JP4787826B2 - 車両用ナイトビジョンシステム - Google Patents
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Description
本発明は車両用ナイトビジョン補助システムに関する。車両の前方外側に向けて放射を送出する赤外線前照灯ならびに赤外線カメラおよびカメラによって撮影された可視画像をドライバーに伝達するシステムからなるこの種のシステムは公知に属する。前照灯は白色光源と、放射源の放射の可視部分を抑止して赤外領域部分を透過させるフィルタとを有している。
ただし、この種のフィルタは実際にはしばしば、可視的な、特に赤色領域の放射の一部を透過させる。しかしながらこの種の赤色透過放射はその強度の如何にかかわらず前照灯にとって妨害的なものである。というのもそれは他のドライバーにとって車両のフロント側とリア側との混同を生じさせる虞があるからである。だが、赤外放射の有効部分つまり８００ｎｍ〜１０００ｎｍの放射領域を透過させると同時に赤色光を抑止するという点でのフィルタの改善には高コストが必要である。この場合、抑止さるべき（赤色）領域が透過さるべき有用な赤外領域に直接隣接していることが問題である。このため、要求される、赤色領域の非常に良好な抑止と、要求される、ＩＲ領域の非常に良好な透過とは互いに対立していることから、フィルタの透過特性は鋭いエッジを有することが不可欠であろう。
この問題を解決するためにドイツ特許第６９９０３０７６号明細書は、装置の軸に沿って白色放射と赤外放射とが送出されるように透過率が設定されたフィルタを有する赤外線照射装置を開示しており、この場合、白色放射の強度はゼロである必要はまったくないが、２０００Ｃｄ以下である。
これはフィルタが赤外放射（ＩＲ線）、紫外放射（ＵＶ線）ならびに可視的な、青色および赤色に近い放射および、これらの間の黄緑色の基本色を有する可視基本放射を透過させることによって達成される。図１は、ドイツ特許第６９９０３０７６号明細書の実施形態に準拠し、そのために使用することのできるノッチフィルタの透過率Ｔを波長λの関数として図示したものである。この場合、透過させられたその他の可視放射はその後に白色印象に合成される。
この種のノッチフィルタは多層システムによって実現することができる。この場合、フィルタの反射および透過特性は基本的に干渉効果に基づいている。従来の技術によれば、このフィルタは透過させられた可視部分が白色光を合成するようにして放射源の可視放射を透過させることによって実現される（ドイツ特許第６９９０３０７６号の請求項３、参照）。ただし、干渉フィルタは角度依存的な透過特性を示すことから、フィルタは前照灯のそれぞれの照射ジオメトリに適合されなければならない。たとえば図３ａは、フィルタ１０への入射が基本的に垂直に行なわれる照射ジオメトリによる前照灯２を示している。これに対して、図３ｂに示した前照灯の照射ジオメトリは、垂直な入射が基本的にいかなる役割も果たさないジオメトリを表している。しかしながら、このようにしてその都度新しいジオメトリにフィルタを適合させることは複雑であり、それゆえコスト高となる。
したがって本発明の目的は、その透過特性が照射ジオメトリの変化に対して大きな許容度を有するフィルタを提供することである。
もう１つの問題は、この種の干渉フィルタの製造と結びついた、回避困難なデザイン不安定性である。光学層の厚さならびに層の屈折率は透過特性を共に規定する重要なパラメータの一部である。この場合、コーティング工程中または、むしろもっと起こりそうに思われるが、１つのコーティング工程から次のコーティング工程までの間のこれらのパラメータの僅かな変動が、可視光のどの部分がどのように透過させられるかに影響をもたらす。この場合、可視放射の小部分（たとえば０．５％程度）が透過させられるだけでよく、それゆえ、ごくわずかな透過不安定性でさえも色印象に大きな変化をもたらし得るという点に特に留意しなければならない。
したがって本発明のもう１つの目的は、照射装置に必要な干渉フィルタを、製造不安定性を減少させるためのコスト集約的な対策を要することなく、高効率で製造することを可能にする方法を提供することである。
本発明による解決法
当業者に知られているように、色印象は基本的に以下の３つの影響因子によって決定される。こうした因子とは、つまり、ａ）光源の放射特性（典型的な光源は緑色または黄緑色のスペクトル領域にその最大値を有している）、ｂ）ヒトの視覚器官の波長依存的な対光感受性と関連した生理学的要因（この場合、対光感受性は黄色領域で最高である）、ｃ）使用される光学系の透過特性、である。技術的には色印象はいわゆる色座標によって詳細に規定することができる。図２は、青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）および黄（Ｙ）の色印象が当該線図にどのように対応させられるかを示したものである。さらに、図２において、破線で囲まれた範囲は白色の色印象が優勢な領域である。
当業者に知られているように、色印象は基本的に以下の３つの影響因子によって決定される。こうした因子とは、つまり、ａ）光源の放射特性（典型的な光源は緑色または黄緑色のスペクトル領域にその最大値を有している）、ｂ）ヒトの視覚器官の波長依存的な対光感受性と関連した生理学的要因（この場合、対光感受性は黄色領域で最高である）、ｃ）使用される光学系の透過特性、である。技術的には色印象はいわゆる色座標によって詳細に規定することができる。図２は、青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）および黄（Ｙ）の色印象が当該線図にどのように対応させられるかを示したものである。さらに、図２において、破線で囲まれた範囲は白色の色印象が優勢な領域である。
図２に記入された斜線を施した範囲は、システムに目下指定された、遵守さるべきいわゆるＥＣＥ規格に準拠した法定許容領域を表している。この許容領域は再度、図４に拡大されて表されている。
照射装置から送出される放射は、法的に許容されるために、このＥＣＥ領域内になければならない。課題は、今や、さまざまに異なった照射ジオメトリにとってこれを同時に実現することである。通例、典型的な放射源はそれが実際に放射するあらゆる方向に、基本的に同一のスペクトル特性で放射を行う。照射ジオメトリに対する所望の許容度を達成するために、本発明によるフィルタは、広い範囲に及ぶ入射角に対してそれぞれ可視放射の一部を透過させ、しかも当該範囲のいずれの入射角に対しても本来白色光が透過させられるようにする特性を有している。
これは透過させられた放射がフィルタを透過した直後に当該範囲のいずれの角度に対しても同一の色座標を結果することによって実現されることができる。ただし、このような限定的な条件は少しも必要ではない。本発明者が確認したように、入射角範囲に対してそれぞれ法的に許容される領域内にある色座標の実現が保証されればすでに十分である。本発明者がさらに確認したように、この場合、青−黄軸（図４のＡ−Ａ’軸）に沿った変化を許容するのが特に有利である。したがって、干渉フィルタの製造にあたっては、デザイン段階中にあっても製造段階中にあっても、緑色領域のフィルタの透過特性が特に安定していることに特別な注意が向けられる。これは製造許容差についても、角度依存性についても当てはまる。他方、青色領域および黄色−赤色領域の安定性にはもっと低い要件が設定される。これは入射角に対する色座標の変化および／または製造許容差が生ずるという結果をもたらしはするが、この変化は基本的に図４のＡ−Ａ’軸に沿って生じている。これにより、これまで従来の技術によって可能であったよりもより容易かつ良好に法定要件を遵守することができる。
以下、１実施例に基づき、０°〜４０°の角度範囲につきすべてＥＣＥ白色領域内にある色座標を結果する本発明によるフィルタの製造法を説明する。
このフィルタは、オスラム社［Ｏｓｒａｍ］製のＨ１１型ハロゲン前照灯（１２Ｖ，５５Ｗ，６４２１１ＳＵＰ）を備えたナイトビジョン補助システムに使用される。当該スペクトルカーブは図５に表されている。この種の前照灯の構造は図６ａに表されている。
フィルタ基材としてはコーニングガラス基材が使用される。
一例として、コーティング材料の酸化ニオブおよびＳｉＯ２がそれぞれフィルタ用の高屈折率材料および低屈折率材料として使用される。別途コーティング材料として、たとえば酸化チタン／酸化ケイ素または酸化タンタル／酸化ケイ素を使用することもできよう。
一例として、コーティング材料の酸化ニオブおよびＳｉＯ２がそれぞれフィルタ用の高屈折率材料および低屈折率材料として使用される。別途コーティング材料として、たとえば酸化チタン／酸化ケイ素または酸化タンタル／酸化ケイ素を使用することもできよう。
多層システムの所要の層厚さを求めるために、汎用薄層計算プログラムが使用された（Ｏｐｔｉｌａｙｅｒ ｆｏｒ Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標） ｖｏｎ ｄｅｎ Ｈｅｒｒｅｎ Ａ．Ｔｉｋｈｏｎｒａｖｏｖ ｕｎｄ Ｍ．Ｔｒｕｂｅｔｓｋｏｖ）。
いわゆるＲａｙＴｒａｃｅプログラム（ＡＳＡＰ、汎用ソフトウェア）つまり、複雑な光学系における光線経路のシミュレーションを可能にするソフトウェアによって、いかなる入射角が関係しているかが確認される。ここで説明される実施例につき、ＡＳＡＰによる計算から、フィルタへの重点的な入射角は２０°であることが判明する。ただし、厳密なシステムレイアウトからの大幅な独立性が達成されるように、デザインはさらに０〜４０°について最適化されるため、変化は“ＥＣＥ白色領域軸”（図４のＡ−Ａ’軸）に沿って生ずる。
このため、デザインはそれぞれ角度ごとに段階的に最適化される。第１段階として、２０°の入射角につき、可視領域において平均で０．５％以下が透過させられるデザインが求められる。このデザインはさらに鋭いエッジを有し、Ｔ＝５０％の点がたとえば７８０ｎｍにあって、赤外領域（波長８００〜１０００ｎｍ）について７５％以上を透過させる必要があろう。さらに、使用時に人の眼を保護するため、このデザインは約１０４０ｎｍ以上から少なくとも２５ｎｍの幅で近赤外領域において６０％以下が透過させられるように設計される。
したがって、２０°の入射角につき、スペクトル特性の保持下で、色箇所はそれができるだけＥＣＥ規格の領域の中心（したがって、座標：ｘ＝０．３７５、ｙ＝０．３７５にできるだけ近く、好ましくは正確にその位置）にくるように最適化される。続いて、入射角０°、３０°および４０°の色座標は、それらがＥＣＥ規格の領域内に位置するように最適化される。ただし、これらの入射角につき、２０°の入射角と同じ色座標が実現される必要はない。要求されるのは、単に、角度変化ができるだけＥＣＥ白色領域内で、図４にＡ−Ａ’で示唆された軸に沿って生ずることであるにすぎない。これは、異なった角度のスペクトルが緑色領域（４８０〜５８０ｎｍ）につきできるだけ小さな変化を有するように注意すれば、特に容易に達成される。こうした最適化の結果は、図６ｂに、入射角０°、１０°、２０°、３０°および４０°について表されている。Ａ−Ａ’軸は一次式ｙ＝０．６９５＊ｘ＋０．１によって定義することができる。図６ｂにおいて明白に看取されるのは、入射角が増大するとともにｘ座標が単調に増加することである。Ｙ座標は、ｘ座標が０．３１≦ｘ≦０．４５の範囲にある場合、定義された直線からの偏倚が最大で０．０２５である必要があろう。この範囲以下のｘについては色箇所はもはやＥＣＥ領域内になく、この範囲以上のｘについてはむしろ、ＥＣＥ領域も同様な推移を示すことからして、水平な推移が望ましい。
緑色領域における変化の制限は、最適化に際してこの領域が高く加重化されることによって達成される。これは、入射角０°〜４０°のフィルタデザインがＥＣＥ白色領域に沿って推移することを保証するために必要であるのみならず、緑色領域が最大の影響を有することからして、光度変化をわずかに保つためにも必要である。
表１には光学層の厚さの分布および使用された屈折率が挙げられている。
使用された材料の酸化ニオブの屈折率は２．３４であり、酸化ケイ素のそれは１．４７である。
使用された材料の酸化ニオブの屈折率は２．３４であり、酸化ケイ素のそれは１．４７である。
フィルタの製造には、たとえばスパッタテクノロジーが使用された（より正確には、反応性直流マグネトロンスパッタリング）。プロセスの間、インサイチュウにて、持続的に光学スペクトルが求められ（モニタリング）、スパッタプロセスは、計算された目標スペクトルからの偏倚が測定されると、補正される。これにより、実現されたフィルタは実際に、特に緑色領域において、要求された光学特性を有することが達成される。換言すれば、色箇所がＥＣＥ白色領域で推移するように、製品製造時のモニタリングは特に４８０〜５８０ｎｍの波長領域において最も高く加重される。
別法として、その他のコーティング技法を使用することも可能である。この種の技法に属するのは特にＰＶＤおよびＣＶＤプロセスである。ＰＶＤプロセスとして、特にこのプロセスにプラズマが援用されれば、たとえば加熱蒸発を使用することができる。
この種のフィルタが前照灯の光路に取り付けられれば、自動車用の赤外線照射装置たとえば、少なくとも１つの放射源と１つのフィルタとを有する前照灯を実現することができる。この装置は軸方向に白色放射および８００〜１２００ｎｍの波長域の赤外放射を送出することができ、その際、赤外放射は２５Ｗ／ｓｒ以上の強度を有し、白色放射は２０００Ｃｄ以下の、ただしゼロではない強度を有する。フィルタは第１の角度下で放射源の第１の部分放射の第１の可視部分を透過させ、第１の角度とは異なる第２の角度下で放射源の第２の部分放射の第２の可視部分を透過させることができる。特徴は、透過させられた第１の可視部分が白色光を形成し、透過させられた第２の可視部分も同じく白色光を形成することである。
Claims (4)
- 少なくとも１つの放射源（２）と１つのフィルタ（１０）とを有し、装置は軸方向に白色放射および８００〜１２００ｎｍの波長域の赤外放射を送出することができ、赤外放射は２５Ｗ／ｓｒ以上の強度を有し、白色放射は２０００Ｃｄ以下の、ただしゼロではない強度を有し、フィルタは第１の角度下で放射源の第１の部分放射の第１の可視部分を透過させるとともに、第１の角度とは異なる第２の角度下で放射源の第２の部分放射の第２の可視部分を透過させることができるように構成した自動車用赤外線照射装置であって、
第２の角度は第１の角度とは基本的に相違し、透過させられた第１の可視部分は白色光を形成し、透過させられた第２の可視部分も白色光を形成することを特徴とする赤外線照射装置。 - 双方の角度のうち大きい方の角度が達する当該透過可視部分の色箇所のｘ座標は、小さい方の角度が達する透過可視部分の色箇所のｘ座標よりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載の赤外線照射装置。
- 少なくとも１つの放射源（２）と１つのフィルタ（１０）とを有し、装置は軸方向に白色放射および８００〜１２００ｎｍの波長域の赤外放射を送出することができ、赤外放射は２５Ｗ／ｓｒ以上の強度を有し、白色放射は２０００Ｃｄ以下の、ただしゼロではない強度を有するように構成した自動車用赤外線照射装置であって、１つの第１の角度と１つの第２の角度とを規定する０°〜４０°の角度範囲内の任意の各角度対につき、フィルタは第１の角度下で放射源の第１の部分放射の第１の可視部分を透過させるとともに、第１の角度とは異なる第２の角度下で放射源の第２の部分放射の第２の可視部分を透過させることができ、透過させられた第１の可視部分は白色光を形成し、透過させられた第２の可視部分も白色光を形成することを特徴とする赤外線照射装置。
- ０．３１≦ｘ≦０．４５の範囲のｘ座標に対し、それぞれの角度に応じて透過させられた可視部分の色箇所のそれぞれのｙ座標は式ｙ＝０．６９６＊ｘ＋０．１によって定義される直線から０．０２５以上偏倚しないことを特徴とする、請求項２または３のいずれか１項に記載の赤外線照射装置。
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