Механизм с вертикальным полем для усилителя поля зрения

дИзобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к средствам усиления зрения водителя с переменным видимым полем. Изобретение направлено на улучшение рабочих характеристик при уменьшении стоимости механизма видимого поля зрения. Этот результат обеспечивается за счет того, что изобретение включает в себя кожух, подвижный сенсорный узел, расположенный внутри кожуха, детектор излучения, соединенный с одним концом сенсорного узла, и исполнительный механизм, соединенный с кожухом и способный перемещать сенсорный узел в кожухе и перемещать таким образом детектор излучения. Согласно изобретению предусмотрено перемещение детектора излучения как части устройства усиления зрения водителя по вертикали в пределах плоскости изображения системы усиления зрения водителя. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу и устройству регулирования поля зрения водителя систем усиления поля зрения водителя.

Предпосылки к созданию изобретения

В уровне техники известно использование систем ночного видения, позволяющих вести транспортные средства ночью и при плохих погодных условиях. Одна такая система ночного видения, известная как усилитель зрения водителя (DVE), описана в патенте США № 6521892, выданном Эманюэлю и др. DVE Эманюэля состоит из тепловизора переднего обзора, известного также как сенсорный модуль (SM), предназначенный для восприятия теплового излучения от наблюдаемой сцены, и модуля отображения и контроля, предназначенного для воспроизведения видимого изображения сцены для водителя.

Часть сцены, которую называют полем зрения (FOV), может быть захвачена в любое время и выражена углом возвышения и азимутальным углом. Такие системы DVE оборудованы также механизмами, позволяющими пользователю поворачивать оптическую ось сенсорного модуля по возвышению и азимуту таким образом, чтобы допустить охват сцены за пределами поля зрения. Вся площадь сцены, которую можно наблюдать с помощью системы DVE, называется видимым полем (FOR). Видимое поле включает в себя поле зрения и, часто бывает, зону больше поля зрения, т.е. неподвижный DVE имеет постоянные видимое поле и поле зрения, охватывающие те же углы возвышения и азимута. Например, в патенте США № 6563102, выданном Вробелю и др., описан механизм видимого поля, пригодный для применения в системе DVE Эманюэля, описанной выше.

Существующая техника вращения оптической оси сенсорного модуля включает вращение самого сенсорного модуля как по азимуту, так и по возвышению, т.е. так, как предусмотрено в патенте Вробеля, и вращение прилагаемого складного зеркала, направляющего пучок по ломаной траектории, для вертикального видимого поля и вращение самого сенсорного модуля для горизонтального видимого поля, т.е. так, как делается в системах DVE с перископической оптикой, имеющих вертикальную оптическую ось.

Для вращения оптической оси сенсорного модуля можно использовать несколько приемов. Один, описанный в упомянутом патенте, предусматривает использование вращения сенсорного модуля как по азимуту, так и по возвышению. Системы DVE с перископической оптикой (вертикальная оптическая ось) используют вращение прилагаемого зеркала, направляющего пучок света по ломаной траектории, для получения вертикального видимого поля, и используют вращение самого сенсорного модуля для горизонтального видимого поля.

Для того чтобы использовать зеркало в перископических системах DVE, перед зеркалом помещают входное окно для того, чтобы предотвратить попадание на зеркало пыли и загрязнений. Блок линз, предназначенный для приема света от зеркала, направляет изображение на детектор излучения для обработки и отображения изображения перед пользователем. В процессе работы свет от наблюдаемой сцены проходит через входное окно, отражается от зеркала и проходит через блок линз к детектору излучения. При прохождении света через множество компонентов механизма зеркала, направляющего пучок света по ломаной траектории, происходит ослабление света, принятого от наблюдаемой сцены.

В технике существует потребность в альтернативном механизме получения видимого поля и соответствующей компоновке сенсорного модуля, применимых в системах DVE переднего обзора. Кроме того, в технике существует потребность в устройстве, усовершенствованном с точки зрения простоты, стоимости и рабочих характеристик.

Сущность изобретения

Следовательно, целью настоящего изобретения является обеспечение усовершенствованного механизма видимого поля.

Другой целью настоящего изобретения является обеспечение усовершенствованного механизма видимого поля с уменьшенной стоимостью и улучшенными рабочими характеристиками.

Настоящее изобретение предлагает систему усиления зрения водителя, имеющее переменное поле зрения. Система включает в себя кожух и подвижный сенсорный узел, размещенный внутри кожуха. Сенсорный узел включает в себя детектор излучения, соединенный с одним концом узла. Исполнительный механизм, соединенный с кожухом, может соприкасаться с сенсорным узлом и перемещать сенсорный узел в кожухе и, таким образом, перемещать присоединенный детектор излучения.

Согласно аспекту изобретения способ включает в себя перемещение детектора излучения, как части системы усиления зрения водителя, в вертикальном направлении в пределах плоскости изображения оптических средств системы усиления зрения водителя.

Описанный ниже механизм видимого поля обладает многими преимуществами, и вкратце к преимуществам относятся:

небольшое количество деталей;

компактность и хорошие рабочие характеристики;

низкая стоимость;

надежность; и

простая электронная компоновка.

Как показано на фиг.2 и 3, вариант осуществления механизма согласно настоящему изобретению включает в себя меньше деталей, чем описанное выше устройство, основанное на применении зеркала, направляющего пучок света по ломаной траектории. Одна из наиболее сложных частей, сенсорная трубка, используется также для размещения электронных плат и служит теплоотводом для инфракрасного детектора.

Поскольку система не включает в себя какого-либо зеркала и входного окна, систему можно сделать очень небольшой по сравнению с устройствами, основанными на применении зеркала, направляющего пучок света по ломаной траектории. Кроме того, полученная в результате оптическая передача оптических средств означает поступление на детектор большего количества энергии, что улучшает рабочие характеристики. Это означает, что на свет, проходящий через систему, влияет меньшее количество оптических компонентов, что позволяет большему количеству принятого света достичь детектора.

Возможно снижение затрат за счет того, что скользящий механизм содержит только детали цилиндрической формы, которые легко получить с высокой точностью с помощью металлообработки.

Надежность повышается за счет того, что движущиеся части полностью заключены в главном кожухе и не могут подвергнуться загрязнению со стороны окружающей среды или подвергнуться случайному удару или плохому обращению.

Простота монтажа обеспечивается за счет того, что инфракрасный детектор устанавливают непосредственно на плате сенсорного устройства без необходимости использования отдельной детекторной платы, соединителя или гибкой соединительной схемы, что обеспечивает снижение затрат и повышение надежности.

Другие преимущества настоящего изобретения станут очевидными для специалистов в данной области техники из следующего подробного описания, в котором показаны и описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения, просто в качестве иллюстрации предпочтительного режима при осуществлении изобретения. Как будет понятно, изобретение допускает иные и отличающиеся варианты осуществления, и некоторые его детали пригодны к модификации в различных очевидных направлениях, но без отступления от существа изобретения.

Перечень фигур чертежей

Настоящее изобретение проиллюстрировано в качестве примера, и без ограничений, на фигурах с прилагаемыми чертежами, где элементы, обозначенные одинаковыми ссылочными позициями, всюду характеризуют собой одинаковые элементы, и на которых:

фиг.1 - перспективный вид примера сенсорного модуля согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.2 - вид с покомпонентным разделением на детали сенсорного модуля с фиг.1;

фиг.3 - вид с покомпонентным разделением на детали сенсорного модуля с фиг.1 в проекции снизу;

фиг.4 - перспективный вид сенсорного модуля с фиг.1 в проекции снизу;

фиг.5 - перспективный вид сенсорного модуля с фиг.1 с другой стороны;

фиг.6 - вид с покомпонентным разделением на детали исполнительного механизма сенсорного модуля с фиг.1.

Подробное описание

В отличие от описанных выше технических решений механизм, являющийся предметом настоящего изобретения, вызывает скольжение инфракрасного детектора, расположенного в сенсорном модуле, по вертикали, в фокальной плоскости оптической системы переднего обзора для обеспечения повышения видимого поля.

На фиг.1 показан перспективный вид варианта осуществления настоящего изобретения. Сенсорный модуль 10 включает в себя основной кожух 12 и блок 14 линз, например оптический модуль переднего обзора, прикрепленный к основному кожуху.

На фиг.2 показан вид с покомпонентным разделением на детали сенсорного модуля 10 с фиг.1, в котором блок 14 линз снят с сенсорного модуля 10. Блок 14 линз включает в себя апертуру 16 на одной поверхности, предназначенную для приема и пропуска электромагнитных волн, например инфракрасных волн, вовнутрь сенсорного модуля 10 посредством системы 17 линз, установленной в блоке 14 линз. Блок 14 линз соединяется с основным кожухом 12 посредством четырех крепежных устройств 18, например болтов, винтов или крепежных изделий иного типа.

Аналогичным образом узел 20 сенсорной трубки извлечен из основного кожуха 12 с целью лучшей иллюстрации признаков узла сенсорной трубки, и с кожуха 12 снята нижняя крышка 22. В собранном виде, показанном на фиг.1, нижняя крышка 22 прикреплена, например привинчена или закреплена болтами, к дну кожуха 12 с целью закрыть и герметизировать кожух. Узел 20 сенсорной трубки перемещается в вертикальном направлении А вдоль продольной оси В основного кожуха 12 внутри вертикального цилиндрического канала в кожухе. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что узел 20 сенсорной трубки может иметь разную форму, например форму ласточкина хвоста, прямоугольную, шестигранную, восьмигранную, форму многогранника, входящую в кожух 12 и допускающую перемещение узла 20 сенсорной трубкивнутри кожуха 12. Далее будет понятно, что кожух 12 может иметь различную форму для обеспечения соответствия с конкретным вариантом осуществления изобретения.

В верхней части 25 нижней крышки 22 располагается пружина 24, например пружина сжатия, которая прикладывает усилие ко дну 27 (показанному более ясно со ссылкой на фиг.3) узла 20 сенсорной трубки для смещения узла сенсорной трубки в направлении перемещения и начального положения в основном кожухе 12 сенсорного модуля 10. Более конкретно, пружину 24 сжимают и вставляют между нижней крышкой 22 и узлом 20 сенсорной трубки для приложения к узлу сенсорной трубки направленного вверх усилия в направлении исполнительного механизма 28 (подробно описан ниже со ссылкой на фиг.4 и 6). Исполнительный механизм 28 ограничивает перемещение узла 20 сенсорной трубки вверх, потому что исполнительный механизм контактирует с фланцем 29 узла сенсорной трубки. Дно 27 узла 20 сенсорной трубки выступает за наружный периметр узла 20 сенсорной трубки, образуя таким образом фланец 29 вдоль наружной периферии дна узла.

Детектор 26 электромагнитного излучения, например детектор инфракрасного излучения, установлен на верхнем конце узла 20 сенсорной трубки. Чувствительный к излучению участок детектора 26, будучи помещен в основной кожух 12, выравнивается с оптической осью системы 17 линз блока 14 линз. Блок 14 линз и, более конкретно оптика системы 17 линз формирует изображение, размеры которого превышают чувствительный к излучению участок детектора 26.

Основной кожух 12 включает в себя рукоятку 30, наружную по отношению к основному кожуху и обращенную к его основанию, соединенную с кулачком 31 посредством вала 32 (описано ниже со ссылкой на фиг.4 и 6), для регулирования положения узла 20 сенсорной трубки и, в конечном счете, детектора 26, внутри сенсорного модуля 10. Кулачок 31 располагается внутри основного кожуха 12 и прилегает к верхней стороне фланца 29. Кулачок 31 поворачивается под воздействием вращения рукоятки 30 за счет соединения с валом 32. Понятно, что при других вариантах осуществления изобретения кулачок 31 может перемещаться иным, чем вращение, путем, например, перемещаясь по вертикали. Кроме того, кулачок 31 в конкретном варианте осуществления является подвижным устройством, имеющим смещенную ось вращения, например устройством с торцовым биением. Понятно также, что в альтернативных вариантах осуществления кулачок 31 может быть заменен альтернативными механизмами, включая рычаг или реечную передачу, но не ограничиваясь ими.

В процессе работы манипулирование рукояткой 30, например ее вращения по часовой или против часовой стрелки, ведет к тому, что исполнительный механизм 28 прикладывает усилие к верхней стороне фланца 29 и, таким образом, противодействует смещающему усилию пружины 24, с целью подъема или опускания узла 20 сенсорной трубки. Подъем и опускание узла 20 вызывает подъем и опускание инфракрасного детектора 26 в пределах плоскости изображения апертуры 16 блока 14 линз. Поэтому манипулирование рукояткой 30 смещает поле зрения сенсорного модуля 10 по вертикали. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что поле зрения сенсорного модуля 10 может также смещаться за счет применения описанной здесь техники по горизонтали или под заданным углом.

Механизм, являющийся предметом настоящего изобретения, вызывает скольжение инфракрасного детектора, расположенного в сенсорном модуле 10, по вертикали, в фокальной плоскости оптики, переднего обзора для получения подъема видимого поля.

Далее будет более подробно описан узел 20 сенсорной трубки со ссылкой на фиг.3. Инфракрасный детектор 26, например микроболометр, и два электронных блока монтажных плат (ССА), т.е. ССА сенсорного устройства 35 и ССА источника 36 питания, каждый из которых присоединен к узлу 20 сенсорной трубки. ССА сенсорного устройства обеспечивает возможность обработки, необходимую для генерирования изображения от инфракрасного детектора 26. ССА сенсорного устройства 35 включает в себя детектор в виде микроболометра и электронику, необходимую для создания видеосигнала, как известно специалистам в данной области техники. ССА источника 36 питания подает питание от внешнего источника питания (не показан) на соединенный с ним ССА сенсорного устройства 35 и инфракрасный детектор 26. ССА источника 36 питания включает в себя микроконтроллер, предназначенный для слежения за различными средствами управления на дисплее и модуль управления (не показан), и регулирует различные рабочие параметры сенсорного модуля 10. Дисплей и модуль управления отображают видеосигнал, полученный инфракрасным детектором 26, и включают в себя средства управления, с помощью которых пользователь выполняет регулирование усиления, уровня и яркости отображения, переключение полярности (black hot/white hot) и выбор источника сигнала изображения (внутренний/внешний). Преимущество заключается в том, что монтаж ССА сенсорного устройства 35 и ССА источника 36 питания в узле 20 облегчает быстрое извлечение и замену поврежденных или неисправных компонентов. Кроме того, установка ССА 35, 36 в цилиндрическом канале основного кожуха 12 требует меньше пространства снаружи сенсорного модуля 10 для платы и связанных с ней компонентов.

Как показано на фиг.3, штифт 37 (изображенный также на фиг.4), например установочный штифт или другой выступ, установленный в основном кожухе 12, сопрягается с прорезью 38 во фланце 29 узла 20 сенсорной трубки и, таким образом, препятствует вращению узла сенсорной трубки внутри основного кожуха. Когда узел 20 сенсорной трубки вводят в главный кожух 12, штифт 37 входит в прорезь 38, и кулачок 31 исполнительного механизма 28 прилегает к верхней стороне 39 фланца 29. В одном из вариантов осуществления исполнительный механизм 28 находится в постоянном контакте с верхней частью 39 фланца 29 в то время, когда узел 20 сенсорной трубки установлен в основном кожухе 12. В этом варианте осуществления пружина 24 прикладывает постоянное усилие к дну 27 узла 20, отжимая фланец 29 в направлении кулачка 31 исполнительного механизма 28 и вводя его в контакт с кулачком.

Как показано на фиг.4, вращение рукоятки 30 вызывает вращение исполнительного механизма 28, и более конкретно - кулачка 31, находящегося в контакте с фланцем 29 узла 20 сенсорной трубки. Поворот кулачка 31 ведет к приложению к фланцу 29 в направлении С вертикального усилия, сжимающего, как показано, пружину 24. В альтернативном варианте осуществления пружина 24 располагается над фланцем 29 и прикладывает усилие к верхней поверхности фланца, а исполнительный механизм 28 располагается ниже фланца 29 и контактирует с нижней поверхностью фланца. В процессе работы исполнительный механизм 28 прикладывает к фланцу 29 вертикальное усилие в направлении, противоположном направлению С, сжимая, таким образом, пружину 24 и перемещая по вертикали узел 20 сенсорной трубки.

Как описано выше, исполнительный механизм 28 позволяет оператору перемещать узел 20 сенсорной трубки внутри основного кожуха 12, перемещая таким образом инфракрасный детектор 26 по вертикали в плоскости изображения, для получения требуемого подъема видимого поля. Обычно в военных боевых транспортных средствах сенсорный модуль 10 сопрягается с транспортным средством посредством монтажного блока (не показан). В таких системах азимут поля наблюдения устанавливают путем вращения сенсорного модуля 10 внутри монтажного блока.

В альтернативном варианте осуществления исполнительный механизм 28 перемещает сенсорный узел 20, не входя в непосредственный контакт с узлом. Например, исполнительный механизм 28 может быть представлен пневматической системой, системой с гидроприводом, электромагнитной или иной безконтактной системой для перемещения узла 20 без необходимости в непосредственном контакте исполнительного механизма 28 с узлом.

На фиг.6 показан перспективный вид с нижней стороны, изображающий вариант осуществления исполнительного механизма 28 согласно настоящему изобретению отдельно от основного кожуха 12. Как было показано выше, исполнительный механизм 28 включает в себя рукоятку 30, соединенную с кулачком 31 валом 32. В процессе работы движение рукоятки 30 вызывает вращение вала 32 при одновременном вращении кулачка 31. В конкретном варианте осуществления, изображенном на фиг.6, исполнительный механизм 28 включает также в себя зубчатое колесо 33, например зубчатый сегмент, прикрепленное к валу 32, и плунжер 34, например пружинный плунжер, соединенный с основным кожухом 12. Плунжер 34 смещается в направлении зубчатого колеса 33, и верх плунжера 34 взаимодействует с зубцами зубчатого колеса 33 с целью противодействовать вращению вала 32 и кулачка 31 в противоположном направлении в качестве реакции на прилагаемое пружиной 24 усилие к узлу 20.

Любой специалист в данной области техники может легко видеть, что настоящее изобретение осуществляет все задачи, изложенные выше. После изучения настоящего описания изобретения для специалиста в данной области техники будет очевидно получить различные изменения, замещения эквивалентов и различные другие объекты изобретения, широко описанные здесь. Поэтому предоставляемая патентом защита ограничивается только рамками определений, содержащихся в прилагаемой формуле изобретения и ее эквивалентами.

1. Система усиления зрения водителя с переменным видимым полем, которое содержит:
кожух с продольной осью, имеющий блок линз;
сенсорный узел, который может перемещаться внутри кожуха и вдоль продольной оси кожуха;
детектор излучения, предназначенный для обнаружения изображения, который соединяется с одним концом сенсорного узла;
электронный блок монтажных плат сенсорного узла, соединенный сенсорным узлом; и
исполнительный механизм, соединенный с кожухом и способный перемещать сенсорный узел в кожухе и перемещать таким образом детектор излучения в плоскости изображения относительно оптической оси блока линз.

2. Система по п.1, в которой детектор излучения является инфракрасным детектором.

3. Система по п.1, в которой исполнительный механизм контактирует одним концом с сенсорным узлом.

4. Система по п.1, в которой сенсорный узел содержит также на наружной части сенсорного узла фланец для контакта при движении исполнительного механизма.

5. Система по п.1, которая содержит также
пружину, соединенную с кожухом и предназначенную для приложения усилия к одному концу сенсорного узла.

6. Система по п.5, которая содержит также
выступ, соединенный с кожухом и сопрягающийся с сенсорным узлом для того, чтобы не допустить вращения сенсорного узла внутри кожуха.

7. Система по п.6, в которой часть сенсорного узла сопрягается с выступом из кожуха.

8. Система по п.5, в которой исполнительный механизм остается в контакте с сенсорным узлом в результате приложения пружиной усилия к сенсорному узлу.

9. Система по п.1, в которой блок линз соединяется с одним концом кожуха и устанавливается таким образом, что чувствительный к излучению участок детектора может выравниваться в пределах плоскости изображения блока линз.

10. Система по п.9, в которой исполнительный механизм может перемещаться до контакта с сенсорным узлом и перемещать сенсорный узел в направлении продольной оси, перемещая таким образом детектор в направлении продольной оси в пределах плоскости изображения блока линз.

11. Система по п.1, в которой исполнительный механизм не контактирует с сенсорным узлом.

12. Система по п.11, в которой исполнительный механизм представляет собой один из числа пневматического снабженного гидроприводом исполнительного механизма и электромагнитного исполнительного механизма.

13. Система по п.11, в которой исполнительный механизм может перемещать сенсорный узел в кожухе без контакта с сенсорным узлом.

14. Система по п.1, в которой сенсорным узлом является ориентированный по вертикали цилиндр.

15. Система по п.1, в которой сенсорный узел имеет цилиндрическую форму.

16. Способ управления полем зрения системы усиления зрения водителя вдоль продольной оси, который содержит этапы:
перемещения узла сенсорной трубки как части системы усиления зрения водителя вдоль продольной оси и, таким образом, перемещение детектора излучения, соединенного с узлом сенсорной трубки, по продольной оси в пределах плоскости изображения системы усиления зрения водителя.

17. Способ по п.16, в котором этап перемещения содержит также
перевод исполнительного механизма в контакт с узлом сенсорной трубки, вызывающий перемещение узла сенсорной трубки по продольной оси и, таким образом, перемещение детектора излучения.

18. Способ по п.17, в котором этап перемещения исполнительного механизма содержит также
сжатие пружины, смещающей узел сенсорной трубки по продольной оси.

19. Способ по п.18, в котором перевод исполнительного механизма в контакт с узлом сенсорной трубки вызывает сжатие пружины.

20. Способ по п.17, в котором узел сенсорной трубки установлен внутри кожуха, имеющего отходящий в продольном направлении выступ, сопрягающийся с узлом сенсорной трубки, а этап перевода исполнительного механизма содержит также
перемещение узла сенсорной трубки вдоль выступа кожуха по продольной оси, не допускающее вращение узла сенсорной трубки.