激光夜视辅助驾驶激光照明器的制造方法

文档序号:2710615
激光夜视辅助驾驶激光照明器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种激光夜视辅助驾驶激光照明器,包括激光器和装配于激光器出射窗口的镜头,其特征在于,激光器出射激光水平方向为慢轴,竖直方向为快轴,相应地,镜头从后至前配有用于快轴压缩整形的快轴透镜组、用于慢轴发散整形的慢轴透镜组、出光角度控制透镜和非均匀性匀光平片,从而产生远射的主光束和近射发散的次光束;快轴透镜组以及出光角度控制透镜各自配有在前后方向驱动的驱动机构。依据本发明同时适用于近地面和远距离照明。
【专利说明】激光夜视辅助驾驶激光照明器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种激光夜视辅助驾驶激光照明器,具体是涉及激光夜视辅助驾驶领域中的激光照明器。
【背景技术】
[0002]现有夜视车载辅助驾驶系统成像设备主要为红外或低照度成像辅助成像两种。红外系统为被动热成像,是对温度进行探测,依据不同温度对景物成像的系统,可以实现夜间不受对面来车灯光影响的成像。热像辅助驾驶存在分辨率不够高,对温度差别不大的路面凹坑成像细节不够,价格昂贵等缺点。
[0003]低照度成像设备,可以在有微弱光线的时候对夜晚路面高分辨率清晰成像,但是在遇到对面有强光时会因亮度饱和而无法成像,从而失去作用,同时在低于其低照度的条件下也会因为光线不足而失去清晰成像的功能,使用条件受限较大。
[0004]用普通摄像机就能够感应的近红外激光照明做成的激光夜视辅助驾驶系统,结合激光的单色性,配合可见光滤光、近红外光增透等处理,可以实现对迎面车灯灯光的抑制和对夜晚行进方向路面情况的清晰成像。
[0005]车载辅助驾驶激光夜视的应用不同于其它应用领域中的激光夜视照明需求,例如监控激光夜视领域要求视场内激光分布尽量均匀一致,以保证监控画面成像清晰。而车载激光照明由于成像视场范围大,视场内既有近距离如5米以内的景物也有远距离如上百米的景物,因此如果采用普通的照明器使得整个视场内光能量一致,近距离物体由于距离近返回的光线就会被成像设备感应到亮度较高,由于成像设备画面的调节能力不是无限的,因此远距离景物的反光相对近距离就不会被成像显示出来。
[0006]在一些应用中,采用多系统配合的结构,两个系统各自按照自己的方式工作,不仅成本高,而且配置结构所占用空间较大。
[0007]如果配置成单一的激光照明器,产生如中国专利文献CN 103186015A,其通过配置调焦范围大的激光照明器,并同时匹配测距设备,利用测距与调焦的匹配进行远近照明兼顾,然而这种配置结构恰恰是在同一个时刻只能近照或者远照,无法实现远近距离目标反射的激光被摄像机感应高的亮度值是差不多的。
[0008]承接多系统配置结构,如中国专利文献CN203120031U公开了一种红外夜视设备,其配置的红外激光器的数量至少为两个,所述的红外激光器中,至少有一个红外激光器的镜头的镜片为高透光率平面镜,至少有一个红外激光器的镜头的镜片为凸透镜,可以在通过具有凸透镜镜片的红外激光器进行长距离照射以实现远距离观察、监视的同时,通过具有高透光率平面镜镜片的红外激光器的镜片来大幅度提高激光束的发散度,增加红外夜视仪的近距离观察、监视广角,同时实现远距离小广角观察、监视和近距离大广角观察、监视的目的。这种结构能够很好的实现远近兼顾的目的,但由于配置了多款激光器,使得其整体成本偏高,且整体结构所占安装空间偏大。同时,公知的,即便是不用于驾驶照明,而用于室外监控,多照明器系统必然要同时配置如镜头清理系统,比如雨刷等,整体的成本难以调低。

【发明内容】

[0009]本发明的目的在于提供一种用于激光夜视辅助驾驶的激光照明器,通过对激光整形处理,使其同时适用于近地面和远距离照明,并针对摄像机成像对照明光源和被照射物体的辅助驾驶激光照明应用进行的针对该应用领域的一款低成本激光照明器。
[0010]本发明采用以下技术方案:
包括激光器和装配于激光器出射窗口的镜头,其特征在于,激光器出射激光水平方向为慢轴,竖直方向为快轴,相应地,镜头从后至前配有用于快轴压缩整形的快轴透镜组、用于慢轴发散整形的慢轴透镜组、用于主光束出光角度控制的出光角度控制透镜、用于产生非对称出射光束的非均匀性匀光平片,从而产生远射的主光束和近射发散的次光束;快轴透镜组以及出光角度控制透镜各自配有在前后方向调节的调节机构。
[0011]从上述方案可以看出,依据本发明,采用另一条技术路线,只使用一台激光器,利用非均匀性匀光平片对主光束的整形发散角度不一致的特性,产生出光角度较小的主光束,主要照射50米以上的远距离物体,次光束发散角度大,水平次光束为观测需求则设计的发散角度可以观测道路近距离周边环境的角度,从而更好的适应车载辅助驾驶的需求。
[0012]在进一步选择的结构中,上述激光夜视辅助驾驶激光照明器,所述镜头还包括位于慢轴透镜组前侧的出光角度控制透镜,以压缩整形主光束和次光束,通过进一步的整形,使得主光束和次光束处于可用的较佳的范围。
[0013]优选地,所述镜头还包括位于出光角度控制透镜前侧的非均匀性匀光平片,使主光束保证大于80%的透过率的前提下,按照预定的竖直水平角度出射,次光束在保证光线从中心到边缘依次递减的同时能够以大于50度发散角度的发散角出射,对视场场景亮度具有更好的适配性。
[0014]进一步地,所述非均匀性匀光平片包括非对称的渐变匀光结构,形成渐变弱化的次光束,对视场内的不同分布的物品有选择的区分照射,可以获得相对清晰的成像。
[0015]所述非均匀性匀光平片为上下复合结构,其中上部分对主光束透射,下部分对主光束散射,从而所述透射部分对远距离目标照明,散射部分对近距离目标照射。水平次光束为观测需求则设计的发散角度可以观测道路两侧很近距离周边环境的角度,偏离中心上方部分的光束对环境对行车没有太大的影响,这样做可以整体上减小后续对成像设备的要求。
[0016]优选地,所述激光器为窄线宽半导体激光器,且其配有散热结构,提高设备的使用性能。
[0017]进一步地,为了简化结构,所述散热结构包括对正激光器侧面装配的散热风扇和匹配散热风扇的散热片。
[0018]优选地,所述激光器容纳进由散热片构成的长方体腔体内,长方体腔体一侧面开有容纳散热风扇的凹槽,从而散热风扇构成嵌入式散热风扇,整体结构紧凑,方便安装,且对所安装的对象外观影响较少。
[0019]所述激光器为窄线宽激光器,从而配合带有相同带宽的滤光的成像设备可以很好的实现对迎面车灯的强光抑制。从而有效解决普通可见光车载辅助驾驶系统有迎面车灯画面眩光,整体发白,无法观测前方路况的问题。
【专利附图】

【附图说明】
[0020]图1a为依据本发明的竖直面内的光分布图。
[0021]图1b为依据本发明的水平面内的光分布图。
[0022]图2依据本发明的激光夜视辅助驾驶激光照明器的外形结构示意图。
[0023]图3为图2的A-A剖视图。
[0024]图4为采用采用辅助驾驶激光照器前后的效果对比图,图示为照片,有灰度,但不影响图示内容辨识。
[0025]图5为强光抑制前后的效果对比图,图示为照片,有灰度,但不影响图示内容辨识。
[0026]图6为非均匀性匀光片的结构原理图。
[0027]图中:1、供电电路板,2、嵌入散热风扇,3、主固定及散热装置,4、快轴整形微柱面镜镜架,5、出光角度控制透镜镜架,6、同轴固定镜筒,7、非均匀性匀光平片压圈,8、出光角度控制透镜压圈,9、慢轴整形柱面镜镜架,10、快轴整形微柱面镜,11、半导体激光器,12、快轴整形微柱面镜压圈,13、慢轴整形柱面镜,14、慢轴整形柱面镜压圈,15、出光角度控制透镜,16、非均匀性匀光平片;17、100%透过率部分,18、80%透过发散角度10°区域,19、70%透过发散角度20°区域,20、50%透过发散角度45°区域,21、40%透过发散角度60°区域。
【具体实施方式】
[0028]术语:快轴、慢轴的定义:
半导体激光器的快轴,又称为垂直发散角Θ丄,是半导体激光光器的发光带在垂直PN结方向张开的角度,一般在15°?40°左右。半导体激光器的慢轴,又称为水平发散角Θ //,是半导体激光器的发光带与PN结平行方向所张开的角度,一般在6° -10°。
[0029]为了使本领域的技术人员更清楚地理解,下面以具体的量化的参数限定的激光照明器描述本发明的所涉及照明器的具体结构。
[0030]参照说明书附图2和3,半导体激光器11适配嵌入散热风扇2,两者的供电由供电电路板I供给。
[0031]如图1a和图1b所示,半导体激光器11出光角度为8。X40°的矩形光斑,水平方向慢轴8°,竖直方向快轴40°。经过快轴整形微柱面镜10将快轴角度进行压缩处理,使其竖直发散角度为10°左右,可以通过调节快轴整形微柱面镜镜架4在同轴固定镜筒6中的位置调节该发散角度。
[0032]在此,由于柱面透镜只有一个方向是有曲率的,使用慢轴设备对慢轴处理时,不影响快轴,可以认为快轴仍然跟原来一样,还是原来的发散角度,反之按照同样的原理理解。
[0033]慢轴整形柱面镜13再对慢轴发散角度进行发散整形为20°发散角度,经过快慢轴整形后的光束再经过出光角度控制透镜15进行最终的角度控制,通过出光角度控制透镜镜架在同轴固定镜筒6中的前后位置可以调节出光的角度,通常为水平8° X竖直4°。
[0034]最后经过非均匀性匀光平片16将出光角度控制为竖直中心正负2。的主光束,和偏离中心下方最大20°的渐变弱化次光束,水平为正负4°的主光束,和最大正负30°的渐变弱化次光束。
[0035]一种非均匀性匀光平片,针对车载照明成像,照射水平角度要求大,竖直方向照射角度向下照射的需求,只对光束上侧全透过,下侧少部分进行弱化发散处理,从而照射近距离道路两侧。通过该匀光平片可以有效利用激光能量,保证车载成像照明水平大视场,远近距离道路照明成像均匀清晰的要求。
[0036]关于非均匀性匀光片,进一步地,请参见说明书附图6所示的原理图,区分平片上下部分和下面各个透过率部分的分界线并不真实存在,而是区分各个部分的辅助线。
[0037]关于上下两部分并不表示绝对的上下两半部分。
[0038]在图6所示的结构中,按照透过率,所述非均匀性匀光整形平片的平片体构造为上下结构,其中上部为全透过部分,如图1中所示的100%透过率部分17,下部为部分透过部分,如图1中所示的各个透过发散角度区域构成的部分,80%透过发散角度10°区域18、70%透过发散角度20°区域19、50%透过发散角度45°区域20、40%透过发散角度60°区域21,非均匀性就体现在镜体的各个部分的光学参数不一样,如前所述的透过率。图中下部的各个部分的发散角度也不一样,从而会出现远发散角度小但光强比较高,近发散角度大但光强比较低的状态。
[0039]应当理解,全透过是光学领域的理想状态,作为一个概念,仍然为本领域所常用,但并不表示理想的100%透过率,对此本领域的技术人员应当理解。
[0040]参照图6所示的下部,其透过率以平片体中心为基准向外逐渐减小,这样利用手电筒效应,远距离的投射部分出射光强相对较大,近距离的或者说靠近边缘的部分的出射光强逐渐减小,适应距离远近造成辐照强度衰减的特征。
[0041]图4中,左图为传统均匀照明效果,远近光斑范围内的光强是一致的,因此近处景物因为光程比远处的要短,同时由于物体的对光的发散通常为漫反射,假设照射过去的光线在大气中的衰减忽略不计,I米和IO O米反射回来相同面积上的激光功率要相差球体表面积的倍率。又球体表面积的计算公式S = 4rfE3,不考虑大气衰减,被相同口径成像设备接收到的I米和100米的光能量相差约为I万倍。由于成像设备对光亮度的分辨能力有限,因此会根据画面的平均值进行图像调整显示。就如图4左图所示,近处景物很亮,远处背景等目标的亮度就会很暗,从而不能实现更远距离的照明,有助于行车安全。图4右图所示画面经过本发明所示技术可以实现近处景物和远处景物照射光能量就有差异,近处光强弱,中心远处光强强,同时偏向路面照射,可以将视场中远处和近处的景物成像显示时都可以成像,大大提高成像显示距离。
[0042]另外,采用所述窄线宽激光器,配合成像设备也配有相同线宽的窄线宽滤光片,可以实现对车灯的强光抑制效果。如图5所示,图5中,左图为非强光抑制迎面车灯效果,右图为采用窄线宽激光器配合滤光成像的有强光抑制的效果。
[0043]本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现,在此不再赘述,当然,上述说明并非是对本发明的限制,本发明也并不仅限于上述举例,也可以是其它非可见光波段激光器,出光光斑的光强分布的非均匀性,也可以是两种发散角度,或其它左右形式的非对称性,不一定是渐变弱化,和上下非对称形式。本【技术领域】的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换,也应属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种激光夜视辅助驾驶激光照明器,包括激光器和装配于激光器出射窗口的镜头,其特征在于,激光器出射激光水平方向为慢轴,竖直方向为快轴,相应地,镜头从后至前配有用于快轴压缩整形的快轴透镜组、用于慢轴发散整形的慢轴透镜组、用于主光束出光角度控制的出光角度控制透镜、用于产生非对称出射光束的非均匀性匀光平片,从而产生远射的主光束和近射发散的次光束;快轴透镜组以及出光角度控制透镜各自配有在前后方向调节的调节机构。
2.根据权利要求1所述的激光夜视辅助驾驶激光照明器,其特征在于,所述非均匀性匀光平片使主光束保证大于80%的透过率的前提下,按照预定的竖直水平角度出射,次光束由主光束经过非均匀性匀光平片散射而来,在保证光线从中心到边缘依次递减的同时能够以大于50度发散角度的发散角出射。
3.根据权利要求2所述的激光夜视辅助驾驶激光照明器,其特征在于,所述非均匀性匀光平片具有非对称的渐变匀光结构。
4.根据权利要求2或3所述的激光夜视辅助驾驶激光照明器,其特征在于,所述非均匀性匀光平片为上下复合结构,其中上部分对主光束具有透射作用,下部分对主光束具有发散作用。
5.根据权利要求1所述的激光夜视辅助驾驶激光照明器,其特征在于,所述激光器为窄线宽半导体激光器,且其配有散热结构。
6.根据权利要求5所述的激光夜视辅助驾驶激光照明器,其特征在于,所述散热结构包括激光器侧面装配的散热风扇和匹配散热风扇的散热片。
7.根据权利要求6所述的激光夜视辅助驾驶激光照明器,其特征在于,所述激光器固定于散热片构成的长方体腔体内,长方体腔体一侧面开有容纳散热风扇的凹槽,从而散热风扇构成嵌入式散热风扇。
8.根据权利要求1、5-7任一所述的激光夜视辅助驾驶激光照明器,其特征在于,所述激光器为窄线宽近红外半导体激光器。
【文档编号】G02B27/09GK103792666SQ201410053862
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年2月18日 优先权日:2014年2月18日
【发明者】陶小凯, 李明, 祝传省, 罗倩倩 申请人:山东神戎电子股份有限公司
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