车载激光辅助图像获取装置制造方法
【专利摘要】一种车载激光辅助图像装置，包括半导体激光器、激光器散热单元、激光整形镜头、摄像器、摄像镜头、激光波长选通单元、电控单元和外壳。其中的半导体激光器可以为垂直腔面发射半导体激光器阵列或者是一个光纤耦合半导体激光器；激光整形镜头放置于激光器出光光轴方向上；激光整形镜头的焦距及距离激光发光点的距离可变，用于改变激光器的出光角度，激光波长选通单元为一放置在摄像器前面的窄带干涉滤光片，可以让激光通过并过滤掉激光波长之外的光。该实用新型能有效抑制车辆交汇时，对面车辆的车大灯的强光，加装光学偏振器后，亦能有效抑制装有激光夜视仪的车辆会车时激光对彼此摄像器的相互干扰，免于造成摄像器亮度饱和。
【专利说明】车载激光辅助图像获取装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种车载激光辅助图像获取装置，属于激光主动照明及夜视【技术领域】。
【背景技术】
[0002]随着汽车的普及，交通事故也呈直线上升趋势。据报道，60%以上的交通事故发生在夜间。因为夜间司机的可视能力下降，而更严重的问题是，迎面驶来的汽车耀眼的车头灯会使司机眩目，增加了交通事故的发生几率。车载激光夜视系统可以帮助司机在黑暗中导航，使司机在有光和无光情况下都能看清楚路面情况。而且可以产生和人眼自然观察一样的图像，对于运动的和不运动物体都能产生较好的图像，不会受到迎面汽车头灯和路面灯光的影响。从而有效降低夜晚交通事故的发生率。
[0003]从2000年开始，凯迪拉克、奔驰、宝马等公司开始关注汽车的夜间行驶问题，开发车载夜视仪。凯迪拉克和宝马公司采用红外热成像仪(感应波长8?14um)作为车载夜视仪，红外热成像对人、动物等热源物体比较敏感，但对路标等冷的不运动物体成像对比度较差。现有热成像视频分辨率较低，价格较高，不利于普及。2012年，比亚迪汽车公司开发出车载夜视系统，使用近红外LED进行夜间补光照明，夜视距离近，摄像头安装在外部车头位置。
[0004]郭进申请的实用新型【汽车驾驶用夜视仪】，申请号200920176274.0。介绍了一种汽车驾驶用夜视仪，特征包括:一影像获取装置，包括一镜头和一摄像器，配有激光照明器。能应用于各类夜间隐蔽驾驶或夜间正常辅助驾驶。该实用新型缺点是无强光抑制功能。
[0005]中科院半导体所申请的发明专利【采用红外半导体激光光源的汽车辅助夜视系统】，申请号200710304208.2，该发明包括主光源和两个补光激光光源，用一次微透镜和二次平凸透镜准直，角度在25°?40°，相互切换或同时开启。采用强光抑制滤光片用于强光抑制。该专利的缺点是采用边发射半导体激光器光源，激光光源需进行二次整形准直，激光器采用多光源，不利于安装。
[0006]综上所述，现有技术存在不足和需要改进的地方。
实用新型内容
[0007]针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种体积小巧的车载激光辅助图像获取装置，在无光环境下有效夜视距离100米以上，能实现车大灯的强光抑制，也能实现同样安装激光夜视仪的汽车会车时激光之间强光干扰。激光照明器结构简单，激光光源不需要进行多次整形准直，不需要专门的匀化装置。有效节省空间，并降低激光器产生的能耗。
[0008]本实用新型的技术方案如下:
[0009]一种车载激光辅助图像获取装置，其特征在于:包括外壳，以及封装在外壳中的:半导体激光器、激光器散热单元、激光整形镜头、摄像器、摄像镜头、激光波长选通单元和电控单元；
[0010]所述的半导体激光器可以是一个垂直腔面发射激光器阵列或者是一支光纤耦合半导体激光器；，
[0011]用于半导体激光器散热的激光器散热单元为铜或铝合金材质的金属散热块，也可借用现有的壳体；
[0012]所述的激光整形镜头放置于激光器出光光轴方向上；所述的激光整形镜头的焦距以及与激光器发光点间的距离可变，用于改变激光器的出光角度，使之与摄像镜头的视场角度匹配；
[0013]所述的激光波长选通单元为放置在摄像器前面的窄带滤光片，在摄像器和其中一个光学窗口之间，可以让激光通过，过滤掉激光波长之外光，有效防止对面行驶汽车车灯的强光影响。
[0014]所述的电控单元与摄像器、激光器进行电联接并用于控制摄像机、激光器开与关。
[0015]进一步，所述的激光整形镜头，为正透镜(组)，可以为单透镜，可以为胶合透镜，也可以为多透镜组成的正透镜组。
[0016]进一步，所述的激光整形镜头表面镀有激光波长增透膜。
[0017]进一步，所述的摄像器像素数在40万以上，可以是模拟摄像器，也可以是数字高清摄像器，能有效响应激光波长，输出黑白视频信号，帧频25HZ以上。
[0018]进一步，所述的摄像器镜头可以是定焦镜头，也可以是变焦镜头作为定焦使用。
[0019]进一步，所述的激光波长选通单元还包括分别安装在激光整形镜头和摄像镜头前面的偏振方向相同或相近的光学偏振器，偏振器只允许某一偏振方向的偏振光通过，该偏振器透射光的振动方向与水平方向夹角为45° ±10°。可以有效抑制会车时，对面方向汽车车载夜视仪的激光，防止对面方向的激光对夜视仪摄像器造成亮度饱和。
[0020]进一步，所述的外壳为带有光学窗口的铝合金外壳，亦可以是不锈钢防爆外壳。
[0021]进一步，所述的摄像器及镜头部分，可作为独立模块放在一个外壳里，与其它部分分体放置。
[0022]本实用新型的有益效果是:实现了一种小型集成化的车载激光夜视装置，可以在无光道路或者环境光较暗的道路上进行辅助驾驶，有效夜视距离100米以上，能安装于驾驶室内，也可以将摄像单元和激光照明单元分开放置安装。该实用型新夜视距离远，有效夜视距离100米以上，能实现普通车灯无法照到的夜视距离，弥补现有车灯夜间辅助驾驶距离近的不足。在车灯损坏的情况下，能代替车灯的作用，实现夜间辅助驾驶。该实用新型能有效抑制车辆交汇时，对面车辆的车灯强光抑制，加装偏振器后，亦能有效抑制都装有激光夜视仪的车辆上激光对摄像器的相互干扰，免于造成摄像器亮度饱和，或图像亮度过大，看不清路面的情况出现。该实用新型使用的激光器结构简单，不需要进行二次光学整形，不需要单独的匀化装置，有效提高了激光利用率，降低功耗。
[0023]本实用新型需搭配视频显示单元一起使用，可以增加存储、无线传输等辅助功能；本实用新型未加解释的技术均为本领域技术人员已知的现有已实现技术，在此不做具体解释；在本实用新型基础上所做的改进和变更，亦属于本实用新型的保护范围。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为实施例1的原理图。
[0025]图2为实施例1的结构示意图。
[0026]图3为实施例2的原理图。
[0027]图4为为图实施例2的结构示意图。
[0028]图5为实施例3的结构示意图。
[0029]图中，1、半导体激光器，2、激光器散热单元，3、激光整形镜头，4、摄像器，5、摄像镜头，6、激光波长选通单兀,7、电控单兀,8、外壳,81、光学窗口，9、偏振器。
【具体实施方式】
[0030]具体实施例1
[0031]一种车载激光辅助图像获取装置，其特征在于:包括半导体激光器1，激光器散热单元2，激光整形镜头3，摄像器4，摄像镜头5，激光波长选通单元6，电控单元7，外壳8。下面分别就其结构进行详细的描述。
[0032]首先半导体激光器1为现有器件，可以是垂直腔面发射半导体激光器阵列，激光功率为4W，激光中心波长808nm。其中垂直腔面发射激光器(Vertical-CavitySurface-Emitting Laser,简称VCSEL,又译垂直共振腔面射型雷射)是一种半导体，其激光垂直于顶面射出，与一般用切开的独立芯片制成，激光由边缘射出的边射型激光有所不同。
[0033]进一步，所述的激光器散热单元2为铝合金散热器，与半导体激光器中的发热部件直接接触，用于提高半导体激光器的散热效果，附带风扇进行风冷散热，其中，风扇部分可以增加散热效果。
[0034]进一步，激光整形镜头3为放置于激光器出光光轴方向上的非球面凸透镜(也称非球面透镜)，焦距6mm，并在凸透镜的表面镀有808nm波长增透膜，将激光出射角度α整形为40°。
[0035]进一步，所述的摄像器4为200万像素的低照度摄像器，能有效响应激光波长，输出黑白视频信号，用于图像信号的采集。
[0036]进一步，所述的摄像器镜头5为8mm定焦镜头，有效分辨率200万像素以上。
[0037]进一步，所述的激光波长选通单元6为一中心波长808nm窄带滤光片，放置在摄像器镜头前，滤光片带宽10nm。其中窄带滤光片是一种带通滤波器，它利用电介质和金属多层膜的干涉作用，可以从入射光中，选取特定的波长，其半峰值带宽(峰值的一半)为lnm到40nm。本实用新型具体实施例用的是带宽10nm的规格。
[0038]进一步，所述的电控单元7与摄像器4、激光器1通过导线电联接并负责给摄像器4、激光器1供电，有手动开关控制激光照明器的打开关闭。
[0039]进一步，所述的外壳8为带有光学窗口的招合金外壳,具体地,两个光学窗口 81,其中一个用于激光的通过，另外一个用于摄像器的取像，将上述的各个单元模块都放置在外壳中，形成一个整体。
[0040]该实用新型作为一个应用整体可应用于轿车、卡车、货车等车辆上，安装于驾驶室后视镜位置，或安装车顶；在夜间行车时，通过数据线讲摄像器经视频显示在视频显示装置上实现辅助驾驶，有效抑制会车时对面车大灯的影响，可清晰看清路况，有效夜视距离200米以上，增加了夜间行车安全性。
[0041]具体实施例2
[0042]一种车载激光辅助图像获取装置，其特征在于:包括半导体激光器1，激光器散热单元2，激光整形镜头3，摄像器4，摄像镜头5，激光波长选通单元6，电控单元7，和外壳8。
[0043]其中，所述的半导体激光器1，为垂直腔面发射半导体激光器阵列，激光器功率为4W,激光中心波长980nm。
[0044]进一步，所述的激光器散热单元2为铜散热器，直接与半导体激光器中的散热原件进行接触，为半导体激光器降温，通过热管连接到外壳。其中热管是一种具有快速均温特性的特殊材料，其中空的金属管体，使其具有质轻的特点，而其快速均温的特性，则使其具有优异的热超导性能；是现今电子产品散热装置中最普遍高效的导热(非散热)元件。
[0045]进一步，所述的激光整形镜头3为放置于激光器出光光轴方向上的柱面透镜，焦距10mm，入射面和出射面均镀有980nm波长增透膜，将激光器水平出光角度α整形为30°。进一步，所述的摄像器4为100万像素的低照度摄像器，能有效响应激光波长，输出黑白视频信号。
[0046]进一步，所述的摄像器镜头5为16mm定焦镜头，有效分辨率300万像素以上。
[0047]进一步，所述的激光波长选通单元6为放置在摄像器前面中心波长980nm的窄带滤光片，滤光片带宽10nm。
[0048]进一步，为了避免安装激光夜视仪的汽车，交汇行驶时彼此造成激光强光干扰，激光整形镜头3和摄像镜头5前面，各安装一个相同偏振方向的偏振器9，偏振器只允许振动方向与水平方向夹角为45°的偏振光通过。可以有效抑制会车时，对面方向汽车车载夜视仪的激光，防止对面方向的激光对夜视仪摄像器造成亮度饱和，或者图像过亮，影响视频效果。
[0049]进一步，所述的电控单元7负责给摄像器、激光器供电，有手动开关控制激光器的打开、关闭。
[0050]进一步，所述的外壳8为带有光学窗口的铝合金外壳。
[0051]进一步，激光照明器和镜头摄像器分别装在铝合金外壳里，分别放置在后视镜和驾驶台位置。
[0052]该装置搭配视频显示装置，可实现夜间隐蔽驾驶，在无光环境下，有效夜视距离超过150米，能有效抑制会车时，对面车辆车大灯及装有同样激光辅助图像捕捉系统的激光光源的影响，进行夜间辅助驾驶。
[0053]具体实施例3
[0054]如图5所示，一种车载激光辅助图像获取装置，其特征在于:包括半导体激光器1，激光器散热单元2，激光整形镜头3，摄像器4，摄像镜头5，激光波长选通单元6，电控单元7，外壳8。下面分别就起结构进行详细的描述。
[0055]首先半导体激光器1为现有器件，可以为光纤耦合半导体激光器，激光器功率为6W，激光中心波长808nm，光纤数值孔径NA = 0.22，采用SMA光纤连接器。其中，入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所传输，只是在某个角度范围内的入射光才可以。这个角度α的正弦值就称为光纤的数值孔径(ΝΑ = sina)。SMA光纤头又称光纤连接器或者跳线，其中SMA是型号。
[0056]进一步，所述的激光器散热单元由外壳8代替，激光器固定在外壳8底部内侧，激光器本身和光纤头分开放置，这样有利于激光器贴壳散热。
[0057]进一步，激光整形镜头3为放置于激光器出光光轴方向上的双胶合透镜，焦距8mm，并在凸透镜的表面镀有808nm波长增透膜，将激光出射角度α整形为35°。
[0058]进一步，所述的摄像器4为200万像素的高清低照度摄像器，能有效响应激光波长，输出黑白视频信号，用于图像信号的采集。
[0059]进一步，所述的摄像器镜头5为12mm定焦镜头，有效分辨率200万以上。
[0060]进一步，所述的激光波长选通单元6为一中心波长808nm窄带滤光片，放置在摄像器镜头前，滤光片带宽20nm。其中窄带滤光片是一种带通滤波器，它利用电介质和金属多层膜的干涉作用，可以从入射光中，选取特定的波长，其半峰值带宽(峰值的一半)为lnm到40nm。本实用新型用的是带宽20nm的规格。
[0061]进一步，所述的电控单元7与摄像器4、激光器1通过导线电联接并负责给摄像器4、激光器1供电，有手动开关控制激光照明器的打开关闭。
[0062]进一步，所述的外壳8为带有光学窗口的铝合金外壳，将上述的各个单元模块都放置在外壳中，形成一个整体。
[0063]该实用新型作为一个应用整体可应用于卡车、货车等车辆上，安装于驾驶室后视镜位置，或安装车顶；在夜间行车时，通过数据线将摄像器经视频显示在视频显示装置上实现辅助驾驶，有效抑制会车时对面车大灯的影响，可清晰看清路况，有效夜视距离300米以上，增加了夜间行车安全性。
【权利要求】
1.一种车载激光辅助图像获取装置，其特征在于: 包括外壳，在所述外壳上设有两个光学窗口， 以及封装在外壳中的半导体激光器、激光器散热单元、激光整形镜头、摄像器、摄像镜头、激光波长选通单元和电控单元； 作为一个单一的激光光源使用的半导体激光器与一个光学窗口对应安装；一个用于捕捉影像并与另外一个光学窗口对应安装的摄像器，并在摄像器和对应的光学窗口之间设置摄像镜头； 用于半导体激光器散热的激光器散热单元或壳体； 用于改变半导体激光器的出光角度并使之与摄像的视场角度匹配的所述激光整形镜头放置于所述半导体激光器出光光轴方向上； 所述的激光波长选通单元为一允许激光通过并过滤掉激光波长之外的杂光并放置在摄像器与对应光学窗口之间的窄带滤光片， 以及一与摄像器、激光器进行电联接并用于控制摄像器、激光器开与关的电控单元。
2.根据权利要求1所述的车载激光辅助图像获取装置，其特征是，所述的激光波长选通单元还包括分别安装在激光整形镜头和摄像镜头前面的偏振方向相同或相近的光学偏振器，所述偏振器只允许某一偏振方向的偏振光通过，所述偏振器透射光的振动方向与水平方向夹角为45° ±10°。
3.根据权利要求1所述的车载激光辅助图像获取装置，其特征是，所述半导体激光器为一个垂直腔面发射半导体激光器阵列或者是一个光纤耦合半导体激光器。
4.根据权利要求1所述的车载激光辅助图像获取装置，其特征是，所述的激光整形镜头的焦距及距离激光发光点的距离可调。
5.根据权利要求1所述的车载激光辅助图像获取装置，其特征是，所述的半导体激光器激光功率在2W以上，中心波长780nm以上，为红外不可见激光。
6.根据权利要求1所述的车载激光辅助图像获取装置，其特征是，所述窄带滤光片中心波长为半导体激光器的中心波长，并允许有1nm以内的偏差；所述窄带滤光片带宽在5nm到40nm之间。
7.根据权利要求1所述的车载激光辅助图像获取装置，其特征是，所述的激光整形镜头为正透镜或者为多透镜组成的正透镜组，且可以为单透镜或胶合透镜。
8.根据权利要求1所述的车载激光辅助图像获取装置，其特征是，所述的摄像器像素数至少为40万像素，可以是能有效响应激光波长的模拟摄像器或者数字高清摄像器，输出黑白视频信号，帧频25Hz以上。
9.根据权利要求1所述的车载激光辅助图像获取装置，其特征是，所述的摄像器镜头可以是定焦镜头，也可以是变焦镜头作为定焦使用。
【文档编号】H04N7/18GK204077513SQ201420575529
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月30日 优先权日:2014年9月30日
【发明者】咸洋 申请人:咸洋