車載雷射輔助圖像獲取裝置製造方法
2023-05-15 09:09:26 1
車載雷射輔助圖像獲取裝置製造方法
【專利摘要】一種車載雷射輔助圖像裝置，包括半導體雷射器、雷射器散熱單元、雷射整形鏡頭、攝像器、攝像鏡頭、雷射波長選通單元、電控單元和外殼。其中的半導體雷射器可以為垂直腔面發射半導體雷射器陣列或者是一個光纖耦合半導體雷射器；雷射整形鏡頭放置於雷射器出光光軸方向上；雷射整形鏡頭的焦距及距離雷射發光點的距離可變，用於改變雷射器的出光角度，雷射波長選通單元為一放置在攝像器前面的窄帶幹涉濾光片，可以讓雷射通過並過濾掉雷射波長之外的光。該實用新型能有效抑制車輛交匯時，對面車輛的車大燈的強光，加裝光學偏振器後，亦能有效抑制裝有雷射夜視儀的車輛會車時雷射對彼此攝像器的相互幹擾，免於造成攝像器亮度飽和。
【專利說明】車載雷射輔助圖像獲取裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種車載雷射輔助圖像獲取裝置，屬於雷射主動照明及夜視【技術領域】。
【背景技術】
[0002]隨著汽車的普及，交通事故也呈直線上升趨勢。據報導，60%以上的交通事故發生在夜間。因為夜間司機的可視能力下降，而更嚴重的問題是，迎面駛來的汽車耀眼的車頭燈會使司機眩目，增加了交通事故的發生機率。車載雷射夜視系統可以幫助司機在黑暗中導航，使司機在有光和無光情況下都能看清楚路面情況。而且可以產生和人眼自然觀察一樣的圖像，對於運動的和不運動物體都能產生較好的圖像，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生率。
[0003]從2000年開始，凱迪拉克、奔馳、寶馬等公司開始關注汽車的夜間行駛問題，開發車載夜視儀。凱迪拉克和寶馬公司採用紅外熱成像儀(感應波長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，但對路標等冷的不運動物體成像對比度較差。現有熱成像視頻解析度較低，價格較高，不利於普及。2012年，比亞迪汽車公司開發出車載夜視系統，使用近紅外LED進行夜間補光照明，夜視距離近，攝像頭安裝在外部車頭位置。
[0004]郭進申請的實用新型【汽車駕駛用夜視儀】，申請號200920176274.0。介紹了一種汽車駕駛用夜視儀，特徵包括:一影像獲取裝置，包括一鏡頭和一攝像器，配有雷射照明器。能應用於各類夜間隱蔽駕駛或夜間正常輔助駕駛。該實用新型缺點是無強光抑制功能。
[0005]中科院半導體所申請的發明專利【採用紅外半導體雷射光源的汽車輔助夜視系統】，申請號200710304208.2，該發明包括主光源和兩個補光雷射光源，用一次微透鏡和二次平凸透鏡準直，角度在25°?40°，相互切換或同時開啟。採用強光抑制濾光片用於強光抑制。該專利的缺點是採用邊發射半導體雷射器光源，雷射光源需進行二次整形準直，雷射器採用多光源，不利於安裝。
[0006]綜上所述，現有技術存在不足和需要改進的地方。
實用新型內容
[0007]針對現有技術的不足，本實用新型提供了一種體積小巧的車載雷射輔助圖像獲取裝置，在無光環境下有效夜視距離100米以上，能實現車大燈的強光抑制，也能實現同樣安裝雷射夜視儀的汽車會車時雷射之間強光幹擾。雷射照明器結構簡單，雷射光源不需要進行多次整形準直，不需要專門的勻化裝置。有效節省空間，並降低雷射器產生的能耗。
[0008]本實用新型的技術方案如下:
[0009]一種車載雷射輔助圖像獲取裝置，其特徵在於:包括外殼，以及封裝在外殼中的:半導體雷射器、雷射器散熱單元、雷射整形鏡頭、攝像器、攝像鏡頭、雷射波長選通單元和電控單元；
[0010]所述的半導體雷射器可以是一個垂直腔面發射雷射器陣列或者是一支光纖耦合半導體雷射器；，
[0011]用於半導體雷射器散熱的雷射器散熱單元為銅或鋁合金材質的金屬散熱塊，也可借用現有的殼體；
[0012]所述的雷射整形鏡頭放置於雷射器出光光軸方向上；所述的雷射整形鏡頭的焦距以及與雷射器發光點間的距離可變，用於改變雷射器的出光角度，使之與攝像鏡頭的視場角度匹配；
[0013]所述的雷射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窗口之間，可以讓雷射通過，過濾掉雷射波長之外光，有效防止對面行駛汽車車燈的強光影響。
[0014]所述的電控單元與攝像器、雷射器進行電聯接並用於控制攝像機、雷射器開與關。
[0015]進一步，所述的雷射整形鏡頭，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]進一步，所述的雷射整形鏡頭表面鍍有雷射波長增透膜。
[0017]進一步，所述的攝像器像素數在40萬以上，可以是模擬攝像器，也可以是數字高清攝像器，能有效響應雷射波長，輸出黑白視頻信號，幀頻25HZ以上。
[0018]進一步，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]進一步，所述的雷射波長選通單元還包括分別安裝在雷射整形鏡頭和攝像鏡頭前面的偏振方向相同或相近的光學偏振器，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°。可以有效抑制會車時，對面方向汽車車載夜視儀的雷射，防止對面方向的雷射對夜視儀攝像器造成亮度飽和。
[0020]進一步，所述的外殼為帶有光學窗口的鋁合金外殼，亦可以是不鏽鋼防爆外殼。
[0021]進一步，所述的攝像器及鏡頭部分，可作為獨立模塊放在一個外殼裡，與其它部分分體放置。
[0022]本實用新型的有益效果是:實現了一種小型集成化的車載雷射夜視裝置，可以在無光道路或者環境光較暗的道路上進行輔助駕駛，有效夜視距離100米以上，能安裝於駕駛室內，也可以將攝像單元和雷射照明單元分開放置安裝。該實用型新夜視距離遠，有效夜視距離100米以上，能實現普通車燈無法照到的夜視距離，彌補現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，實現夜間輔助駕駛。該實用新型能有效抑制車輛交匯時，對面車輛的車燈強光抑制，加裝偏振器後，亦能有效抑制都裝有雷射夜視儀的車輛上雷射對攝像器的相互幹擾，免於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。該實用新型使用的雷射器結構簡單，不需要進行二次光學整形，不需要單獨的勻化裝置，有效提高了雷射利用率，降低功耗。
[0023]本實用新型需搭配視頻顯示單元一起使用，可以增加存儲、無線傳輸等輔助功能；本實用新型未加解釋的技術均為本領域技術人員已知的現有已實現技術，在此不做具體解釋；在本實用新型基礎上所做的改進和變更，亦屬於本實用新型的保護範圍。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1為實施例1的原理圖。
[0025]圖2為實施例1的結構示意圖。
[0026]圖3為實施例2的原理圖。
[0027]圖4為為圖實施例2的結構示意圖。
[0028]圖5為實施例3的結構示意圖。
[0029]圖中，1、半導體雷射器，2、雷射器散熱單元，3、雷射整形鏡頭，4、攝像器，5、攝像鏡頭，6、雷射波長選通單兀,7、電控單兀,8、外殼,81、光學窗口，9、偏振器。
【具體實施方式】
[0030]具體實施例1
[0031]一種車載雷射輔助圖像獲取裝置，其特徵在於:包括半導體雷射器1，雷射器散熱單元2，雷射整形鏡頭3，攝像器4，攝像鏡頭5，雷射波長選通單元6，電控單元7，外殼8。下面分別就其結構進行詳細的描述。
[0032]首先半導體雷射器1為現有器件，可以是垂直腔面發射半導體雷射器陣列，雷射功率為4W，雷射中心波長808nm。其中垂直腔面發射雷射器(Vertical-CavitySurface-Emitting Laser,簡稱VCSEL,又譯垂直共振腔面射型雷射)是一種半導體，其雷射垂直於頂面射出，與一般用切開的獨立晶片製成，雷射由邊緣射出的邊射型雷射有所不同。
[0033]進一步，所述的雷射器散熱單元2為鋁合金散熱器，與半導體雷射器中的發熱部件直接接觸，用於提高半導體雷射器的散熱效果，附帶風扇進行風冷散熱，其中，風扇部分可以增加散熱效果。
[0034]進一步，雷射整形鏡頭3為放置於雷射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，並在凸透鏡的表面鍍有808nm波長增透膜，將雷射出射角度α整形為40°。
[0035]進一步，所述的攝像器4為200萬像素的低照度攝像器，能有效響應雷射波長，輸出黑白視頻信號，用於圖像信號的採集。
[0036]進一步，所述的攝像器鏡頭5為8mm定焦鏡頭，有效解析度200萬像素以上。
[0037]進一步，所述的雷射波長選通單元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，它利用電介質和金屬多層膜的幹涉作用，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。本實用新型具體實施例用的是帶寬10nm的規格。
[0038]進一步，所述的電控單元7與攝像器4、雷射器1通過導線電聯接並負責給攝像器4、雷射器1供電，有手動開關控制雷射照明器的打開關閉。
[0039]進一步，所述的外殼8為帶有光學窗口的招合金外殼,具體地,兩個光學窗口 81,其中一個用於雷射的通過，另外一個用於攝像器的取像，將上述的各個單元模塊都放置在外殼中，形成一個整體。
[0040]該實用新型作為一個應用整體可應用於轎車、卡車、貨車等車輛上，安裝於駕駛室後視鏡位置，或安裝車頂；在夜間行車時，通過數據線講攝像器經視頻顯示在視頻顯示裝置上實現輔助駕駛，有效抑制會車時對面車大燈的影響，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]具體實施例2
[0042]一種車載雷射輔助圖像獲取裝置，其特徵在於:包括半導體雷射器1，雷射器散熱單元2，雷射整形鏡頭3，攝像器4，攝像鏡頭5，雷射波長選通單元6，電控單元7，和外殼8。
[0043]其中，所述的半導體雷射器1，為垂直腔面發射半導體雷射器陣列，雷射器功率為4W,雷射中心波長980nm。
[0044]進一步，所述的雷射器散熱單元2為銅散熱器，直接與半導體雷射器中的散熱原件進行接觸，為半導體雷射器降溫，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，使其具有質輕的特點，而其快速均溫的特性，則使其具有優異的熱超導性能；是現今電子產品散熱裝置中最普遍高效的導熱(非散熱)元件。
[0045]進一步，所述的雷射整形鏡頭3為放置於雷射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，將雷射器水平出光角度α整形為30°。進一步，所述的攝像器4為100萬像素的低照度攝像器，能有效響應雷射波長，輸出黑白視頻信號。
[0046]進一步，所述的攝像器鏡頭5為16mm定焦鏡頭，有效解析度300萬像素以上。
[0047]進一步，所述的雷射波長選通單元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]進一步，為了避免安裝雷射夜視儀的汽車，交匯行駛時彼此造成雷射強光幹擾，雷射整形鏡頭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。可以有效抑制會車時，對面方向汽車車載夜視儀的雷射，防止對面方向的雷射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]進一步，所述的電控單元7負責給攝像器、雷射器供電，有手動開關控制雷射器的打開、關閉。
[0050]進一步，所述的外殼8為帶有光學窗口的鋁合金外殼。
[0051]進一步，雷射照明器和鏡頭攝像器分別裝在鋁合金外殼裡，分別放置在後視鏡和駕駛臺位置。
[0052]該裝置搭配視頻顯示裝置，可實現夜間隱蔽駕駛，在無光環境下，有效夜視距離超過150米，能有效抑制會車時，對面車輛車大燈及裝有同樣雷射輔助圖像捕捉系統的雷射光源的影響，進行夜間輔助駕駛。
[0053]具體實施例3
[0054]如圖5所示，一種車載雷射輔助圖像獲取裝置，其特徵在於:包括半導體雷射器1，雷射器散熱單元2，雷射整形鏡頭3，攝像器4，攝像鏡頭5，雷射波長選通單元6，電控單元7，外殼8。下面分別就起結構進行詳細的描述。
[0055]首先半導體雷射器1為現有器件，可以為光纖耦合半導體雷射器，雷射器功率為6W，雷射中心波長808nm，光纖數值孔徑NA = 0.22，採用SMA光纖連接器。其中，入射到光纖端面的光並不能全部被光纖所傳輸，只是在某個角度範圍內的入射光才可以。這個角度α的正弦值就稱為光纖的數值孔徑(ΝΑ = sina)。SMA光纖頭又稱光纖連接器或者跳線，其中SMA是型號。
[0056]進一步，所述的雷射器散熱單元由外殼8代替，雷射器固定在外殼8底部內側，雷射器本身和光纖頭分開放置，這樣有利於雷射器貼殼散熱。
[0057]進一步，雷射整形鏡頭3為放置於雷射器出光光軸方向上的雙膠合透鏡，焦距8mm，並在凸透鏡的表面鍍有808nm波長增透膜，將雷射出射角度α整形為35°。
[0058]進一步，所述的攝像器4為200萬像素的高清低照度攝像器，能有效響應雷射波長，輸出黑白視頻信號，用於圖像信號的採集。
[0059]進一步，所述的攝像器鏡頭5為12mm定焦鏡頭，有效解析度200萬以上。
[0060]進一步，所述的雷射波長選通單元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，它利用電介質和金屬多層膜的幹涉作用，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。本實用新型用的是帶寬20nm的規格。
[0061]進一步，所述的電控單元7與攝像器4、雷射器1通過導線電聯接並負責給攝像器4、雷射器1供電，有手動開關控制雷射照明器的打開關閉。
[0062]進一步，所述的外殼8為帶有光學窗口的鋁合金外殼，將上述的各個單元模塊都放置在外殼中，形成一個整體。
[0063]該實用新型作為一個應用整體可應用於卡車、貨車等車輛上，安裝於駕駛室後視鏡位置，或安裝車頂；在夜間行車時，通過數據線將攝像器經視頻顯示在視頻顯示裝置上實現輔助駕駛，有效抑制會車時對面車大燈的影響，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。
【權利要求】
1.一種車載雷射輔助圖像獲取裝置，其特徵在於: 包括外殼，在所述外殼上設有兩個光學窗口， 以及封裝在外殼中的半導體雷射器、雷射器散熱單元、雷射整形鏡頭、攝像器、攝像鏡頭、雷射波長選通單元和電控單元； 作為一個單一的雷射光源使用的半導體雷射器與一個光學窗口對應安裝；一個用於捕捉影像並與另外一個光學窗口對應安裝的攝像器，並在攝像器和對應的光學窗口之間設置攝像鏡頭； 用於半導體雷射器散熱的雷射器散熱單元或殼體； 用於改變半導體雷射器的出光角度並使之與攝像的視場角度匹配的所述雷射整形鏡頭放置於所述半導體雷射器出光光軸方向上； 所述的雷射波長選通單元為一允許雷射通過並過濾掉雷射波長之外的雜光並放置在攝像器與對應光學窗口之間的窄帶濾光片， 以及一與攝像器、雷射器進行電聯接並用於控制攝像器、雷射器開與關的電控單元。
2.根據權利要求1所述的車載雷射輔助圖像獲取裝置，其特徵是，所述的雷射波長選通單元還包括分別安裝在雷射整形鏡頭和攝像鏡頭前面的偏振方向相同或相近的光學偏振器，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.根據權利要求1所述的車載雷射輔助圖像獲取裝置，其特徵是，所述半導體雷射器為一個垂直腔面發射半導體雷射器陣列或者是一個光纖耦合半導體雷射器。
4.根據權利要求1所述的車載雷射輔助圖像獲取裝置，其特徵是，所述的雷射整形鏡頭的焦距及距離雷射發光點的距離可調。
5.根據權利要求1所述的車載雷射輔助圖像獲取裝置，其特徵是，所述的半導體雷射器雷射功率在2W以上，中心波長780nm以上，為紅外不可見雷射。
6.根據權利要求1所述的車載雷射輔助圖像獲取裝置，其特徵是，所述窄帶濾光片中心波長為半導體雷射器的中心波長，並允許有1nm以內的偏差；所述窄帶濾光片帶寬在5nm到40nm之間。
7.根據權利要求1所述的車載雷射輔助圖像獲取裝置，其特徵是，所述的雷射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.根據權利要求1所述的車載雷射輔助圖像獲取裝置，其特徵是，所述的攝像器像素數至少為40萬像素，可以是能有效響應雷射波長的模擬攝像器或者數字高清攝像器，輸出黑白視頻信號，幀頻25Hz以上。
9.根據權利要求1所述的車載雷射輔助圖像獲取裝置，其特徵是，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 優先權日:2014年9月30日
【發明者】鹹洋 申請人:鹹洋