車載激光輔助圖像獲取裝置制造方法
【專利摘要】一種車載激光輔助圖像裝置，包括半導(dǎo)體激光器、激光器散熱單元、激光整形鏡頭、攝像器、攝像鏡頭、激光波長選通單元、電控單元和外殼。其中的半導(dǎo)體激光器可以為垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器陣列或者是一個光纖耦合半導(dǎo)體激光器；激光整形鏡頭放置于激光器出光光軸方向上；激光整形鏡頭的焦距及距離激光發(fā)光點(diǎn)的距離可變，用于改變激光器的出光角度，激光波長選通單元為一放置在攝像器前面的窄帶干涉濾光片，可以讓激光通過并過濾掉激光波長之外的光。該實(shí)用新型能有效抑制車輛交匯時(shí)，對面車輛的車大燈的強(qiáng)光，加裝光學(xué)偏振器后，亦能有效抑制裝有激光夜視儀的車輛會車時(shí)激光對彼此攝像器的相互干擾，免于造成攝像器亮度飽和。
【專利說明】車載激光輔助圖像獲取裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種車載激光輔助圖像獲取裝置，屬于激光主動照明及夜視【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著汽車的普及，交通事故也呈直線上升趨勢。據(jù)報(bào)道，60%以上的交通事故發(fā)生在夜間。因?yàn)橐归g司機(jī)的可視能力下降，而更嚴(yán)重的問題是，迎面駛來的汽車耀眼的車頭燈會使司機(jī)眩目，增加了交通事故的發(fā)生幾率。車載激光夜視系統(tǒng)可以幫助司機(jī)在黑暗中導(dǎo)航，使司機(jī)在有光和無光情況下都能看清楚路面情況。而且可以產(chǎn)生和人眼自然觀察一樣的圖像，對于運(yùn)動的和不運(yùn)動物體都能產(chǎn)生較好的圖像，不會受到迎面汽車頭燈和路面燈光的影響。從而有效降低夜晚交通事故的發(fā)生率。
[0003]從2000年開始，凱迪拉克、奔馳、寶馬等公司開始關(guān)注汽車的夜間行駛問題，開發(fā)車載夜視儀。凱迪拉克和寶馬公司采用紅外熱成像儀(感應(yīng)波長8?14um)作為車載夜視儀，紅外熱成像對人、動物等熱源物體比較敏感，但對路標(biāo)等冷的不運(yùn)動物體成像對比度較差?，F(xiàn)有熱成像視頻分辨率較低，價(jià)格較高，不利于普及。2012年，比亞迪汽車公司開發(fā)出車載夜視系統(tǒng)，使用近紅外LED進(jìn)行夜間補(bǔ)光照明，夜視距離近，攝像頭安裝在外部車頭位置。
[0004]郭進(jìn)申請的實(shí)用新型【汽車駕駛用夜視儀】，申請?zhí)?00920176274.0。介紹了一種汽車駕駛用夜視儀，特征包括:一影像獲取裝置，包括一鏡頭和一攝像器，配有激光照明器。能應(yīng)用于各類夜間隱蔽駕駛或夜間正常輔助駕駛。該實(shí)用新型缺點(diǎn)是無強(qiáng)光抑制功能。
[0005]中科院半導(dǎo)體所申請的發(fā)明專利【采用紅外半導(dǎo)體激光光源的汽車輔助夜視系統(tǒng)】，申請?zhí)?00710304208.2，該發(fā)明包括主光源和兩個補(bǔ)光激光光源，用一次微透鏡和二次平凸透鏡準(zhǔn)直，角度在25°?40°，相互切換或同時(shí)開啟。采用強(qiáng)光抑制濾光片用于強(qiáng)光抑制。該專利的缺點(diǎn)是采用邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器光源，激光光源需進(jìn)行二次整形準(zhǔn)直，激光器采用多光源，不利于安裝。
[0006]綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)存在不足和需要改進(jìn)的地方。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0007]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供了一種體積小巧的車載激光輔助圖像獲取裝置，在無光環(huán)境下有效夜視距離100米以上，能實(shí)現(xiàn)車大燈的強(qiáng)光抑制，也能實(shí)現(xiàn)同樣安裝激光夜視儀的汽車會車時(shí)激光之間強(qiáng)光干擾。激光照明器結(jié)構(gòu)簡單，激光光源不需要進(jìn)行多次整形準(zhǔn)直，不需要專門的勻化裝置。有效節(jié)省空間，并降低激光器產(chǎn)生的能耗。
[0008]本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下:
[0009]一種車載激光輔助圖像獲取裝置，其特征在于:包括外殼，以及封裝在外殼中的:半導(dǎo)體激光器、激光器散熱單元、激光整形鏡頭、攝像器、攝像鏡頭、激光波長選通單元和電控單元；
[0010]所述的半導(dǎo)體激光器可以是一個垂直腔面發(fā)射激光器陣列或者是一支光纖耦合半導(dǎo)體激光器；，
[0011]用于半導(dǎo)體激光器散熱的激光器散熱單元為銅或鋁合金材質(zhì)的金屬散熱塊，也可借用現(xiàn)有的殼體；
[0012]所述的激光整形鏡頭放置于激光器出光光軸方向上；所述的激光整形鏡頭的焦距以及與激光器發(fā)光點(diǎn)間的距離可變，用于改變激光器的出光角度，使之與攝像鏡頭的視場角度匹配；
[0013]所述的激光波長選通單元為放置在攝像器前面的窄帶濾光片，在攝像器和其中一個光學(xué)窗口之間，可以讓激光通過，過濾掉激光波長之外光，有效防止對面行駛汽車車燈的強(qiáng)光影響。
[0014]所述的電控單元與攝像器、激光器進(jìn)行電聯(lián)接并用于控制攝像機(jī)、激光器開與關(guān)。
[0015]進(jìn)一步，所述的激光整形鏡頭，為正透鏡(組)，可以為單透鏡，可以為膠合透鏡，也可以為多透鏡組成的正透鏡組。
[0016]進(jìn)一步，所述的激光整形鏡頭表面鍍有激光波長增透膜。
[0017]進(jìn)一步，所述的攝像器像素?cái)?shù)在40萬以上，可以是模擬攝像器，也可以是數(shù)字高清攝像器，能有效響應(yīng)激光波長，輸出黑白視頻信號，幀頻25HZ以上。
[0018]進(jìn)一步，所述的攝像器鏡頭可以是定焦鏡頭，也可以是變焦鏡頭作為定焦使用。
[0019]進(jìn)一步，所述的激光波長選通單元還包括分別安裝在激光整形鏡頭和攝像鏡頭前面的偏振方向相同或相近的光學(xué)偏振器，偏振器只允許某一偏振方向的偏振光通過，該偏振器透射光的振動方向與水平方向夾角為45° ±10°?？梢杂行б种茣嚂r(shí)，對面方向汽車車載夜視儀的激光，防止對面方向的激光對夜視儀攝像器造成亮度飽和。
[0020]進(jìn)一步，所述的外殼為帶有光學(xué)窗口的鋁合金外殼，亦可以是不銹鋼防爆外殼。
[0021]進(jìn)一步，所述的攝像器及鏡頭部分，可作為獨(dú)立模塊放在一個外殼里，與其它部分分體放置。
[0022]本實(shí)用新型的有益效果是:實(shí)現(xiàn)了一種小型集成化的車載激光夜視裝置，可以在無光道路或者環(huán)境光較暗的道路上進(jìn)行輔助駕駛，有效夜視距離100米以上，能安裝于駕駛室內(nèi)，也可以將攝像單元和激光照明單元分開放置安裝。該實(shí)用型新夜視距離遠(yuǎn)，有效夜視距離100米以上，能實(shí)現(xiàn)普通車燈無法照到的夜視距離，彌補(bǔ)現(xiàn)有車燈夜間輔助駕駛距離近的不足。在車燈損壞的情況下，能代替車燈的作用，實(shí)現(xiàn)夜間輔助駕駛。該實(shí)用新型能有效抑制車輛交匯時(shí)，對面車輛的車燈強(qiáng)光抑制，加裝偏振器后，亦能有效抑制都裝有激光夜視儀的車輛上激光對攝像器的相互干擾，免于造成攝像器亮度飽和，或圖像亮度過大，看不清路面的情況出現(xiàn)。該實(shí)用新型使用的激光器結(jié)構(gòu)簡單，不需要進(jìn)行二次光學(xué)整形，不需要單獨(dú)的勻化裝置，有效提高了激光利用率，降低功耗。
[0023]本實(shí)用新型需搭配視頻顯示單元一起使用，可以增加存儲、無線傳輸?shù)容o助功能；本實(shí)用新型未加解釋的技術(shù)均為本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的現(xiàn)有已實(shí)現(xiàn)技術(shù)，在此不做具體解釋；在本實(shí)用新型基礎(chǔ)上所做的改進(jìn)和變更，亦屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為實(shí)施例1的原理圖。
[0025]圖2為實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖3為實(shí)施例2的原理圖。
[0027]圖4為為圖實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖5為實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖中，1、半導(dǎo)體激光器，2、激光器散熱單元，3、激光整形鏡頭，4、攝像器，5、攝像鏡頭，6、激光波長選通單兀,7、電控單兀,8、外殼,81、光學(xué)窗口，9、偏振器。

【具體實(shí)施方式】
[0030]具體實(shí)施例1
[0031]一種車載激光輔助圖像獲取裝置，其特征在于:包括半導(dǎo)體激光器1，激光器散熱單元2，激光整形鏡頭3，攝像器4，攝像鏡頭5，激光波長選通單元6，電控單元7，外殼8。下面分別就其結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0032]首先半導(dǎo)體激光器1為現(xiàn)有器件，可以是垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器陣列，激光功率為4W，激光中心波長808nm。其中垂直腔面發(fā)射激光器(Vertical-CavitySurface-Emitting Laser,簡稱VCSEL,又譯垂直共振腔面射型雷射)是一種半導(dǎo)體，其激光垂直于頂面射出，與一般用切開的獨(dú)立芯片制成，激光由邊緣射出的邊射型激光有所不同。
[0033]進(jìn)一步，所述的激光器散熱單元2為鋁合金散熱器，與半導(dǎo)體激光器中的發(fā)熱部件直接接觸，用于提高半導(dǎo)體激光器的散熱效果，附帶風(fēng)扇進(jìn)行風(fēng)冷散熱，其中，風(fēng)扇部分可以增加散熱效果。
[0034]進(jìn)一步，激光整形鏡頭3為放置于激光器出光光軸方向上的非球面凸透鏡(也稱非球面透鏡)，焦距6mm，并在凸透鏡的表面鍍有808nm波長增透膜，將激光出射角度α整形為40°。
[0035]進(jìn)一步，所述的攝像器4為200萬像素的低照度攝像器，能有效響應(yīng)激光波長，輸出黑白視頻信號，用于圖像信號的采集。
[0036]進(jìn)一步，所述的攝像器鏡頭5為8mm定焦鏡頭，有效分辨率200萬像素以上。
[0037]進(jìn)一步，所述的激光波長選通單元6為一中心波長808nm窄帶濾光片，放置在攝像器鏡頭前，濾光片帶寬10nm。其中窄帶濾光片是一種帶通濾波器，它利用電介質(zhì)和金屬多層膜的干涉作用，可以從入射光中，選取特定的波長，其半峰值帶寬(峰值的一半)為lnm到40nm。本實(shí)用新型具體實(shí)施例用的是帶寬10nm的規(guī)格。
[0038]進(jìn)一步，所述的電控單元7與攝像器4、激光器1通過導(dǎo)線電聯(lián)接并負(fù)責(zé)給攝像器4、激光器1供電，有手動開關(guān)控制激光照明器的打開關(guān)閉。
[0039]進(jìn)一步，所述的外殼8為帶有光學(xué)窗口的招合金外殼,具體地,兩個光學(xué)窗口 81,其中一個用于激光的通過，另外一個用于攝像器的取像，將上述的各個單元模塊都放置在外殼中，形成一個整體。
[0040]該實(shí)用新型作為一個應(yīng)用整體可應(yīng)用于轎車、卡車、貨車等車輛上，安裝于駕駛室后視鏡位置，或安裝車頂；在夜間行車時(shí)，通過數(shù)據(jù)線講攝像器經(jīng)視頻顯示在視頻顯示裝置上實(shí)現(xiàn)輔助駕駛，有效抑制會車時(shí)對面車大燈的影響，可清晰看清路況，有效夜視距離200米以上，增加了夜間行車安全性。
[0041]具體實(shí)施例2
[0042]一種車載激光輔助圖像獲取裝置，其特征在于:包括半導(dǎo)體激光器1，激光器散熱單元2，激光整形鏡頭3，攝像器4，攝像鏡頭5，激光波長選通單元6，電控單元7，和外殼8。
[0043]其中，所述的半導(dǎo)體激光器1，為垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器陣列，激光器功率為4W,激光中心波長980nm。
[0044]進(jìn)一步，所述的激光器散熱單元2為銅散熱器，直接與半導(dǎo)體激光器中的散熱原件進(jìn)行接觸，為半導(dǎo)體激光器降溫，通過熱管連接到外殼。其中熱管是一種具有快速均溫特性的特殊材料，其中空的金屬管體，使其具有質(zhì)輕的特點(diǎn)，而其快速均溫的特性，則使其具有優(yōu)異的熱超導(dǎo)性能；是現(xiàn)今電子產(chǎn)品散熱裝置中最普遍高效的導(dǎo)熱(非散熱)元件。
[0045]進(jìn)一步，所述的激光整形鏡頭3為放置于激光器出光光軸方向上的柱面透鏡，焦距10mm，入射面和出射面均鍍有980nm波長增透膜，將激光器水平出光角度α整形為30°。進(jìn)一步，所述的攝像器4為100萬像素的低照度攝像器，能有效響應(yīng)激光波長，輸出黑白視頻信號。
[0046]進(jìn)一步，所述的攝像器鏡頭5為16mm定焦鏡頭，有效分辨率300萬像素以上。
[0047]進(jìn)一步，所述的激光波長選通單元6為放置在攝像器前面中心波長980nm的窄帶濾光片，濾光片帶寬10nm。
[0048]進(jìn)一步，為了避免安裝激光夜視儀的汽車，交匯行駛時(shí)彼此造成激光強(qiáng)光干擾，激光整形鏡頭3和攝像鏡頭5前面，各安裝一個相同偏振方向的偏振器9，偏振器只允許振動方向與水平方向夾角為45°的偏振光通過?？梢杂行б种茣嚂r(shí)，對面方向汽車車載夜視儀的激光，防止對面方向的激光對夜視儀攝像器造成亮度飽和，或者圖像過亮，影響視頻效果。
[0049]進(jìn)一步，所述的電控單元7負(fù)責(zé)給攝像器、激光器供電，有手動開關(guān)控制激光器的打開、關(guān)閉。
[0050]進(jìn)一步，所述的外殼8為帶有光學(xué)窗口的鋁合金外殼。
[0051]進(jìn)一步，激光照明器和鏡頭攝像器分別裝在鋁合金外殼里，分別放置在后視鏡和駕駛臺位置。
[0052]該裝置搭配視頻顯示裝置，可實(shí)現(xiàn)夜間隱蔽駕駛，在無光環(huán)境下，有效夜視距離超過150米，能有效抑制會車時(shí)，對面車輛車大燈及裝有同樣激光輔助圖像捕捉系統(tǒng)的激光光源的影響，進(jìn)行夜間輔助駕駛。
[0053]具體實(shí)施例3
[0054]如圖5所示，一種車載激光輔助圖像獲取裝置，其特征在于:包括半導(dǎo)體激光器1，激光器散熱單元2，激光整形鏡頭3，攝像器4，攝像鏡頭5，激光波長選通單元6，電控單元7，外殼8。下面分別就起結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0055]首先半導(dǎo)體激光器1為現(xiàn)有器件，可以為光纖耦合半導(dǎo)體激光器，激光器功率為6W，激光中心波長808nm，光纖數(shù)值孔徑NA = 0.22，采用SMA光纖連接器。其中，入射到光纖端面的光并不能全部被光纖所傳輸，只是在某個角度范圍內(nèi)的入射光才可以。這個角度α的正弦值就稱為光纖的數(shù)值孔徑(ΝΑ = sina)。SMA光纖頭又稱光纖連接器或者跳線，其中SMA是型號。
[0056]進(jìn)一步，所述的激光器散熱單元由外殼8代替，激光器固定在外殼8底部內(nèi)側(cè)，激光器本身和光纖頭分開放置，這樣有利于激光器貼殼散熱。
[0057]進(jìn)一步，激光整形鏡頭3為放置于激光器出光光軸方向上的雙膠合透鏡，焦距8mm，并在凸透鏡的表面鍍有808nm波長增透膜，將激光出射角度α整形為35°。
[0058]進(jìn)一步，所述的攝像器4為200萬像素的高清低照度攝像器，能有效響應(yīng)激光波長，輸出黑白視頻信號，用于圖像信號的采集。
[0059]進(jìn)一步，所述的攝像器鏡頭5為12mm定焦鏡頭，有效分辨率200萬以上。
[0060]進(jìn)一步，所述的激光波長選通單元6為一中心波長808nm窄帶濾光片，放置在攝像器鏡頭前，濾光片帶寬20nm。其中窄帶濾光片是一種帶通濾波器，它利用電介質(zhì)和金屬多層膜的干涉作用，可以從入射光中，選取特定的波長，其半峰值帶寬(峰值的一半)為lnm到40nm。本實(shí)用新型用的是帶寬20nm的規(guī)格。
[0061]進(jìn)一步，所述的電控單元7與攝像器4、激光器1通過導(dǎo)線電聯(lián)接并負(fù)責(zé)給攝像器4、激光器1供電，有手動開關(guān)控制激光照明器的打開關(guān)閉。
[0062]進(jìn)一步，所述的外殼8為帶有光學(xué)窗口的鋁合金外殼，將上述的各個單元模塊都放置在外殼中，形成一個整體。
[0063]該實(shí)用新型作為一個應(yīng)用整體可應(yīng)用于卡車、貨車等車輛上，安裝于駕駛室后視鏡位置，或安裝車頂；在夜間行車時(shí)，通過數(shù)據(jù)線將攝像器經(jīng)視頻顯示在視頻顯示裝置上實(shí)現(xiàn)輔助駕駛，有效抑制會車時(shí)對面車大燈的影響，可清晰看清路況，有效夜視距離300米以上，增加了夜間行車安全性。
【權(quán)利要求】
1.一種車載激光輔助圖像獲取裝置，其特征在于: 包括外殼，在所述外殼上設(shè)有兩個光學(xué)窗口， 以及封裝在外殼中的半導(dǎo)體激光器、激光器散熱單元、激光整形鏡頭、攝像器、攝像鏡頭、激光波長選通單元和電控單元； 作為一個單一的激光光源使用的半導(dǎo)體激光器與一個光學(xué)窗口對應(yīng)安裝；一個用于捕捉影像并與另外一個光學(xué)窗口對應(yīng)安裝的攝像器，并在攝像器和對應(yīng)的光學(xué)窗口之間設(shè)置攝像鏡頭； 用于半導(dǎo)體激光器散熱的激光器散熱單元或殼體； 用于改變半導(dǎo)體激光器的出光角度并使之與攝像的視場角度匹配的所述激光整形鏡頭放置于所述半導(dǎo)體激光器出光光軸方向上； 所述的激光波長選通單元為一允許激光通過并過濾掉激光波長之外的雜光并放置在攝像器與對應(yīng)光學(xué)窗口之間的窄帶濾光片， 以及一與攝像器、激光器進(jìn)行電聯(lián)接并用于控制攝像器、激光器開與關(guān)的電控單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車載激光輔助圖像獲取裝置，其特征是，所述的激光波長選通單元還包括分別安裝在激光整形鏡頭和攝像鏡頭前面的偏振方向相同或相近的光學(xué)偏振器，所述偏振器只允許某一偏振方向的偏振光通過，所述偏振器透射光的振動方向與水平方向夾角為45° ±10°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車載激光輔助圖像獲取裝置，其特征是，所述半導(dǎo)體激光器為一個垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器陣列或者是一個光纖耦合半導(dǎo)體激光器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車載激光輔助圖像獲取裝置，其特征是，所述的激光整形鏡頭的焦距及距離激光發(fā)光點(diǎn)的距離可調(diào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車載激光輔助圖像獲取裝置，其特征是，所述的半導(dǎo)體激光器激光功率在2W以上，中心波長780nm以上，為紅外不可見激光。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車載激光輔助圖像獲取裝置，其特征是，所述窄帶濾光片中心波長為半導(dǎo)體激光器的中心波長，并允許有1nm以內(nèi)的偏差；所述窄帶濾光片帶寬在5nm到40nm之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車載激光輔助圖像獲取裝置，其特征是，所述的激光整形鏡頭為正透鏡或者為多透鏡組成的正透鏡組，且可以為單透鏡或膠合透鏡。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車載激光輔助圖像獲取裝置，其特征是，所述的攝像器像素?cái)?shù)至少為40萬像素，可以是能有效響應(yīng)激光波長的模擬攝像器或者數(shù)字高清攝像器，輸出黑白視頻信號，幀頻25Hz以上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車載激光輔助圖像獲取裝置，其特征是，所述的攝像器鏡頭可以是定焦鏡頭，也可以是變焦鏡頭作為定焦使用。
【文檔編號】H04N7/18GK204077513SQ201420575529
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月30日
【發(fā)明者】咸洋 申請人:咸洋