JP4162998B2 - 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
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Description
(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 (21)
- 表面と画像生成構造とを含む要素を有する装置であって、
前記画像生成構造は、
前記表面にエンボス加工されたホログラフィック・フリンジ・パターンを有し、
可視光線と協働して前記要素から離間した場所に可視画像を生成することができるように、前記要素に一方の側から届いた可視線の少なくとも一部が、前記画像生成構造により変化し、前記要素から前記一方の側に反射して、前記要素から前記一方の側に離間した場所において肉眼視可能な選択された画像を表すように構成されるとともに、
前記要素に前記一方の側から届いた赤外線が、前記画像生成構造によりほとんど変化せずに、前記要素及び前記画像生成構造を通過して前記要素の他方の側へ至るように構成され、
前記選択された画像は、前記要素の画像とは異なる、
ことを特徴とする装置。 - 請求項1記載の装置であって、
前記要素に届いた前記可視線は前記選択された画像を含まない、
ことを特徴とする装置。 - 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、
前記画像生成構造は、前記光源によって発せられた光線と協働して前記選択された画像を生成する、
ことを特徴とする装置。 - 請求項3記載の装置であって、
前記表面は、前面及び後面のうちの一方を有し、
前記場所は、前記要素の前記前面に対応する側に存在し、
前記光源は、光線を前記前面及び前記後面のうちの一方上へ発する、
ことを特徴とする装置。 - 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、
前記要素を支持し、
光源を含み、
前記光源は、前記画像生成構造を協働して、前記選択された画像を生成する光線を発する、
ことを特徴とする装置。 - 請求項1記載の装置であって、
前記要素は、材料と、該材料内に配置された染料とを含む、
ことを特徴とする装置。 - 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材料である、
ことを特徴とする装置。 - 請求項1記載の装置であって、
前記要素は、異なる材料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。 - 請求項1記載の装置であって、
前記要素を通過した赤外線を受光する赤外線検知器を更に有する、
ことを特徴とする装置。 - 請求項9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、検知器素子配列を有し、
前記検知器素子配列は、該検知器素子配列上に衝突した赤外線を検知する、
ことを特徴とする装置。 - 請求項10記載の装置であって、
レンズ・セクションを更に有し、
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、
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。 - 請求項11記載の装置であって、
回路と、
ディスプレイと、を更に有し、
前記ディスプレイは、表示面を有し、
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、
前記赤外線に対応する情景の可視画像を前記表示面上に提供する、
ことを特徴とする装置。 - 請求項12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、
前記表示面は、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。 - 要素に一方の側から届いた可視線の少なくとも一部を、前記要素の構造により変化させ、前記要素から一方の側に離間した場所に肉眼視可能な選択された画像を表しながら、前記要素から前記一方の側に反射させる、ことによって可視画像を生成する工程と、
前記要素に前記一方の側から届いた赤外線を、前記構造によりほとんど変化せずに、前記要素の他方の側へ、前記要素及び前記構造を通過させる工程と、を有し、
前記要素は、前記構造を備え、
前記構造は、前記要素の表面にエンボス加工されたホログラフィック・フリンジ・パターンを有し、
前記選択された画像は、前記要素の画像とは異なる、
ことを特徴とする方法。 - 請求項14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。 - 請求項14記載の方法であって、
前記構造として前記ホログラフィック・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。 - 請求項14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て前記選択された画像を生成する、
ことを特徴とする方法。 - 請求項14記載の方法であって、
前記要素に届いた前記可視線に前記選択された画像を含ませない、
ことを特徴とする方法。 - 要素を有する装置であって、
前記要素は、
表面と、
構造と、を有し、
前記構造は、
前記表面にエンボス加工されたホログラフィック・フリンジ・パターンを有し、
可視光線と協働して前記要素から離間した場所に画像を生成することができ、
赤外線は、ほとんど変化せずに、前記要素及び前記構造を通過する、
ことを特徴とする装置。 - 請求項19記載の装置であって、
前記要素は、異なる材料から成るシートと部材とを含み、
前記シートは、前記部材に結合され、
前記シートは、前記構造を含む、
ことを特徴とする装置。 - 請求項19記載の装置であって、
前記可視光線は、前記構造と協働する前は、前記画像を含まない、
ことを特徴とする装置。
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