JP2004516751A - 可視画像生成方法及び赤外線透過窓を有する可視画像生成装置 - Google Patents

Abstract

車両（１０）が赤外線撮像システム（１１）を有する。このシステムは、車両のフロント・グリルの中央に配置された赤外線カメラ（１２）を有する。この赤外線カメラは窓（１３）を含む。この窓は、可視光線（２７、４７、５２、５７）と協働して車両から離れた場所において見ることができる画像（２９）を生成するホログラフィック・フリンジ・パターン（１４）を有する。この可視画像は、例えば、車両の製造業者を識別するトレードマークや他のシンボルでもよい。赤外線（３１）は、ほとんど変化なく要素及びその構造を通過し、赤外線検知器（３３）によって検知される。赤外線に対応する可視画像は、最終的に、車両のウインドシールド（１７）の一部（１６）上にヘッドアップ・ディスプレイ（１９）によって表示される。

Description

【０００１】
（発明の属する技術分野）
本発明は、概して、赤外線撮像（ｉｎｆｒａｒｅｄ ｉｍａｇｉｎｇ）の分野に係り、特に、赤外線撮像に用いられる赤外線透過窓（ｉｎｆｒａｒｅｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｖｅ ｗｉｎｄｏｗ）に関する。
【０００２】
（発明の背景）
過去数年にわたって、赤外線技術は急速に進化してきた。この進化の一態様は、熱探知の分野である。熱探知システムは、一般的に、赤外線がシステム内に入る際に通過する赤外線透過窓などの赤外線部品と、該窓を通過した赤外線を検知する赤外線検知器と、検知された赤外線情報を処理する回路と、該回路から受信された赤外線情報を表示するモニタと、を有する。これら赤外線部品は、協働して、情景（ｓｃｅｎｅ）内の対象物から発せられた熱エネルギに基づいた該情景の１つの見方を表示する。これら熱探知システムは、一般的に、意図された目的に適しているが、すべての点で満足できるものではない。
【０００３】
既存の熱探知システムの問題は、赤外線透過窓がどれもほぼ同じ外観を有し、美観的魅力に欠ける点である。これは、熱探知システムが車両に搭載される際に特に問題となる。車両で用いられる熱探知システムは、通常、赤外線透過窓を車両のグリルに有する。この窓は外観上空白のように見え、ウィンドウ又はグリル構造から何かが欠けているような印象を与える。
【０００４】
既存の熱探知システムの別の問題は、所望よりも多くの注目を窓に引き付けるように可視光を反射する赤外線透過窓も存在することである。周囲とより良く調和する窓が必要である。
【０００５】
（発明の開示）
以上より、赤外線透過窓が可視光を処理する方法について改善された制御を提供する装置及び方法への必要性が生じていることが明らかであろう。本発明によれば、この必要性を満たす装置及び方法であって、可視光線を要素の構造と該要素から離間した場所で可視画像が見えるように（可視的となるように）協働させることによって該可視画像を生成し、赤外線を該赤外線にほとんど変化なしに上記要素及び該要素の上記構造を通過させる、ことを含む。
【０００６】
（発明の詳細な説明）
本発明は、添付図面と共に以下の詳細な説明を読むことによってより良く理解されるであろう。
【０００７】
図１は、赤外線撮像システム１１を備える車両１０の概略前面図である。本システム１１は、車両１０のグリルの中央に配置された赤外線カメラ１２を有する。この赤外線カメラ１２は、赤外線カメラ１２内に入る赤外線が通る窓１３という要素を含む。窓１３の原料物質は、ここに参考文献として組み込まれる米国特許第５，６２９，０７４号に開示されたポリマー材である。この窓１３の原料には市販の黒い染料が加えられている。この染料は、一部の可視光は吸収するが、一般的には、窓１３の可視光に対する反射率を高め、屈折率を増やす。別の方法として、窓１３は、シリコンなどいくつかの他の適切な赤外線透過物質から作られてもよい。８〜１２μｍの範囲の波長を有する赤外線は、窓１３をほとんど変化なく通過する。窓１３を通過する赤外線は、赤外線カメラ１２の視野内に位置する生命体又は非生命体の対象物を含む情景によって発せられたものである。
【０００８】
窓１３は、一般的にはホログラムと呼ばれるホログラフィック・フリンジ・パターン１４である構造（図では破線で示す）を含む。このフリンジ・パターン１４は、窓１３の前面の中心にエンボス加工されたうねり（ｕｎｄｕｌａｔｉｏｎ）によって規定される。しかし、フリンジ・パターン１４は、例えばレーザを用いて窓１３の材料内へパターンを焼き込むこと、などのいくつかの他の既知の方法によっても作成することができる。フリンジ・パターン１４は、可視スペクトラムの光に基づいて可視画像を生成する。ここに開示する実施形態におけるフリンジ・パターン１４は、たまたま窓１３の中心であるが、別の方法として、中心がずれてもいてもよく、或いは、窓１３の異なる場所に位置する複数の別々の画像の組み合わせでもよい。更に別の方法として、フリンジ・パターン１４は、窓１３全体を覆ってもよい。
【０００９】
図１において、フリンジ・パターンによって生成された画像は、車両１０の製造業者を識別するシンボル又はトレードマークである。しかし、フリンジ・パターンによって提供される車両画像は、他のシンボル、ロゴ、テキスト、パターン、ピクチャ、イメージなどでもよい。カメラ１２が商業施設を守るセキュリティ・システムにおいて用いられている場合、フリンジ・パターンによって生成される画像は、窓がその周囲とより良く調和し、よって侵入者がカメラに気が付き、壊す可能性を低くすることを可能にするランダムな又は他のパターンでもよい。
【００１０】
図１に示すように、従来のヘッドアップ・ディスプレイ（ＨＵＤ）１９は、赤外線カメラ１２の視野内の対象物によって発せられた赤外線に関連する情景の眺め（ｖｉｅｗ）１６を生成する。眺め１６は、車両のウインドシールド１７の内表面の一部上に既知の方法で表示される。ウインドシールド１７は、赤外線及び可視光透過物質からなる標準的な自動車用ガラス製ウインドシールドである。別の方法として、ウインドシールド１７は、ＨＵＤ１９によってその上に画像を投影可能な表面を持つ任意の透過物質でもよい。車両１０の運転者は、運転中、眺め１６をモニタする。
【００１１】
図２は、赤外線カメラ１２のみを示す概略斜視図である。赤外線カメラ１２は、本体２２と、フレーム２３と、を有する。赤外線カメラ１２のフレーム２３は、窓１３を取り囲み、支持している。フレーム２３は、本体２２に連結され、車両１０のグリルによって支持された環状のプラスティック部材である。別の方法として、フレーム２３は、窓１３の周囲を囲むように製造されてもよい。赤外線カメラ１２の本体２２は、中が空洞の細長い金属製の部材である。別の方法として、本体２２は、赤外線カメラ１２内の部品を保護できる強さを持った任意の適切な物質から作られてもよい。
【００１２】
レンズ・セクション３２は、赤外線カメラ１２の本体２２内に含まれているため、図２では破線で示されている。レンズ・セクション３２は、赤外線を屈折させるシリコン・レンズを有する。別の方法として、レンズ・セクション３２は、赤外線を屈折できる任意の適切な屈折性の物質でもよい。レンズ・セクション３２は、窓１３を通過した赤外線３１を既知の方法で従来通りの赤外線検知器３３上へ画像化する。赤外線検知器３３も本体２２内に配置されるため、図では破線で示されている。赤外線検知器３３は、赤外線がその上に衝突する２次元配列された検知器素子を有する非冷却式の検知器である。別の方法として、赤外線検知器３３は、任意の他の適切な赤外線検知機構でもよい。赤外線検知器３３は、赤外線カメラ１２の本体２２のフレーム２３とは反対の端に置かれる。赤外線検知器３３は、窓１３及びレンズ・セクション３２を通過した赤外線を受光する。レンズ・セクション３２及び赤外線検知器３３は、図３を用いて後に詳述する。
【００１３】
図３は、赤外線カメラ１２の要素などの赤外線撮像システム１１をより詳細に示すと共に、赤外線カメラ１２がどのようにしてＨＵＤ１９を通じてウインドシールド１７の内表面の一部と通じているかを示す図である。可視スペクトラムの光線２７７は、フリンジ・パターン１４によって反射及び／又は散乱され、フリンジ・パターン１４に対応する可視画像２９を車両１０前方の２８に投影する。パターン１４によって影響を受けるのは窓１３に衝突した可視光の一部のみであるが、画像２９は肉眼でも十分はっきりと見える。窓１３に含まれる染料の働きにより、可視光の反射及び／又は散乱の度合が増える。画像２９が可視光を用いて連続的に生成されている間、赤外線３１は窓１３を通過し続け、そのフリンジ・パターン１４は比較的影響を受けない。この開示した実施形態における画像は窓１３の前の位置で見えるものであるが、他の用途では、窓の後ろ又は窓内に形成されるのが好ましいものもあることは明らかである。
【００１４】
窓１３を通過した赤外線３１は、レンズ・セクション３２へ移動する。赤外線検知器３３は、撮像された赤外線３１をレンズ・セクション３２から受け入れ、それを電気的情報３６へ変換する。この電気的情報３６は既知の種類の回路３７へ送られる。回路３７は、赤外線カメラ１２が見た情景に対応する電気的データ３８を生成する。データ３８は、ＨＵＤ４１へ送られる。ＨＵＤ４１は、データ３８を用いて、眺め１６としてウインドシールド１７の内表面の一部上に投影される情報の可視画像を生成する。夜間、ウインドシールドの内表面は十分な光を反射するために、情景の眺め１６は運転者にもはっきりと見える。この情景の眺め１６により、車両１０の運転者は、車両１０の前方に位置し、熱エネルギを発している対象物を監視することができる。この情景の眺め１６により、運転者は、ウインドシールド１７を通じて見ている眺め又は車両１０の運転からほとんど気をそらさずに対象物を監視することができる。夜間、運転者は、眺め１６内にヘッドライトのレンジを越えたところに位置するために肉眼でもまだ見えない動物又は物を見つけることができる。
【００１５】
図４は、図２のライン４−４で切った赤外線カメラ１２の概略断面図である。図４は、赤外線カメラ１２の窓１３を通過した赤外線３１を示している。赤外線３１は、レンズ・セクション３２へ移動する。赤外線３１は、レンズ・セクション３２において、赤外線検知器３３上に画像化される。上述のように、少なくとも一部の可視周辺光線２７はフリンジ・パターン１４によってカメラ１２から離れる方向へ反射される。反射光線２８は、車両１０の前に画像２９（図３）を形成する。
【００１６】
図５は、図４の赤外線カメラ１２の代替的実施形態である赤外線カメラ４５の概略断面図である。図５は、画像２９を生成することが可能な可視光を生成するのに用いられる人工の光源４６を示している。この光源４６は、赤外線カメラ４５の本体２２の内部上にマウントされた２つのユニットである。光源４６は、赤外線カメラ４５の本体２２内から窓１３のフリンジ・パターン１４へ向けて伝搬する可視光線４７を生成する。この可視光線４７が窓１３を通過すると、それらはフリンジ・パターン１４によって影響を受け、その後、フリンジ・パターン１４に対応する画像２９を運ぶ。このようにして、画像２９は車両１０の前に投影される。これが連続的に起こっている間、赤外線３１はほとんど影響を受けることなく、窓１３を通過してレンズ・セクション３２へ伝わり続ける。この実施形態において、窓１３は図１〜４の実施形態よりも少ない染料を含むため、この実施形態では、カメラ内へ反射し返されることなく、又は、窓内に吸収されることなく、より多くの可視光が窓１３を通過する。
【００１７】
図６は、図４の赤外線カメラ１２の別の代替的実施形態である赤外線カメラ４９の概略断面図である。図６は、画像２９を生成することが可能な可視光を生成するのに用いられる更に別の１組の光源５１を示している。この光源５１は、赤外線カメラ４９のフレーム５３の前にマウントされた２つのユニットである。光源５１は、フレーム５３の前から窓１３のフリンジ・パターン１４へ伝搬する可視光線５２を生成する。可視光線５２の少なくとも一部は、フリンジ・パターン１４によってカメラ４９から離れるように反射及び／又は散乱され、フリンジ・パターン１４に対応する画像２９を生成する。これが連続的に起こると、赤外線３１は、ほとんど影響を受けることなく、窓１３を通過してレンズ・セクション３２へ伝わり続ける。
【００１８】
図７は、図４の赤外線カメラ１２の更に別の代替的実施形態である赤外線カメラ５５の概略断面図である。図７は、画像２９を生成することが可能な可視光を生成するのに用いられる更に別の１組の光源５６を示している。この光源５６は、赤外線カメラ５５の窓１３の端部においてフレーム５９にマウントされた２つのユニットである。光源５６は、窓１３の端部からフリンジ・パターン１４へ伝搬する可視光線５７を生成する。可視光線５７の少なくとも一部は、フリンジ・パターン１４において反射及び／又は散乱され、フリンジ・パターン１４に対応する画像２９を投影する。これが連続的に起こると、赤外線３１は、ほとんど影響を受けることなく、窓１３を通過してレンズ・セクション３２へ伝わり続ける。この実施形態において、窓１３は図１〜４及び６の実施形態よりも少ない染料を含むため、この実施形態では、反射又は吸収されることなく、より多くの可視光が窓１３を通過する。
【００１９】
図５〜７に示した光源４６、５１、及び５６はいずれも、バッテリィやオルタネータなどの車両１０の電気システムから電力の供給を受ける。別の方法として、これら光源４６、５１、及び５７は、任意の他の適切な電源から電力の供給を受けてもよい。加えて、図５〜７は、代替的光源４６、５１、及び５６が各実施形態の２つのユニットとして示しているが、これら光源４６、５１、及び５６は、別の方法として、１つのユニットでもよく、複数のユニットでもよく、さらに、赤外線カメラに内蔵されてもよく、外付けでもよい、ことは明らかである。
【００２０】
図８は、図１の赤外線カメラ１２の窓１３の代替的実施形態である窓６０の概略斜視図である。図８に示すように、窓６０は、シート５８と、従来通りの赤外線透過シリコン製の板状部材６２と、を含む要素である。シート５８は、例えば上述の米国特許第５，６２９，０７４号に開示された物質などである赤外線透過物質の薄片である。可視画像用のホログラフィック・フリンジ・パターン６１である構造がシート５８にエンボス加工される。次いで、シート５８は、既知の方法で、部材６２上へラミネート加工される。部材６２及びシート５８の材料が大幅に異なる屈折率を持つ場合、これら屈折率は、部材６２とシート５８との間に屈折率が徐々に増す又は減るように他の物質から成る複数の層又はコーティングを設けることによって一致させることができる。このようにして屈折率を一致させることによって、部材６２とシート５８との間の境界面における赤外線の一切の重大な反射が回避される。赤外線は、部材６２を通過し、そのフリンジ・パターン６１はほとんど影響を受けない。フリンジ・パターン６１に対応する可視画像は、図３を用いて既に説明したのと同じ基本的な方法で生成される。
【００２１】
ここで、図１〜４の赤外線カメラ１２の動作について説明する。図１〜３に示すように、赤外線は、ほとんど変化なく窓１３を通過する。窓１３を通過した赤外線は、赤外線カメラ１２の視野内に位置する生命体又は非生命体である対象物を含む情景によって発せられたものである。赤外線は、窓１３を通過して、レンズ・セクション３２へ達する。レンズ・セクション３２は、窓１３を通過した赤外線３１を、既知の方法で、本体２２内に配置された従来通りの赤外線検知器３３（図では破線で示す）上へ画像化する。赤外線検知器３３は、窓１３及びレンズ・セクション３２を通過してきた赤外線を受光し、それを回路３７へ送られる電気情報へ変換する。回路３７は、赤外線カメラ１２が見た情景に対応する電気データ３８を生成する。このデータ３８は、ＨＵＤ４１へ送られる。ＨＵＤ４１は、データ３８を用いて、ウインドシールド１７の内表面の一部上へ眺め１６として投影される情景の可視画像を生成する。この情景の眺め１６により、車両１０の運転者は、ウインドシールド１７を通じて見ている眺め又は車両１０の運転からほとんど気をそらさずに、車両１０の前方に位置し、熱エネルギを発している対象物を監視することができる。
【００２２】
可視スペクトラムである光線２７は、フリンジ・パターン１４によってカメラ１２から離れるように反射され、フリンジ・パターン１４に対応する可視画像２９を車両１０の前方の２８に投影する。画像２９が可視光を用いて連続的に生成されている間、赤外線３１は窓１３を通過し続け、そのフリンジ・パターン１４は比較的影響を受けない。
【００２３】
本発明は、複数の技術的利点を提供する。このような技術的利点の１つは、熱探知システムの窓の美観的魅力を向上させる可視画像を生成することができるという本発明の持つ能力である。特に車両の場合、本発明によって、それまでの熱探知システムの赤外線透過窓の空白のスペースを当該車両の製造業者を表すトレードマーク、ロゴ、又は他の印を担っているように見せることができる。これにより、当該車両の商業的魅力が大幅に向上する。
【００２４】
本発明の別の利点は、赤外線透過窓をより目立たなくすることができる可視画像を生成して赤外線透過窓をその周囲とより良く調和させることを可能にする能力である。
【００２５】
一実施形態を詳細に図示及び説明したが、本発明の範囲を逸脱することなく、様々な置換及び変更が可能であることは明らかである。例えば、上記では赤外線撮像システムを車両に関して説明したが、本発明は、事実上赤外線透過窓を有するあらゆる赤外線検知システムにおいて用いることができることは明らかである。さらに、本発明は、ホログラフィック・フリンジ・パターンを用いて可視画像を生成するが、赤外線をほとんど変化なしに通過させつつ、可視画像を生成できる限り、窓内の構造を他の形とすることも可能である。
【００２６】
以下の請求項によって定義される本発明の意図及び範囲を逸脱することなく、他の置換及び変更を行うことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明を具現化する赤外線撮像システムを含む車両の概略前面図である。
【図２】
図１の赤外線撮像システムの一部品である赤外線カメラの概略斜視図である。
【図３】
図１の赤外線撮像システムの概略図であって、図２のカメラを詳細に示す図である。
【図４】
図２のライン４−４で切った概略断面図である。
【図５】
図４と同様の概略断面図であって、赤外線カメラの代替実施形態を示す図である。
【図６】
図４と同様の概略断面図であって、赤外線カメラの別の代替実施形態を示す図である。
【図７】
図４と同様の概略断面図であって、赤外線カメラの更に別の代替実施形態を示す図である。
【図８】
図２の赤外線カメラの一部品である赤外線透過窓の別の実施形態の概略斜視図である。

Claims (18)

1. 構造を含む要素を有し、
   前記構造は、可視光線と協働して、前記要素から離間した場所で見ることができる画像を生成する、装置であって、
   赤外線が前記要素及び該要素の前記構造をほとんど変化なく通過する、ことを特徴とする装置。
2. 請求項１記載の装置であって、
   前記構造はホログラム用のフリンジ・パターンを含むことを特徴とする装置。
3. 請求項２記載の装置であって、
   前記要素は表面を有し、
   前記フリンジ・パターンは前記要素の前記表面にエンボス加工される、ことを特徴とする装置。
4. 請求項１記載の装置であって、
   可視光線を発する光源を更に有し、
   前記構造は前記光源によって発せられた光線と協働して前記画像を生成する、ことを特徴とする装置。
5. 請求項４記載の装置であって、
   前記要素は前面及び後面を有し、
   前記場所は前記前面に対応する前記要素の一側面上に位置し、
   前記光源は光線を前記前面及び前記後面のうちの一の上へ投影する、ことを特徴とする装置。
6. 請求項１記載の装置であって、
   フレームを更に有し、
   前記フレームは前記要素を支持すると共に光源を含み、
   前記光源は前記構造を協働して前記画像を生成する光線を発する、ことを特徴とする装置。
7. 請求項１記載の装置であって、
   前記要素は物質と該物質内に加えられた染料とを含むことを特徴とする装置。
8. 請求項１記載の装置であって、
   前記要素は約８〜１２マイクロメートルの範囲の波長を有する赤外線を通過させる高分子透過物質である、ことを特徴とする装置。
9. 請求項１記載の装置であって、
   前記要素は異なる物質から成るシート及び部材を含み、
   前記シートは前記部材と結合され、
   前記シートは前記構造を含む、ことを特徴とする装置。
10. 請求項１記載の装置であって、
    赤外線検知器を更に有し、
    前記赤外線検知器は前記要素を通過した赤外線を受光する、ことを特徴とする装置。
11. 請求項１０記載の装置であって、
    前記赤外線検知器は、非冷却式の検知器であり、
    前記非冷却式検知器は、その上に衝突する赤外線を検知する検知器素子配列を有する、ことを特徴とする装置。
12. 請求項１１記載の装置であって、
    光学的に前記要素と前記赤外線検知器との間に配置されるレンズ・セクションを更に有し、
    前記レンズ・セクションは、前記要素を通過した赤外線を前記赤外線検知器上に集光させる、ことを特徴とする装置。
13. 請求項１２記載の装置であって、
    回路及びディスプレイを更に有し、
    前記ディスプレイは表面を有し、
    前記回路は、前記赤外線検知器によって検知された赤外線を表す電気的情報を前記赤外線検知器から受信し、該赤外線に対応する情景の可視画像を前記表面上に提供する、ことを特徴とする装置。
14. 請求項１３記載の装置であって、
    ウインドシールドを備えた車両を更に有し、
    前記表面は、前記ウインドシールドの内表面であり、
    前記車両は、前記ディスプレイ、前記要素、前記レンズ・セクション、及び前記赤外線検知器を有する、ことを特徴とする装置。
15. 可視光線を要素の構造と該要素から離間した場所で可視画像が見えるように協働させることによって該可視画像を生成する工程と、
    赤外線を該赤外線にほとんど変化なしに前記要素及び該要素の前記構造を通過させる工程と、を有することを特徴とする方法。
16. 請求項１５記載の方法であって、
    前記要素を通過した赤外線をレンズ・セクションを用いて赤外線検知器上に集光させる工程を更に有し、
    前記レンズ・セクションは光学的に前記要素と前記赤外線検知器との間に配置される、ことを特徴とする方法。
17. 請求項１５記載の方法であって、
    前記構造としてホログラム用のフリンジ・パターンを選択する工程を更に有することを特徴とする方法。
18. 請求項１５記載の方法であって、
    光源を用いて可視光線を生成する工程を更に有し、
    前記光線は前記構造によって影響を受け、前記可視画像を生成する、ことを特徴とする方法。

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