JP2006066397A - ナイトビジョンヘッドランプ - Google Patents

Abstract

【課題】少なくとも１つの広帯域光源およびフィルタを有するヘッドランプを提供すること。
【解決手段】フィルタは、高透過率τ_１、好ましくはτ_１＞９０％の近赤外波長内の少なくとも第１の周波数帯域と、低透過率τ_２、より詳細にはτ_２＜０．０１％の可視波長領域の紫色から赤色領域を含む第２の周波数帯域を有する。第２の周波数帯域内には、少なくとも１つの周波数ピークが、可視赤色構成要素を補償するように、τ_２＜τ_ｐ＜１％、好ましくはτ_２＜τ_ｐ＜０．１％である透過率τ_ｐを備えた可視波長領域の青緑色領域内に配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ナイトビジョンカメラの画像動的赤外構成要素用の高透過率および可視スペクトル領域内の低透過率を備え、同時に前から見た場合のヘッドランプの色感覚がＥＣＥ白色領域にあるフィルタを備える車両用のナイトビジョンヘッドランプに関する。

車両上の従来のヘッドランプシステムの１つの基本的な欠点は、人間の目と、さらに運転者の視野方向の領域の所望の照明の影響を受けやすい周波数領域内での発光がまた他の道路使用者、特に近づいてくる交通を見えなくするということである。

この問題を解決する試みによって、特定の照明特徴を備えた特殊な反射器システムが提供されたが、それは低光線の照明領域をさらに改善するものの、特定の領域の照明をかなり制限し、それゆえ、運転者の視界をかなり制限する。

この問題を回避することを目的としたさらなる方法は、赤外領域内で発光し、カメラおよび表示システムを介して運転者に反射放射を画像として伝えるナイトビジョンシステムによって与えられる。画像再生は、運転者の視野内にある画面によって、または外界に合致する画像を運転者の目に投影するヘッドアップ表示と呼ばれるものを使用しても実現することができる。これらのシステムにより視野領域の最大照明が可能になり、したがって暗い時でも他の道路使用者を見えなくすることなく運転者に良い視界が提供される。

このタイプのナイトビジョンシステムは、例えば、欧州特許第０４９００２９Ｂ１号、欧州特許第０７０７４２４Ｂ１号、および欧州特許第０６８６８６５Ｂ１号に記載されている。

視野領域を照明するために、現代の機器では、画像は一般に、シリコン画像センサによるＣＣＤまたはＣＭＯＳカメラを使用して記録されるので、７８０ｎｍと１０００ｎｍの間の波長域の近赤外（ＮＩＲ）光が優先的に使用されている。

最も単純な設計では、車両上に配置されたそれらの前に赤外透過率フィルタを備えた追加のヘッドランプが記述されている。欧州特許第０９３６１０７Ｂ１号には、このタイプの追加のヘッドランプが記載されており、これは、高強度の（８０Ｗ／ｓｒ≒５４，６４０Ｃｄより大きい）赤外放射および低強度（＜６０ｃｄ）の白色光を放射し、それによって白色光は位置マーカ光としても同時に使用される。フィルタは、放射源からの可視光の大部分を抑止するように選択される。高透過率および強度の赤外および紫外線放射、およびより低い透過率および強度の青色放射と近赤色放射の間の領域を透過率し、可視放射は位置マーカ光（＜６０ｃｄ）に認められ、さらに白色比色分析に認められた強度内にあるフィルタを通して伝えられる。この領域内の光の最低可能強度を達成するために必要である可視青色放射と近赤色放射の間の領域内での放射が低く設定されるほど、この背景では望ましくない追加のヘッドランプによって発生する赤色感覚がより大きくなる。

フィルタが、ＶＩＳとＮＩＲの間の境界領域、およびＮＩＲ内にのみ高い透過率を有する低域通過フィルタとして設計されている場合、別の放射源および別のフィルタなどの追加の手段を、位置マーカ光に認められている白色比色分析内で可視放射を得るために設けなければならない。

ドイツ特許第１０２３０１４３Ａ１号はまた、フィルタからでてきて、赤外透過率フィルタによって抑えることができない赤色光に白色光を重ね合わせることによって、赤外透過率構成要素を備える赤外ヘッドランプの赤色感覚の問題を解決しようとしている。ヘッドランプのレンズの前に配置された赤外透過率フィルタは、光学路全体には配置されていなく、したがって白色光が少なくともレンズの外縁部領域内に発生し、赤色光の放射を減衰することができる。

前記赤外ヘッドランプの別の欠点は、車両は高ビームおよび低ビーム用の別のヘッドランプが必要であり、フィルタによって透過率される白色光がさらに、まだ赤い色感覚を備える比較的高い強度を有するということである。というのは、７００ｎｍから８００ｎｍまでの範囲内の可視色構成要素は、十分に抑えることができないからである。

さらに、低ビームおよび赤外高ビームが１つの構成要素内で実現される、赤外透過率付影処理でのハロゲンヘッドランプに基づく既知の赤外投影ヘッドランプがある。低ビームを設定し、ヘッドランプ内に明暗境界を設定する付影処理は、他の道路使用者を見えなくすることを防ぐが、同時に赤外光での遠視野領域の照明を可能にするため、所定の基準の領域内でヘッドランプの可視光構成要素を抑えることを意図している。

このタイプの赤外投影ヘッドランプが、ドイツ特許第１００２７０１８Ａ１号に記載されている。受信センサが他の光源によって見えなくなるのを防ぐため、光源が変調するように操作される、および／または赤外光が偏光される。付影手段は可視光を通さず、赤外波長領域内の少なくとも一部領域内で透過率する。しかし、このタイプのヘッドランプは、ＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサに必要な近赤外内の付影手段の高透過率が原因で、前から見ると赤色感覚を有する。しかし、このタイプの赤色領域内の透過率された放射は、他の道路使用者に悪影響を及ぼす。というのは、車両の前後の混乱につながるからである。

欧州特許第０４９００２９Ｂ１号 欧州特許第０７０７４２４Ｂ１号 欧州特許第０６８６８６５Ｂ１号 欧州特許第０９３６１０７Ｂ１号 ドイツ特許第１０２３０１４３Ａ１号 ドイツ特許第１００２７０１８Ａ１号

したがって、本発明の目的は、低ビームおよび／または赤外高ビーム用ヘッドランプを提供することであり、このヘッドランプは可視光を十分に抑え、赤外光での遠視野領域の最大照明を可能にし、交通規制にしたがって、前から見た場合に白色感覚が達成される。

この目的は、特許請求の範囲第１項で請求するヘッドランプによって達成され、別の有利な実施形態が特許請求の範囲の従属請求項に記載されている。

本発明によるヘッドランプは、少なくとも１つの広帯域光源およびフィルタを備えており、フィルタは高透過率τ_１、より詳細にはτ_１＞８０％、好ましくはτ_１＞９０％の近赤外波長内の少なくとも第１の周波数帯域と、低透過率τ_２、より詳細にはτ_２＜０．０１％、好ましくはτ_２＜０．００１％の可視波長領域の紫色から赤色領域を含む第２の周波数帯域を有する。第２の周波数帯域内には、第２の周波数帯域の透過率より高い透過率τ_ｐ、および第１の周波数帯域より低い、より詳細には、τ_２＜τ_ｐ＜１％、好ましくはτ_２＜τ_ｐ＜０．１％の透過率の可視波長領域の青緑色領域内に少なくとも１つの周波数ピークがある。

本発明の内容では、周波数ピークという用語は、周波数帯域ないの透過率ピークを意味するものと理解されたい。

驚くべきことに、これらの周波数ピークは、第１の周波数帯域の透過率τ_１と比較して非常に低い透過率τ_ｐであるが、可視領域内のヘッドランプの光度をほんの少しの程度だけ大きくし、追加の色混合により、フィルタ縁部を形成する第１と第２の周波数帯域の間の遷移領域から、および／または第１の周波数帯域の近赤外領域からの赤色光の可視構成要素を効果的に補償する。

フィルタはＮＩＲ長域通過フィルタとして設計されることが好ましく、赤色光の可視構成要素をできるだけ低く保持するため、そのフィルタ縁部、すなわちその第１と第２の周波数帯域の間の遷移領域は、赤外領域内にできるだけ遠くにシフトされる。

高透過率τ_１の第１の周波数帯域は、特に、ヘッドランプがナイトビジョン装置内の赤外ヘッドランプとして使用される場合、例えばＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサなどの赤外センサの影響を受けやすい、６８０ｎｍから１２００ｎｍ、好ましくは７８０ｎｍから１２００ｎｍの波長範囲を備えることが好ましい。

超低透過率τ_２の第２の周波数帯域は特に、少なくとも４００ｎｍから６８０ｎｍ、好ましくは４００ｎｍから７８０ｎｍの波長範囲を備える。可視光は、第２の周波数帯域内で、できるだけ遠くで吸収されるおよび／または反射される。

本発明のさらに有利な構成では、フィルタは、透過率τ_３＞０．１％、好ましくはτ_３＞１％、および特に好ましくは１０％＜τ_３＜１００％の紫外線波長領域（＜３８０ｎｍ）内の少なくとも第３の周波数帯域を有する。

少なくとも１つの周波数ピークは、周波数帯域の特定のプロファイル（波長領域、透過率値、（１つまたは複数の）フィルタ端部など）による、周波数ピークの正確な数、位置、幅、および高さで、４５０から５５０ｎｍの間の波長範囲内にあることが好ましい。

周波数帯域および（１つまたは複数の）周波数ピークは、フィルタから発生する可視光が白色であるように構成されていることが好ましい。

ヘッドランプが車両に使用される場合、交通規則にしたがって予め決められた白色光のＥＣＥ基準値に適合しているものとする。ＥＣＥ規則にしたがって、ＣＩＥ１９３１基準色度図の色度座標に示された白色可視光の色特性は以下の制限内になければならない。
青色に対する制限 ｘ≧０．３１０
黄色に対する制限 ｘ≦０．５００
緑色に対する制限 ｙ≦０．１５０＋０．６４０^＊ｘ；ｙ≦０．４４０
紫色に対する制限 ｙ≧０．０５０＋０．７５０^＊ｘ
赤色に対する制限 ｙ≧０．３８２

自動車ヘッドランプ用フィルタの周波数帯域および（１つまたは複数の）周波数ピークはしたがって、フィルタから発生する白色可視光がＥＣＥ基準値内にあるように構成されていることが好ましい。

本発明の有利な構成によると、フィルタから、したがってフィルタによって覆われたヘッドランプの領域から発生する可視光は、特に１００ｃｄ未満、好ましくは６０ｃｄ未満、特に好ましくは３０ｃｄ未満の光度を有し、発生する赤外光は光源からの透過率赤外光より８０％、好ましくは９０％大きく、それによってフィルタを自動車の遠視野領域を照明するヘッドランプに使用することができる。遠視野領域は、十分な強度の赤外光で照明され、このタイプのヘッドランプはナイトビジョン装置の一部として設計されている。同時に、光の可視構成要素は強度が低く、白色であり、それによって他の道路使用者が、ヘッドランプの赤色感覚によって見えなくなったり、または苛立ったりしなくてもよくなる。

ヘッドランプのビーム経路内のフィルタの配置により、ヘッドランプが機能する方法が決まる。例えば、赤外ヘッドランプとしてもっぱら機能するヘッドランプでは、例えばナイトビジョン装置用に、フィルタは特に、フィルタがヘッドランプの光発生領域全体を包含するように、ヘッドランプのビーム経路内の固定位置に配置されている。

本発明のさらに有利な構成では、フィルタの位置はヘッドランプのビーム経路に対して可変に調節することができ、より詳細には、フィルタはヘッドランプのビーム経路内で旋回させることができる。これにより、ヘッドランプを少なくとも２つの動作モードに設定することが可能になる。

フィルタがヘッドランプの光発生領域の高ビーム領域を覆いおよび／またはヘッドランプの光発生領域の低ビーム領域を明るくしておくように、フィルタをヘッドランプのビーム経路内に固定して、または旋回可能に配置することが好ましい。これにより、赤外ヘッドランプを低ビーム用ヘッドランプとして同時に使用することが可能になる。

ヘッドランプのフィルタが、干渉フィルタ、特に透明基板、例えばガラスに塗布される干渉層システムを備えることが好ましい。この場合、干渉層システムは、イオンアシスト蒸着コーティングにより塗布されることが好ましい。このタイプの層システムは、高い光学品質および安定性によって区別される。

層材料および過程パラメータは特に、フィルタが少なくとも４００℃まで熱的に安定しており、したがって光源からの熱負荷に耐えることができるように選択される。

ヘッドランプの光源は広帯域光源、特にハロゲン・ランプであり、２００ｎｍから２０００ｎｍの波長範囲で発光することが好ましい。

ヘッドランプの別の有利な構成は、反射器ヘッドランプとして設計されたヘッドランプを備える。この目的で、ヘッドランプ本体は反射器として設計され、または少なくとも１つの反射器がヘッドランプ内に配置されて、ほぼ平行な光ビームとして光源から発せられる光をヘッドランプの光発生領域にそらす。

特に干渉フィルタの形のフィルタの実施形態の場合、光の光学経路長さへフィルタ動作が依存しているので、フィルタに影響を与える光の入射角度は、２５度、好ましくは１０度未満だけ変化する、すなわちできるだけ平行な光ビームがフィルタに当たる、および／または光ビームの光軸に対するフィルタの角度があまり変化しないことが有利である。

本発明を、例示的な実施形態に基づき、以下により詳細に説明する。
（例示的な実施形態１）
ヘッドランプは、中で旋回できるフィルタ、および光源としてハロゲン・ランプを備える低ビーム反射器ヘッドランプとして設計されている。フィルタに当たる光の入射角度は、２０度であり、±１０度だけ変更可能である。

フィルタは、蒸発コーティングが塗布され、表１にあるものに対応する構造を有する６０の酸化ケイ素および酸化チタン層を備える干渉層システムを備えた、厚さ３ｍｍのガラス基板を含む。

図２に示すように、フィルタは９０から１００％の間の高透過率で、約８００ｎｍから１０００ｍｎまでの赤外範囲内の第１の周波数帯域を有する。約３８０ｎｍから６８０ｎｍまでの光可視範囲内の第２の周波数帯域は、０．０００１％未満の超低透過率、および約０．０１％の透過率で約５００ｎｍの可視光の青緑領域内に少なくとも１つの周波数ピークを有する。

フィルタから発生する光の色は、ｘ＝０．３３１３およびｙ＝０．３１０２のＥＣＥ白色領域にあり、１ｃｄ未満の光度である。
例示的な実施形態１によるヘッドランプは、低ビームヘッドランプとして適切であり、同時にナイトビジョン装置用信号伝達装置として働く。

ＥＣＥ白色領域は、ＣＩＥ１９３１色度図で図１に印され、以下の制限内にある。
青色に対する制限 ｘ≧０．３１０
黄色に対する制限 ｘ≦０．５００
緑色に対する制限 ｙ≦０．１５０＋０．６４０^＊ｘ；ｙ≦０．４４０
紫色に対する制限 ｙ≧０．０５０＋０．７５０^＊ｘ
赤色に対する制限 ｙ≧０．３８２

（例示的な実施形態２）
ヘッドランプは、中で旋回できるフィルタ、および光源としてハロゲン・ランプを備える低ビーム反射器ヘッドランプとして設計されている。フィルタに当たる光の入射角度は２０度であり、±１度だけ変更可能である。

フィルタは、蒸発コーティングが塗布され、以下の構造を有する１０７の酸化ケイ素および酸化チタン層を備える干渉層システムを備えた、厚さ１ｍｍのガラス基板を含む。

基板／０．３５Ｈ／０．７Ｌ／２１（０．７Ｈ／０．７Ｌ）／０．８Ｈ／０．８Ｌ／８（０．９２Ｈ／０．９２Ｌ）／０．９５Ｌ／２１（Ｈ／Ｌ）／０．５Ｈ

ここで、Ｈは６４２ｎｍでλ／４の光学厚さを有するＴｉＯ_２層であり、Ｌは６４２ｎｍでλ／４の光学厚さを有するＳｉＯ_２層である。

フィルタは長域通過フィルタであり、図３に示すように、８５％から１００％までの高透過率で約７５０ｎｍから１２００ｎｍまでの赤外範囲内の第１の周波数範囲を有する。約４２０ｎｍから６８０ｎｍまでの光の可視範囲内の第２の周波数帯域は、０．００１％未満の超低透過率、および約０．０１％から１％の約５２０から５６０ｎｍで青緑色のスペクトル範囲内の選択的透過率を備える少なくとも１つの周波数ピークを有する。

反射器によって効果的に発生する、フィルタに当たる放射の角度分配と共に、２０度の放射の入射角度に対して構成されたフィルタ設計は、全体として、ＥＣＥ白色領域内にあるヘッドランプによって発せられる発光色につながる。光度は１０ｃｄ未満である。

例示的な実施形態２によるヘッドランプは、低ビームヘッドランプとして適切であり、同時にナイトビジョン装置用信号伝達装置として働く。

マーキングされたＥＣＥ白色光領域を備える、ＣＩＥ１９３１色度図から抜粋図である。 例示的な実施形態１に対するフィルタ特徴曲線を示す図である。 例示的な実施形態２に対するフィルタ特徴曲線を示す図である。

Claims (28)

1. 少なくとも１つの広帯域光源およびフィルタからなるヘッドランプであって、前記フィルタは少なくとも
   高透過率τ_１を備える近赤外波長領域内の第１の周波数帯域、及び
   低透過率τ_２、および透過率τ_ｐ＞τ_２で可視波長領域の青緑色領域内に少なくとも１つの周波数ピークを備える可視波長領域の紫色から赤色領域の第２の周波数帯域
   を有するヘッドランプ。
2. 前記第１の周波数帯域は、透過率τ_１＞８０％、好ましくはτ_１＞９０％を有する、請求項１記載のヘッドランプ。
3. 前記第２の周波数帯域は、透過率τ_２＜０．０１％、好ましくはτ_２＜０．００１％を有する請求項１又は請求項２に記載のヘッドランプ。
4. 前記（１つまたは複数の）周波数ピークは、透過率τ_ｐを有し、τ_２＜τ_ｐ＜１％であり、好ましくはτ_２＜τ_ｐ＜０．１％である請求項１乃至３のいずれか１項に記載のヘッドランプ。
5. 前記フィルタはＮＩＲ長域通過フィルタである請求項１乃至４のいずれか１項に記載のヘッドランプ。
6. 前記第１の周波数帯域は、６８０ｎｍから１２００ｎｍまで、好ましくは７８０ｎｍから１２００ｎｍまでの波長範囲からなる請求項１乃至５のいずれか１項に記載のヘッドランプ。
7. 前記第２の周波数帯域は、少なくとも４００ｎｍから７００ｎｍまで、好ましくは４００ｎｍから７８０ｎｍまでの波長範囲からなる請求項１乃至６のいずれか１項に記載のヘッドランプ。
8. 少なくとも１つの周波数ピークが、４５０から５５０ｎｍまでの間の波長範囲内にある請求項１乃至７のいずれか１項に記載のヘッドランプ。
9. 前記フィルタは、透過率τ_３＜０．１％の紫外線波長領域内の少なくとも第３の周波数帯域を有する請求項１乃至８のいずれか１項に記載のヘッドランプ。
10. 前記フィルタから発生する可視光は白色である請求項１乃至９のいずれか１項に記載のヘッドランプ。
11. ＣＩＥ１９３１基準色度図の色度座標で示された、フィルタから発生する白色の可視光の色特性は、以下の制限
    青色に対する制限 ｘ≧０．３１０
    黄色に対する制限 ｘ≦０．５００
    緑色に対する制限 ｙ≦０．１５０＋０．６４０^＊ｘ；ｙ≦０．４４０
    紫色に対する制限 ｙ≧０．０５０＋０．７５０^＊ｘ
    赤色に対する制限 ｙ≧０．３８２
    内である請求項１０に記載のヘッドランプ。
12. 前記フィルタから発生する可視光は、１００ｃｄ未満、好ましくは６０ｃｄ未満、特に好ましくは３０ｃｄ未満の光度を有する請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のヘッドランプ。
13. 前記フィルタから発生する前記赤外光は、光源からの透過率赤外光より８０％、好ましくは９０％大きい、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のヘッドランプ。
14. 前記フィルタは、前記ヘッドランプのビーム経路内の固定位置に配置される請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のヘッドランプ。
15. 前記フィルタは前記ヘッドランプの光発生領域全体を包含する請求項１４に記載のヘッドランプ。
16. 前記フィルタの位置は、前記ヘッドランプの灯の前記ビーム経路に対して可変に調節できる請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のヘッドランプ。
17. 前記フィルタは、前記ヘッドランプの前記ビーム経路内で旋回できる請求項１６に記載のヘッドランプ。
18. 前記フィルタは、前記ヘッドランプの前記光発生領域の高ビーム領域を包含する請求項１６または１７のいずれか１項に記載のヘッドランプ。
19. 前記フィルタは、前記ヘッドランプの前記光発生領域の低ビーム領域をクリアにしておく請求項１８に記載のヘッドランプ。
20. 前記フィルタは干渉フィルタからなる請求項１乃至１９のいずれか１項に記載のヘッドランプ。
21. 前記フィルタは、干渉層システムを備えるガラスからなる請求項２０に記載のヘッドランプ。
22. 前記干渉層システムは、イオンアシスト蒸着コーティングによって塗布される層からなる請求項２１に記載のヘッドランプ。
23. 前記フィルタは少なくとも４００℃まで熱的に安定している請求項１乃至２２のいずれか１項に記載のヘッドランプ。
24. 前記広帯域光源は、２００ｎｍから２０００ｎｍまでの波長範囲内で発光する請求項１乃至２３のいずれか１項に記載のヘッドランプ。
25. 前記光源はハロゲン・ランプである請求項２４に記載のヘッドランプ。
26. 前記ヘッドランプは、反射器ヘッドランプとして設計された請求項１乃至２５のいずれか１項に記載のヘッドランプ。
27. 前記フィルタに当たる光の入射角度は、２５度未満、好ましくは１０度未満だけ変化する請求項２６に記載のヘッドランプ。
28. 特に赤外ヘッドランプ用の赤外透過率フィルタであって、高透過率τ_１＞８０％、好ましくはτ_１＞９０％の近赤外波長領域内に少なくとも第１の周波数帯域と、低透過率τ_２＜０．０１％、好ましくはτ_２＜０．００１％の可視波長領域の紫色から赤色領域を含む第２の周波数帯域とを有するフィルタであって、前記第２の周波数帯域内の少なくとも１つの周波数ピークは、前記第２の周波数帯域の透過率τ_２より高い透過率τ_ｐ、および前記第１の周波数帯域の透過率τ_１より低い透過率τ_ｐの前記可視波長領域の青緑色領域内に配置されており、τ_２＜τ_ｐ＜１％、好ましくはτ_２＜τ_ｐ＜０．１％であるフィルタ。
    

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