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Patents

  1. Advanced Patent Search
Publication numberDE4042730 B4
Publication typeGrant
Application numberDE19904042730
Publication date11 Oct 2007
Filing date10 Mar 1990
Priority date10 Mar 1990
Also published asDE4007646A1, DE4007646C2
Publication number19904042730, 904042730, DE 4042730 B4, DE 4042730B4, DE-B4-4042730, DE19904042730, DE4042730 B4, DE4042730B4, DE904042730
InventorsEdgar Dipl.-Phys. Weidel
ApplicantDaimlerchrysler Ag
Export CitationBiBTeX, EndNote, RefMan
External Links: DPMA, Espacenet
Anordnung zur Verbesserung der Sicht in Fahrzeugen Arrangement for improving the visibility in vehicles translated from German
DE 4042730 B4
Abstract  translated from German
Ein äußerst wichtiger Sicherheitsaspekt in Fahrzeugen wie Automobilen, Lkws, Omnibussen, Lokomotiven und in Flugzeugen ist eine ausgezeichnete Sicht bei allen Wetterverhältnissen. A very important aspect of safety in vehicles such as automobiles, trucks, buses, trains and airplanes is an excellent visibility in all weather conditions. Die erfindungsgemäße Beleuchtungsoptik enthält eine Laserlichtquelle im nahen Infrarot (800 nm bis 2000 nm), zum Beispiel eine GaAs/GaAIAs Halbleiterlaser um 800 nm. Durch die vorteilhafte Möglichkeit der zeitlichen Variation der Ansteuerleistung des Lasers kann beispielsweise die mit zunehmender Entfernung zunehmende Schwächung des Laserlichts kompensiert und eine gleichmäßigere Ausleuchtung der Szene erreicht werden. The illumination optics according to the invention comprises a laser light source in the near infrared (800 nm to 2000 nm), for example, a GaAs / GaAlAs semiconductor laser at 800 nm. Thus, by the advantageous possibility of the temporal variation of the driving power of the laser, for example, compensates for the increasing with increasing distance attenuation of the laser light and a more uniform illumination of the scene can be achieved. Alternativ oder zusätzlich kann eine zeitliche Modulation mit höherer Frequenz durchgeführt werden. Alternatively or additionally, a temporal modulation can be performed with a higher frequency. Die Empfangsoptik enthält eine Fernsehkamera, zum Beispiel eine CCD-Kamera, mit hoher Empfindlichkeit. The optical receiving system includes a television camera, for example a CCD camera, with high sensitivity.
Claims(14)  translated from German
  1. Anordnung zur Verbesserung der Sicht in Fahrzeugen, insbesondere bei Dunkelheit, schlechter Witterung und Nebel, mit einer Beleuchtungsoptik, die infrarotes Licht in einen vorgegebenen Raumwinkelbereich abstrahlt, einer Empfangsoptik, die reflektierte Anteile des abgestrahlten Lichts empfängt, und einer Anzeige, wobei die Beleuchtungsoptik zumindest einen Halbleitelaser aufweist, und mit der Anzeige die durch die Empfangsoptik gewonnene Bildinformation intensitätsabhängig in der Art eines Fernsehbildes dargestellt wird, dadurch gekennzeichnet , dass die Beleuchtungsoptik über ein Mittel verfügt, welches bewirkt, dass die Helligkeit der Beleuchtung durch Verringerung des Ansteuerstroms des Halbleiterlasers unter einen maximalen Wert in Abhängigkeit des Abstrahlwinkels variiert. Arrangement for improving visibility in vehicles, in particular in the dark, bad weather and fog, comprising a lighting optical system which emits infrared light within a predetermined solid angle region, an optical receiving system, the reflected portions of the emitted light receives, and a display, wherein the illumination optics comprises at least one comprising semiconductor single laser, and with the display, the image information obtained by the receiving optics is intensity dependent shown in the form of a television image, characterized in that the illumination optical system has a means which causes the brightness of the illumination by reducing the driving current of the semiconductor laser at a maximum value varies depending on the angle of radiation.
  2. Anordnung zur Verbesserung der Sicht in Fahrzeugen, insbesondere bei Dunkelheit, schlechter Witterung und Nebel, mit einer Beleuchtungsoptik, die infrarotes Licht in einen vorgegebenen Raumwinkelbereich abstrahlt, einer Empfangsoptik, die reflektierte Anteile des abgestrahlten Lichts empfängt, und einer Anzeige, wobei die Beleuchtungsoptik zumindest einen Halbleitelaser aufweist und mit der Anzeige die durch die Empfangsoptik gewonnene Bildinformation intensitätsabhängig in der Art eines Fernsehbildes dargestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsoptik über ein Mittel verfügt, welches bewirkt, dass die Helligkeit der Beleuchtung durch zeitliche Variation des Ansteuerstroms des Halbleiterlasers in Abhängigkeit des Abstrahlwinkels variiert. Arrangement for improving visibility in vehicles, in particular in the dark, bad weather and fog, comprising a lighting optical system which emits infrared light within a predetermined solid angle region, an optical receiving system, the reflected portions of the emitted light receives, and a display, wherein the illumination optics comprises at least one comprising semiconductor single laser and with the display, the image information obtained by the receiving optics is intensity dependent shown in the form of a television image, characterized in that the illumination optical system has a means which causes the brightness of the illumination by temporal variation of the driving current of the semiconductor laser as a function of the radiation angle varies.
  3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterlaser ein Laser ist, welcher Licht im Infrarot-Spektrum ausstrahlt. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the semiconductor laser is a laser that emits said light in the infrared spectrum.
  4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung vorgesehen ist, welche die Ausstrahlung des Halbleiterlasers nur in eine Richtung des zu beleuchtenden Bereiches aufweitet und gleichzeitig in die orthogonale zweite Richtung eng bündelt. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that a device is provided, which expands the radiation of the semiconductor laser in only one direction of the area to be illuminated and at the same tight bundles in the second orthogonal direction.
  5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung vorgesehen ist, welche die Ausstrahlung des Halbleiterlasers in beide orthogonale Raumrichtungen eng bündelt, so dass der gesamte Bereich durch Strahlschwenkung ausgeleuchtet werden kann. Arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that a device is provided which tightly bundles the emission of the semiconductor laser in both orthogonal directions in space, so that the entire area can be illuminated by beam scanning.
  6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlschwenkung mittels eines bewegten Spiegels S bewerkstelligt wird. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the beam deflection by means of a moving mirror S is accomplished.
  7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisation des abgestrahlten Lichts durch die Ausrichtung des Halbleiterlaserkristalls eingestellt wird. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the polarization of the emitted light is adjusted by the orientation of the semiconductor laser crystal.
  8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisation des abgestrahlten Lichts durch ein vor dem Halbleiterlaser angebrachtes Polarisationsfilter eingestellt wird. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the polarization of the emitted light is adjusted by an attached in front of the semiconductor laser polarization filter.
  9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsoptik eine Videokamera enthält. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the optical receiving system includes a video camera.
  10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Videokamera eine CCD-Kamera ist. Arrangement according to Claim 9, characterized in that the video camera is a CCD camera.
  11. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsoptik eine Bildfläche mit zeilenweise getrennt elektronisch aktivierbaren lichtempfindlichen Bildelementen aufweist. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the optical receiving system comprises an image area with electronically activatable separately line by line, the light-sensitive picture elements.
  12. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsoptik eine CCD-Kamera mit Matrixanordnung von lichtempfindlichen Elementen enthält. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the optical receiving system contains a CCD camera with matrix array of light sensitive elements.
  13. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeoptik ein aus den Bildinformationen der Empfangsoptik abgeleitetes Bild in das Gesichtsfeld des Fahrers projiziert. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the optical display system projects an image derived from the image information of the receiving optical system in the driver's field of view.
  14. Verwendung eines Halbleiterlasers in einer Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche. The use of a semiconductor laser in an arrangement according to one of the preceding claims.
Description  translated from German
  • [0001] [0001]
    Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Verbesserung der Sicht in Fahrzeugen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. The invention relates to an arrangement for improving the visibility in vehicles according to the preamble of claim 1.
  • [0002] [0002]
    Ein äußerst wichtiger Sicherheitsaspekt in Fahrzeugen wie Automobilen, Lkws, Omnibussen, Lokomotiven F ist eine ausgezeichnete Sicht bei allen Wetterverhältnissen. A very important aspect of safety in vehicles such as automobiles, trucks, buses, locomotives F is an excellent visibility in all weather conditions. Schlechte Sichtverhältnisse bei Dunkelheit kombiniert mit nassen Fahrbahnen oder mit Nebel waren immer wieder Ursache für eine Reihe von Massenkarambolagen auf Autobahnen in den letzten Jahren, die bei besserer Sicht vermeidbar gewesen wären. Reduced visibility in darkness combined with wet roads or fog were repeatedly cause of a number of pile-ups on motorways in recent years, which could have been avoided with better visibility.
  • [0003] [0003]
    Bei der Analyse, wodurch schlechte Sichtverhältnisse zustande kommen, zeigt sich, daß mangelnde Lichtempfindlichkeit des Auges meist nicht die Ursache ist. In the analysis, whereby low visibility take place, it is found that a lack of sensitivity of the eye is not usually the cause. Das Auge wäre durchaus in der Lage, auch bei geringer Beleuchtung eine Szene relativ gut wahrzunehmen. The eye would be perfectly able to perceive a scene quite well even in low light. Ursache von schlechten Sichtverhältnissen ist jedoch im allgemeinen störendes helles Licht, das die Wahrnehmung der benötigten Szene, beispielsweise eines Straßenverlaufs behindert. However, the cause of poor visibility is disturbing bright light that hamper the exercise for the scene, such as a road course in general. Störendes Licht kann beispielsweise das Licht von falsch eingestellten oder aufgeblendeten Scheinwerfern entgegenkommender Fahrzeuge sein, ferner diffus rückgestreutes Licht der eigenen Scheinwerfer bei Nebel oder das helle Sonnenlicht zwischen zwei Tunneln. Interfering light, for example, the light from improperly adjusted or the displayed headlights of oncoming vehicles be further diffusely backscattered light of their own headlights in fog or bright sunlight between two tunnels. Derartiges Störlicht überfordert den Kontrastumfang und die Adaptionsfähigkeit des Auges, so dass eine Szene nur mehr unzureichend wahrnehmbar ist. Such stray overwhelmed the contrast and the adaptability of the eye, so that a scene is just more noticeable inadequate.
  • [0004] [0004]
    Bisher bekannte Ansätze zur Lösung dieses Problems beruhen entweder auf dem Einsatz von Infrarot-Wärmebildkameras oder sind als Radar-Abstandswarnanlagen ausgelegt. Previously known approaches to solving this problem have been based on the use of infrared thermal imaging cameras or are designed as anti-collision radar systems. Infrarot-Wärmebildkameras sind aufgrund der verwendeten Materialien sehr teuer und daher für Massenanwendungen wenig brauchbar. Infrared thermal imaging cameras are very expensive and therefore not very useful for large-scale applications due to the materials used. Das räumliche Auflösungsvermögen des Mikrowellenradars ist auch bei mm-Welle für die Erkennung einer Szene in Abständen von 5 m bis 300 m völlig unzulänglich. The spatial resolution of microwave radar is completely inadequate even at mm-wave for the detection of a scene at intervals of 5 m to 300 m.
  • [0005] [0005]
    Aus der europäischen Offenlegungsschrift From the European application EP 0 353 200 A2 EP 0353200 A2 ist eine Anordnung zum Verbessern der Sicht in Fahrzeugen, insbesondere bei schlechten Sichtbedingungen wie beispielsweise Nebel, bekannt. is an arrangement for enhancing vision in vehicles, particularly in low visibility conditions such as fog, known. Die Anordnung umfasst eine Beleuchtungsoptik, die infrarotes Licht in einen vorgegebenen Raumwinkelbereich bestrahlt und über eine Empfangsoptik, welche reflektierte Anteile des ausgestrahlten Lichts empfängt. The arrangement comprises an illumination optical system that irradiates infrared light in a predetermined spatial angle range and receives, via a receiving optical system, which reflected components of the radiated light. Indem die Beleuchtung die Szene mit gepulstem Licht ausleuchtet und die empfangenen Lichtimpulse mittels einer Zeitfenstersteuerung hinsichtlich ihrer Laufzeit ausgewertet werden, ermöglicht es die Anordnung zwischen unerwünschter aus dem Nahbereich zurückgestreuter Strahlung und erwünschter, von einem entfernten Hindernis zurückgestreuter Strahlung zu diskriminieren. By illuminating the scene illuminates with pulsed light and the received light pulses are evaluated by means of a time window control in terms of maturity, allowing the arrangement between undesirable to discriminate from the vicinity of backscattered radiation and desirable, from a remote obstacle backscattered radiation. Auf einer der Anordnung zugeordneten Anzeige werden sodann die mittels der Empfangsoptik gewonnenen Informationen bezüglich vorgegebener Zeitfensterbereiche beziehungsweise Entfernungsbereiche dargestellt. Then the information obtained by means of the receiving optical system with respect to a predefined time window areas or removal areas are displayed on a display associated with the arrangement. Aus Gründen der Zeitfenstersteuerung muss durch eine aufwendige Elektronik eine exakte Synchronität zwischen Beleuchter und Empfänger sicher gestellt werden. For reasons of time window control an exact synchronism between illuminator and receiver must be ensured by an expensive electronics. Zudem ist es, da nur bestimmte Entfernungsbereiche der ausgeleuchteten Szene dem Fahrzeugführer dargestellt werden, notwendig der Bildverarbeitung und -darstellung eine intelligente Auswahlsteuerung zu unterlegen. In addition, since only certain distance ranges of the illuminated scene are presented to the driver, the necessary image processing and presentation to underpin an intelligent selection control.
  • [0006] [0006]
    Eine Lösung für das Problem, dass verschiedene Objekte in einer Szene bei aktiver Beleuchtung unterschiedlich stark die Strahlungsenergie zu der die Szene erfassenden Kamera zurückreflektieren, wird in dem Patent A solution to the problem that different objects in a scene with active illumination varying degrees, the radiation energy to reflect back the scene sensing camera is in the patent US 3 953 667 A US 3,953,667 A beschrieben. described. Hierbei wird ein System beschrieben, welches sowohl die passive Infrarotemission von Objekten, als auch deren Infrarotreflektivität bei aktiver Beleuchtung zu erfassen in der Lage ist. Here, a system is described which has both the passive infrared emission of objects, as well as their infrared reflectivity to detect with active light in a position. Hierbei wird eine gleichmäßige Bilddarstellung bezüglich der ausge- leuchteten und erfassten Szene dadurch erreicht, dass die beiden aktiven und passiven infraroten Bildkomponenten einander mit unterschiedlich verstärkter Intensität überlagert werden. Here, a uniform image representation regarding the illuminated and the captured scene is achieved in that the two active and passive infrared image components are superimposed with different intensity increased. Somit wird eine bezüglich der Bilddarstellung gleichmäßigere Darstellung einer Szene erreicht, das System bedarf jedoch eines Empfangszweiges, welcher so ausgelegt werden muss, dass er zwei unterschiedliche Signalkomponenten (passive Infrarotstrahlung und auf Grund aktiver Beleuchtung reflektierte Infrarotstrahlung) erfassen und auflösen kann. Thus, with respect to the image display more uniform representation of a scene is reached, however, the system requires a reception branch, which must be designed so that it can detect and resolve two different signal components (passive infrared radiation, and on the basis of active illumination reflected infrared radiation).
  • [0007] [0007]
    Aufgabe der Erfindung ist es eine Anordnung zur Verbesserung der Sicht in Fahrzeugen zu schaffen, welche kostengünstig ohne aufwändige Elektronik und Bildverarbeitung und bei der Verwendung eines einfach zu realisierenden Empfangszweiges, eine möglichst gleichmäßige Bilddarstellung der erfassten Szene ermöglicht. Object of the invention is to provide a device for improving visibility in vehicles, which enables cost without expensive electronics and image processing and the use of a simple to implement, receiving branch, a uniform picture possible representation of the captured scene.
  • [0008] [0008]
    Die Erfindung wird durch Anordnungen zur Verbesserung der Sicht in Fahrzeugen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. 2 gelöst. The invention is solved by arrangements for improving the visibility in vehicles having the features of patent claim 1 and 2 respectively.
  • [0009] [0009]
    Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen beschrieben. Advantageous developments and refinements of the invention are described in the dependent claims.
  • [0010] [0010]
    Wesentlich bei der Erfindung ist die Verwendung eines Halbleiterlasers als Lichtquelle für die aktive Beleuchtung. Essential in the invention is the use of a semiconductor laser is provided as a light source for the active illumination.
  • [0011] [0011]
    Die Erfindung ist nachfolgend an Beispielen unter Bezugnahme auf die Abbildungen noch eingehend veranschaulicht. The invention is described below with reference to examples illustrated in detail yet on the pictures. Dabei zeigt It is shown
  • [0012] [0012]
    1 1 eine Beleuchtungsoptik in Seitenansicht, an illumination optical system in side view,
  • [0013] [0013]
    2 2 eine Empfangsoptik in Seitenansicht, a receiving optical system in side view,
  • [0014] [0014]
    3 3 eine schematische Darstellung von Streusituationen. is a schematic representation of scattering situations.
  • [0015] [0015]
    Die erfindungsgemäße Anordnung besteht im wesentlichen aus den Baugruppen Beleuchtungsoptik, Empfangsoptik und Darstellungsoptik, welche nachfolgend einzeln und in ihrem Zusammenwirken noch detailliert beschrieben sind. The arrangement according to the invention consists essentially of the modules illumination optics, receiving optics and imaging optics, which are described in detail below nor individually and in their interaction. Bei allen Optiken seien elektronische Systeme zur Ansteuerung und Auswertung mit im Begriff eingeschlossen. In all optics electronic systems for control and evaluation are included with the term.
  • 1. Beleuchtungsoptik 1. Lighting Optics
  • [0016] [0016]
    Die erfindungsgemäße Beleuchtungsoptik enthält eine Lichtquelle im nahen Infrarot (800 nm bis 2000 nm), zum Beispiel eine GaAs/GaAlAs Halbleiterlaser um 800 nm. Die maximale Lichtleistung liegt beispielsweise zwischen 500 mW und 5 W und wäre damit vergleichbar mit der Lichtleistung normaler Scheinwerfer. The illumination optics according to the invention includes a light source in the near infrared (800 nm to 2000 nm), for example, a GaAs / GaAlAs semiconductor laser at 800 nm. The maximum light output is, for example, between 500 mW and 5 W, and was thus comparable to the light output normal headlights. Ist eine besonders große Reichweite des Systems gefordert und keine Gefährdung durch Blendung oder Augenschädigung zu befürchten, so kann die Laserleistung auch wesentlich höher gewählt werden. Is a very large range of the system required and no fear of danger due to glare or eye damage, so the laser power can be chosen much higher. Wird nur eine geringere Lichtleistung benötigt, so kann die Lichtleistung auch beispielsweise durch Verringerung des elektrischen Laserstroms unter den maximalen Wert abgesenkt werden. If only a lower light output is required, the light output may be lowered also, for example, by reducing the electrical laser current below the maximum value. Durch eine Scheinwerferoptik mit Linse und/oder Spiegel wird das Licht in den zur Überwachung vorgesehenen Raumwinkelbereich abgestrahlt. By a headlight lens with lens and / or mirror the light is radiated in the space provided for monitoring angular range. Zur Ausleuchtung des Raumwinkelbereichs sind im Prinzip drei Vorgehensweisen zu unterscheiden To illuminate the solid angle range three approaches are, in principle, to distinguish
    • a) gleichzeitige Ausleuchtung des gesamten Bereichs durch zweidimensionale Strahlaufweitung des Laserstrahls a) simultaneous illumination of the entire area by two-dimensional beam divergence of the laser beam
    • b) Aufweitung des Laserstrahls in nur einer Richtung bei gleichzeitiger enger Bündelung in der orthogonalen zweiten Richtung und Schwenken (Scan) des ausgeleuchteten flachen Raumwinkelausschnitts in der zweiten Richtung b) expanding the laser beam in only one direction at the same time close bundling in the orthogonal second direction and swing (scan) of the illuminated flat space angle cut in the second direction
    • c) Schwenken eines gebündelten Laserstrahls in zwei Dimensionen zur abtastenden Ausleuchtung des gesamten Raumwinkelbereichs. c) a focused laser beam tilting in two dimensions for scanning illumination of the entire solid angle range.
  • [0017] [0017]
    1 1 zeigt die unter vorstehend b) beschriebene bevorzugte Ausführung der Beleuchtungsoptik mit einem Halbleiterlaser H, dessen Ausgangslicht über eine Linse, beispielsweise eine Zylinderlinse oder eine Kombination von sphärischen und Zylinderlinsen, in der Zeichenebene eng gebündelt und senkrecht zur Zeichenebene entsprechend der Ausdehnung des Raumwinkelbereichs (beispielsweise 3° bis 20°) aufgeweitet und über den Spiegel 5 in den vorgesehenen Überwachungsbereich gelenkt wird. exhibition as described under the above b) preferred embodiment of the illumination optics with a semiconductor laser H, the output light tightly bundled through a lens, for example, a cylindrical lens or a combination of spherical and cylindrical lenses in the plane and perpendicular to the plane corresponding to the expansion of the solid angle range (for example, 3 to 20 °) expanded ° and is directed via the mirror 5 in the intended range of monitoring. Durch die enge Bündelung in der Zeichenebene wird nur ein flacher Ausschnitt Δα (z. B. Δα = 0,05° – 0,5°) des gesamten Winkelbereichs Φ ausgeleuchtet. Due to the close grouping in the plane of the drawing, only a cut-out flat Δα (Δα = 0.05 °, for example -. 0.5 °) of the total angular range Φ illuminated. Durch Kippen des Spiegels kann die gegen eine Bezugsrichtung R eingetragene Winkellage α des flachen Winkelausschnitts Δα verändert und so der gesamte Winkelbereich Φ überstrichen, dh der gesamte Raumwinkelbereich ausgeleuchtet werden. By tilting the mirror, the registered against a reference direction R angular position α can change the flat angle Δα section and then the entire range of angles Φ swept, ie the entire solid angle range can be illuminated. Die Bewegung des Spiegels und die Bildaufnahme in der Empfangsoptik sind synchronisiert. The movement of the mirror and the image pickup in the optical receiving system are synchronized. Anstelle des Kippspiegels kann auch eine rotierende Spiegelanordnung oder eine linear verschiebbare Linse vorgesehen sein. Instead of tilting mirror can also be provided a rotating mirror assembly or a lens with linear movement.
  • [0018] [0018]
    Durch Ausrichten des Halbleiterlaserkristalls und eventuell durch ein zusätzlich eingefügtes Polarisationsfilter P1 wird die Polarisation des abgestrahlten Lichts eingestellt. By aligning the semiconductor laser crystal and possibly by an additionally inserted polarization filter P1, the polarization of the emitted light is adjusted. Bei den Ausführungen b) und c) kann durch eine zeitliche Modulation des Laserlichts, die durch eine zeitliche Variation des elektrischen Ansteuerstroms erreicht werden kann, die Helligkeit der Beleuchtung abhängig vom Abstrahlwinkel variiert werden, zum Beispiel bei der Ausführung b) abhängig vom Winkel a, so kann beispielsweise der Vordergrund einer Szene (z. B. ein Straßenverlauf) weniger hell beleuchtet werden als der Hintergrund; In the embodiments b) and c) can be obtained by a temporal modulation of the laser light, which can be achieved by a temporal variation of the driving electric current, the brightness of the illumination can be varied depending on the viewing angle, for example, in the embodiment b) depending on the angle a, so, for example, the foreground of a scene (eg a road.) are less brightly lit than the background; damit kann beispielsweise die mit zunehmender Entfernung zunehmende Schwächung des Laserlichts kompensiert und eine gleichmäßigere Ausleuchtung der Szene erreicht werden. thus, for example, increasing with increasing distance attenuation of the laser light compensated and a uniform illumination of the scene can be achieved. Alternativ oder zusätzlich kann eine zeitliche Modulation mit höherer Frequenz durchgeführt werden. Alternatively or additionally, a temporal modulation can be performed with a higher frequency. Die Modulation kann beispielsweise sinus-förmig sein mit einer Frequenz von 1–10 kHz oder pulsförmig mit einer Pulslänge von 50–100 ps und einem Pulsabstand von 100–1000 ps. The modulation can be, for example sinusoidally at a frequency of 1-10 kHz or pulsed with a pulse length of 50-100 ps and a pulse interval of 100-1000 ps. Damit kann eine Beleuchtung der Szene mit einem streifenförmigen oder punktförmigen Muster erreicht werden, wodurch eine plastische Hervorhebung von Gegenständen wie Autos und vom Straßenverlauf erzielt werden kann. This illumination of the scene can be achieved with a striped or punctate pattern whereby a plastic highlighting things like cars and can be reached by road.
  • [0019] [0019]
    Die Lichtquelle kann immer voll aufgeblendet betrieben werden. The light source can always be operated fully displayed. Der Bündeldurchmesser des Lichts an der zugänglichen Austrittsfläche kann 5 cm bis 25 cm je nach Laserleistung betragen, um in jedem Fall die Augensicherheit zu gewährleisten; The beam diameter of the light at the exit surface accessible may be 5 cm to 25 cm, depending on the laser power to ensure eye safety in any case; die Augensicherheit kann durch Ausweichen auf Wellenlängen um 1500 nm wesentlich erhöht werden. eye safety can be increased substantially to 1500 nm by switching to wavelengths.
  • 2. Empfangsoptik 2. receiving optics
  • [0020] [0020]
    Die Empfangsoptik enthält eine Fernsehkamera, zum Beispiel eine CCD-Kamera, mit hoher Empfindlichkeit. The optical receiving system includes a television camera, for example a CCD camera, with high sensitivity. Zur Erhöhung der Empfindlichkeit kann eine Bildverstärkung verwendet werden. To increase the sensitivity, image enhancement can be used. Zur Kontrastverstärkung, Detailverstärkung und Bildspeicherung kann ein Videosignalprozessor benutzt werden. For contrast enhancement, detail enhancement and image storage of a video signal processor can be used. Die Kamera beobachtet die beleuchtete Szene, zum Beispiel einen Straßenverlauf oder ein Landefeld. The camera observes the illuminated scene, such as a road or a landing field.
  • [0021] [0021]
    Vor der Optik 0 der Kamera K ist ein Polarisationsfilter P2 angebracht, dessen Durchlaßrichtung senkrecht zur Richtung des emittierten Laserlichts steht; Front of the optics of the camera K 0 a polarization filter P2 is attached, whose conducting direction is perpendicular to the direction of the emitted laser light; dieses Polarisationsfilter sperrt somit den Durchgang des eigenen emittierten Lichts und das Licht entgegenkommender Fahrzeuge gleicher Polarisation auf beispielsweise einen Wert von 10 –3 bis 10 -5 eine gleiche Polarisationsrichtung ist für alle Fahrzeuge vorzusehen, eventuell auch durch eine geregelte Ausrichtung nach dem Schwerefeld der Erde auf exakt lotrecht oder horizontal. this polarization filter thus blocks the passage of the own emitted light and the light of oncoming vehicles the same polarization, for example, a value of 10 -3 to 10 -5 a same polarization direction is provided for all vehicles, possibly by a controlled orientation to the gravitational field of the Earth exactly perpendicular or horizontal.
  • [0022] [0022]
    Weiter ist vor der Optik 0 der Kamera ein spektrales Linienfilter F angeordnet, das für das anordnungseigene Laserlicht durchlässig ist, jedoch eine hohe Sperrung für das restliche sichtbare und infrarote Spektrum aufweist, also sowohl das Tageslicht als auch das normale Scheinwerferlicht entgegenkommender Fahrzeuge stark dämpft, beispielsweise auf einen Wert von 10 –3 bis 10 –5 . Next, a spectral line filter F is above the optics 0 camera arranged which is permeable to the arrangement own laser light but has a high blocking for the rest of visible and infrared spectrum, ie both the light and the normal headlights attenuates oncoming vehicles strong, for example, to a value of 10 -3 to 10 -5.
  • [0023] [0023]
    Zusätzlich kann zur weiteren Reduzierung von Störlicht auch ein nicht gezeigtes räumliches Absorptionsfilter vor der Kamera angebracht werden, das zum Beispiel die unteren Bereiche des Bildes schwächt und damit den heller ausgeleuchteten Vordergrund schwächt – zugunsten des weniger ausgeleuchteten Hintergrunds. Additionally it can be mounted in front of the camera to further reduce stray light and an unshown spatial absorption filter which, for example, the lower portions of the image and thus weakens the light illuminated foreground weakens - in favor of the less illuminated background. Eine weitere Alternative dazu stellt ein spatialer Lichtmodulator vor der Kamera dar, der dann gezielt nur die zu hellen Partien des Bildes im Kamerasystem schwächt. Another option is to go one of spatial light modulator is in front of the camera, then only those specific weakens to light areas of the image in the camera system. Ein derartiger Lichtmodulator kann zum Beispiel als Flüssigkristall-Modulator aufgebaut sein. Such a light modulator can be constructed, for example, as a liquid crystal modulator.
  • [0024] [0024]
    Die Optik 0 der Kamera erzeugt auf der lichtempfindlichen Bildfläche B der Kamera ein Bild des ausgeleuchteten Bereichs, das dann weiter ausgewertet werden kann. 0 The optical system of the camera formed on the photosensitive image area B of the camera an image of the illuminated area, which can then be further evaluated.
  • [0025] [0025]
    Je nach Ausführung der Beleuchtungsoptik entsteht das Bild in der Kamera gleichzeitig auf der gesamten Bildfläche oder einzelne Bildteile entstehen entsprechend der abtastenden Ausleuchtung des Raumwinkelbereichs zeitlich nacheinander. Depending on the design of the illumination optics, the image in the camera occurs simultaneously over the entire image area or individual parts of an image created according to the scanning illumination of the solid angle range consecutively. Bei Einsatz der bevorzugten Ausführungsform (b) der Beleuchtungsoptik mit einem in einer Ebene breiten, senkrecht dazu stark fokusierten (Δα) Lichtbündel, das über den Überwachungswinkelbereich Φ geschwenkt wird ( When using the preferred embodiment (b) of the illumination optics with a wide in a plane perpendicular to strongly focussed (Δα) light beam is swept over the monitoring range of angles Φ ( 1 1 ), werden vorteilhafterweise mit dem Schwenkwinkel α des beleuchteten Bündels synchronisierte Maßnahmen in der Empfangsoptik getroffen, die gewährleisten, daß nur Licht aus dem beleuchteten Streifen zum Bildaufbau beiträgt und durch Mehrfachstreuung aus anderen Winkelbereichen einfallendes Licht nicht störend wirksam wird. ), Advantageously be made with the tilt angle α of the illuminated beam synchronized actions in the receiving optics to ensure that only light from the illuminated strip contributes to the image structure and by multiple scattering from another angle ranges incident light is not disturbing effect. Dies kann beispielsweise durch eine synchron mit der Lichtbündelschwenkung bewegte streifenförmige Blende in der Empfangsoptik erfolgen. This can be done for example by a synchronism with the beam tilt moving strip-shaped aperture in the receiving optics. Vorzugsweise wird aber für die Bildaufnahme in der lichtempfindlichen Bildfläche B eine Anordnung mit zeilenweise getrennt elektrisch ansteuerbaren lichtempfindlichen Elementen eingesetzt und es werden jeweils nur die Elemente der Zeile(n), die dem momentan von der Beleuchtungsoptik ausgeleuchteten Winkelausschnitt entsprechen, aktiviert. Preferably, however, an arrangement is used with electrically controllable line by line separated photosensitive elements for image acquisition in the photosensitive image area B and it is only the elements of the row (s) corresponding to the currently illuminated by the illumination optics angle cut-activated. Alternativ dazu kann auch nur ein schmaler Streifen mit einer oder wenigen Zeilen der Bildfläche in Verbindung mit einem bewegten Spiegel oder einer bewegten Linse ähnlich der bei der Beleuchtungsoptik geschilderten Abblendmechanismus vorgesehen sein, so daß verschiedene Bildteile zeitlich nach einander von denselben lichtempfindlichen Elementen aufgenommen werden. Alternatively, only a narrow strip with one or a few lines of the image surface in conjunction with a moving mirror or a moving lens be provided similar to that described in the illumination optics stop-down so that different parts of the image are recorded chronologically in succession by the same light-sensitive elements.
  • 3. Darstellung 3. Representation
  • [0026] [0026]
    Das von der Empfangsoptik aufgenommene Bild wird durch die Darstellungsoptik dem Fahrer in geeigneter Weise angezeigt Vorzugsweise wird hierfür ein aus der Empfangsoptik abgeleitetes Bild in das Sichtfeld des Fahrers Projiziert Das Bild wird hierzu beispielsweise als Fernsehbild auf einem Bildschirm erzeugt und nach Art eines Head-up-Displays auf die Windschutzscheibe projiziert. The captured by the receiving optics image is displayed to the driver by displaying ads in an appropriate manner this, preferably a signal derived from the receiving optical image into the driver's projected field of view, the picture is this, for example generated as a television image on a screen, and the manner of a head-up display projected onto the windshield. Damit das projizierte Bild des Beobachtungsraums und das vom Auge direkt beobachtete Bild möglichst gut zur Deckung gelangen und um bei allen Helligkeitsverhältnissen ein ausreichend helles und kontrastreiches Bild vorliegen zu haben, sind vorteilhafterweise die Lage und die Helligkeit des projizierten Bilds veränderlich einstellbar. Thus, the projected image of the observation space and directly observed by eye image as well as possible get to meet and to have been obtained for all brightness ratios a sufficiently bright and high-contrast image, advantageously the position and brightness of the projected image are variably adjustable. Die Einstellung kann manuell und/oder automatisch vorgesehen sein. The setting can be made manually and / or automatically. Für die automatische Bildverschiebung könnte beispielsweise über ein Meßsystem mit Infrarot-LED und Fernsehkamera die Position der Augen des Fahrers bestimmt und daraus die optimale Einstellung der Darstellungsoptik abgeleitet werden. The position of the driver's eyes could for automatic image shift, for example, a measurement system with infrared LED and television camera determined and the optimal setting of the imaging optics are derived.
  • [0027] [0027]
    Anstelle des ins Lichtfeld projizierten Bildes kann selbstverständlich auch eine andere Darstellungsweise, zB ein separater Bildschirm oder in Verbindung mit weiteren Auswerteeinrichtungen auch ein optisches und/oder akustisches Warnsignal für automatisch erkannte Gefahrensituationen vorgesehen sein. Instead of the light field projected image can be provided, of course, a different representation, such as a separate screen or in combination with other evaluators also a visual and / or audible warning signal for automatically recognize dangerous situations. Ein gesonderter Bildschirm kann z. B. auch vorgesehen sein für die Beobachtung in Rückwärtsrichtung. A separate screen is z. B. also be provided for observation in the reverse direction.
  • 4. Zusammenwirken 4. cooperation
  • [0028] [0028]
    Es wird der bekannte Effekt ausgenutzt daß auf eine diffus reflektierende Oberfläche gestrahltes Licht nach der Reflexion nicht mehr polarisiert ist Der Grad der Restpolarisation ist abhängig von der Beschaffenheit der Oberfläche. There, the known effect is used that is not polarized to a diffusely reflecting surface blasted light after the reflection, the degree of residual polarization is dependent on the nature of the surface. In den weitaus meisten Fällen ist das diffus reflektierte Licht nahezu unpolarisiert, teilweise ist auch zirkulare oder elliptische Polarisation zu beobachten. In the majority of cases the diffusely reflected light is nearly unpolarized, partially circular or elliptical polarization is also observed. Dies bedeutet, daß das von beleuchteten Gegenständen, Personen, Häusern, Bäumen, anderen Fahrzeugen, Retroreflektoren, Fahrbahn usw. reflektierte Licht weitgehend unpolarisiert ist und somit ein etwa zwischen 30% und 50% liegender Anteil dieses diffus reflektierten Lichts von der polarisationsselektiven Empfangsoptik aufgenommen werden kann. This means that the of illuminated objects, people, buildings, trees, other vehicles, retroreflectors, roadway etc. reflected light is largely unpolarized and thus a approximately between 30% and 50% opposing portion of this diffusely reflected light are absorbed by the polarization-selective optical receiving system can. Dieser Anteil stellt das Nutzsignal in der Empfangsoptik dar. This percentage represents the useful signal is in the receiving optics.
  • [0029] [0029]
    Demgegenüber stellen das Infrarotlicht entgegenkommender Fahrzeuge und das an Nebel, Wassertröpfchen und dergleichen rückgestreute Licht der eigenen Beleuchtungsoptik Störsignale für die Bildauswertung in der Empfangsoptik dar und sind daher soweit wie möglich zu unterdrücken. In contrast, represent the infrared light from oncoming vehicles and the backscattered to fog, water droplets and the like light of their own illumination optical interference signals for image analysis in the receiving optics and are therefore as much as possible to suppress. Das Infrarotlicht entgegenkommender Fahrzeuge mit gleichartiger Infrarotbeleuchtungsoptik wird auf einfache Weise weitestgehend dadurch unterdrückt, daß in allen Anordnungen dieselben Sendepolarisationen, horizontal oder vertikal, vorgesehen sind. The infrared light of oncoming vehicles with similar infrared illumination optical system is suppressed in a simple manner as far as possible that are horizontally or vertically, all of the arrangements provided in the same transmission polarizations. Das Infrarotlicht entgegenkommender Fahrzeuge ist dann senkrecht zur Empfangspolarisation der eigenen Beleuchtungsoptik polarisiert und wird vom Polarisator P2 wirksam ausgeblendet. The infrared light from oncoming vehicles is then polarized perpendicular to the polarization of the reception own illumination optics and is effectively hidden from the polarizer P2.
  • [0030] [0030]
    Die Rückstreuung des Lichts an molekularen Streuteilchen wird als Rayleigh-Streuung, an größeren Streuteilchen wie z. B. Wassertröpfchen als Mie-Streuung bezeichnet. The backscattering of light by molecular scattering is known as Rayleigh scattering at larger scattering such. As water droplets as Mie scattering. Bei beiden Arten der Streuung ist das direkt rückgestreute Licht linear polarisiert mit derselben Polarisation wie das emittierte Licht, wenn die Sendepolarisation in der Beobachtungsebene liegt, die durch den Ort der Beleuchtungsoptik BO, der Empfangsoptik EO und der Beleuchtungsrichtung a (bzw. Beobachtungsrichtung c) aufgespannt ist, oder senkrecht auf dieser Ebene steht. In both kinds of scattering, the directly backscattered light is linearly polarized with the same polarization as the emitted light, when the transmission polarization lies in the observation plane defined by the location of the illumination optical unit BO, the receiving optical system EO and the illumination direction A (or the direction of observation c) spanned is, or is perpendicular to this plane. Unter dieser Voraussetzung ist also das direkt rückgestreute Licht gleich polarisiert wie das emittierte Licht und wird vom Polarisator P2 der Empfangsoptik unterdrückt Da zur Ausblendung der Infrarot-Beleuchtung von entgegenkommenden Fahrzeugen die Sendepolarisation nur horizontal oder vertikal sein so kann, werden Beleuchtungsoptik und Empfangsoptik eines Fahrzeugs vorteilhafterweise vertikal übereinander oder horizontal nebeneinander (Vektor t in Under this condition, that is, the right backscattered light is the same polarization as the emitted light and is suppressed by the polarizer P2 of the receiving optics Since the suppression of infrared light from oncoming vehicles, the transmission polarization horizontally or vertically only be capable of, illumination optics and receiving optical system of a vehicle are advantageously vertically one above the other or horizontally next to each other (in vector t 3 3 ) angeordnet. ) Arranged.
  • [0031] [0031]
    Die beschriebene Polarisationserhaltung gilt nur für direkt rückgestreutes Licht. The polarization-maintaining described applies only to directly backscattered light. Bei Nebel tritt aber auch Mehrfachstreuung auf, die bewirkt, daß Störlicht auch mit anderer Polarisation auf die Empfangsoptik EO fällt und vom Polarisator P2 nicht mehr vollständig unterdrückt werden kann. In fog, but also occurs multiple scattering, which causes disturbance light with other polarization incident on the receiver optics EO and can not be completely suppressed by the polarizer P2. In In 3 3 ist für den Fall der Mehrfachstreuung ein Streupunkt Z1 betrachtet der Licht von der Beleuchtungsoptik BO nicht nur in Richtung c direkt zur Empfangsoptik sondern auch in andere Richtungen, beispielsweise b streut. for the case of multiple scattering a scattering point Z1 seen the light from the illumination optics BO not only in the direction c directly to the receiving optics but also in other directions, for example b scatters. Das in Richtung b gestreute Licht wird an einem zweiten Streupunkt Z2 erneut gestreut, z. B auch in Richtung d auf die Empfangsoptik EO. The b scattered in the direction of light is scattered again at a second scattering point Z2, z. B in direction d to the receiver optics EO. Der Streupunkt Z1 kann als neue Lichtquelle für die Mehrfachstreuung angesehen werden. The scattering point Z1 can be regarded as a new light source for multiple scattering. Die Beobachtungsebene ist dann nicht mehr durch a und t aufgespannt, sondern durch b und t. The observation plane is no longer spanned by A and T, but by b and t. Die beiden Ebene schneiden sich im allgemeinen unter einen von 0° und 90° verschiedenen Winkel und die Polarisationsrichtung s des von Z2 in Richtung d gestreuten Lichts liegt nicht parallel zur Sendepolarisation, dh das von Z2 zur Empfangsoptik rückgestreute Licht hat im Regelfall eine parallel zum Polarisator P2 der Empfangsoptik polarisierte Komponente, die sich als Störlicht bemerkbar macht Berücksichtigt man die Mehrfachstreuung über den gesamten Raumwinkel, so ergibt sich eine Depolarisation des Licht, die je nach Dichte der Streupunkte (Nebel) bei 10% bis 40% liegen kann. The two planes intersect in general under a 0 ° and 90 ° different angle and the polarization direction s of Z2 d scattered in the direction of light is not parallel to the transmitting polarization, ie having Z2 backscattered to the receiving optics light usually a parallel to the polarizer P2 of the receiving optics polarized component, which is manifested as a stray Taking into account the multiple scattering over the whole solid angle, this results in a depolarization of the light, which can (fog) at 10% above to 40% depending on the density of the scatterers.
  • [0032] [0032]
    Die in The in 1 1 und and 2 2 skizzierte und bereits beschriebene 15 Kombination der Ausleuchtung und Beobachtung nur eines flachen Winkelausschnitts Δα reduziert den störenden Einfluß durch Mehrfachstreuung erheblich, wenn die breite Aufweitung des Lichtbündels in einer Ebene mit der Verbindungslinie t von Beleuchtungsoptik BO und Empfangsoptik EO liegt und die raumabtastende Schwenkung des Lichtbündels um eine parallel zu t verlaufende Achse erfolgt näherungsweise kann der Winkelausschnitt Δα als Ebene betrachtet werden, so dass outlined and described previously 15 combinations of illumination and observation only a shallow angle cut Δα reduces the disturbing influence of multiple scattering considerably if the broad expansion of the light beam in a plane with the line connecting t of illumination optics BO and receiver optics EO is located and the raumabtastende tilt of the beam to a parallel to the t axis extending an approximate differential angle Δα neckline can be considered as plane so that
    • a) innerhalb dieses Ausschnitts von Nebel oder dgl. rückgestreutes Licht parallel zur Sendepolarisation und senkrecht zur Empfangspolarisation polarisiert ist und vom Polarisator P2 unterdrückt wird. a) inside this part of fog or the like. backscattered light is parallel to the transmitting polarization and polarized perpendicular to the polarization reception and is suppressed by the polarizer P2. b) durch Mehrfachstreuung außerhalb des Winkelausschnitts, z. B. Z2 (siehe b) due to multiple scattering outside the angular cutout for. B. Z2 (see 2 2 ) rückgestreutes depolarisiertes Licht zwar zumindest teilweise den Polarisator P2 durchdringt, aber aufgrund einer Streifenblende ausgeblendet wird oder auf nicht aktivierte Elemente der Bildfläche der Kamera trifft und so in der Empfangsoptik nicht wirksam wird. ) Back-scattered depolarized light while at least partially penetrates the polarizer P2, but disappears due to a strip diaphragm or encounters non-activated elements of the image area of the camera and so in the receiving optics is not effective.
  • [0033] [0033]
    Durch eine gewinnbringende Realisierung der Anordnung, bei welcher Orthogonalität zwischen Sendepolarisation und Empfangspolarisation ausgebildet ist, wird eine erhebliche Verbesserung des Nutzsignal/Störsignal-Verhältnisses erreicht. Is formed by a profitable realization of the arrangement in which orthogonality between transmit and receive polarization polarization, a significant improvement of the useful signal / interference ratio is achieved. Hierdurch ist sodann auf einfache Weise die Verträglichkeit mehrerer gleichartiger Anordnungen in entgegenkommenden Fahrzeugen gewährleistet. In this way is then ensured in a simple manner, the compatibility of several similar arrangements in oncoming vehicles.
  • [0034] [0034]
    Da das infrarote Licht vom Auge nicht detektiert wird und eine Störung von Empfangsoptiken entgegenkommender Fahrzeuge wegen der Orthogonalität von Sende- und Empfangspolarisation ausgeschlossen ist, kann die Beleuchtungsoptik immer voll aufgeblendet werden. Since the infrared light is not detected by the eye and a disturbance of receiving optics oncoming vehicles is excluded because of the orthogonality of transmit and receive polarization illumination optics can always be fully displayed. Durch die Aufweitung des Lichtbündels in einer Richtung ist auch ausreichende Augensicherheit gewährleistet Due to the expansion of the light beam in one direction and adequate eye safety is ensured
Patent Citations
Cited PatentFiling datePublication dateApplicantTitle
EP0353200A2 *13 Jun 198931 Jan 1990FIAT AUTO S.p.A.Method and device for instrument-assisted vision in poor visibility, particularly for driving in fog
US3953667 *28 Jun 197427 Apr 1976Martin Marietta CorporationPassive and/or active imaging system
Classifications
International ClassificationB60R1/00, B60Q1/00, G01S17/88, H04N5/225, G01S17/93, G01S7/499
Cooperative ClassificationG01S17/936, G01S7/499, H04N1/02865
European ClassificationG01S7/499, G01S17/93C, H04N1/028E3F
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6 Feb 20038170Reinstatement of the former position
3 May 20078127New person/name/address of the applicant
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