一种激光标识障碍物的阵列光源车灯的制作方法

本实用新型涉及一种激光标识障碍物的阵列光源车灯，属于车辆照明设备领域。

背景技术：

现有的LED阵列光源车灯以及采用其它阵列光源的车灯都具有灯体、阵列光源、车灯控制器、障碍物传感器几部分。第一，这种阵列光源的车灯可以对灯光照射范围内的车辆或行人自动关闭阵列光源中的一部分光源单元形成局部暗区，从而避免对向车辆或行人发生眩目，这就是阵列光源车灯的分区照射模式。但现有分区照射模式也存在明显的问题，其一是当障碍物传感器检测到灯光范围内出现人或车辆时会立即形成暗区，因电子系统的反应时间必然快于人类，导致本车驾驶员因暗区突然出现而来不及看清暗区里的障碍物具体情况；其二是如果本车与对向车辆或行人之间还存在另一个较小的障碍物，则该较小的障碍物也将处于暗区中，从而使这个较小的障碍物更难以被驾驶员及时发现，危险系数将大幅度增加。因此采用分区照射工作模式的阵列光源车灯都非常有必要对暗区中障碍物的存在进行有效照明，但有效照明就需要提高暗区亮度，然而提高暗区亮度又会增加眩目危险，就失去了分区照射的意义，形成了一对难解的矛盾。第二，现有的阵列光源车灯还具有与上述分区照射模式正好相反的高亮照射模式。该高亮照射模式指的是首先由车灯控制器根据障碍物传感器探测的障碍物位置数据控制阵列光源中相应光源单元的开启或者提高相应光源单元的照射亮度，从而实现对重点目标的高亮照射，此时其它光源单元为熄灭或低亮状态，因此高亮照射模式的光污染最少、优势突出。目前，实施高亮照射模式的瓶颈在于障碍物传感器，其中毫米波雷达传感器和热成像传感器夜暗条件下可以准确识别路面障碍物的位置，但是成本太高只能用于实验演示、无法商业化；现有的摄像头传感器虽然价格便宜，但是由于单目摄像头传感器都是基于图像特征匹配识别原理、双目摄像头传感器都是基于图像差异比对识别原理，这些识别原理都必须要求摄像头传感器首先能够拍摄到障碍物全貌的高清晰度图像，但是夜暗环境下现有摄像头传感器都很难清晰拍摄到障碍物全貌的高清晰度图像、当然也就无法进行识别，因此目前高亮照射模还无法借助摄像头传感器的低成本优势实现商业化普及。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型提供一种激光标识障碍物的阵列光源车灯，它能在分区照射时让驾驶员看清暗区内障碍物位置，还能让摄像头传感器发现夜暗路面障碍物实施高亮照射。

本实用新型涉及一种激光标识障碍物的阵列光源车灯，它包括灯体以及内部安装的阵列光源、车灯控制器、摄像头传感器，它们彼此电连接，其特征是：它具有至少一个可见光激光发射装置，该可见光激光发射装置的照射范围与对应灯光照射范围在水平方向相匹配，该可见光激光发射装置的光束与路面平行。

该激光标识障碍物的阵列光源车灯，其特征是：本产品还具有至少一个非可见光激光发射装置，该非可见光激光发射装置的照射范围与阵列光源的灯光照射总范围在水平方向相匹配，该非可见光激光发射装置的光束与路面平行。

该激光标识障碍物的阵列光源车灯，其特征是：阵列光源的光源单元装有专属的可见光激光发射装置，并且该可见光激光发射装置照射范围与该光源单元的灯光照射范围在水平方向相匹配，该光源单元与该可见光激光发射装置相互切换照射。

该激光标识障碍物的阵列光源车灯，其特征是：该可见光激光发射装置内装有能够发射与路面平行的扇形光束的光束整形透镜。

该激光标识障碍物的阵列光源车灯，其特征是：该可见光激光发射装置内装有至少能使光束横向扫描的光束扫描装置。

该激光标识障碍物的阵列光源车灯，其特征是：该可见光激光发射装置匹配有带倾角传感器的开关控制电路，该开关控制电路与可见光激光发射装置中的激光器电连接。

该激光标识障碍物的阵列光源车灯，其特征是：该可见光激光发射装置具有相匹配的光信号接收传感器和信号差计算电路，它们彼此信号连接。

本实用新型的有益效果是这样的：该激光标识障碍物的阵列光源车灯包括灯体以及内部安装的阵列光源、车灯控制器、摄像头传感器，它们彼此电连接，其特征是：它具有至少一个可见光激光发射装置，该可见光激光发射装置的照射范围与对应灯光照射范围在水平方向相匹配，该可见光激光发射装置的光束与路面平行。这样当有对向来车或行人出现在灯光覆盖范围内时，本阵列光源中的对应光源单元会自动关闭，使灯光范围中出现暗区。此时由于该可见光激光发射装置的激光光束照射范围与本灯光照射范围在水平方向相匹配，并且该激光光束与路面平行，因此该激光光束显然可以照射到路面上本灯光范围内的车或人等障碍物上并产生醒目的光斑，该光斑的位置显然就是障碍物的位置，这样驾驶员就很容易通过光斑看清暗区内障碍物的位置了；同理，由于本产品能够利用该可见光激光发射装置对路面上的障碍物照射产生明亮的光斑，那么摄像头传感器就可以拍摄到这个光斑，这样就可以通过几何光学算法求出该光斑所示障碍物的位置数据，从而使摄像头传感器可以用于实施高亮照射，完全实现了本发明目的，显然本专利可以大幅提高车辆行人安全性，是车灯技术的一次革命。

附图说明

图1是本实用新型的主视方向的分区照射原理示意图。

图2是本实用新型的侧视方向的分区照射原理示意图。

图3是本实用新型的主视方向的高亮照射原理示意图。

图中标记如下：1.灯体，2.阵列光源，3.可见光激光发射装置，4.光束整形透镜。

具体实施方式

图1为分区照射模式下主视方向的原理示意图。本产品包括灯体1以及内部安装的阵列光源2、车灯控制器、摄像头传感器，它们彼此电连接，其特征是：它还具有至少一个可见光激光发射装置3，该可见光激光发射装置3的照射范围与对应灯光的照射范围在水平方向相匹配，该可见光激光发射装置3的光束与路面平行，如图2所示。其中，可见光激光发射装置3采用的是可见光波段激光器，该可见光激光发射装置3既可以安装在灯体1内部，也可以与灯体1分体式安装。当采用分体式结构时，可以将可见光激光发射装置3布置在雾灯位置或者汽车保险杠等中下部位置，此时每辆车至少需要安装一个可见光激光发射装置3，当然也可以安装多个可见光激光发射装置3并且它们可以采用交叉照射、层叠照射等多种照射模式均可，只要这些可见光激光发射装置3的照射范围与灯体1整体的灯光照射范围在水平方向相匹配即可；还可以在灯体1内部为阵列光源2的全部光源单元或者部分光源单元安装属于自己的专属可见光激光发射装置3，并且该可见光激光发射装置3照射范围与该光源单元的灯光照射范围在水平方向相匹配，此时该光源单元与自己专属的可见光激光发射装置3可以根据自己的照射小区域内的目标性质相互切换；当然灯体1内也可以只安装一个可见光激光发射装置3，此时该可见光激光发射装置3与灯体1整体的灯光照射范围在水平方向相匹配，具体采用哪种结构由设计师根据产品设计要求书决定即可。可见，上述“在水平方向相匹配”指的是可见光激光发射装置3的光束在水平方向能够照射到对应灯光照射范围的边缘或者范围符合设计要求即可，例如设计要求书中如果不要求可见光激光发射装置3对灯光范围边缘进行光斑照射、只要求照射到对应灯光范围的中部区域即可达到设计要求，此时就可以根据具体设计要求书适当缩小可见光激光发射装置3的照射范围，这也属于实现了匹配。本产品既可以安装在车辆前方、也可以安装于车辆后方用于倒车照明，或者安装于车身侧面用于弯道照明等均可。

该可见光激光发射装置3的结构有多种类型。例如，可以在该可见光激光发射装置3内的激光器前面安装光束整形透镜4，该光束整形透镜4可以采用鲍威尔棱镜、波纹镜、柱面镜等结构，这些透镜均可以投射出以光束整形透镜4为扇心的扇形薄片状光束、其光束向横向扩展、光束平面与路面平行，该结构具有全固态、高可靠、成本低等优点；该可见光激光发射装置3的第二种结构方案是在可见光激光发射装置3中安装机械式旋转机构驱动激光器旋转，从而实现光束横向扫描，此时光束的扫描平面显然可以平行于路面；该可见光激光发射装置3的第三种结构方案是在激光器的光路上匹配安装振镜或镜鼓等光束扫描装置，利用振镜或镜鼓上的反射镜机械运动使光束发生横向偏转实现横向扫描，其扫描平面显然也可以平行于路面。这种平行于路面扫过的激光光束显然将照射到路面上的车辆和行人等物体并产生光斑；与可见光激光发射装置3匹配的振镜是光学配件市场上很常见的模块化产品，很多都具有二维扫描能力，既可以横向扫描也可以竖向扫描，如果在实施本专利时采用这种二维振镜产品，其竖向扫描能力可以用于实时调节光束平面与路面的平行度，解决路面颠簸导致光束俯仰问题。该可见光激光发射装置3采用的后两类扫描机构均为机械式结构，是很成熟的现有技术，用户可以在市场上直接采购相关部件，是本领域技术人员非常熟悉的常用部件，所以其具体内部机械结构在此不再一一赘述。采用机械式扫描机构的优点是可以控制扫描线只有到达暗区时才会被点亮、才产生反射光斑，从而使可见光激光发射装置3仅对暗区内的障碍物实施照射，防止可见光激光发射装置3对亮区物体照射产生光斑干扰暗区观察，进一步提高了使用效果。

由于该可见光激光发射装置3采用的激光器为可见光波段，应尽量避免照射到人的眼睛，因此可见光激光发射装置3应该被布置在灯体1内部下方位置或车体上尽可能低的位置，这样的高度远低于人眼高度，可以有效避免光束照射到人的眼睛。

另外，为了防止行驶中车体因颠簸引起光束过度上仰，该可见光激光发射装置3最好再安装一个带倾角传感器的开关控制电路，该开关控制电路与可见光激光发射装置3中的激光器电连接。当车体因颠簸上仰接近极限时，开关控制电路内的倾角传感器会检测到并自动关闭激光器电源，从而避免出现光束过度上仰的情况；当瞬间的颠簸过后，车体回到平稳姿态时该开关控制电路再自动接通激光器电源。该开关控制电路中的倾角传感器可以采用陀螺仪、加速度传感器、水平传感器等均可，这些都是已经市售的现有技术的模块化商业产品，因此该开关控制电路内部的具体结构在此不再赘述。当然还可以采用由倾角传感器控制的电动云台、二维振镜等现有技术部件来消除车体俯仰对光束的影响，但存在成本高、体积大等缺点，具体采用哪种结构由设计师根据产品定位选择即可。

为了进一步提高本激光标识障碍物的阵列光源车灯对障碍物信息的感知水平，还可以给可见光激光发射装置3匹配安装光信号接收传感器和信号差计算电路，它们彼此信号连接，从而构成一个典型的激光测距仪系统，直接实现对所照射物体的距离感知。其中，光信号接收传感器可以采用雪崩二极管、光电倍增管、光敏二极管等，这些光信号接收传感器适合匹配具有机械式扫描结构的可见光激光发射装置3；该光信号接收传感器还可以采用CCD图像传感器、CMOS图像传感器、距离图像传感器、线阵光学传感器等阵列式感光器件，这些阵列式感光器件适合匹配安装有光束整形透镜4的可见光激光发射装置3。该信号差计算电路是在激光测距类产品中已普遍采用的单片机电路，显然此类数字计算电路都是很常见的现有技术。由于上述激光测距技术已经是很成熟的现有技术，因此上述光信号接收传感器和信号差计算电路也都是本领域技术人员不需要付出任何创造性劳动就可以采购和实施的，因此其具体内部结构本文不再赘述。

本产品的可见光激光发射装置3不仅可以对暗区内的障碍物进行光斑标识，使驾驶员对暗区内障碍物看的更清楚，它还可以让摄像头传感器在夜暗环境中能够发现路面障碍物，从而为实施高亮照射提供数据，如图3所示，具体实施方式如下：

在夜暗环境中，首先启动可见光激光发射装置3让激光光束平行于道路照射。如果该可见光激光发射装置3内的激光器前方安装的是光束整形透镜4，那么光束整形透镜4射出的平行于路面的扇形光束显然会照射到前方路面上的障碍物并且产生明亮光斑，此时摄像头传感器显然可以拍摄到这些光斑，并利用几何光学算法、机器视觉算法等各种算法就可以求出该光斑所示障碍物的位置数据。这些算法都是现有技术，在公开文献和互联网上均有记载，在此不再赘述。摄像头传感器内部可以采用普通的CCD图像传感器芯片、CMOS图像传感器芯片、距离图像传感器芯片等均可，这些都是市售的现有技术器件，其内部细节具体不再赘述。如果该可见光激光发射装置3内的激光器匹配安装的是前文所述的机械式旋转机构或振镜、镜鼓等光束扫描机构，这些机构显然也可以使光束在平行于路面的扫描平面内扫描，从而实现对路面障碍物的照射并产生光斑，同样可以使摄像头传感器拍摄到路面障碍物的光斑并计算其位置。总之，摄像头传感器求出光斑所示障碍物的位置数据后就可以传输给车灯控制器，再由车灯控制器控制阵列光源2实施高亮照射路面障碍物。高亮照射模式比较适合城市道路代替远光灯的作用，可以把远光灯强大光束对城市环境和周边居民的影响降到最低；分区照射模式比较适合于郊区、国道等场合使用，此时可以一直开着远光灯行驶，所以这两种模式可以相互切换不会同时使用，这样也就不会相互影响了。

由于高亮照射模式下需要一直打开可见光激光发射装置3才能让摄像头传感器及时发现路面障碍物，但是这样不仅前方车辆、行人被激光束照射后产生反射光斑，连路边的部分建筑、设施、树木都可能会反射出光斑，虽然这样能够让驾驶员看清更多障碍物更有助安全，但是如果来到繁华的城市中心或者拥挤狭窄的城市道路中，难免还是会造成一定的光污染。为了解决此问题，可以单独为高亮照射模式再安装一个非可见光激光发射装置，该非可见光激光发射装置的激光器波长为红外波段也就是非可见光波段，该非可见光激光发射装置的照射范围与阵列光源2的灯光照射总范围在水平方向相匹配，该非可见光激光发射装置的光束与路面平行。这样该非可见光激光发射装置就可以代替可见光激光发射装置3专门为摄像头传感器提供障碍物光斑信息，但是这些光斑将是人眼不可见的，这样就基本解决了光污染的问题。由于现有的摄像头传感器内部采用的CCD图像传感器芯片、CMOS图像传感器芯片、距离图像传感器芯片等先天就对红外波段敏感，而且敏感度还要高于可见光波段，因此更适合拍摄非可见光激光发射装置的光斑。此时只需要把摄像头传感器的镜头里的红外滤光片切换器设置为红外模式即可，这些都是现有技术，具体不再赘述。非可见光激光发射装置的激光器也可以匹配光束整形透镜或机械式扫描机构以及有带倾角传感器的开关控制电路、光信号接收传感器和信号差计算电路等，其技术及原理均与采用可见光激光发射装置3的实施方式基本相同，都是本领域技术人员不需要付出创造性劳动就可以实现的，故在此不再重复。

尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本专利构成任何限制。本说明书的揭示与描述是对本专利技术思想与实施的讲解和指导，可以使本领域技术人员更容易理解和顺利实施，但是本专利并不局限于上述揭示和描述的具体实施方式，本领域技术人员在此基础上对上述实施方式进行的变更、修改、删减等仍然属于本专利权利要求的保护范围。