KR20020082485A - 조사 및 촬영 장치와 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 고온 물체를 가시 광선으로 조사하도록 배치되는 적외선 카메라(28, 26)와 가시광선 방출기(28, 26)를 포함하는 열 토치(12)를 제공한다. 이와 같이, 디스플레이 화면에 의해 가시광선으로 전환된 적외선 파장으로 화면을 관찰하지 않고 가시광선을 화면에 투사하는 것은, 화면의 관찰을 보다 자연스럽게 만들어준다. 적용에는 의료 촬영 장비, 야간주행 시스템, 스테이지 라이트, 및 보안등이 포함된다. 가시 광선의 프로파일은 LCD일 수 있는 비임 프로파일러(26)로 조절될 수 있다. 적외선 카메라(22)와 가시 투사기(28, 26)는 가시 투사된 영상을 화면상으로 오버레이하는 것을 용이하게 하기 위해 정렬될 수 있다.

Description

조사 및 촬영 장치와 그 방법{Illumination and imaging devices and methods}

적외선 열 촬영장치는 여러가지가 기존에 있고 양호하게 작동한다. 양호한 해상도, 예를 들어 512×512 픽셀의 그림을 얻기 위해서는, 한대당 10,000 파운드(￡) 정도 하는 값비싼 적외선 카메라를 사용할 필요가 있다. 이는 열 촬영 카메라의 사용이 필요한 영역을 제한한다.

본 발명은, 관찰 화면(observed scene)을 전자기 방사선(radiation)으로 조사하고 촬영하는 것에 관한 것이다. 본 발명은 특히 라이트(light)를 소정의 제어된 비임으로 투사하는 것에 관한 것이며, 열 촬영(thermal imaging)에서 특별한 적용을 갖는다.

본 발명은 열 촬영 분야에서 시작되며, 그것에 관하여 기술될 것이지만 후술되듯이 보다 넓은 적용 범위를 갖는다.

도 1 은 손을 도시하는 도면.

도 2는 손의 적외선 영상의 도시도.

도 3은 도 2의 적외선 영상과 동등한 가시광선 영상이 도 1의 손위에 가시광선으로 투사되는 본 발명의 실시예의 도시도.

도 4는 본 발명에 따른 열 토치의 개략 도시도.

도 5는 도 4의 토치의 개략 단면도.

도 6은 본 발명에 따른 열 토치가 제공된 헬멧의 도시도.

도 7a 및 도 7b 는 본 발명에 따른 스테이지 라이트의 도시도.

도 8은 헤드업 디스플레이를 구비한 종래의 차량용 적외선 야간 운전 시스템의 도시도.

도 9a 및 도 9b는 본 발명에 따른 차량의 개략 도시도.

도 10은 도 9a 및 9b의 차량의 라이트의 상세 도시도.

도 11은 도 9a 및 9b의 차량의 다른 도시도.

도 12a 및 도 12b는 본 발명을 포함하는 스트리트 발광체의 도시도.

도 13a 및 도 13b는 본 발명에 따른 사람 검출 시스템의 도시도.

도 14는 화재 영역, 또는 약한 순환 영역을 확인하기 위한 본 발명의 이용을 도시하는 도면.

도 15는 전기 배선 시스템에서의 예비-파멸 결점을 검출하기 위한 본 발명의 이용을 도시하는 도면.

도 16은 본 발명의 다른 특징을 이용하는 다른 헬멧의 도시도.

도 17은 본 발명의 일부 실시예의 상세 도시도.

본 발명의 목적은 실제적으로 유용한 적외선(I.R.) 검출기 어레이의 비용을 현저히 감소시키는 것이다.

기존의 열 촬영 카메라가 갖는 다른 문제점은 사용자가 이 카메라상에 나타나는 열 영상을 촬영장치 디스플레이(때로는 흐릿한 녹색)상에 및 그들이 정상 시력으로 볼 수 있는 실제 가시 세상에 일치(registry)시키는 것이 어려울 수 있다는 것이다. 하나의 예는 일부 시판중인 자동차들은 현재 헤드업(head-up) 디스플레이에 적외선 화면 영상의 가시광선 표시를 투사하는 가시광선 투사기에 신호를 보내는 양호한 해상도(예를 들면 512×512 픽셀)를 갖는 적외선 야간 주행 시스템을 구비하고 있다. 상기 헤드업 디스플레이는 통상 대략 10 cm ×10 cm 의 크기이며, 자동차의 창유리는 대략 200 cm ×50 cm 의 크기이고 일부 운전자는 적외선 촬영 시스템을 사용하여 헤드업 디스플레이의 소 영역을 통해서만 볼 때 어지러워지는 경향이 있으며, 야간에 유리창을 적절히 보지 못할 수 있는 전체 시야를 스캔하지 못할 것이고 심리적으로 헤드업 디스플레이만을 사용하는 운전으로 축소된다 (이들은 물론 스스로 통제할 수 있다면 자유롭게 검사되지만). 적외선 영상의 가시적 표시가 창유리를 통해 보이는 가시적 영상과 함께 헤드업 디스플레이상에 정합되지만, 사용자는 여전히 곤란함을 느낀다. 본 발명의 일 실시예의 목적은 적외선 시스템을 사용한 야간 주행이 운전자에게 보다 자연스럽고 정상적인 경험이 되게 하는 것이다.

다른 문제는 (예를 들어, 혈관이나, 감염이나 순환 장애를 나타내는 고온 또는 저온 지점을 찾기 위해) 의료 촬영용 적외선 카메라를 사용할 때, 사용자(예를 들어 의사나 간호사)는 적외선 정보로부터 유도되는 전자 디스플레이상에 가시광선의 그림을 얻기 위해 적외선 촬영장치를 사용하며, 이 적외선을 가시광선 영상으로 전환하기 위해 그들의 기술과 판단을 이용할 수 있고 이후 환자의 오른쪽을 치료하기 위해 적외선 대 가시광선 영상을 그 손(hands)의 움직임으로 전환시키기 위해 기술 및 판단을 사용할 수 있다.

의료 적외선 촬영장치가 적외선 카메라와 가시광선 카메라를 구비하며, 환자의 일부분의 적외선 사진 및 가시광선 사진을 찍어서 사용자에게 전자 디스플레이상의 조합된 사진을 제공하는 것은 알려져 있다.

본 발명의 다른 실시예들의 목적은 사용자가 적외선 정보를 그들이 눈으로 볼 수 있는 스펙트럼에서 보는 자연 시력과 일치시키는 것을 용이하게 하는 것이다.

제 1 특징에 따르면, 본 발명은, 투사기(projector) 장치로서, 관찰화면에서 물체에 의해 방출되어 특정 방향으로 상기 투사기 장치에 입사되는 열적외선 방사선을 검출하기 위한 수동(passive) 적외선 검출기와, 가시광선 방사선을 방출하기 위한 방출기와, 방출된 가시광선의 방향을 검출된 열적외선 방사선이 나오는 방향과 실질적으로 동일한 방향으로 향하도록 제어하기 위한 방출 비임 제어 수단을 포함하는 투사기 장치를 포함한다.

검출기에 입사되는 제 1 파장의 방사선은 장치에 의해 방출되는 방사선이 아니며, 관찰 화면(observed scene)에서의 물체에 의해 방출되어 수동적으로 검출되는 방사선이다.

따라서 일 파장에서 방사선을 방출하는 물체는 장치에 의한 다른 파장의 방사선으로 조사(illuminate)될 수 있다. 예를 들어 적외선 검출기는 가시광선의 방출을 제어하는 신호를 제공할 수 있다.

본 발명을 제조하기 전에 일부 종래 기술이 개시되어 있었다. WO 98/26583 호는 그 망막의 퇴화로 인해 시력이 저하된 사람들을 돕기 위해 어두워진 실내 환경에서 사용하기 위한 의료용 특수 시스템에 관한 것이다. 이는 시스템으로부터 적외선 빛을 방출하고, 시야내 물체로부터 되반사된 적외선 빛을 검출하며, 이후 화면에 가시광선을 투사하여, 많은 가시광을 시스템에 의해 방출된 고 레벨의 적외선 빛을 반사하는 영역에 투사하고 적은 가시광을 덜 반사하는 영역에 투사하는 콘트라스트 개선 시스템을 개시한다.

물체가, 화면 물체에 의해 능동적으로 방출되고 적외선 검출기에 의해 수동적으로 검출되는 열적외선이 아니라, 시스템에 의해 방출된 적외선을 반사하는 것이 관심의 대상이다.

GB 2 218 506 호는 적외선 방사선을 방출하고 야간에 사람으로부터 반사되는 적외선 방사선을 검출하여 스스로 가시광선을 방출하는 램프를 개시하고 있다.

US 5 023 709 호는 램프와, 적외선을 방출하고 가시 램프가 스테이지상에서 추적하게 되는 물체 또는 연기자에게 배치된 적외선 반사기로부터의 반사를 검출하는 자동 스테이지 조명 시스템을 개시한다.

JP 08292774 호는 가시 대역 집중조명(spot light)을, 적외선을 방출하고 그 반사를 검출하는 적외선 방출기를 사용하여 가라오케 가수에게 향하도록 제어하는 것에 대해 개시하고 있다.

JP 08122865 호는 적외선 비임을 방출하고 물체로부터의 반사를 화면에서 검출하며, 이후 그 가시광선 플래쉬를 적외선 반사 물체의 방향으로 향하게 하는 적외선 방출기를 구비한 카메라를 개시하고 있다.

상기 장치는 화상처리 개구를 포함하는 검출 개구를 구비할 수 있으며, 검출기는 촬영 검출기이다. 상기 장치는 검출된 방사선의 입사 방향을 검출하고 검출된 비임을 그 방향으로 향하게 하도록 할 수 있다. 장치의 구조는, 제 1 파장의 방사선의 입사 비임이 검출되고 제 2 파장의 방사선의 방출된 비임이 자동으로 입사 비임이 나오는 방향으로 자동으로 방출되도록 될 수 있으며, 장치의 구조는 방출된 비임을 검출된 비임과 자동으로 정렬시킬 수 있다.

검출기는 입사 검출 비임의 횡단면 프로파일 또는 영상을 검출하도록 될 수 있다. 방출기는, 검출된 비임의 프로파일과 매치되도록 조절될 수 있는, 횡단면 프로파일이 가변적인 방출 비임을 방출하도록 될 수 있다.

통상적으로, 장치는 방출기가 제 1 파장의 방사선 검출시에 제 2 파장의 방사선을 방출하도록 제어하는 제어기를 구비한다. 이와 달리, 방출기는 제 1 파장의 방사선이 검출되지 않을 때 제 2 파장의 방사선을 방출할 수 있다. 예를 들어, 방출기는 마지막으로 검출된 제 1 방사선 신호 또는 영상의 프로파일 및 방향으로 방사선을 방출할 수 있거나, 또는 방사선을 소정의 방향 및/또는 패턴으로 방사할 수 있다.

일부 실시예들에서 방출기 방향 제어 수단은 일체의 기계적 부품을 갖지 않는다. 통상 방출기 비임 제어 수단은 사용중인 검출기가 검출 방향으로부터의 방사선을 검출하고 검출기가 방사선을 검출 방향으로 방출하도록 장치의 광학체를 배치한다. 방출기와 검출기는 통상 동일 검출/방출 방향에 정렬되어 있다.

통상 방출 비임과 검출된 비임을 일치시키기 위해서 광학 정렬 부재가 제공된다. 정렬 부재는 통상 제 1 및 제 2 파장중 하나의 파장의 방사선에 대해 적어도 부분적으로 반사적이고, 제 1 및 제 2 파장중 나머지 파장의 방사선에 대해 적어도 부분적으로 투과적이다. 통상적으로 정렬 부재는 비임 스플리터를 포함한다.

통상적으로, 검출기는 제 1 파장으로 바라본 화면을 나타내는 제 1 파장의 영상 신호를 발생하게 되어 있는 촬영장치를 포함한다. 통상적으로, 방출기는 사용시에 제 2 파장의 영상을 방출하도록 되어 있는 영상 방출기를 구비한다. 통상적으로 방출된 영상은 방출기 방향 제어 수단에 의해 제어되는 방향으로 방출된다. 통상적으로 방출된 영상은 실질적으로, 동일한 형상 및/또는 패턴을 갖는 검출된 영상의 매핑을 포함한다.

검출기는 제 1 파장으로 바라본 화면을 나타내는 제 1 파장 영상 신호를 발생하게 되어 있는 촬영장치를 포함하고, 방출기는 사용시에 제 2 파장으로 영상을 방출하도록 되어 있는 비임 프로파일러(profiler)를 포함하고, 상기 방출된 영상은 실질적으로 동일한 형상 및/또는 패턴을 갖는 검출된 영상의 매핑을 포함하며, 상기 장치는 방출된 영상을 검출된 영상의 소스 위에 일치된 것으로 관찰되는 화면상에 오버레이하게 되어 있다.

통상적으로 상기 장치는 제 2 파장의 방사선내의 방출된 영상을 관찰 화면상에 오버레이하여 제 1 파장에서 검출된 영상과 오버레이시키기 위한 제 1 및 제 2 파장 정합(registration) 수단을 구비한다.

방출기에 의해 방출된 제 2 파장의 방사선이 검출된 제 1 파장과 실질적으로동일한 경로를 따라 이동(정렬)하지 못한다면 검출된 영상과 방출된 영상은 장치로부터 소정 거리에서만 정합될 것이다.

통상적으로, 비임 제어 수단은 삼차원 광 조절기(SLM:Spatial Light Modulator)를 포함한다. 삼차원 광 조절기는 제 2 파장의 방사선을 다수의 영역에서 그 유효 면적을 가로질러 선택적으로 전달하거나 반사하기 위한 액정 디스플레이를 포함할 수 있다.

통상적으로 삼차원 광 조절기는 제 1 영역에서의 방사선과 제 1 방식으로 상호작용하고 제 2 영역에서 방사선과 제 2 의 상이한 방식으로 상호 작용하여 상이한 영역에서 그 유효 면적을 가로질러 차별화된 전달, 흡수 또는 반사 성능을 제공하게 되어 있다. 통상적으로 상기 삼차원 광 조절기는 픽셀로 구성되며, 각 픽셀은 방사선과의 상호작용을 제어하기 위해 통상은 독립적으로 제어된다. 통상적으로, 삼차원 광 조절기는 비임 제어기에 의해 제어되는 그 영역 또는 픽셀을 구비한다.

삼차원 광 조절기는 정렬 부재와 제 2 파장 방사선의 소스에 또는 그 사이에 제공될 수 있거나, 또는 (방출된 비임의 경로에서) 정렬 부재 이후에 제공될 수 있다. 제 2 파장 방사선의 출력 비임은 단일 라이트 소스 또는 몇개의 라이트 소스로부터 발생될 수 있다. 이와 달리 픽셀로 구성된 광/제 2 파장 방사선 출력 광원을 형성하는 다수의 (예를 들어 이십개 정도의, 이삼백 개 이상의) 광원(예를 들어 레이저 발광다이오드와 같은 LED)이 있을 수 있다. 이는 출력 광학체에 삼차원 광 조절기를 갖거나 갖지 않는 비임 프로파일을 제어하는데 사용될 수 있다.

방출기는 제 3 의 또는 그 이상의 파장의 비임을 방출할 수 있다.

통상적으로 상기 장치는, 제 1 파장의 입사 방사선이 검출기와 마주하도록 입사 방사선과 상호작용하고, 방출된 방사선이 비임 정합 장치를 통과하고 나면 방출된 방사선이 입사 방사선과 실질적으로 동일한 경로를 따르도록 방출 방사선과 상호작용하는 비임 정합 장치를 포함한다. 상기 비임 정합 장치는 통상 입사 비임의 적어도 일부를 검출기쪽으로 반사 또는 전달하고 방출된 비임의 적어도 일부는 다시 입사 비임의 경로를 따라서 반사 또는 전달한다. 비임 조합기는 제 1 또는 제 2 파장중 하나의 방사선에 대해 반사적이고 나머지 방사선에 대해 투과적인 경사면 또는 경사 부재를 포함할 수 있다(어느 하나의 비임을 분할(split)할 필요는 없다). 이와 달리, 비임 정합 장치는 입사 비임 및 방출 비임의 하나 또는 양자를 분할할 수 있다.

검출기와 방출기의 중심축은 상호 일정 각도로, 양호하게는 직각으로 배치될 수 있다. 상기 방출기 및/또는 검출기와 연관하여 포커싱 또는 조준 렌즈나 렌즈 조립체가 제공될 수 있다.

검출기 또는 검출기 촬영 장치에 의해 생성되는 전기 신호는 거의 처리되지 않은채로 방출기로 이동될 수 있다. 이는 신속하고 저렴하며 컴퓨터 처리 전력을 거의 또는 전혀 사용하지 않는다.

방출된 비임 강조 수단이 제공될 수 있다. 이는 방출된 비임이 번쩍이게 하는 스트로브를 포함할 수 있다. 대안적으로 상기 장치는 제 2 파장의 방사선에 민감한 배경 센서를 구비할 수 있으며, 이 배경 센서는 장치의 시야에서 제 2 파장의방사선의 배경 강도를 결정하고 또한 제 2 파장에서의 방출 비임의 강도를 배경 강도보다 현저히 높은 강도로 보장하여 방출된 비임이 (화면이 피조사면을 갖고 있다는 가정하에) 화면상에 두드러질 수 있도록 제어하는 강도 제어기에 신호를 제공하게 되어 있다. 배경 센서는 방출된 비임이 배경 화면의 우세한 파장과 상이한 제 2 파장을 확실하게 갖도록 하나 이상의 제 2 방사선 파장 사이에서 선택하는 방출 비임 파장 선택장치에 신호를 추가로 또는 교호적으로 제공할 수 있다(즉, 제 2 파장은 다수의 상이한 파장중 선택된 하나일 수 있다). 따라서 방출된 비임의 색깔은 투사되는 영상이 더욱 명료해지도록 조사되는 화면의 색깔에 따라 달라질 수 있다. 장치는 다수의 색깔 센서를 가지며, 파장은 소정의 다수의 파장중 선택된 하나를 선택하고, 화면과의 시각적 대조가 가장 큰 것(하나 이상)을 선택할 수 있다. 적, 녹, 청색의 광원이 제공되면, 적절한 혼합/조합에 의해 가시 대역 칼라가 생성될 수 있다.

강조 수단은, 화면에서 방사선의 우세 가시 파장을 결정하고, 또한 방출된 비임이 배경 화면의 우세한 가시 파장과 상이한 제 2 가시 파장을 확실히 갖도록 다수의 가능한 가시 제 2 방사선 파장중 하나를 선택하는 방출 비임 파장 선택장치에 배경 파장 신호를 제공하기 위한 배경 센서를 포함할 수 있다.

상기 장치는 통상 손에 쥘 수 있고(hand-held), 토치를 포함할 수 있다. 이와 달리, 장치는 예를 들어 차량에, 빌딩에 또는 조명 기중기와 같은 대형 조립체상에 장착되는 조립체를 포함할 수 있다.

상기 장치는 제 2 파장의 방사선에 민감한 센서와, 방향성 또는 촬영 검출기및 방출기로서의 방향성 또는 영상 투사기와, 선택해제 제어 수단을 포함할 수 있으며, 상기 선택해제 제어 수단은 장치에 대한 제 2 파장의 방사선의 상당량의 소스인 관찰되는 화면 영역을 식별하고 방출기에 의한 조사용 영역을 선택해제한다. 이런 식으로, 라이트를 켠채 야간에 주행하는 차량은 장치로부터의 광선에 의해 조사되어 눈이 멀게 되지 않는 바, 이는 이미 가시 광선으로 조사되어서 선택해제되기 때문이다.

제 2 파장의 방사선에 민감한 센서는 예를 들어 카메라와 같은 촬영장치를 포함할 수 있다.

적외선이 감지되고 가시광선이 투사되는 양호한 실시예에서, 장치(또는 조립체)는 적외선 카메라와 가시광선 카메라를 둘다 구비할 수 있다.

출력 가시 광선을 제어하기 위해 검출된 적외선 신호를 사용하려면 사용자가 직접 보지 않을 것이므로 적외선 영상을 고해상도로 촬영할 필요가 없다. 장치가 영상을 검출된 적외선 영상의 가시광선으로 투사할 것인지에 따라서 촬영 적외선 센서를 구비할 필요가 없을 것이며, 단지 방향 센서 및/또는 열 소스 센서가 충분할 것이다.

상기 장치는 제 1 파장 방사선의 검출된 소스를 제 2 파장 방사선과 함께 (그리고 인접 영역을) 조사하는데 사용하기에 또는 소스 자체가 아닌 소스에 인접한 영역을 조사하는데 사용하기에 적합할 것이다.

상기 장치는 픽셀이 많은 검출용 촬영기와, 실질적으로 동일한 수의 픽셀을 갖는 영상을 투사하기에 적합한 방출기를 구비할 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 제 1 파장의 입사 방사선을 수집하고 이 방사선을 사용하여 제 2 파장의 방사선 방출을 제어하는 수신기/방출기 장치 또는 조립체를 포함한다.

통상 제 1 파장의 방사선은 (i) 방출된 제 2 파장 정보의 방출 방향, (ⅱ) 방출된 비임의 프로파일, 또는 (ⅲ) 제 2 파장 방사선의 방출 타이밍중 적어도 어느 하나, 또는 이들중 임의의 두가지, 또는 이들 셋을 모두 제어한다. 통상 장치는 입사되는 제 1 파장 방사선을 촬영하고 다시 등가의 영상을 제 2 파장의 방사선으로 투사한다.

본 발명의 다른 특징에 따르면 본 발명은 화면에 방사선을 투사하는 방법으로서, 제 1 파장의 열 적외선 방사선을 수용하는 단계와, 수용된 적외선 방사선을 사용하여 화면상으로의 제 2 파장의 방사선 투사를 제어하는 단계를 포함한다.

가장 양호한 실시예에서, 상기 방법은 적외선 방사선을 검출하는 단계와 가시 광선을 방출하는 단계를 포함한다. 통상 가시광선은 적외선이 수용되는 방향과 동일 방향으로 방출된다. 통상, 적외선 영상 또는 패턴이 검출되고 대응하는 가시광선의 영상 또는 패턴이 방출된다. 통상 가시적 영상 또는 패턴은 조사되는 화면에서 등가의 적외선 영상 또는 패턴상에 중첩된다.

상기 방법은 가시광선으로 조사될 적외선 물체가 이미 가시 광선으로 조사되었는지를 결정하는 단계를 포함하며, 만약 이미 조사되었다면 방법은 그 물체를 결국 가시광선으로 조사하지 않는 단계를 포함한다.

상기 방법은 적외선 물체 근처 영역을 가시 광선으로 조사하는 단계를 포함한다(물체 자신은 가시 광선으로 조사될수도 조사되지 않을 수도 있다). 상기 방법은 적외선 소스의 가시광선을 조사하도록 사용자에게 손잡이형 토치를 제공하는 단계를 제공한다.

신호는 방출기를 구동 또는 제어하도록 실질적으로 처리되지 않은채로 검출기로부터 직접 보내질 수 있다. 촬영 검출기는 촬영 방출기의 출력을 제어하기 위해 신호를 제공할 수 있다. 방출된 방사선과 검출된 방사선은 공통 정렬 부재를 포함할 수 있는 정렬 수단을 만날 수 있다.

출력 비임은 반사기를 포함하는 비임 조향 수단에 의해 조향될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로 비임 조향 수단은 (반사성 또는 투과성)SLM 상에 표시된 패턴을 포함할 수 있다.

입사 방사선 또는 방출 방사선 또는 이들 둘다 포커싱 또는 조준될 수 있다. 종래의 광학체가 이것을 하도록 제공될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로 SLM상에 표시된 패턴이 렌즈(예를 들어, 프레넬 렌즈)로서 작용할 수 있다. SLM상에 표시된 조합 패턴이 비임 조향 및 포커싱 또는 조준의 기능을 수행할 수 있다.

출력 영상은 다수의 광원을 사용하여 형성될 수 있다.

본 밤령은 여러 분야에서 적용되며, 실제로 본 발명을 이들 특정 분야의 일부에서 사용하기로 결정하는데 있어서는 별도의 발명들이 존재할 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 의료 분야에서 사용될 수 있고(예를 들어 환자에게서 저온 부위 또는 고온 부위를 가시광선으로 알 수 있다), 보안 분야에서도 사용할 수 있으며(침입자는 광선에 의해 추적되어 눈이 부실 수 있고, 추적 경찰은 자신에게 광선이투사되지 않지만 지속적으로 침입자를 만나도록 쫓아가야 하는 경로상에 있게 되며 이는 경찰을 안내하여 그가 지면과 그 주위를 관찰하는 것을 돕는다), 전기 결함에 대한 초기 경보 시스템으로서 사용될 수 있고, 화재 진압시에 헬멧장착 시스템에서 연기 "스크린"상에 가시광선으로 화면을 투사하는데 사용될 수 있으며, 조명(lighting)(예를 들면 가로 조명이나 스테이지 조명/여기서 조명은 사람을 자동으로 따라갈 수 있다)에 사용될 수 있고, 예를 들어 차량내 적외선 디스플레이를 사용하지 않고 가시광선으로 고온 물체를 조사하여 야간 주행을 개선하는데 사용될 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 사용자에게 고온의 또는 온도가 상이한 물체의 형상을 보여주게 되어 있는 효과적인 장치에서의 적외선 촬영 어레이의 크기를 감소시키는 방법을 포함하며, 이 방법은 가시 대역 투사기의 출력을 제어하기 위해 적외선 센서를 사용하는 단계와 상기 물체를 가시광선으로 조사하는 단계를 포함한다.

따라서 디스플레이 스크린이 전혀 제공되지 않는다.

다른 특징에 따르면, 본 발명은 해부 구조를 촬영하는 방법을 포함하며, 이 방법은, 비가시적 대역 방사선을 사용하여 관심대상의 해부 구조에 관한 영상-제어 신호를 발생하는 단계와, 해부구조의 가시 광선 영상을 사람이나 동물의 몸통에 투사하기 위해 상기 신호를 사용하여 가시 대역 투사기의 출력을 제어하는 단계를 포함한다.

다른 특징에 따르면, 본 발명은 병, 질환 또는 문제의 분석을 돕기 위한 해부 영상의 형성에 제 1 파장 대 제 2 파장 영상 전환기의 사용을 포함한다.

다른 특징에 따르면, 본 발명은 관찰 화면에서의 고온 영역이나 저온 영역의 검출에 있어서 적외선 영상에 상당하는 영상의 가시 대역 투사기에 대한 적외선 영상을 포함한다.

다른 특징에 따르면, 본 발명은 고온의 물체를 식별하여 그것에 가시 광선을 조사하는 가시광선 투사기를 차량에 장착하는 단계를 포함하는 어둠속에서의 주행 안전성을 향상시키는 방법을 포함한다.

다른 특징에 따르면, 본 발명은 일련의 가로등을 이들 가로등이 고온의 물체와 그 주변에 대해서는 조사하되 고온 물체가 검출되지 않는 영역에 대해서는 조사하지 않도록 제어하므로써 가로등에 의해 방출되는 빛을 감소시키는 방법을 포함한다.

적외선 화면 검출기는 공지되어 있지만 본 발명과는 상당히 상이하다. 적외선 화면 투사기가 적외선 카메라 시스템의 성능을 테스트하는데 사용되며, 이들 투사기는 사용시에 적외선 카메라 시스템이 주목하게 되는 물체의 적외선 기호(signature)를 시뮬레이션하도록 공간에 그리고 표면(예를 들어 벽이나 스크린)에 적외선 비임을 주사한다. 적외선 카메라 시스템은 이후 물체를 적외선 기호로 검출하도록 작동 및 최적화될 수 있다. 그러한 적외선 화면 투사기는 고온 물체의 존재를 시뮬레이션하기 위해 적외선을 투사한다.

본 발명의 실시예는 이제 첨부도면을 참조하여 예시적으로 설명될 것이다.

도 1은 사람의 손을 도시한다. 사람의 손의 혈관을 보기는 어렵다. 이는 바늘을 손등에 있는 혈관내로 도입하는 것이 어렵게 만들 수 있다.

도 2는 손(10)의 열 토치(12)에 의해 얻어지는 적외선 영상(11)을 나타낸다. 혈관(13)은 손등의 잔여부보다 온도가 높기 때문에 백색 라인(14)으로 도시된다. 이하의 것으로부터 알 수 있는 것은, 영상(11)이 스크린 상에서 토치(12)의 사용자에게는 보이지 않으며 그 토치내에서만 데이타/신호로서 존재한다는 것이다.

도 3은 열 토치(12)(도 4 및 도 5에 도시됨)의 사용자에 의해 보여지는 사람 손(10)을 도시한다. 열 영상(11)에 상세히 도시된 바와 같이 혈관(13)위에 놓이는 손(10)위로 백색 광선의 라인(16)이 투사된다. 따라서 사용자는 토치(12)를 잡아서, 그것을 환자의 손 위로 비추고 그 정상 시력을 사용하여 토치가 혈관을 가시 광선으로 식별해주기 때문에 어디에 혈관이 있는지를 볼 수 있다. 물론, 상기 토치는 혈관을 환자의 피부색과 구별되도록 청색이나 적색 또는 다른 백색이 아닌 색깔로 식별할 수 있다.

상기 토치(12)는 라인(16)에 대해 적절한 색깔 및/또는 강도를 선택하여 이들 라인이 사용자에게 명확히 식별되도록 하는 기구를 구비할 수 있다. 토치는 라인(16)을 점멸 또는 플래쉬할 수 있다.

토치(12) 자체는 도 4 및 도 5에 도시되어 있으며, 이는 적외선 화상 검출기 어레이(22)를 둘러싸는 하우징(20)과, 선택적 전송기/반사기(24)와, 비임 패턴화장치(26)와, 가시 광선 소스(28)와, 조준 광학 장치(30), 및 제어기(32)를 포함한다. 적외선 집속 렌즈(34)는 제공되거나 제공되지 않을 수 있다. 상기 장치는 촬영 개구(9)를 구비한다. 상기 하우징(20)에는 (적외선 및 가시 광선 양자에 대해) 투과적인 보호성 전방 시이트(36)가 부착된다. 온/오프 스위치(37)와 배터리(35)가 제공된다. 영상 검출기 어레이(22)는 도 17 에 개략 도시된, 64×64 픽셀을 갖는, 픽셀처리된(pixellated) 열 센서 어레이이다. 이는 대개 양호한 영상을 내기에는 너무 약한 해상도인 것으로 간주된다. 다른 실시예에서 어레이는 32×32 픽셀, 16×16 픽셀, 8×8 픽셀, 4×4 픽셀, 또는 2×2 픽셀을 갖는다. 각각의 픽셀(38)은 그 고유의 전기적 신호를 제어기(32)에 제공한다. 어레이(22)는 축을 벗어나서(off-axis)(토치의 중심 광축(39)을 벗어나서) 제공된다.

선택적 전송기/반사기(24)는 토치(12)의 중심 광축(39)에 대해 대략 45°로 경사진 플레이트이다. 이는 어레이(22)에 대해 적어도 일부의 (아마도 실질적으로 전체의) 입사 적외선 방사선(40)을 반사한다. 어레이(22)의 중심선(41)은 실질적으로 중심축(39)에 대해 실질적으로 직교한다.

비임 패턴화 장치(26)는 검출기 어레이(22)와 같은 수의 픽셀(41)을 갖는 LCD 디스플레이를 포함한다 (본 실시예 내지 다른 실시예에서 이는 보다 많거나 보다 적은 수의 픽셀을 가질 수 있으며, 따라서 어레이(22) 및 패턴화 장치(26)중 하나에서의 픽셀 수는 나머지에서의 픽셀의 정수배이다). 도 5의 예에서의 LCD 패턴화 장치는 투과성 모드로 사용되며, 광원(28)과 토치의 전면(36) 사이에 배치된다. 다른 예에서 LCD는 반사 모드로 사용될 수 있다. LCD 디스플레이(26)의 픽셀은 제어기(32)로부터의 전기적 신호에 의해 제어된다.

알 수 있듯이 LCD와 광원 및 적외선 촬영기의 위치는 역으로 될 수 있다. 비임 패턴화장치의 픽셀은 적외선 촬영기의 픽셀보다 크거나 작을 수 있으며, 또는 실질적으로 동일할 수 있다.

광원(28)은 실질적으로 백색의 광을 방출할 수 있는 전기 전구를 포함한다. 대체예에서, 광원은 다이오드나 다이오드 어레이가 될 수 있고, 다수의 상이한 색깔의 광원, 예를 들어 적색, 녹색 및 청색의 다이오드(또는 기타 광원)를 포함할 수 있다. 전구는 제어기(32)에 의해 제어된다. 조준 광학체(30)는 실질적으로 평행한 백색광의 비임(42)이 제공되도록 전구(28)로부터 이격된 유리 또는 플라스틱제의 볼록 렌즈와 개구 플레이트(비도시)를 포함한다. 상기 비임(42)은 그 비임 패턴화 장치(26)를 통과하고, 패턴 또는 프로파일이, 픽셀(41)이 "흑색"이고 빛을 흡수 또는 반사하는지 또는 픽셀이 깨끗하고 빛을 투과시키는지에 따라서 비임에 부과된다.

검출기 어레이(22)는 제어기의 제어하에 50 Hz 마다 갱신(refresh)되며, 비임 패턴은 제어기의 제어하에 50 Hz 마다 갱신된다. 물론, 손으로 쥐는(hand-held) 토치에 있어서, 갱신율은 예를 들어 25 Hz, 10 Hz 또는 심지어 5 Hz 이하로 낮아질 수 있다. 검출기 어레이의 갱신율은 비임 패턴화장치의 갱신율과 동일할 필요는 없다.

비임 패턴화장치는 삼차원 광 조절기(SLM:Spatial Light Modulator)를 포함하며, 적합할 수 있는 다른 형태의 SLM 도 존재하는 바, 예를 들면 픽셀처리되지않은 SLM들이나 가동(movable)/마이크로 미러 SLM 들이 있다. 가시 광선으로 가변적 영상을 생성할 수 있는 SLM 이면 어떠한 것이든 사용될 수 있으며, 가변적 투사된 영상을 생성하는 다른 방법도 마찬가지이다(예를 들면 스캐닝 레이저(SLM 이 아님), 또는 광 출력기의 어레이(예를 들면 다이오드 어레이)).

제어기(32)는 픽셀(38)로부터의 입력 신호를 받아들여 이를 픽셀(41)에 대한 출력 신호를 제어하는데 사용하는 인쇄 회로 기판을 포함한다. 신호 처리는 아주 약간 발생하거나 전혀 발생하지 않는다. 상기 장치는 고정될 수 있지만, 마이크로 프로세서 제어기를 사용하는 것이 편리할 수도 있다. 대안으로, 검출된 적외선 신호는 비임 패턴화장치용 구동 신호를 생성하는 것의 일부로서 신호 처리될 수 있다. 도 17에서 볼 수 있듯이, 검출된 적외선 영상(44)은 등가의 가시 광선 영상(46)으로 전환/매핑되어 관측 화면상에 투영된다.

주목해야 할 것은 가시광선 방출 시스템 및 검출된 적외선 검출 시스템의 광학적 배치가 정렬되며, 방출된 광선(48)은 적외선 방사선(40)이 나오는 방향으로 토치로부터 방출된다.

검출기 어레이(22)는 열 적외선 디지탈 카메라이다.

도 6은 도 4 및 도 5의 것과 유사한 열 토치 유닛(62)을 구비하고, 제어기(64)를 구비하며, 열 토치 유닛(62)과 동일한 방향으로부터 빛을 모으는 가시 광선 디지탈 카메라 또는 센서(66)를 구비하는 헬멧(60)을 도시한다. 상기 제어기(64)는 열토치 유닛(62)에 의해 관측되는 화면상의 대상물에 이미 가시 광선이 조사(illuminate)되었는지 여부를 결정하기 위해 가시 광선 카메라(66)로부터의 신호를 이용한다. 대상물에 가시 광선이 조사되지 않았다고 (또는 임계 레벨 이상으로 조사되지 않았다고) 결정되었으면, 제어기(64)는 대상물이 배경보다 온도가 높으면 토치 유닛(62)이 대상물에 가시 광선을 조사하게 한다(다른 실시예에서는 대상물이 배경보다 온도가 낮으면 그렇게 한다). 제어기(64)는 따뜻한 대상물이 이미 가시 광선으로 조사되었다고 결정하면, 이를 계획에서 빼고 토치 유닛(62)이 대상물에 대해 가시 광선을 투사하지 못하게 한다.

이런 식으로 헬멧(60)의 착용자는 그 머리를 회전할 수 있으며, 토치 유닛(62)과 가시 광선 카메라(64)는 그 시선을 향하게 되고, 따뜻한 물체(예를 들면, 사람, 동물 또는 사람의 따뜻한 부분)는 그 자체가 광원이거나 가시적으로 밝지 않다면 가시 광선으로 조사될 것이다. 이는 사용자가 지나가는 차량이나 (머리에 헤드라이트를 착용한) 사이클 탑승자를 바라보아서 운전자 또는 사이클 탑승자에 가시 광선을 비추어(왜냐면 차량은 고온일 것이기 때문에) 이들을 눈부시게 하는 것을 방지하지만, 사용자가 예를 들어 도피하는 조사되지 않은(unilluminated) 보행자를 쳐다봐서 그에게 열 토치 유닛이 조사되게 할 수 있다. 사용자는 이후 별도의 표시 스크린을 사용하지 않고 보행자가 어디에 있는지를 알 수 있다. 사용자는 헬멧의 카메라 반대쪽에 균형을 잡는 작용의 배터리 팩을 구비한다.

도 7a 는 본체(72)를 갖는 열 토치 조립체(71)(토치(12)와 유사)를 포함하는 투광조명 또는 집중조명 조립체(70)를 도시한다. 조립체(70)용 제어기(73)는 토치 조립체의 하우징에 대해 외부에 도시되어 있지만, 토치 하우징 내에 제공되거나, 또는 토치 조립체가 장착되는 장착 베이스(74)에 제공될 수도 있다. 토치 조립체의 원통체(72)는 아암(75)에 피봇 장착되며, 이들 아암은 다시 각도 이동가능한 캐리어(76)상에 장착된다. 제어기(73)에 의해 제어되는 전기 모터(77)는 아암(75)에 대한 상기 토치 조립체의 원통체(72)의 각도 운동을 제어한다. 제어기(73)에 의해 제어되는 전기 모터(78)는 베이스(74)에 대한 캐리어(76)의 각도 운동을 제어한다. 베이스(74)는 지지체에 부착(예를 들어 나사고정)된다. 상기 원통체(72)는 그 짐벌(gimbal) 장착체로 인해 소정의 원추와 실질적으로 모든 각도를 향할 수 있다.

도 7a는 몇개의 픽셀만을 갖는 적외선 센서(79)를 도시한다. 이 실시예에서 장치는 도 4 및 도 5의 SLM(26)에 상당하는 가시 광선 비임 패턴화장치를 구비하지 않지만, 하나의 패턴화장치를 가질 수 있다(이 하나의 패턴화장치는 도면부호 80으로 외형이 점선 도시되어 있다).

투광조명 또는 집중조명 조립체(70)는 스테이지 라이트나 극장 라이트로서 사용될 수 있거나, 또는 침입자/보안 라이트로서 사용될 수 있다. 이는 편리하게 받침대, 포스트 또는 빌딩(예를 들면 벽)에 장착될 수 있지만, 헬리콥터, 보트 또는 차량과 같은 운반 수단상에 장착될 수 있다.

상기 제어기는 미정제 64×64 픽셀 어레이(79)로부터 적외선으로 본 화면을 나타내는 신호를 수신하며, 선택된 고온 대상물상으로 로크시키고 모터(77, 78)에 의해 보디의 광축이 선택된 대상물의 주위를 자동으로 추종하도록 설계된 소프트웨어를 구비한다. 사용자가 다수의 고온 대상물중 하나를 선택하여 추적할 수 있도록 사용자 입력 인터페이스(예들 들면 PC로부터의 연결)가 있을 수 있다. 따라서 스테이지 라이트로서 사용될 때 조립체(70)는 배우의 주위를 방출된 가시 광선으로자동으로 추종할 수 있다.

적외선 검출은 배우를 촬영하는데 사용되지 않고 단지 조립체에 의해 방출된 가시 광선을 검출된 선택된 고온 스폿에 집중시키는 데에만 사용된다. 이는 어레이일 필요조차 없는 간단하고 저렴한 I.R. 센서가 사용될 수 있음을 의미한다.

단순히 대상물에 집중조명을 비추고자 할 때는 비임 프로파일링(profiling)이 전혀 필요치 않으며 일체의 LCD 비임 프로파일러가 제공되지 않을 것이다. 조립체는 (실제로, 본 발명의 임의의 실시예에서) 집중조명의 투영 면적의 크기를 고정된 크기로 또는 시간에 따라 변화할 수 있는 소정의 직경으로 자동 제어할 수 있는 제어기에 의해 제어되는 비임 포커싱 수단을 구비할 수 있다. 상이한 색깔의 비임이 방출될 수 있도록 하나 이상의 색 필터가 방출된 비임에 대해 그 안으로 또는 그 밖으로 이동될 수 있다( 이는 또한 본 발명의 임의의 실시예에 적용될 수 있다).

일부 조명(lighting) 효과를 위해서는, 고온 (또는 저온) 대상물의 형상을 포착해서 그것에 조사하고 그것에 가까운 것을 집중조명으로 조사하지 않는 것이 바람직하거나, 또는 대안으로 반대로 행하는 것, 즉 대상물 주위의 것을 조사하고 대상물 자체는 조사하지 않는 것이 바람직할 수도 있다. 이후 비임 프로파일러가 제공될 것이다.

본 실시예에서 그리고 본 발명의 다른 모든 실시예에서는 그 화면 주위보다 저온의 대상물을 차등 조사하는 것이 바람직할 수 있다. 다라서 "보다 고온의" 및 "고온의" 라는 의미는 "장치에 의해 관측된 주위 화면보다 상당히 상이한 온도의 (즉, 고온의 또는 저온의)"라는 의미와 같이 해석될 수 있다.

침입자/보안 라이트로서 사용될 때 상기 조립체(70)는 도 7a 및 7b 에 관하여 논의된 것과 매우 흡사한 방식으로 작동한다. 보안 적용 및 스테이지 라이트 적용에서 상기 조립체는 고온의 (또는 저온의) 물체가 그 시야에 있을 때까지 가시 광선을 방출하지 않도록 배치된다.

도 7b 는 지지체(82)에 장착된 본체(72)를 갖는 유사한 라이트 유닛(81)을 도시하며, 상기 본체는 지지체에 대해 이동할 수 없다. 가시 광선 대신에 적외선 방사선이 검출되는 방향은 내부 구성요소에 의해 조향된다. 조향 부재(83)는 제어기에 의해 유닛(81)의 광학체를 조향하도록 제어된다. 상기 조향 부재(83)는 거울과 같은 물리적으로 이동가능한/배향가능한 광학 부재일 수 있거나, 또는 일체의 이동하는 기계적 부품을 구비하지 않을 수 있다. 예를 들어, (링의) 패턴을 표시하는 삼차원 광 조절기는 지역(zone) 플레이트/프레넬 렌즈로서 작용하고 유효 광축을 조향할 수 있다. 제어기는 물론 SLM상에 표시되는 조향 패턴을 구동할 수 있다.

라이트 유닛(71 또는 81)은 예를 들어 보트나 공수(airborne) 운반수단에서 서치 및 구조 스포트라이트로서 사용될 수 있다. 이는 고온체를 자동으로 픽업할 수 있으며, 영역을 자동으로 스캐닝하여 검출된 고온체상으로 로크되도록 프로그래밍될 수 있다.

본 발명의 다른 중요한 적용 분야는 자동차와 같은 차량에 있다. 도 8은 차(85)에 장착된 적외선 카메라(84)와, 차량의 운전자 영역에 제공된 가시광선 투사기(86)와, 운전자의 시선(88)에 제공되는 헤드업 표시 반사 패널(87), 및 적외선 카메라로부터의 신호를 수신하여 투사기(86)의 가시 광선 출력을 제어하는 제어기(89)를 포함하는 종래의 적외선 야간 구동 시스템을 도시한다. 적외선 카메라는 예를 들어 512×512 픽셀을 갖는 고품질 영상 검출기 어레이를 구비하며, 투사기(86)는 헤드 업 디스플레이(87)상에 카메라(84)에 의해 관측된 전체 적외선 화면의 가시광선 표시를 발생하도록 예를 들어 512×512 픽셀을 갖는 고품질 촬영 출력을 구비한다. 고온의 물체는 운전자에게 명확히 보일 것이다. 그러나, 운전자는 디스플레이(87)(이는 단지 10 cm ×10 cm 일 수 있음)상에 너무 많이 집중하는 경향이 있어서, 시야 협착(tunnel vision)이 발생하고 그가 보지 못하는 와이드스크린 양이 감소된다. 헤드 업 디스플레이는 2차원 저해상도의 적외선 영상을 도로의 고해상도의 통상의 3차원 영상과 혼합하며, 이는 두 영상의 오정렬 문제 및 화면이 잘못 해석될 가능성의 문제를 야기할 수 있다.

도 9a 및 9b는 본 발명을 구비하는 차량(90)을 도시한다. 차량은 헤드라이트(91)와 야간 주행 시스템(92)을 구비하며, 야간 주행 시스템은 적외선 카메라(93), 가시광선 카메라(94), 추가 라이트(95), 및 제어기(96)를 포함한다. 추가 라이트(95)는 제어기(96)의 제어하에 그 가시광선을 제어기가 가리키는 곳으로 향하게 하도록 조향될 수 있다 (수평면내에서 예를 들어 120°, 160°또는 심지어는 180°의 허용 각도 범위내에서 그러하며, 수직 평면에서는 조향될 수도 조향되지 않을수도 있다).

제어기(96)는 적외선 카메라로부터의 신호를 수신하며, 조향가능한라이트(95)로부터의 가시광선 비임(97)이 고온 물체(동물 또는 사람)를 향하도록 적외선 정보를 사용한다.

이런 식으로, 운전자는 주간 운전에서처럼 전체 와이드 스크린을 통해서 바라보게 되며(이는 운전자에게는 특별히 다른 경험이 아니다) 고온의 조사된 물체를 (정상 헤드라이트로부터의 조사에 더하여) 얻을 뿐이다. 더구나, 운전자의 공간으로 침투하는 구성 요소가 거의 없으며, 프로젝터(86)와 헤드 업 디스플레이(87)가 존재하지 않는다.

전술한 것이 갖는 문제는 다른 차량이 적외선 카메라에 고온 물체로 나타날 수 있다는 것이다. 이는 따라가는 차량의 후방을 비추는 것은 나쁘지 않지만(이것도 바람직하지 않을 수 있다), 다가오는 차량에 비임(97)을 비추는 것은 운전자/탑승자를 혼란스럽게 할 수 있으므로 바람직하지 않다. 이를 방지하기 위해 가시광선 카메라(94)가 제공된다. 카메라(94)는 가시광선 화면 정보를 제어기(96)에 제공한다. 고온 물체가 검출되면 제어기는 비임을 쏠 것인지 결정하기 전에 그것이 가시광선 카메라에서 충분히 이미 밝은지를 체크한다. 만약 그것이 이미 시각적으로 밝다면(예를 들어 헤드라이트를 켜고 다가오는 차량), 제어기는 그것에 대한 주의를 해제하고 비임(97)을 쏘지 않는다.

물론, 적외선 카메라(93)에 의해 관측된 화면에는 하나 이상의 고온 물체가 존재할 수 있다. 제어기는 둘 이상의 고온 물체 사이에서 비임(97)을 전환시켜 이들 물체를 고속조명(strobing)할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로 하나 이상의 조향(steerable) 광선(95)이 제공될 수 있으며 이는 서로 다른 목적을 갖는다.

추가적인 조향가능한 라이트를 갖는 대신에 또는 그에 추가적으로, 차량은 조향가능한 그 주(main) 헤드 라이트를 가질 수 있거나, 또는 추가 조향 라이트는 헤드라이트 조립체에 포함될 수 있다.

차량과 고온 물체 사이에 상대적인 운동이 있을 때 비임(97)이 고온 물체를 추적하게 됨을 알 수 있을 것이다. 시야에 고온 물체가 존재하지 않을 때 비임(97)은 (예를 들어 정상 헤드 라이트로서) 노면의 전방을 향하거나, 심지어는 스위치 오프될 수 있다. 비임(97)은 해를 주지 않는 방향을 향하도록 유지하는 것이 바람직하다.

상기 시스템(92)은 운전자 전방에 있는 차량의 후방(back)을 (낮은 광도 레벨에서도) 인식하여 그것에 비임(7)을 조사하기 위해 패턴 인식 소프트웨어를 구비할 수 있다. 다른 수단은 차량 전방의 다른 차의 존재를 그 배기 고온으로 식별할 수 있으며, 이는 그것의 선택 해제가 제공될 수 있다. 또한, 시스템(92)은 보행자와 사이클 탑승자를 식별할 수 있는 영상 처리 소프트웨어를 포함하여 상기 보행자와 사이클 탑승자를 우선적으로 조명할 수도 있다.

도 10은 적외선 및/또는 가시광선 반사기(101)와, 적외선 및/또는 가시광선 검출기(102)와, 광원(103)과, 비임 포커싱 광학체(104)와, 고정 거울(105)과, 조향가능한 거울(106)을 포함하는 차량용 조향식 라이트 유닛(100)을 도시한다. 조향 거울의 움직임은 제어기(예: 96)의 제어하에 모터(107)에 의해 제어된다. 거울(106)은 매우 신속하게(운전 상황에서 비임 조향을 효과적으로 하기에 충분히 빨리) 움직일 수 있다. 진입 방사선(가시 광선 또는 적외선)(108)은 출력 가시 방사선(109)과 정렬된다.

도 11은 도 9a 및 9b 와 유사한 야간 주행 시스템의 다른 실시예를 도시하지만, 시야가 실질적으로 중첩되지 않는 가시광선 센서(94)와 적외선 센서(93)를 나란히 도시한다.

라이트 유닛(95 또는 100)은 검출된 적외선 영상과 매치되도록 비임의 횡단면 형상을 프로파일링하기 위한 비임 프로파일러(profiler)를 구비할 수 있다. 프로파일링의 해상도는 적외선 촬영의 해상도에 의해 제한될 것임을 알 수 있다.

도 12a는 적외선 검출기와 제어기(124)를 갖는 라이트 유닛(123)을 갖는 일련의 가로등(120, 121, 122)을 도시한다. 제어기는 조명될 고온 물체의 근처에만 빛을 초래한다. 따라서, 줄지어 서있는 가로등들은 보행자나 차량이 범위안에 들어올 때까지 꺼질 수 있고, 따라서 에너지 및 라이트 오염을 줄일 수 있다.

상기 제어기(124)는 상이한 유닛(123)으로부터 신호를 수용하며, 적절한 소프트웨어를 사용하여 고온 물체의 이동 방향을 결정할 수 있고 조명될 이동체의 전방에 빛을 (어느 정도) 초래하고 그 뒤에 있는 라이트들은 모두 또는 적어도 일부가 꺼지게 만든다. 도 12a에 도시되어 있듯이, 보행자는 오른쪽으로 걷고 있으며, 가로등(121, 122)이 켜져 있는 동안 가로등(120)은 꺼진다. 이러한 고온 물체 주위에서의 비대칭적인 빛의 분포는, 특히 물체의 전방에 셋이나 넷 이상의 램프/라이트가 있거나 그 후방에는 하나만 있거나 전혀 없는 경우에 에너지를 절약할 수 있다.

도 12b는 램프 포스트가 도 7a와 7b에 도시된 라이트 유닛(120)을 구비하고광선(광각 분산 비임)이 고온 물체의 이동을 추종하는 다른 가로등 시스템을 도시한다.

도 13a는 도 7a 또는 7b와 관련하여 기술된 라이트 유닛(130)을 도시하며, 이 유닛은 고온 물체에 원형의 광선을 조사한다.

도 13b는 도 7a 또는 7b와 관련하여 기술되었으나, 방출된 비임의 프로파일을 조절하기 위한 비임 프로파일러를 구비한 라이트 유닛(131)을 도시한다. 상기 라이트 유닛(131)은 고온 물체의 주위에 환형의 광선(132)을 조사한다. 이로 인해 (고온 물체가 사람일 경우) 사람은 광선에 의해 눈부셔하지 않으면서 바로 주위를 바라볼 수 있다.

도 14는 의료 분야에서의 본 발명의 사용을 도시한다. 적외선 검출기와 성형 비임 가시광선 방출기를 구비한 라이트 유닛으로부터의 가시광선이 다리에 조사되는 것을 도시한다. 조직 패치/영역(140)이 조사되고 가시광선에 의해 사용자의 정상적인 시각과 차별화된다. 일 실시예에서 영역(140)은 저온의 조직 영역이며, 순환계의 문제를 나타낼 것이다. 다른 실시예에서 조직 영역은 고온 영역이며, 화끈거리는 조직 영역이다.

조사되는 물체상의 온도가 상이한 영역들 사이를 차별화시키기 위해서는 투사된 가시광선을 "회색조 처리(gray-scale)"하는 것이 바람직하다는 것을 이해할 것이다. 상이한 온도를 나타내는 상이한 영역들은 상이한 색채의 가시 광선(예를 들어, 적색, 황색, 녹색, 청색)으로 조사될 것이다. 이러한 차별화는 상이한 온도 영역에 대한 상이한 빛의 강도에 의해서 달성될 수 있거나, 또는 이들 영역은 상이한 시각에 상이한 기술의 조합에 의해 조사될 것이다.

도 15는 본 발명의 다른 사용을 도시한다. 실내에서의 벽(150) 부위는 본 발명에 따른 장치로 관측되고 고온 영역(151)은 상기 장치에 의해 가시광선으로 조사된다. 본 예에서 고온 영역은 과열 융합 박스이거나, 또는 화재의 위험이 있을 수 있는 전기 배선 섹션이다. 집중 조명을 하게 되면 선제적인(pre-emptive) 처치 작용이 이루어질 수 있게 된다. 이 장치는 휴대할 수 있는 바, 예를 들면 (토치(12)처럼) 손으로 쥐고 다닐 수 있거나, 또는 고정된 영구적 또는 주기적으로 작동하는 모니터 장치가 될 수 있다. 장치는 비임 프로파일러를 구비할 수 있으며, 이 경우에는 고온 영역의 포괄 위치(스폿 151)가 아닌 고온 영역의 프로파일(152)이 도시될 수 있다.

도 16은 적외선 영상을 검출하고 가시광선으로 등가의 영상을 가시광선으로 다시 투사하는 투사 장치(161)가 달린 소방관의 헬멧(160)을 도시한다. 소방관이 두꺼운 연기(162)속에 있을 때 투사 스크린을 효과적으로 형성하는 연기 상에 가시적 영상이 투사된다. 소방관은 따라서 헤드업 디스플레이나 기타 시각을 손상시키는 디스플레이 없이도 연기에 불구하고 화면의 가시적 영상을 볼 수 있다.

도 17은 일 실시예에서 적외선 촬영 어레이(22)로부터의 정보를 가시광선 프로파일러(26)에 일대일 매핑시키는 것을 도시하고 있다.

일부 실시예의 중요한 특징은 열 카메라(열적외선 카메라)가 동일 유닛(예를 들면 LC 디스플레이를 구비한 토치)내에서 가시 대역 투사기 전체와 정렬된다는 것이다. 카메라에 의해 수집되는 열 영상은 가시광선을 사용하여 본래의 화면으로다시 투사된다. 열 카메라가 열에 민감하므로, 토치는 고온의 물체만을 조사한다. 따라서, 사람이 (통상) 그 주위보다 온도가 높기 때문에, 투사기는 사람을 보다 저온의 배경보다 업(up)시켜 조사할 것이다.

전술한 적용들은 (플레이어를 자동으로 쫓아다니는) 스테이지용 집중조명 제어, 보안등(침입자만을 조사, 투광조명이 아님)에 대한 집중조명을 제어한다. 상기 시스템은 투사된 영상(즉, "블랙 핫")을 역전하여 사람들을 눈부시지 않게 가고자 하는 곳으로 안내하는 폴로-민트(polo-mint) 라이트로서 사용할 수 있었다. 의학적 적용은 나쁜 혈액순환, 화끈거림 등을 간단히 환자에게 열 토치를 비추므로써 식별된다.

그러한 시스템은 야간에 예를 들어 차량에, 프로젝트로서 사용되는 헤드라이트와 함께 또는 고온의 물체, 즉 사람, 동물, 사이클 탑승자 등을 조명하도록 조립될 수 있었다. 상기 시스템은 정렬된 가시 카메라와도 함께 사용될 수 있으며, 따라서 예를 들어 다가오는 차량과 같은 이미 밝은 물체를 조명하지는 않는다. 라이트는 다른 길 사용자를 눈부시게 하지 않으면서 새도우내로 향할 수 있다. 이로 인해 야간 주행성이 향상된다.

(열 촬영기에 의한 통상의) 간접 관측 대신에, 열 영상은 가시 광선을 사용하여 본래의 화면과 "적소에서" 합성된다. 이는 관심 대상 영역을 단순히 집중조명하는 투사 비임에 있어서 정상 시각(쌍안, 착색, 고 삼차원 해상도)이 사용될 수 있음을 의미한다. 이는 인식을 자연스럽게 만들고 적용(예: 주행)을 안전하고 "사용자-우호적"으로 만든다. 여러 실시예들의 중요한 장점은, 검사나 주행을 위한양호한 품질의 영상을 만들어내기에 필요한 종래의 것에 비해, 적외선 시스템의 삼차원 해상도 요건이 매우 낮게 유지된다는 것이다. 이는 시스템의 컨셉을 경제적으로 실행가능하게 만든다.

또한 장치는 그 검출된/투사된 영상을 충분히 빨리 갱신하므로, 주위로(예를 들면 손을 흔들거나 차량상에서) 이동될 수 있으며, 관찰자는 가시광선에 의한 화면 물체의 조사상의 모든 상당한 변화를 실제로 인식하지 못할 수 있다는 것에 유의해야 한다.

일단 사람이 도 4 및 도 5의 열 토치와 유사한 것을 갖고 있다면 그는 그것을, 절연을 요하는 저온 영역 용도의 벽/지붕/창/하우스를 체크하거나 전기 시스템에서의 고온 지점을 검사하는데 사용할 수 있으며, 또한 논의된 어떠한 용도로도 사용할 수 있다.

본 발명에서의 주요 관심이 되는 적외선 방사선은 적외선 소스에 의해 조사될 필요가 없이 물체가 고유하게 방사하는 열 적외선이다. 이 열적외선 방사선은 대개 10 ㎛ 의 파장을 갖는다. 적외선 비임을 방사하고 반사된 적외선을 검사하는 능동 적외선 센서/촬영기의 적외선 방사선의 파장은 (그 이미지를 어지럽히는 열 소스를 회피하기 위해) 열 적외선 파장으로부터 고의로 떨어져 유지되며, 통상은 1 ㎛ 정도이다. 본 발명은 일체의 적외선 조사 소스를 요하지 않으며, 적외선 무소스(sourceless) 촬영 장치를 사용한다. 이는 열 적외선에 의한 관측 화면의 초기 조사가 없는 능동 감지 기술이다.

본 발명의 일부 실시예들은 저비용 열 촬영 적용에 관한 것이며, 적외선 방출기를 갖는 것은 장치의 비용을 증가시키기만 할 뿐이다.

열적외선을 능동 검출하고 열소스를 등가의 가시 광선 패턴으로 조사하는 것이 본 발명의 주요 실시예이지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 말로 작동되는 사소한 예에서는, 환자의 몸이나 손을 자외선 조사시 가시 광선을 차단하는 자외선에 민감한 도료(paint)로 도포하고, 또한 환자의 몸이나 손의 열 적외선 패턴을 검출하여 몸이나 손에 대응 자외선 패턴을 중첩하여 몸이나 손에 적외선 패턴이 가시적으로 표시되게 할 수 있다. 그러한 수정예는 물론 본 발명의 범위에 포함된다.

보다 광범위하게, 볼 수 없는(non-visible) 정보-캐리어 도메인으로부터의 관측된 화면의 방향 및 강도 정보를 실제 관측 화면상으로 오버레이된 가시적 라이트 매핑으로 전환하는 것은 본 발명이다. 예를 들어, 볼 수 없는 도메인은 가시 방사선 근처의 X선, 자기장 매핑, 원자력 방사선 매핑, 복사(radio) 매핑, 복사 간섭 집중조명이 될 수 있으며, 마찬가지로 비전자기(non-electromagnetic) 정보 도메인 또한 중첩된 가시 패터닝으로 전환될 수 있고 예를 들어 소리로 보이는 관측 화면의 패턴/영상(음향을 시각적으로 매핑) 또는 초음파(예를 들어 라이트를 헤어라인 크랙상으로 비춤)나 냄새를 시각적으로 라이트 매핑하는 것이 모두 고려될 수 있다. 각각의 경우에 관찰자는 디스플레이 화면을 바라보거나 특수 안경을 착용할 필요가 없으며, 실제 세계의 화면을 관찰하여 그 안의 시각적 패턴을 알 수 있다.

Claims (17)

1. 투사기(projector) 장치로서,

   관찰화면에서 물체에 의해 방출되어 특정 방향으로 상기 투사기 장치에 입사되는 열적외선 방사선을 검출하기 위한 수동(passive) 적외선 검출기와,

   가시광선 방사선을 방출하기 위한 방출기와,

   방출된 가시광선의 방향을 검출된 열적외선 방사선이 나오는 방향과 실질적으로 동일한 방향으로 향하도록 제어하기 위한 방출 비임 제어 수단을 포함하는 투사기 장치.
2. 투사기 장치로서,

   상기 투사기 장치에 특정 방향으로 입사되는 제 1 의, 비가시적 파장의 웨이브 또는 방사선에 관한 방향 정보를 검출하기 위한 수동 검출기와,

   가시광선을 방출하기 위한 방출기와,

   방출된 가시광선의 방향을 검출된 웨이브나 비가시적 방사선이 나오는 방향과 실질적으로 동일한 방향으로 향하도록 제어하기 위한 방출 비임 제어 수단을 포함하는 투사기 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 방출기는 방출된 비임 패턴화장치를 구비하며, 상기 검출기는 관찰 화면에서 적외선 또는 제 1 파장으로 수동 검출되는물체의 횡단면 프로파일을 검출하고, 상기 방출기는 방출된 비임을 비임 패턴화장치에 의해 조절되는 가변 횡단면 프로파일로 방출하여 프로파일 또는 패턴을 적외선 또는 제 1 파장으로 매치시키고 등가의 가시광선 패턴을 관찰 화면에서 적외선 또는 제 1 파장 패턴 위에 중첩시키는 투사기 장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 방출된 비임을 검출된 물체와 정합(register)시키기 위해 광학 정렬 수단이 제공되며, 정렬 부재는 열적외선, 또는 제 1 파장 및 가시광선중 하나의 방사선에 대해 적어도 부분적으로 반사적이고, 열적외선, 또는 제 1 파장 및 가시광선중 나머지의 방사선에 대해 적어도 부분적으로 투과적인 투사기 장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 정렬 부재는 비임 스플리터(splitter)를 포함하는 투사기 장치.
6. 제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서, 손잡이형 토치를 포함하는 투사기 장치.
7. 제 2 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 비임 패턴화장치는 방출기에 의해 방출된 영상을 제어하기 위한 삼차원 광 조절기(SLM)를 포함하는 투사기 장치.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 삼차원 광 조절기는 방출된 가시광선 영상을 검출된 영상 열적외선, 또는 제 1 파장 방사선, 및 가시광선 소스와 정렬시키기 위한 정렬 부재에 또는 그 사이에 제공되는 투사기 장치.
9. 제 1 항 내지 제 8 항중 어느 한 항에 있어서, 검출기에 의해 생성된 신호들은 실질적으로 처리되지 않은채로 방출기로 이동되는 투사기 장치.
10. 제 1 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 있어서, 가시광선에 민감한 센서와, 방향 또는 영상 검출기와, 방출기로서의 방향 또는 영상 투사기, 및

    투사기 장치에 대한 상당량의 가시광선 방사선의 소스인 관측 화면 영역을 식별하고 가시광선 방출기에 의한 조사를 위해 상기 영역을 선택해제하기 위한 선택해제(deselection) 제어 수단을 포함하는 투사기 장치.
11. 제 1 항 내지 제 10 항중 어느 한 항에 있어서, 다수의 픽셀을 갖는 검출 촬영장치(imager)와, 실질적으로 동일한 개수의 픽셀을 갖는 영상을 투사하기 위한 방출기를 포함하는 투사기 장치.
12. 관찰 화면의 열적 매핑을 시각적으로 표시하는 방법으로서,

    제 1 파장의 열 적외선 방사선을 수용하는 단계와,

    수용된 적외선 방사선을 사용하여 관찰 화면상으로의 가시 광선 투사를 제어하는 단계를 포함하며, 상기 가시광선은 관찰 화면의 열적외선 맵을 비추고(mirrors) 오버레이하는 관찰화면상에 가시광선 패턴으로 투사되는 시각적 매핑 표시 방법.
13. 관찰 화면에 대한 방향 및 강도 정보가 얻어지는 비가시적 정보 캐리어 도메인에서의 관찰 화면의 매핑을 시각적으로 표시하는 방법으로서,

    관찰 화면으로부터 비가시적 도메인 패턴을 검출하는 단계와,

    관찰 화면상에 등가의 대응 가시 광선 패턴을 투사하는 단계를 포함하며,

    관찰된 대응 비가시적 도메인 패턴상에 가시 광선 패턴이 중첩되는 시각적 매핑 표시 방법.
14. 제 13 항에 있어서, 비가시적 도메인 패턴의 가시광선 패턴 조명을 수행하도록 사용자에게 손잡이형 토치를 제공하는 단계를 포함하는 시각적 매핑 표시 방법.
15. 야간 주행의 안전성을 향상시키는 방법으로서,

    제 12 항 내지 제 14 항중 어느 한 항의 매핑 표시 방법에 의해 작동하는 가시광선 투사기를 차량에 장착하는 단계와,

    관측 화면내의 열적 물체를 가시광선으로 조사하는 단계를 포함하는 야간 주행 안전성 향상 방법.
16. 사용자에게 고온 물체의 형상을 보여주기 위한 장치에서의 수동 열적외선 촬영 어레이의 크기를 감소시키기 위한 방법으로서,

    열 물체를 센서에 의해 얻어진 열 영상에 대응하는 패턴으로 가시광선으로 조사하기 위해 수동 열적외선 센서를 사용하여 가시 대역 투사기의 출력을 제어 및 패턴화하는 단계를 포함하는 촬영 어레이 크기 감소 방법.
17. 해부 구조를 촬영하는 방법으로서,

    비가시적 대역 촬영장치를 사용하여 관심대상의 해부 구조에 관한 영상-제어 신호를 발생하는 단계와,

    해부구조의 가시 광선 영상을 비가시적 대역 촬영장치를 사용하여 얻어진 영상에 대응하는 패턴으로 사람이나 동물의 몸통에 투사하기 위해 상기 신호를 사용하여 가시 대역 투사기의 출력을 제어하는 단계를 포함하는 해부구조 촬영 방법.