung für
den Fahrer zu machen.
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Ein
weiteres Problem bei der Verwendung von Infrarotkameras zur medizinischen
Abbildung (z. B. zum Auffinden von Venen, heißen oder kalten Flecken, die
Infektions- oder Kreislaufprobleme angeben, oder zum Auffinden von
Verbrennungen) ist, dass der Nutzer (z. B. der Arzt oder die Schwester) eine
Infrarotabbildungseinrichtung verwendet, um auf einer elektronischen
Anzeige ein Bild in sichtbarem Licht zu erhalten, das aus IR-Informationen
abgeleitet ist, woraufhin er seine Sachkenntnis und sein Urteil
verwenden kann, um dieses Bild des IR in sichtbarem Licht in Bewegungen
seiner Hände
zu übersetzen,
um die richtigen Bereiche des Körpers eines
Patienten zu behandeln.
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Es
ist bekannt, dass eine medizinische IR-Abbildungseinrichtung eine
IR-Kamera und eine Kamera für
sichtbares Licht zum Aufnehmen sowohl eines IR-Bilds als auch eines
Bilds in sichtbarem Licht eines Teils eines Patienten hat und dem
Nutzer ein kombiniertes Bild auf einer elektronischen Anzeige darstellt.
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Es
ist eine Aufgabe einiger Ausführungsformen
der Erfindung, einem Nutzer zu erleichtern, Infrarotinformationen
mit der natürlichen
Ansicht, die er in dem sichtbaren Spektrum mit seinen Augen sieht, zur
Deckung zu bringen.
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Gemäß der Erfindung
wird eine Projektionsvorrichtung geschaffen, wie sie in Anspruch
1 definiert ist.
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Es
ist klar, dass die auf den Detektor auffallende Wärmestrahlung
keine Strahlung ist, die von der Vorrichtung ausgesendet worden
ist: Es ist Strahlung, die durch ein Objekt in der beobachteten
Szene ausgesendet wird und passiv erfasst wird.
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Somit
kann ein Objekt, das Wärmestrahlung aussendet,
durch die Vorrichtung mit sichtbarer Strahlung beleuchtet werden.
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Seit
die Erfindung gemacht wurde, ist ein bestimmter Stand der Technik
festgestellt worden. WO98/26583 bezieht sich auf ein System für medizinische
Spezialisten zur Verwendung in einer Dunkelkammerumgebung, um Menschen
zu helfen, die wegen einer Degeneration ihrer Netzhaut ein verringertes
Sehvermögen
haben. Sie offenbart ein Kontrastverbesserungssystem, das Infrarotlicht
von dem System aussendet, von den Objekten in einem Gesichtsfeld
zurückreflektiertes
Infrarotlicht erfasst und daraufhin sichtbares Licht auf die Szene
projiziert, um eine Menge sichtbares Licht auf Bereiche zu projizieren,
die einen hohen Pegel an von dem System ausgesendetem IR-Licht reflektiert
haben, und weniger sichtbares Licht auf jene Bereiche zu projizieren,
die weniger zurückreflektieren.
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Sie
betrifft das Reflexionsvermögen
von Objekten von durch das System ausgesendeter IR und nicht die
thermische IR, die aktiv durch Szeneobjekte ausgesendet und passiv
durch einen IR-Detektor erfasst wird.
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GB 2 218 506 offenbart eine Lampe, die IR-Strahlung
aussendet und reflektierte IR-Strahlung von einer Person bei Nacht
erfasst und sich selbst einschaltet, um sichtbares Licht auszusenden.
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US 5 023 709 offenbart ebenfalls
eine Lampe, ein automatisches Bühnenbeleuchtungssystem, das
IR-Licht aussendet und seine Reflexion von einem IR-Reflektor erfasst,
der an einem Objekt oder Schauspieler angeordnet ist, das/den die
Lampe für sichtbares
Licht auf der Bühne
verfolgen soll.
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JP 08292774 offenbart das
Steuern eines Spotlights im sichtbaren Band, um es unter Verwendung
von IR-Sendern, die IR-Licht aussenden, und Erfassen seiner Reflexion
auf einen Karaoke-Sänger zu
richten.
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JP 08122865 offenbart eine
Kamera mit einem IR-Sender, der einen IR-Strahl aussendet und seine
Reflexion von einem Objekt in einer Szene erfasst und daraufhin
seinen Blitz sichtbaren Lichts in Richtung des IR-reflektierenden
Objekts richtet.
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Der
Detektor kann so beschaffen sein, dass er das Querschnittsprofil oder
das Bild eines auffallenden erfassten Strahls erfasst. Der Sender
kann so beschaffen sein, dass er einen ausgesendeten Strahl mit
einem veränderlichen
Querschnittsprofil aussendet, der moduliert werden kann, um ihn
an das Profil des erfassten Strahls anzupassen.
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In
einigen Ausführungsformen
besitzen die Mittel zum Steuern der Senderrichtung keine beweglichen
mechanischen Teile. Vorzugsweise sind die Mittel zum Steuern des
Senderstrahls eine Anordnung der Optik der Vorrichtung, so dass
der verwendete Detektor Strahlung aus einer Detektionsrichtung erfasst,
während
der Sender Strahlung entlang der Detektionsrichtung zurück aussendet.
Der Sender und der Detektor besitzen vorzugsweise eine Hauptstrahlrichtung
in der gleichen Detektions-/Aussenderichtung.
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Vorzugsweise
ist ein Element zur optischen Ausrichtung vorgesehen, um den ausgesendeten Strahl
mit dem erfassten Strahl zur Deckung zu bringen. Vorzugsweise ist
das Ausrichtelement für
thermische Infrarotstrahlung oder sichtbare Strahlung wenigstens
teilweise reflektierend und für
Strahlung der jeweils anderen Wellenlänge wenigstens teilweise durchlässig. Vorzugsweise
umfasst das Ausrichtelement einen Strahlteiler.
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Vorzugsweise
umfassen die Strahlsteuermittel einen räumlichen Lichtmodulator (SLM).
Der SLM kann eine Flüssigkristallanzeige
umfassen, die so beschaffen ist, dass sie sichtbare Strahlung in
mehreren Gebieten über
ihre wirksame Oberfläche
wahlweise durchlässt
oder reflektiert.
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Vorzugsweise
ist der SLM so beschaffen, dass er gleichzeitig mit Strahlung in
einem ersten Gebiet in einer ersten Weise in Wechsel wirkung tritt
und mit Strahlung in einem zweiten Gebiet in einer zweiten, verschiedenen
Weise in Wechselwirkung tritt, um in verschiedenen Gebieten über seine
wirksame Oberfläche
eine unterschiedliche Durchlass-, Absorptions- oder Reflexionsleistung
zu liefern. Vorzugsweise ist der SLM in Pixel aufgeteilt, wobei
jedes Pixel vorzugsweise unabhängig
gesteuert wird, um seine Wechselwirkung mit der Strahlung zu steuern. Vorzugsweise
werden die Gebiete oder Pixel des SLM durch die Strahlsteuereinheit
gesteuert.
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Der
SLM könnte
in oder zwischen dem Ausrichtelement und einer Quelle von Strahlung
sichtbarer Wellenlänge
oder nach dem Ausrichtelement (im Weg eines ausgestrahlten Strahls)
vorgesehen sein. Der Ausgangsstrahlungsbündel sichtbarer Wellenlänge kann
aus einer einzigen Lichtquelle oder aus wenigen Lichtquellen erzeugt
werden. Alternativ kann es eine große Anzahl (z. B. zwanzig oder ähnlich,
zweihundert oder dreihundert oder mehr) Lichtquellen (z. B. LEDs
wie etwa Laser-LEDs) geben, die eine in Pixel aufgeteilte Lichtquelle
für die
Abgabe von Strahlung sichtbarer Wellenlänge bilden. Dies kann verwendet
werden, um das Strahlprofil mit oder ohne einen SLM in der Abgabeoptik
zu steuern.
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Vorzugsweise
besitzt die Vorrichtung eine Vorrichtung zum Erzeugen der Strahldeckung,
die so beschaffen ist, dass sie mit der auffallenden thermischen
Infrarotstrahlung in Wechselwirkung tritt, um zu bewirken, dass
die auffallende Strahlung den Detektor trifft, und die so beschaffen
ist, dass sie mit der ausgesendeten Strahlung in Wechselwirkung
tritt, um zu veranlassen, dass die ausgesendete Strahlung im Wesentlichen
dem gleichen Ausbreitungsweg wie die auffallende Strahlung folgt,
nachdem die ausgesendete Strahlung durch die Vorrichtung zum Erzeugen der
Strahldeckung gegangen ist. Vorzugswei se reflektiert die Vorrichtung
zum Erzeugen der Strahldeckung wenigstens einen Teil eines auffallenden Strahls
zu dem Detektor oder lässt
ihn durch, während
sie wenigstens einen Teil eines ausgesendeten Strahls entlang des
Wegs der auffallenden Strahlung zurück reflektiert oder durchlässt. Es
ist klar, dass der Strahlvereiniger eine geneigte Oberfläche oder
ein geneigtes Element umfassen kann, die/das für Strahlung entweder der thermischen
Infrarotwellenlänge oder
der sichtbaren Wellenlänge
reflektierend ist, während
sie/es für
die jeweils andere durchlässig
ist (keinen Strahl zu teilen braucht). Alternativ kann die Vorrichtung
zum Erzeugen der Strahldeckung den auffallenden und/oder den ausgesendete
Strahl teilen.
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Die
Mittelachsen des Detektors und des Senders können unter einem Winkel zueinander,
vorzugsweise orthogonal, orientiert sein. Es kann eine Sammellinse
oder Kollimatorlinse oder -linsenbaueinheit vorgesehen sein, die
dem Sender und/oder dem Detektor zugeordnet ist.
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Die
vorzugsweise elektrischen durch den Detektor oder durch die Abbildungseinrichtung
des Detektors erzeugten Signale können im Wesentlichen unverarbeitet
an den Sender übergeben
werden. Dies ist schnell und preiswert und verwendet wenig oder
keine Computerverarbeitungsleistung.
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Es
können
Mittel zur Verstärkung
des ausgesendeten Strahls vorgesehen sein. Diese können ein Stroboskop
umfassen, das so beschaffen ist, dass es veranlasst, dass der ausgesendete
Strahl blitzt. Alternativ kann die Vorrichtung mit einem für sichtbare Strahlung
empfindlichen Hintergrundsensor versehen sein, der so beschaffen
ist, dass er die Hintergrundintensität sichtbarer Strahlung im Gesichtsfeld der
Vorrichtung bestimmt und an eine Intensitätssteuereinheit Signale liefert,
die so beschaffen sind, dass sie die Intensität des ausgesendeten Strahls steuern,
um so sicherzustellen, dass er von einer signifikant höheren Intensität als die
Hintergrundintensität
ist, wodurch ermöglicht
wird, dass sich der ausgesendete Strahl (unter der Annahme, dass
die Szene eine zu beleuchtende Oberfläche besitzt) in der Szene abhebt.
Außerdem
oder alternativ kann der Hintergrundsensor an eine Auswahleinrichtung
der Wellenlänge
des ausgesendeten Strahls, die zwischen mehr als einer sichtbaren
Wellenlänge
der Strahlung wählt
(d. h., die sichtbare Wellenlänge kann
als eine von mehreren verschiedenen Wellenlängen gewählt werden), Signale liefern,
um sicherzustellen, dass der ausgesendete Strahl eine Wellenlänge hat,
die von der vorherrschenden Wellenlänge der Hintergrundszene verschieden
ist. Somit kann sich die Farbe des ausgesendeten Strahls je nach der
Farbe der Szene, die beleuchtet wird, ändern, so dass sich das projizierte
Bild stärker
abhebt. Außerdem
kann die Vorrichtung mehrere Farbsensoren haben, wobei die Wellenlänge eine
ausgewählte
aus mehreren vorgegebenen Wellenlängen auswählen kann, wobei diejenige
(oder mehr als eine) ausgewählt
wird, die den größten visuellen
Kontrast mit der Szene hat. Falls rote, grüne und blaue Lichtquellen vorgesehen
sind, kann durch geeignete Mischung/Kombination irgendeine Farbe
des sichtbaren Bands erzeugt werden.
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Die
Verstärkungsmittel
können
einen Hintergrundsensor umfassen, der so beschaffen ist, dass er
die vorherrschende sichtbare Wellenlänge der Strahlung in der Szene
bestimmt und Hintergrundwellenlängensignale
an eine Auswahleinrichtung der Wellenlänge des ausgesendeten Strahls
liefert, die so beschaffen ist, dass sie eine von mehreren möglichen
sichtbaren zweiten Wellenlängen
der Strahlung auswählt,
um sicherzustellen, dass der ausgesendete Strahl eine zweite sichtbare
Wellenlänge
hat, die von der vorherrschenden sichtbaren Wellenlänge der Hintergrundszene
verschieden ist.
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Die
Vorrichtung wird vorzugsweise in der Hand gehalten und kann eine
Taschenlampe umfassen. Alternativ kann die Vorrichtung eine Baueinheit umfassen,
die an einer größeren Baueinheit,
z. B. an einem Fahrzeug oder an einem Gebäude oder an einem Beleuchtungsgestell,
angebracht ist. Die Vorrichtung kann an einem Helm angebracht sein.
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Die
Vorrichtung kann einen Sensor, der für sichtbare Strahlung empfindlich
ist, und einen Richtungs- oder Abbildungsdetektor und Richtungs-
oder Abbildungsprojektor als den Sender sowie Deselektionssteuermittel,
die so beschaffen sind, dass sie Bereiche der beobachteten Szene,
die die Quelle einer signifikanten Menge sichtbarer Strahlung zu
der Vorrichtung sind, identifizieren und diese Bereiche für die Beleuchtung
durch den Sender deselektieren, enthalten. Auf diese Weise wird
ein Fahrzeug, das sich nachts mit seinen eingeschalteten Lichtern
bewegt, da es als bereits mit sichtbarem Licht beleuchtet deselektiert
wird, nicht dadurch, dass es durch ein Lichtbündel von der Vorrichtung beleuchtet
wird, geblendet.
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Der
für sichtbare
Strahlung empfindliche Sensor kann eine Abbildungseinrichtung, z.
B. eine Kamera, umfassen.
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In
der Vorrichtung, in der Infrarotlicht abgetastet wird und sichtbares
Licht projiziert wird, kann die Vorrichtung (oder Baueinheit) sowohl
eine Infrarotkamera als auch eine Kamera für sichtbares Licht haben.
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Da
die Absicht besteht, die erfassten IR-Signale zum Steuern des sichtbaren
Ausgangsstrahls zu verwenden, besteht kein Bedarf daran, das IR-Bild mit
hoher Auflösung
abzubilden, da es nicht direkt vom Nutzer gesehen wird. Je nachdem,
ob die Vorrichtung ein Bild in sichtbarem Licht des erfassten IR-Bilds
herausprojiziert, besteht möglicherweise kein
Bedarf daran, einen IR-Abbildungssensor zu haben: Nur ein Richtungssensor
und/oder ein Wärmequellensensor
kann genug sein.
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Die
Vorrichtung kann bei Verwendung so beschaffen sein, dass sie eine
erfasste Quelle thermischer Infrarotstrahlung (und möglicherweise
angrenzende Gebiete) mit Strahlung sichtbarer Wellenlänge beleuchtet
oder an die Quelle angrenzende Gebiete, nicht aber die Quelle selbst,
beleuchtet.
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Die
Vorrichtung kann eine Erfassungsabbildungseinrichtung mit mehreren
Pixeln und einen Sender, der so beschaffen ist, dass er ein Bild
mit im Wesentlichen der gleichen Anzahl von Pixeln projiziert, besitzen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt umfasst die Erfindung ein Verfahren zum sichtbaren
Darstellen einer thermischen Abbildung einer beobachteten Szene,
das die folgenden Schritte umfasst: Empfangen thermischer Infrarotstrahlung,
die von Objekten in der Szene ausgesendet wird, und in Reaktion
darauf Projizieren sichtbaren Lichts auf die beobachtete Szene,
dadurch gekennzeichnet, dass das sichtbare Licht in einem Muster
aus sichtbarem Licht auf die beobachtete Szene projiziert wird,
das die thermische Infrarotabbildung der beobachteten Szene spiegelt
und überlagert.
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Vorzugsweise
wird das sichtbare Licht in der gleichen Richtung wie der ausgesendet,
aus der das Infrarotlicht empfangen wird. Vorzugsweise wird ein Bild
oder Muster in infrarot erfasst und ein entsprechendes Bild oder
Muster in sichtbarem Licht ausgesendet. Vorzugsweise wird das sichtbare
Bild oder Muster dem äquivalenten
Infrarotbild oder -muster in der beleuchteten Szene überlagert.
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Das
Verfahren kann das Bestimmen umfassen, ob das Infrarotobjekt, das
mit sichtbarem Licht zu beleuchten ist, bereits mit sichtbarem Licht
beleuchtet wird, wobei dann, wenn es bereits beleuchtet wird, das
Verfahren schließlich
sein Nicht-Beleuchten mit sichtbarem Licht umfassen kann.
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Das
Verfahren kann das Beleuchten eines an ein Infrarotobjekt angrenzenden
Gebiets mit sichtbarem Licht umfassen (wobei das Objekt selbst mit sichtbarem
Licht beleuchtet werden kann oder nicht beleuchtet werden kann).
Das Verfahren kann das Bereitstellen einer Handtaschenlampe für einen
Nutzer zum Ausführen
der Beleuchtung von Infrarotquellen in sichtbarem Licht umfassen.
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Die
Signale können
im Wesentlichen unverarbeitet im Wesentlichen direkt von dem Detektor
gesendet werden, um den Sender anzusteuern oder zu steuern. Ein
Abbildungsdetektor kann Signale zum Steuern der Ausgabe eines Abbildungssenders
liefern. Sowohl die ausgesendete Strahlung als auch die erfasste
Strahlung können
auf Ausrichtungsmittel treffen, die ein gemeinsames Ausrichtelement
umfassen können.
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Ein
Ausgangsstrahl kann durch Strahllenkmittel gelenkt werden, die einen
Reflektor umfassen können.
Alternativ oder zusätzlich
können die
Strahllenkmittel ein Muster umfassen, das auf einem SLM (reflektierender
oder durchsichtiger SLM) angezeigt wird.
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Die
auffallende oder die ausgesendete Strahlung oder beide können fokussiert
oder kollimiert werden. Hierfür
können
herkömmliche
optische Körper
vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich können auf einem SLM angezeigte
Muster als Linsen (z. B. als Fresnel-Linsen) wirken. Ein auf einem
SLM angezeigtes kombiniertes Muster könnte die Funktion der Strahllenkung
und der Fokussierung oder Kollimation ausführen.
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Das
Ausgangsbild kann unter Verwendung mehrerer Lichtquellen gebildet
werden.
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Die
Erfindung besitzt auf vielen Gebieten Anwendungen und tatsächlich kann
es bei der Entscheidung, die Erfindung in einigen dieser spezifischen Bereiche
zu verwenden, getrennte Erfindungen geben. Zum Beispiel kann die
Erfindung auf medizinischem Gebiet (z. B., um an dem Patienten selbst
heiße
oder kalte (oder beide) Bereiche in sichtbarem Licht auszusuchen);
auf dem Gebiet der Sicherheit (wobei ein Eindringling von einem
Lichtbündel
verfolgt und möglicherweise
von ihm geblendet werden kann, während
das Lichtbündel
nicht auf einen verfolgenden Beamten projiziert zu werden braucht,
sondern stattdessen auf den Weg, dem er folgen muss, um sich mit
einem Eindringling zu treffen – wobei
es sowohl zur Führung
des Beamten dient als auch, um ihm zu helfen, den Boden/seine Umgebungen
zu sehen); als ein Frühwarnsystem
für elektrische
Störungen;
bei der Brandbekämpfung,
möglicherweise
in einem an einem Helm angebrachten System, das möglicherweise
eine Szene in sichtbarem Licht auf eine Rauch-"Szene" projiziert; bei der Beleuchtung (z.
B. bei der Straßenbeleuchtung
oder Bühnenbeleuchtung/wo
Licht einer Person automatisch folgen kann); und z. B. in Fahrzeugen,
um die Nachtfahrt eher, als eine fahrzeuginterne Infrarotanzeige
zu verwenden, durch Beleuchten heißer Körper mit sichtbarem Licht zu
verbessern, verwendet werden.
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Die
Erfindung kann Anwendung in einem Verfahren zum Abbilden anatomischer
Strukturen finden, das die Verwendung von Strahlung in einem nicht
sichtbarer Band zum Erzeugen von Bildsteuersignalen, die sich auf
die Struktur der interessierenden anatomischen Struktur beziehen,
und die Verwendung dieser Signale zum Steuern der Ausgabe eines
Projektors im sichtbaren Band, um ein Bild der Struktur in sichtbarem
Licht auf den Körper
der Person oder des Tiers zu projizieren, umfasst.
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Außerdem kann
die Erfindung die Verwendung eines Bildumsetzers einer ersten Wellenlänge in eine
zweite Wellenlänge
bei der Erzeugung eines anatomischen Bilds umfassen, der bei der
Diagnose einer Erkrankung, einer Störung oder eines Problems hilft.
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Außerdem kann
die Erfindung in einem Verfahren der Verbesserung des sicheren Fahrens
im Dunkeln Anwendung finden, das das Anbringen eines Projektors
für sichtbares
Licht, der warme Objekte identifiziert und sie mit sichtbarem Licht
beleuchtet, an einem Fahrzeug umfasst. Außerdem kann die Erfindung in
einem Verfahren zum Verringern des durch eine Reihe von Straßenlaternen
ausgesendeten Lichts Anwendung finden, indem sie so gesteuert werden,
dass warme Objekte und ihre Umgebung vorzugsweise beleuchtet werden,
während
Gebiete, wo es keine erfassten warmen Objekte gibt, nicht in gleichem
Umfang beleuchtet werden.
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Infrarotszeneprojektoren
sind bekannt, sind aber von der vorliegenden Erfindung recht verschieden.
Infrarotszeneprojektoren werden verwendet, um die Leistungsfähigkeit
von IR-Kamerasystemen zu testen, wobei sie einen IR-Strahl in den
Raum und auf eine Oberfläche
(z. B. auf eine Wand oder auf einen Bildschirm) projizieren, um
die Infrarotsignatur eines Objekts zu simulieren, nach dem das IR-Kamerasystem
bei der Verwendung suchen soll. Daraufhin kann das IR-Kamerasystem bearbeitet
und optimiert werden, um Objekte mit ähnlichen IR-Signaturen zu erfassen.
Solche Infrarotszeneprojektoren projizieren Infrarotlicht, um die
Anwesenheit heißer
Dinge zu simulieren.
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Es
werden nun lediglich beispielhaft Ausführungsformen der Erfindung
mit Bezug auf die beigefügte
Zeichnung beschrieben, in der:
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1 eine
Hand zeigt;
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2 ein
Infrarotbild der Hand zeigt;
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3 eine
Ausführungsform
der Erfindung zeigt, wo ein Bild in sichtbarem Licht, das äquivalent dem
Infrarotbild aus 2 ist, in sichtbarem Licht auf die
Hand aus 1 projiziert wird;
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4 schematisch
eine Wärmetaschenlampe
in Übereinstimmung
mit der Erfindung zeigt;
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5 einen
schematischen Querschnitt der Taschenlampe in 4 zeigt;
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6 einen
mit einer Wärmetaschenlampe versehenen
Helm in Übereinstimmung
mit der Erfindung zeigt;
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7A und 7B Bühnenbeleuchtungen in Übereinstimmung
mit der Erfindung zeigen;
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8 ein
Infrarot-Nachtfahrsystem des Standes der Technik für ein Fahrzeug
mit einer projizierten Frontscheibenanzeige zeigt;
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9A und 9B schematisch
ein Fahrzeug in Übereinstimmung
mit der Erfindung zeigen;
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10 eine
Einzelheit einer Beleuchtung des Fahrzeugs aus den 9A und 9B zeigt;
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11 eine
weitere Ansicht des Fahrzeugs aus den 9A und 9B zeigt;
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12A und 12B eine
Straßenbeleuchtung
zeigen, die die Erfindung enthält;
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13A und 13B Personendetektorsysteme
in Übereinstimmung
mit der Erfindung zeigen;
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14 die
Verwendung der Erfindung zum Identifizieren eines Verbrennungsbereichs
oder eines Bereichs schlechter Durchblutung veranschaulicht;
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15 die
Verwendung der Erfindung zum Erfassen von Störungen vor Totalausfall in
elektrischen Verdrahtungssystemen veranschau licht;
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16 einen
weiteren Helm unter Verwendung eines weiteren Aspekts der Erfindung
veranschaulicht; und
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17 eine
Einzelheit einiger Ausführungsformen
der Erfindung veranschaulicht.
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1 zeigt
die Hand einer Person. Es ist schwierig, ihre Venen zu sehen. Dies
kann es erschweren, eine Nadel in eine Vene in den Rücken ihrer
Hand einzuführen.
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2 zeigt
ein durch eine Wärmetaschenlampe 12 erhaltenes
Infrarotbild 11 der Hand 10. Die (hier als 13 bezeichneten)
Venen sind als weiße/blasse
Linien 14 zu sehen, da sie wärmer als der Rest der Handrücken sind.
Aus dem Folgenden ist klar, dass das Bild 11 nicht dem
Nutzer der Taschenlampe 12 auf einem Bildschirm gezeigt
wird und nur als Daten/Signale in seiner Taschenlampe vorhanden
sein kann.
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3 zeigt
die Hand 10 einer Person, wie sie der Nutzer einer (in
den 4 und 5 gezeigten) Wärmetaschenlampe 12 sieht.
Auf die Hand 10 werden Linien 16 mit weißem Licht
projiziert, die, wie ausführlich
in dem Wärmebild 11 dargestellt
ist, über den
Venen 13 liegen. Somit kann der Nutzer die Taschenlampe 12 ergreifen,
mit ihr die Hand eines Patienten beleuchten und unter Verwendung
seines normalen Sehvermögens
sehen, wo die Venen sind, da sie die Taschenlampe in sichtbarem
Licht hervorhebt. Natürlich
könnte
die Taschenlampe die Venen in blauer oder roter oder einer anderen
nicht weißen Farbe
hervorheben, so dass sie sich von der Hautfarbe des Patienten abhe ben.
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Die
Taschenlampe 12 kann Mechanismen haben, um für die Linien 16 eine
geeignete Farbe und/oder Intensität auszuwählen, so dass sie sich für den Nutzer
deutlich abheben. Die Taschenlampe kann die Linien 16 stroboskopisch
beleuchten oder anblitzen.
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Die
Taschenlampe 12 selbst ist in den 4 und 5 gezeigt
und umfasst ein Gehäuse 20,
das eine Infrarotabbildungs-Detektormatrix 22, eine wahlweise
Sendeeinrichtung/einen wahlweisen Reflektor 24, eine Einrichtung 26 zum
Anwenden eines Musters auf den Strahl, eine sichtbare Lichtquelle 28, eine
Kollimationsoptik 30 und eine Steuereinheit 32 umgibt.
Eine Infrarotsammellinse 34 kann vorgesehen sein oder nicht
vorgesehen sein. Die Vorrichtung besitzt eine Abbildungsöffnungsblende 9.
An dem Gehäuse 20 befestigt
ist eine (sowohl für
Infrarot- als auch für
sichtbares Licht) durchsichtige Frontschutzscheibe 36 vorgesehen.
Es ist ein Ein/Aus-Schalter 37 ebenso wie eine Batterie 35 vorgesehen.
Die Abbildungsdetektormatrix 22 ist eine schematisch in 17 gezeigte
in Pixel aufgeteilte Wärmesensormatrix
mit 64 × 64
Pixeln. Üblicherweise
wird dies als eine zu schlechte Auflösung betrachtet, um gute Bilder
zu geben. In einem weiteren Beispiel besitzt die Anordnung 32 × 32 Pixel
oder 16 × 16
Pixel oder 8 × 8
oder 4 × 4
oder 2 × 2
Pixel. Jedes mit 38 bezeichnete Pixel liefert an die Steuereinheit 32 sein
eigenes elektrisches Signal. Die Matrix 22 ist außerhalb
der Achse (außerhalb
der optischen Mittelachse 39 der Taschenlampe) vorgesehen.
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Die
wahlweise Sendeeinrichtung/der Reflektor 24 ist eine Platte,
die etwa um 45° gegen
die optische Mittelachse 39 der Taschenlampe 12 geneigt ist.
Sie reflektiert wenigstens etwas (und vielleicht im We sentlichen
die gesamte) (mit 40 bezeichnete) auffallende Infrarotstrahlung
nach oben zu der Matrix 22. Die mit 41 bezeichnete
Mittellinie der Matrix 22 ist im Wesentlichen orthogonal
zu der Mittelachse 39.
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Die
Einrichtung 26 zum Anwenden eines Musters auf den Strahl
umfasst eine LCD-Anzeige, die so viele Pixel 41 wie die
Detektormatrix 22 (in diesem Beispiel – während sie in anderen Beispielen mehr
oder weniger Pixel haben kann, so dass die Anzahl der Pixel entweder
in der Matrix 22 oder in der Einrichtung 26 zum
Anwenden eines Musters ein ganzzahliges Vielfaches der Pixel in
der jeweils anderen ist) hat. Die LCD-Einrichtung zum Erzeugen eines
Musters wird in dem Beispiel aus 5 in der Durchlassbetriebsart
verwendet und ist zwischen die Lichtquelle 28 und die vordere
Oberfläche 36 der
Taschenlampe eingefügt.
In einem weiteren Beispiel könnte
die LCD in einer Reflexionsbetriebsart verwendet werden. Die Pixel
der LCD-Anzeige 26 werden
durch elektrische Signale von der Steuereinheit 32 gesteuert.
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Wie
klar ist, könnten
die Positionen der LCD und der Lichtquelle und der Infrarotabbildungseinrichtung
umgekehrt sein. Die Pixel der Einrichtung zum Anwenden eines Musters
auf den Strahl können größer oder
kleiner als jene der IR-Abbildungseinrichtung sein oder im Wesentlichen
die gleiche Größe haben.
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Die
Lichtquelle 28 umfasst eine Glühbirne, die im Wesentlichen
weißes
Licht aussenden kann. In einer alternativen Ausführungsform kann sie eine Diode
oder eine Diodenmatrix sein und mehrere verschieden gefärbte Lichtquellen,
z. B. rote, grüne
und blaue Dioden (oder andere Lichtquellen), umfassen. Die Birne
wird durch die Steu ereinheit 32 gesteuert. Die Kollimationsoptik 30 umfasst
eine (nicht gezeigte) Aperturblende und eine Glas- oder Kunststoffsammellinse,
die von der Birne 28 so beabstandet ist, dass ein im Wesentlichen
paralleler Strahl 42 von weißem Licht geliefert wird. Der
Strahl 42 wird durch diese Einrichtung 26 zum
Anwenden eines Musters auf den Strahl geleitet und dem Strahl je
nachdem, ob die Pixel 41 "dunkel" sind und Licht absorbieren oder reflektieren
oder ob sie hell sind und Licht durchlassen, ein Muster oder Profil
auferlegt.
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Die
Detektormatrix 22 frischt sich gemäß der Steuerung der Steuereinheit
mit 50 Hz auf und das Strahlmuster frischt sich gemäß der Steuerung
der Steuereinheit mit 50 Hz auf. Natürlich könnte die Auffrischrate für eine Handtaschenlampe
(oder tatsächlich
für andere
Vorrichtungen) viel niedriger sein, z. B. 25 Hz, 10 Hz oder sogar
5 Hz oder weniger. Die Auffrischrate der Detektormatrix braucht
nicht die gleiche wie die der Einrichtung zum Anwenden eines Musters
auf den Strahl zu sein.
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Es
ist klar, dass die Einrichtung zum Anwenden eines Musters auf den
Strahl einen räumlichen Lichtmodulator
(SLM) umfasst und dass es andere Formen eines SLM, z. B. nicht in
Pixel aufgeteilte SLMs und bewegliche/Mikrospiegel-SLMs, gibt, die geeignet
sein könnten.
Es könnte
irgendein SLM, der ein veränderliches
Bild in sichtbarem Licht erzeugen kann, ebenso wie andere Arten
der Erzeugung eines veränderlichen
projizierten Bilds (z. B. ein Abtastlaser (kein SLM) oder eine Matrix
von Lichtabgabeeinrichtungen (z. B. eine Diodenmatrix)) verwendet
werden.
-
Die
Steuereinheit 32 umfasst eine Leiterplatte, die Eingangssignale
von den Pixeln 38 nimmt und sie zum Steuern von Ausgangssignalen an
die Pixel 41 verwendet. Es findet wenig oder keine Signalverarbeitung
statt. Die Vorrichtung kann fest verdrahtet sein, wobei es aber
zweckmäßig sein
kann, eine Mikroprozessor-Steuereinheit zu verwenden. Alternativ können die
erfassten IR-Signale als Teil der Erzeugung von Ansteuersignalen
für die
Einrichtung zum Erzeugen eines Musters auf dem Strahlsignal einer Signalverarbeitung
unterzogen werden. Wie in 17 zu
sehen ist, wird ein mit 44 bezeichnetes erfasstes Bild
in Infrarotlicht in ein mit 46 bezeichnetes äquivalentes
Bild in sichtbarem Licht umgesetzt/abgebildet und auf die beobachtete
Szene projiziert.
-
Es
wird angemerkt, dass die optische Anordnung des Systems zum Aussenden
von sichtbarem Licht und des Systems zum Erfassen von erfasstem Infrarotlicht
eine Hauptstrahlrichtung besitzen: Der ausgesendete Lichtstrahl 48 wird
von der Taschenlampe in der Richtung ausgesendet, aus der die Infrarotstrahlung 40 gekommen
ist.
-
Die
Detektormatrix 22 kann eine Wärme-Infrarot-Digitalkamera
sein.
-
6 zeigt
einen Helm 60, der mit einer Wärmetaschenlampeneinheit 62 ähnlich der
aus den 4 und 5 versehen
ist und eine Steuereinheit 64 besitzt und außerdem mit
einer Digitalkamera oder einem Sensor 66 für sichtbares
Licht versehen ist, der Licht aus der gleichen Richtung wie der
der Wärmetaschenlampeneinheit 62 sammelt.
Die Steuereinheit 64 verwendet Signale von der Kamera 66 für sichtbares
Licht, um zu bestimmen, ob ein Objekt in der Szene, die durch die
Wärmetaschenlampeneinheit 62 beobachtet
wird, bereits mit sichtbarem Licht beleuchtet wird oder nicht. Falls
sie bestimmt, dass das Objekt nicht mit sichtbarem Licht beleuchtet wird
(oder nicht über
einem Schwellenpegel beleuchtet wird), veran lasst die Steuereinheit 64,
dass die Taschenlampeneinheit 62 das Objekt mit sichtbarem Licht
beleuchtet, falls das Objekt wärmer
als der Hintergrund ist (während
sie dies in anderen Ausführungsform
tut, falls es kälter
ist). Falls die Steuereinheit 64 bestimmt, dass ein warmes
Objekt bereits mit sichtbarem Licht beleuchtet wird, deselektiert
sie es und veranlasst sie, dass die Taschenlampeneinheit 62 kein
sichtbares Licht auf das Objekt projiziert.
-
Auf
diese Weise kann der Träger
des Helms 60 seinen Kopf drehen, wobei die Taschenlampeneinheit 62 und
die Kamera 66 für
sichtbares Licht in seine Sichtlinie zeigen, wobei warme Körper (z.
B. Menschen, Tiere, heiße
Teile einer Person) mit sichtbarem Licht beleuchtet werden, wenn
sie nicht selbst eine Lichtquelle/sichtbar hell sind. Dies vermeidet, dass
ein Nutzer auf ein vorbeifahrendes Fahrzeug oder auf einen vorbeifahrenden
Fahrradfahrer blickt (der seine Scheinwerfer eingeschaltet hat)
und den Fahrer oder Fahrradfahrer dadurch, dass er ihn mit sichtbarem
Licht beleuchtet (da das Fahrzeug heiß ist), blendet, und ermöglicht dennoch,
dass der Nutzer z. B. auf unbeleuchtete fliehende Fußgänger blickt
und veranlasst, dass sie die Wärmetaschenlampeneinheit
beleuchtet. Der Nutzer kann dann, ohne einen getrennten Anzeigebildschirm
zu verwenden, sehen, wo der Fußgänger ist.
Der Nutzer kann z. B. an der der Kamera 64 gegenüberliegenden
Seite des Helms ein Batteriepack haben, das als ein Gegengewicht
wirkt.
-
7A zeigt
eine Flutlicht- oder Spotlight-Baueinheit 70, die eine
Wärmetaschenlampenbaueinheit 71 (ähnlich der
Taschenlampe 12) mit einem Körper 72 enthält. Eine
Steuereinheit 73 für
die Baueinheit 70 ist außerhalb des Gehäuses der
Taschenlampenbaueinheit gezeigt, könnte natürlich aber auch innerhalb des
Taschenlampenge häuses oder
innerhalb eines Befestigungssockels 74, an dem die Taschenlampenbaueinheit
angebracht ist, vorgesehen sein. Der Zylinderkörper 72 der Taschenlampenbaueinheit
ist schwenkbar an den Armen 75 angebracht, die wiederum
an einem in Winkelrichtung beweglichen Träger 76 angebracht
sind. Ein durch die Steuereinheit 73 gesteuerter Elektromotor 77 steuert
die Winkelbewegung des Körpers 72 der Taschenlampenbaueinheit
in Bezug auf die Arme 75. Ein durch die Steuereinheit 73 gesteuerter
Elektromotor 78 steuert die Winkelbewegung des Trägers 76 in
Bezug auf den Sockel 74. Der Sockel 74 ist an einem
Träger
befestigt (z. B. angeschraubt). Wegen seiner kardanischen Aufhängung kann
der Körper 72 mit
einem vorgegebenen Kegel im Wesentlichen in alle Winkel zeigen.
-
7A zeigt
einen Infrarotsensor 79, der nur wenige Pixel besitzt.
In diesem Beispiel besitzt die Vorrichtung keine Einrichtung zum
Anwenden eines Musters auf den Strahl sichtbaren Lichts, die äquivalent
dem SLM 26 der 4 und 5 ist, wobei
sie aber eine haben könnte
(wobei eine in dem mit 80 bezeichneten gestrichelten Umriss
veranschaulicht ist).
-
Die
Flutlicht- oder Spotlight-Baueinheit 70 kann als eine Bühnenbeleuchtung
oder Theaterbeleuchtung oder als eine Eindringling-/Sicherheits-Beleuchtung
verwendet werden. Sie ist herkömmlich
an einem Gerüst,
Ständer
oder Gebäude
(z. B. einer Wand) angebracht, könnte
aber auch an einem Fahrzeug wie etwa an einem Hubschrauber, an einem Schiff
oder an einem Kraftfahrzeug angebracht sein.
-
Die
Steuereinheit empfängt
Signale, die eine Szene repräsentieren,
die von der groben 64 × 64-Pixelmatrix 79 im
Infrarot betrachtet wird, und besitzt Software, die so beschaffen
ist, dass sie auf ein ausgewähltes
heißes
Objekt feststellt und veranlasst, dass die Motoren 77 und 78 veranlassen,
dass die optische Achse des Körpers
dem ausgewählten
Objekt automatisch folgt. Es kann eine Nutzereingabeschnittstelle
(z. B. eine Verbindung von einem PC) geben, die ermöglicht,
dass der Nutzer eines von mehreren zu verfolgenden heißen Objekten
auswählt.
Somit kann die Baueinheit 70, wenn sie als eine Bühnenbeleuchtung
verwendet wird, einem Schauspieler automatisch mit einem ausgesendeten Bündel sichtbaren
Lichts folgen.
-
Die
Infraroterfassung wird nicht verwendet, um den Schauspieler abzubilden,
sondern lediglich, um das von der Baueinheit ausgesendete sichtbare Licht
auf den erfassten ausgewählten
heißen
Fleck zu zentrieren. Das heißt,
dass einfache und preiswerte IR-Sensoren verwendet werden können, die
nicht einmal eine Matrix zu sein brauchen.
-
Wenn
erwünscht
ist, lediglich ein Objekt mit einem Spotlight zu beleuchten, ist
keine Erzeugung eines Strahlprofils erforderlich und braucht keine LCD-Einrichtung
zum Erzeugen eines Strahlprofils vorgesehen zu sein. Die Baueinheit
(tatsächlich
irgendeine Ausführungsform
der Erfindung) kann Strahlfokussierungsmittel besitzen, die durch
die Steuereinheit gesteuert werden, die automatisch die Größe des projizierten
Bereichs des Spotlights entweder auf eine feste Größe oder
auf einen vorgegebenen Durchmesser, der sich mit der Zeit ändern kann,
steuern kann. Um zu ermöglichen,
dass verschiedenfarbige Strahlen ausgesendet werden, können eines
oder mehrere Farbfilter in den und aus dem ausgesendeten Strahl
beweglich sein (dies kann auch auf irgendeine Ausführungsform
der Erfindung anwendbar sein).
-
Für einige
Beleuchtungseffekte kann es wünschenswert
sein, die Form eines heißen
(oder kalten) Objekts hervorzuheben und zu beleuchten, dagegen Dinge
in seiner Nähe
im Wesentlichen nicht mit dem Spotlight zu beleuchten (oder alternativ
das Entgegengesetzte zu tun: Dinge um ein Objekt, nicht jedoch das
Objekt selbst zu beleuchten). Es würde dann eine Einrichtung zum
Erzeugen eines Strahlprofils vorgesehen sein.
-
Es
ist klar, dass es in dieser Ausführungsform
und tatsächlich
in allen anderen Ausführungsformen
der Erfindung erwünscht
sein kann, Objekte, die kälter
als ihre Szeneumgebungen sind, unterschiedlich zu beleuchten. Somit
kann "heißer" und "heiß" etwas wie "von erheblich anderen
Temperaturen (heißer
oder kälter)
als die durch die Vorrichtung betrachtete umgebende Szene" bedeuten.
-
Wenn
die Baueinheit 70 als eine Eindringling-/Sicherheitsbeleuchtung
verwendet wird, arbeitet sie im Wesentlichen in der gleichen Weise,
wie es anhand der 7A und 7B diskutiert
wurde. Sowohl in ihrer Sicherheitsanwendung als auch in ihrer Bühnenbeleuchtungsanwendung
kann sie so beschaffen sein, dass sie kein sichtbares Licht aussendet,
bis sich ein warmer (oder kalter) Körper in ihrem Gesichtsfeld
befindet.
-
7B zeigt
eine mit 81 bezeichnete ähnliche Beleuchtungseinheit,
deren Körper 72 an
einem Träger 82 angebracht
ist; der Körper
ist in Bezug auf den Träger
nicht beweglich. Stattdessen wird der sichtbare Lichtstrahl (und
die Richtung, aus der Infrarotstrahlung erfasst wird) durch innere
Komponenten gelenkt. Durch die Steuereinheit wird ein Lenkelement 83 gesteuert,
das die Optik der Einheit 81 lenkt. Das Lenkelement 83 könnte ein
physikalisch bewegliches/ausrichtbares optisches Element wie etwa
ein Spiegel (z. B. ein Hohlspiegel) sein oder könnte keine beweglichen mechanischen
Teile haben. Zum Beispiel kann ein räumlicher Lichtmodulator, der
ein Muster (z. B. von Ringen) anzeigt, als eine Zonenplatte/Fresnel-Linse
wirken und eine effektive optische Achse lenken. Natürlich könnte die
Steuereinheit das auf dem SLM angezeigte Lenkmuster ansteuern.
-
Die
Beleuchtungseinheit 71 oder 81 könnte z.
B. in einem Schiffs- oder
Flugzeugfahrzeug als ein Such- und Rettungs-Spotlight verwendet
werden. Sie könnte
automatisch einen heißen
Körper
hervorheben und kann so programmiert werden, dass sie einen Bereich
automatisch abtastet und auf erfasste heiße Körper feststellt.
-
Ein
weiterer wichtiger Anwendungsbereich für die Erfindung ist der in
Fahrzeugen wie etwa in Kraftfahrzeugen. 8 zeigt
ein Infrarot-Nachtfahrsystem
des Standes der Technik, das eine Infrarotkamera 84, die
an einem Fahrzeug 85 angebracht ist, einen Projektor 86 für sichtbares
Licht, der im Fahrerbereich des Fahrzeugs vorgesehen ist, ein reflektierendes
Feld 87 einer projizierten Frontscheibenanzeige, das in
einer Sichtlinie 88 des Fahrers vorgesehen ist, und eine
Steuereinheit 89, die Signale von der IR-Kamera empfängt und
die Ausgabe sichtbaren Lichts des Projektors 86 steuert,
besitzt. Die Infrarotkamera besitzt eine hochwertige Abbildungsdetektormatrix
z. B. mit 512 × 512
Pixeln und der Projektor 86 besitzt eine hochwertige Abbildungsausgabe
z. B. mit 512 × 512
Pixeln, um auf der projizierten Frontscheibenanzeige 87 eine
Darstellung in sichtbarem Licht der gesamten durch die Kamera 84 betrachteten
IR-Szene zu erzeugen. Heiße
Dinge sind für
den Fahrer deutlich zu erkennen. Allerdings kann der Fahrer eine
Tendenz haben, sich zu sehr auf die Anzeige 87 zu konzentrieren
(wobei die Anzeige nur 10 cm × 10
cm sein kann), wobei eine Form von Tunnelblick erzeugt wird und
effektiv der Betrag der Windschutzscheibe, aus dem er hinaussieht,
verringert wird. Die projizierte Frontscheibenanzeige mischt das
2D-Infrarotbild mit niedriger Auflösung mit einer normalen 3D-Ansicht
mit hoher Auflösung
der Straße,
was Probleme der fehlenden Deckung der zwei Bilder sowie der potenziellen
Fehlinterpretation der Szene veranlassen kann.
-
Die 9A und 9B zeigen
ein Fahrzeug 90, das mit der vorliegenden Erfindung versehen
ist. Das Fahrzeug besitzt Scheinwerfer 91 und ein Nachtfahrsystem 92,
das eine Infrarotkamera 93, eine Kamera 94 für sichtbares
Licht, eine Zusatzbeleuchtung 95 und eine Steuereinheit 96 umfasst.
Die Zusatzbeleuchtung 95 ist gemäß der Steuerung der Steuereinheit 96 lenkbar,
um ihr Bündel
sichtbaren Lichts (innerhalb eines zulässigen Winkelbereichs, z. B.
120° oder
160° oder
sogar 180° in
der horizontalen Ebene: es kann in der vertikalen Ebene lenkbar
sein oder nicht lenkbar sein) überall
hin zu richten, wohin die Steuereinheit es richtet.
-
Die
Steuereinheit 96 empfängt
Signale von der Infrarotkamera und verwendet die IR-Informationen,
um den mit 97 bezeichneten Strahl sichtbaren Lichts von
der lenkbaren Beleuchtung 95 auf warme Objekte zu richten
(die Tiere oder Menschen sein könnten).
-
Auf
diese Weise schaut der Fahrer wie beim Fahren am Tag durch die volle
Windschutzscheibe: Es ist keine merklich verschiedene Erfahrung
für den Fahrer,
wobei für
ihn lediglich warme Dinge (zusätzlich
zur Beleuchtung von seinen normalen Scheinwerfern) beleuchtet werden.
Außerdem
gibt es weniger Komponenten, die in den Fahrerraum eindringen: keinen
Projektor 86 und keine projizierte Frontscheibenanzeige 87.
-
Ein
Problem bei dem Obigen ist, dass andere Fahrzeuge der Infrarotkamera
als heiße
Dinge erscheinen können.
Es ist nicht so schlecht, die Rückseite
eines Fahrzeugs zu beleuchten, dem gefolgt wird (wobei aber selbst
dies unerwünscht
sein kann), während
es aber nicht erwünscht
ist, den Strahl 97 auf ankommende Fahrzeuge zu richten,
da er die Fahrer/Fahrradfahrer blenden kann. Um dies zu vermeiden,
ist eine Kamera 94 für
sichtbares Licht vorgesehen. Die Kamera 94 liefert an die
Steuereinheit 96 Szene-Informationen in sichtbarem Licht.
Falls ein heißer
Körper
erfasst wird, prüft
die Steuereinheit, ob er in der Kamera für sichtbares Licht bereits
hell genug ist, bevor sie entscheidet, ob der Strahl 97 auf
ihn zu richten ist. Falls er bereits sichtbar hell ist (z. B. ein ankommendes
Fahrzeug mit seinen eingeschalteten Scheinwerfern), deselektiert
ihn die Steuereinheit für die
Aufmerksamkeit und richtet den Strahl 97 nicht auf ihn.
-
Natürlich kann
es mehr als einen heißen
Körper
in der durch die IR-Kamera 93 betrachteten
Szene geben. Die Steuereinheit könnte
den Strahl 97 zwischen zwei oder mehr heißen Objekten
umschalten und sie möglicherweise
stroboskopisch beleuchten. Alternativ oder zusätzlich kann mehr als eine lenkbare
Beleuchtung 95 vorgesehen sein, wobei sie auf verschiedene
Objekte gerichtet werden können.
-
Anstelle
oder zusätzlich
zu einer lenkbaren Zusatzbeleuchtung können die Hauptscheinwerfer des
Fahrzeugs lenkbar sein oder kann die lenkbare Zusatzbeleuchtung
in die Scheinwerferbaueinheit integriert sein.
-
Es
ist klar, dass der Strahl/die Strahlen 97 ein heißes Objekt
verfolgen, während
es eine Relativbewegung zwischen dem Fahrzeug und dem Objekt gibt.
Wenn kein heißes
Objekt in dem Gesichtsfeld ist, kann der Strahl 97 auf
die Straße
voraus (z. B. wie die normalen Scheinwerfer) gerichtet sein oder
sogar ausgeschaltet sein. Vorzugsweise wird der Strahl 97 eingeschaltet,
aber in eine unschädliche
Richtung gerichtet gehalten.
-
Das
System 92 kann Mustererkennungssoftware besitzen, um (sogar
bei niedrigen Lichtpegeln) die Rückseite
eines Fahrzeugs vor dem Fahrer zu erkennen und es für die Beleuchtung
durch den Strahl 97 zu deselektieren. Es können weitere
Mittel vorgesehen sein, die die Anwesenheit eines weiteren Fahrzeugs
mit seinem heißen
Auspuff vor dem Fahrzeug identifizieren und es deselektieren. Ferner
kann das System 92 Bildverarbeitungssoftware umfassen,
die Fußgänger und
Radfahrer identifizieren und diese als bevorzugte Objekte für die Beleuchtung
auswählen kann.
-
10 zeigt
eine lenkbare Beleuchtungseinheit 100 für ein Fahrzeug mit einem Infrarotreflektor 101 oder
Reflektor 101 für
sichtbares Licht, einem Infrarotdetektor 102 und/oder Detektor 102 für sichtbares
Licht, einer Lichtquelle 103, einer Strahlformungsoptik 104,
einem festen Spiegel 105 und einem lenkbaren Spiegel 106.
Die Bewegung des lenkbaren Spiegels wird gemäß der Steuerung einer Steuereinheit
(z. B. einer Steuereinheit 96) durch einen Motor 107 gesteuert.
Der Spiegel 106 kann sehr schnell bewegt werden (schnell
genug, um den Strahl effektiv in einer Fahrsituation zu lenken).
Die ankommende Strahlung 108 (sichtbar und/oder infrarot)
besitzt eine Hauptstrahlrichtung mit der abgegebenen sichtbaren
Strahlung 109.
-
11 zeigt
eine weitere Ausführungsform eines
Nachtfahrsystems ähnlich
dem der 9A und 9B, wobei
sie aber den sichtbaren Sen sor 94 und den Infrarotsensor 93 nebeneinander
mit im Wesentlichen überlappenden
Gesichtsfeldern zeigt.
-
Die
Beleuchtungseinheit 95 oder 100 kann eine Einrichtung
zum Erzeugen eines Strahlprofils besitzen, um die Querschnittsform
des Strahls mit einem Profil zu versehen, das an die Form des erfassten
IR-Bilds angepasst ist. Es ist klar, dass die Auflösung der
Profilerzeugung durch die Auflösung
der IR-Abbildung begrenzt ist.
-
12A zeigt eine Reihe Straßenlaternen 120, 121, 122 mit
Beleuchtungseinheiten 123, die einen Infrarotdetektor und
eine Steuereinheit 124 besitzen. Die Steuereinheit veranlasst,
dass nur jene Beleuchtungen in der Nähe eines warmen Körpers beleuchtet
werden. Somit kann eine Reihe von Straßenlaternen ausgeschaltet sein,
was Energie spart und die Lichtverschmutzung verringert, bis ein
Fußgänger oder
ein Fahrzeug in den Bereich kommt.
-
Die
Steuereinheit 124 empfängt
Signale von verschiedenen Einheiten 123, wobei unter Verwendung
geeigneter Software die Bewegungsrichtung eines heißen Körpers bestimmt
werden kann und veranlasst werden kann, dass jene Beleuchtungen
vor dem Laufenden (bis auf einen bestimmten Bereich) beleuchtet
werden, während
alle oder wenigstens einige dieser Beleuchtungen hinter ihm ausgeschaltet werden.
Wie in 12A gezeigt ist, läuft ein
Fußgänger nach
rechts, wobei die Beleuchtung 120 ausgeschaltet ist, während die
Beleuchtungen 121 und 122 eingeschaltet sind.
Diese asymmetrische Lichtverteilung um einen heißen Körper kann insbesondere dann
Energie sparen, wenn drei oder vier oder mehr Lampen/Beleuchtungen
vor dem Körper
und weniger oder eine oder keine hinter dem Körper eingeschaltet sind.
-
12B zeigt ein weiteres Straßenbeleuchtungssystem, in dem
die Laternenpfähle
wie anhand der 7A oder 7B beschriebene
Beleuchtungseinheiten 120 haben und ein Lichtstrahl (ein
divergenter Weitwinkellichtstrahl) einem heißen Objekt folgt, während es
sich bewegt.
-
13A zeigt eine Beleuchtungseinheit 130,
die im Wesentlichen wie anhand der 7A oder 7B beschrieben
ist. Die Einheit 130 beleuchtet ein warmes Objekt mit einem
kreisförmigen Lichtbündel.
-
13B zeigt eine Beleuchtungseinheit 131,
die im Wesentlichen wie anhand der 7A oder 7B beschrieben,
jedoch mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines Strahlprofils zum
Modulieren des Profils des ausgesendeten Strahls, ist. Die Einheit 131 beleuchtet
um ein heißes
Objekt mit einem kreisringförmigen
Lichtstrahl 132. Dies ermöglicht, dass eine Person (wenn
sie das heiße
Objekt ist) ihre unmittelbare Umgebung sieht, ohne durch den Lichtstrahl
geblendet zu werden.
-
14 zeigt
eine Verwendung für
die Erfindung auf medizinischem Gebiet. Sie zeigt ein Bein, das
mit sichtbarem Licht von einer Beleuchtungseinheit beleuchtet wird,
die einen Infrarotdetektor und einen Sender für einen Profilstrahl sichtbaren
Lichts besitzt. Ein Fleck/Bereich 140 des Gewebes wird
beleuchtet und durch sichtbares Licht für die normale Sicht des Nutzers
unterschieden. In einer Ausführungsform
ist der Bereich 141 ein kühlerer Gewebebereich, der möglicherweise
Kreislaufprobleme angibt. In einer weiteren Ausführungsform ist der Gewebebereich
ein heißer
Bereich, der möglicherweise
einen verbrannten Gewebebereich angibt.
-
Es
ist klar, dass es erwünscht
sein kann, für das
projizierte sichtbare Licht "Graustufen
zu verwenden", um
zwischen Gebieten mit verschiedener Temperatur auf einem beleuchteten
Körper
zu unterscheiden. Die verschiedenen Bereiche, die verschiedene Temperaturen
angeben, können
durch verschiedene Farben sichtbaren Lichts (z. B. rot, gelb, grün, blau)
beleuchtet werden. Die Unterscheidung könnte durch verschiedene Lichtintensitäten für Gebiete
verschiedener Temperatur oder dadurch, dass verschiedene Gebiete
zu verschiedenen Zeiten beleuchtet werden, oder durch eine Kombination
von Unterscheidungstechniken erreicht werden.
-
15 zeigt
eine weitere Verwendung für die
Erfindung. Ein Bereich einer Wand 150 in einem Zimmer wird
mit einer Vorrichtung in Übereinstimmung
mit der Erfindung betrachtet, wobei ein heißer Bereich 151 durch
die Vorrichtung mit sichtbarem Licht beleuchtet wird. In diesem
Beispiel ist der heiße Bereich
ein überhitzter
Sicherungskasten oder Abschnitt der elektrischen Verkabelung, der
ein Brandrisiko sein kann. Dadurch, dass er hervorgehoben wird,
wird ermöglicht,
dass präventive
Abhilfsmaßnahmen
ergriffen werden. Die Vorrichtung könnte tragbar sein, z. B. eine
in der Hand gehaltene Vorrichtung (d. h. wie die Taschenlampe 12),
oder könnte eine
feste, dauerhaft oder periodisch arbeitende Überwachungsvorrichtung sein.
Die Vorrichtung kann eine Einrichtung zum Erzeugen eines Strahlprofils
haben, wobei in diesem Fall eher das Profil 152 des heißen Bereichs
als nur sein allgemeiner Ort (der Fleck 151) gezeigt werden
kann.
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16 zeigt
den Helm 160 eines Feuerwehrmanns mit einer Projektionsvorrichtung 161,
die ein Infrarotbild erfasst und ein äquivalentes Bild in sichtbarem
Licht zurückprojiziert.
Wenn der Feuerwehrmann in dickem Rauch ist, der mit 162 bezeichnet
ist, wird das sichtbare Licht auf den Rauch projiziert, der effektiv
einen Projektionsschirm bildet. Somit kann der Feuerwehrmann ohne
eine projizierte Frontscheibenanzeige oder eine andere sichtbehindernde
Anzeige trotz des Rauchs ein sichtbares Bild der Szene sehen.
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17 veranschaulicht
schematisch in einer Ausführungsform
die eineindeutige Abbildung von Informationen von Pixeln einer IR-Abbildungsmatrix 22 auf
eine Einrichtung 26 zum Erzeugen eines Strahlprofils für sichtbares
Licht.
-
Es
ist klar, dass ein wichtiges Merkmal einiger Ausführungsformen
ist, dass eine Wärmekamera in
Hauptstrahlrichtung mit einem Projektor des sichtbaren Bands, alle
in der gleichen Einheit (z. B. Taschenlampe mit einer LC-Anzeige),
ist. Das durch die Kamera gesammelte Wärmebild wird unter Verwendung
von sichtbarem Licht auf die Originalszene zurückprojiziert. Da eine Wärmekamera
wärmeempfindlich
ist, beleuchtet die Taschenlampe nur Objekte, die warm sind. Da
Menschen (typisch) wärmer
als ihre Umgebungen sind, erhellt sie der Projektor somit bevorzugt
gegenüber
dem kühleren
Hintergrund.
-
Anwendungen,
wie sie zuvor diskutiert wurden, umfassen die Spotlight-Steuerung
für die
Bühne (folgt
den Spielern automatisch), Sicherheitsbeleuchtungen (beleuchten
nur den Eindringling, kein Flutlichtscheinwerfer). Das System könnte das
projizierte Bild umkehren (d. h. "schwarzer Fleck") und als eine Polo-Minze-Beleuchtung
verwendet werden, um Menschen dorthin zu führen, wohin sie gehen möchten, ohne
sie jedoch zu blenden. Medizinische Anwendungen ermöglichen
die Identifizierung schlechter Durchblutung, von Verbrennungen usw.
einfach durch Beleuchten des Patienten mit der Wärmetaschenlampe.
-
Nachts
könnte
ein solches System z. B. in ein Fahrzeug eingebaut sein, wobei ein
Scheinwerfer als die Projektion oder zum Beleuchten warmer Objekte – Menschen,
Tiere, Radfahrer, Fahrzeuge verwendet – wird. Außerdem könnte es in Verbindung mit einer
in der Hauptstrahlrichtung befindlichen Kamera für sichtbares Licht verwendet
werden, so dass es bereits helle Objekte – z. B. ankommende Fahrzeuge – nicht
beleuchtet. Das Licht könnte
in die Schatten gerichtet werden, ohne andere Straßennutzer
zu blenden. Dies verbessert die Fähigkeit, nachts zu fahren.
-
Anstelle
des indirekten Sehens (wie es bei einer Thermographieeinrichtung
normal ist) wird das Wärmebild
unter Verwendung von sichtbarem Licht "in situ" mit der Originalszene verschmolzen.
Das heißt,
dass das normale Sehen (zweiäugig,
Farbe, hohe räumliche
Auflösung)
verwendet werden kann, wobei der Projektionsstrahl einfach interessierende Gebiete
hervorhebt. Dies macht die Wahrnehmung natürlich und die Anwendung (z.
B. das Fahren) sicher und "nutzerfreundlich". Ein wichtiger Vorteil
vieler Ausführungsformen
ist, dass die Anforderungen an die räumliche Auflösung des
Infrarotsystems im Vergleich zu denen, die zum Erzeugen eines guten Bilds
zur Untersuchung oder zum Fahren erforderlich sind, sehr niedrig
gehalten werden. Dies macht ein Systemkonzept wirtschaftlich rentabel.
-
Außerdem ist
klar, dass die Vorrichtung, da sie ihre erfassten/projizierten Bilder
schnell genug auffrischt, hin und her bewegt werden kann (z. B. Hand
schütteln
oder an einem Fahrzeug), ohne dass der Betrachter aber eigentlich
eine erhebliche Änderung
der Beleuchtung des Szenenobjekts in sichtbarem Licht beobachtet.
-
Wenn
eine Person eine Wärmetaschenlampe ähnlich der
aus den 4 und 5 hat, kann
sie sie verwenden, um eine Wand/ein Dach/Fenster/ein Haus auf kalte
Bereiche zu prüfen,
die Isolation erfordern; oder in Elektrosystemen auf heiße Flecken
zu untersuchen oder sie für
irgendeine der diskutierten Verwendungen verwenden.
-
Es
ist klar, dass die Infrarotstrahlung, die in der vorliegenden Erfindung
primär
von Interesse ist, thermisches Infrarotlicht ist, das von Körpern natürlich ausgesendet
wird, ohne dass sie mit einer Infrarotquelle beleuchtet werden müssen. Diese
thermische Infrarotstrahlung hat häufig eine Wellenlänge von
etwa 10 μm.
Die Wellenlänge
der Infrarotstrahlung von aktiven Infrarotsensoren/Infrarotabbildungseinrichtungen,
die ein Infrarotbündel
aussenden und nach reflektiertem Infrarotlicht suchen, wird bewusst von
thermischen IR-Wellenlängen fern
gehalten (um zu vermeiden, dass Wärmequellen ihre Bilder überladen),
und liegt typisch in der Größenordnung
von 1 μm.
Die vorliegende Erfindung erfordert keine IR-Beleuchtungsquelle:
Sie verwendet eine IR-quellenfreie Abbildungsvorrichtung. Sie ist
eine passive Abtasttechnik ohne Anfangsbeleuchtung der beobachteten Szene
mit thermischem Infrarot.
-
Einige
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind auf preiswerte Thermographieanwendungen
gerichtet, wobei ein IR-Sensor die Kosten einer Vorrichtung nur
erhöhen
kann.
-
In
einem, als Wortspiel, trivialen Beispiel ist es möglich, den
Kör per/die
Hand eines Patienten mit einer ultraviolettempfindlichen Farbe zu
bemalen, die bei Bestrahlung mit UV sichtbares Licht abgibt, und eine
Vorrichtung zu haben, die an dem Körper/der Hand des Patienten
ein thermisches IR-Muster erfasst und auf den Körper/die Hand ein entsprechendes
UV-Muster überlagert
und dadurch veranlasst, dass auf dem Körper/der Hand eine sichtbare
Darstellung des IR-Musters vorhanden ist.
-
Umfassender
ist die Erfindung die Umsetzung von Richtungs- und Intensitätsinformationen
einer beobachteten Szene von einem Trägerbereich unsichtbarer Informationen
in eine Abbildung sichtbaren Lichts, das auf die real beobachtete
Szene überlagert
wird. Der unsichtbare Bereich könnten
z. B. Röntgenstrahlen,
nahezu sichtbare Strahlung, Magnetfeldabbildungen, Atomstrahlungsabbildungen, Funkabbildungen,
Funkstörungshervorhebung
sein, während ähnlich Bereiche
nichtelektromagnetischer Informationen ebenfalls in ein überlagertes
sichtbares Muster umgesetzt werden können, wobei z. B. ein Muster/Bild
einer beobachteten Szene, die im Schall (Abbildung aus dem Akustischen
ins Sichtbare) oder Ultraschall (z. B. Beleuchten von Haarrissen
mit Licht) betrachtet wird, oder Abbildungen von Gerüchen in
sichtbares Licht alle vorstellbar sind. Auf jeden Fall braucht ein
Betrachter nicht auf einen Anzeigebildschirm zu sehen oder eine
Spezialbrille zu tragen: Er kann die Szene der echten Welt sehen
und das sichtbare Muster in ihr sehen.