DE4042730B4 - Arrangement for improving the visibility in vehicles - Google Patents

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Abstract

Ein äußerst wichtiger Sicherheitsaspekt in Fahrzeugen wie Automobilen, Lkws, Omnibussen, Lokomotiven und in Flugzeugen ist eine ausgezeichnete Sicht bei allen Wetterverhältnissen. 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. Alternativ oder zusätzlich kann eine zeitliche Modulation mit höherer Frequenz durchgeführt werden. Die Empfangsoptik enthält eine Fernsehkamera, zum Beispiel eine CCD-Kamera, mit hoher Empfindlichkeit.An extremely important safety aspect in vehicles such as automobiles, trucks, buses, locomotives and in aircraft is an excellent view in all weather conditions. The illumination optics according to the invention contains a laser light source in the near infrared (800 nm to 2000 nm), for example, a GaAs / GaAIAs semiconductor laser to 800 nm. By the advantageous possibility of temporal variation of the drive power of the laser, for example, the increasing attenuation of the laser light with increasing distance compensated and a more even illumination of the scene can be achieved. Alternatively or additionally, a temporal modulation with higher frequency can be performed. The receiving optics include a television camera, for example a CCD camera, with high sensitivity.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Verbesserung der Sicht in Fahrzeugen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The The invention relates to an arrangement for improving the visibility in Vehicles according to the preamble of claim 1.

Ein äußerst wichtiger Sicherheitsaspekt in Fahrzeugen wie Automobilen, Lkws, Omnibussen, Lokomotiven F ist eine ausgezeichnete Sicht bei allen Wetterverhältnissen. 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.An extremely important one Safety aspect in vehicles such as automobiles, trucks, buses, locomotives F is an excellent view in all weather conditions. Poor visibility Darkness was combined with wet lanes or with fog always cause for a series of pile - ups on motorways in recent years Years that could have been avoided with better visibility.

Bei der Analyse, wodurch schlechte Sichtverhältnisse zustande kommen, zeigt sich, daß mangelnde Lichtempfindlichkeit des Auges meist nicht die Ursache ist. Das Auge wäre durchaus in der Lage, auch bei geringer Beleuchtung eine Szene relativ gut wahrzunehmen. Ursache von schlechten Sichtverhältnissen ist jedoch im allgemeinen störendes helles Licht, das die Wahrnehmung der benötigten Szene, beispielsweise eines Straßenverlaufs behindert. 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. Derartiges Störlicht überfordert den Kontrastumfang und die Adaptionsfähigkeit des Auges, so dass eine Szene nur mehr unzureichend wahrnehmbar ist.at analysis, which results in poor visibility yourself, that lacking Photosensitivity of the eye is usually not the cause. The Eye would be quite capable, even in low lighting, a scene relatively well perceiving. However, the cause of poor visibility is in general disturbing bright Light that is the perception of the required scene, for example a road course with special needs. disturbing For example, light can be adjusted from wrong or light be flared headlights oncoming vehicles, also diffuse backscattered Light of your own headlights in fog or bright sunlight between two tunnels. Such Störlicht overwhelmed the contrast range and adaptability of the eye, making a scene only inadequately perceptible is.

Bisher bekannte Ansätze zur Lösung dieses Problems beruhen entweder auf dem Einsatz von Infrarot-Wärmebildkameras oder sind als Radar-Abstandswarnanlagen ausgelegt. Infrarot-Wärmebildkameras sind aufgrund der verwendeten Materialien sehr teuer und daher für Massenanwendungen wenig brauchbar. 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.So far known approaches to the solution This problem is based either on the use of infrared thermal imaging cameras or are designed as radar distance warning systems. Infrared thermal imaging cameras are very expensive due to the materials used and therefore for mass applications not very useful. The spatial Resolution of the Microwave radar is also used for mm wave detection of a scene at intervals from 5 m to 300 m completely inadequate.

Aus der europäischen Offenlegungsschrift EP 0 353 200 A2 ist eine Anordnung zum Verbessern der Sicht in Fahrzeugen, insbesondere bei schlechten Sichtbedingungen wie beispielsweise Nebel, bekannt. Die Anordnung umfasst eine Beleuchtungsoptik, die infrarotes Licht in einen vorgegebenen Raumwinkelbereich bestrahlt und über eine Empfangsoptik, welche reflektierte Anteile des ausgestrahlten Lichts empfängt. 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. Auf einer der Anordnung zugeordneten Anzeige werden sodann die mittels der Empfangsoptik gewonnenen Informationen bezüglich vorgegebener Zeitfensterbereiche beziehungsweise Entfernungsbereiche dargestellt. Aus Gründen der Zeitfenstersteuerung muss durch eine aufwendige Elektronik eine exakte Synchronität zwischen Beleuchter und Empfänger sicher gestellt werden. Zudem ist es, da nur bestimmte Entfernungsbereiche der ausgeleuchteten Szene dem Fahrzeugführer dargestellt werden, notwendig der Bildverarbeitung und -darstellung eine intelligente Auswahlsteuerung zu unterlegen.From the European patent application EP 0 353 200 A2 is an arrangement for improving the visibility in vehicles, especially in poor visibility conditions such as fog, known. The arrangement comprises an illumination optical system which irradiates infrared light in a predetermined solid angle range and a receiving optical system which receives reflected portions of the emitted light. By illuminating the scene with pulsed light and evaluating the received light pulses in terms of time-window timing, the array makes it possible to discriminate between unwanted backscattered radiation and desired backscattered radiation from a remote obstruction. On a display assigned to the arrangement, the information obtained by means of the receiving optics with respect to predetermined time window ranges or distance ranges are then displayed. For reasons of time window control, exact synchronization between the illuminator and the receiver must be ensured by sophisticated electronics. In addition, since only certain distance ranges of the illuminated scene are displayed to the vehicle driver, it is necessary for the image processing and presentation to be based on intelligent selection control.

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 US 3 953 667 A beschrieben. 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. 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. 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.One solution to the problem that different objects in a scene with active illumination reflect the radiant energy differently to the scene-capturing camera varies in the patent US 3,953,667 A described. Here, a system is described, which is able to detect both the passive infrared emission of objects, as well as their infrared reflectivity with active lighting. In this case, a uniform image representation with respect to the illuminated and detected scene is achieved by overlaying the two active and passive infrared image components with each other with differently intensified intensity. Thus, a more uniform representation of a scene is achieved with respect to the image display, but 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 infrared radiation reflected by active illumination).

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.task The invention is an arrangement for improving the view in To create vehicles, which are inexpensive without expensive electronics and image processing and using an easy-to-implement Reception branches, one as possible uniform image representation the captured scene allows.

Die Erfindung wird durch Anordnungen zur Verbesserung der Sicht in Fahrzeugen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. 2 gelöst.The Invention is provided by arrangements for improving the visibility in vehicles with the features of claim 1 or 2 solved.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen beschrieben.advantageous Further developments and embodiments of the invention are in the dependent claims described.

Wesentlich bei der Erfindung ist die Verwendung eines Halbleiterlasers als Lichtquelle für die aktive Beleuchtung.Essential in the invention, the use of a semiconductor laser as Light source for the active lighting.

Die Erfindung ist nachfolgend an Beispielen unter Bezugnahme auf die Abbildungen noch eingehend veranschaulicht. Dabei zeigtThe The invention is described below by way of example with reference to FIGS Illustrated illustrations in detail. It shows

1 eine Beleuchtungsoptik in Seitenansicht, 1 an illumination optics in side view,

2 eine Empfangsoptik in Seitenansicht, 2 a receiving optics in side view,

3 eine schematische Darstellung von Streusituationen. 3 a schematic representation of littering situations.

Die erfindungsgemäße Anordnung besteht im wesentlichen aus den Baugruppen Beleuchtungsoptik, Empfangsoptik und Darstellungsoptik, welche nachfolgend einzeln und in ihrem Zusammenwirken noch detailliert beschrieben sind. Bei allen Optiken seien elektronische Systeme zur Ansteuerung und Auswertung mit im Begriff eingeschlossen.The inventive arrangement consists essentially of the modules lighting optics, receiving optics and display optics, which below individually and in their interaction yet are described in detail. For all optics are electronic Systems for control and evaluation included in the term.

1. Beleuchtungsoptik1. Illumination optics

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. 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. Wird nur eine geringere Lichtleistung benötigt, so kann die Lichtleistung auch beispielsweise durch Verringerung des elektrischen Laserstroms unter den maximalen Wert abgesenkt werden. Durch eine Scheinwerferoptik mit Linse und/oder Spiegel wird das Licht in den zur Überwachung vorgesehenen Raumwinkelbereich abgestrahlt. Zur Ausleuchtung des Raumwinkelbereichs sind im Prinzip drei Vorgehensweisen zu unterscheiden

  • a) gleichzeitige Ausleuchtung des gesamten Bereichs durch zweidimensionale Strahlaufweitung des Laserstrahls
  • 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
  • c) Schwenken eines gebündelten Laserstrahls in zwei Dimensionen zur abtastenden Ausleuchtung des gesamten Raumwinkelbereichs.
The illumination optics according to the invention contains a light source in the near infrared (800 nm to 2000 nm), for example a GaAs / GaAlAs semiconductor laser around 800 nm. The maximum light output is for example between 500 mW and 5 W and would thus be comparable to the light output of normal headlights. If a particularly long range of the system is required and no risk of glare or eye damage is to be feared, then the laser power can also be chosen to be much higher. If only a lower light output is required, the light output can also be lowered below the maximum value, for example, by reducing the electrical laser current. By means of a headlight optics with lens and / or mirror, the light is radiated into the solid angle range provided for monitoring. For the illumination of the solid angle range, basically three approaches have to be distinguished
  • a) simultaneous illumination of the entire area by two-dimensional beam expansion of the laser beam
  • b) expansion of the laser beam in only one direction with simultaneous narrow bundling in the orthogonal second direction and pivoting (scan) of the illuminated flat solid angle section in the second direction
  • c) pivoting a collimated laser beam in two dimensions for scanning illumination of the entire solid angle range.

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. 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. 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, d. h. der gesamte Raumwinkelbereich ausgeleuchtet werden. Die Bewegung des Spiegels und die Bildaufnahme in der Empfangsoptik sind synchronisiert. Anstelle des Kippspiegels kann auch eine rotierende Spiegelanordnung oder eine linear verschiebbare Linse vorgesehen sein. 1 shows the preferred embodiment of the illumination optical system described above under b) with a semiconductor laser H, whose output light is tightly bundled in the plane of the drawing via a lens, for example a cylindrical lens or a combination of spherical and cylindrical lenses, and perpendicular to the plane of the drawing according to the extent of the solid angle range (for example 3 ° to 20 °) and guided over the mirror 5 in the intended monitoring area. Due to the close bundling in the drawing plane, only a flat section Δα (eg Δα = 0.05 ° -0.5 °) of the entire angular range Φ is illuminated. By tilting the mirror, the angular position .alpha. Of the flat angular section .DELTA..alpha. Registered against a reference direction R can be changed and thus the entire angular range .phi. Is swept over, ie the entire solid angle range can be illuminated. The movement of the mirror and the image recording in the receiving optics are synchronized. Instead of the tilting mirror, a rotating mirror arrangement or a linearly displaceable lens can also be provided.

Durch Ausrichten des Halbleiterlaserkristalls und eventuell durch ein zusätzlich eingefügtes Polarisationsfilter P1 wird die Polarisation des abgestrahlten Lichts eingestellt. 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; damit kann beispielsweise die mit zunehmender Entfernung zunehmende Schwächung des Laserlichts kompensiert und eine gleichmäßigere Ausleuchtung der Szene erreicht werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine zeitliche Modulation mit höherer Frequenz durchgeführt werden. 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. 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.By Aligning the semiconductor laser crystal and possibly by a additionally inserted polarization filter P1, the polarization of the emitted light is adjusted. at the explanations b) and c) can by a temporal modulation of the laser light, the achieved by a temporal variation of the electrical drive current can be varied, the brightness of the lighting depending on the angle of radiation, for example, in the execution b) dependent from the angle a, for example, the foreground of a scene (eg a street course) less brightly lit than the background; that can, for example compensates for the increasing attenuation of the laser light with increasing distance and a more even illumination of the Scene can be achieved. Alternatively or additionally, a temporal Modulation with higher Frequency performed become. The modulation may be, for example, sinusoidal with a frequency of 1-10 kHz or pulsed with a pulse length from 50-100 ps and a pulse spacing of 100-1000 ps. This can be a lighting of the scene with a strip or punctate Pattern can be achieved, creating a plastic highlighting of objects like cars and from the road can be achieved.

Die Lichtquelle kann immer voll aufgeblendet betrieben werden. 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; die Augensicherheit kann durch Ausweichen auf Wellenlängen um 1500 nm wesentlich erhöht werden.The Light source can always be operated fully illuminated. The bundle diameter of light at the accessible exit area may be 5 cm to 25 cm depending on the laser power in each Case to ensure eye safety; Eye safety can be reversed by dodging to wavelengths 1500 nm significantly increased become.

2. Empfangsoptik2. Receiving optics

Die Empfangsoptik enthält eine Fernsehkamera, zum Beispiel eine CCD-Kamera, mit hoher Empfindlichkeit. Zur Erhöhung der Empfindlichkeit kann eine Bildverstärkung verwendet werden. Zur Kontrastverstärkung, Detailverstärkung und Bildspeicherung kann ein Videosignalprozessor benutzt werden. Die Kamera beobachtet die beleuchtete Szene, zum Beispiel einen Straßenverlauf oder ein Landefeld.The Receiving optics contains a television camera, for example a CCD camera, with high sensitivity. To increase the sensitivity can be used image enhancement. For contrast enhancement, detail enhancement and Image storage, a video signal processor can be used. The Camera observes the illuminated scene, for example a street course or a landing field.

Vor der Optik 0 der Kamera K ist ein Polarisationsfilter P2 angebracht, dessen Durchlaßrichtung senkrecht zur Richtung des emittierten Laserlichts steht; 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.In front of the optics 0 of the camera K, a polarizing filter P2 is mounted, whose transmission direction is perpendicular to the direction of the emitted laser light; This polarization filter thus blocks the passage of the own emitted light and the light of oncoming vehicles of the same polarization to, for example, a value of 10 -3 to 10 -5 a same polarization direction is provided for all vehicles, possibly also by a controlled alignment to the gravitational field of the earth exactly vertical or horizontal.

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 arranged in front of the optics 0 of the camera, which is permeable to the arrangement's own laser light, but has a high blocking for the remaining visible and infrared spectrum, so strongly attenuates both the daylight and the normal headlights of oncoming vehicles, for example to a value of 10 -3 to 10 -5 .

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. 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. Ein derartiger Lichtmodulator kann zum Beispiel als Flüssigkristall-Modulator aufgebaut sein.In addition, can to further reduce stray light also a not shown spatial Absorption filters are mounted in front of the camera, for example the lower parts of the picture are weakened and thus brighter illuminated Foreground weakens - favor the less lit background. Another alternative represents a spatial light modulator in front of the camera, which then selectively only weakens the too bright parts of the image in the camera system. One such light modulator can be used, for example, as a liquid crystal modulator be constructed.

Die Optik 0 der Kamera erzeugt auf der lichtempfindlichen Bildfläche B der Kamera ein Bild des ausgeleuchteten Bereichs, das dann weiter ausgewertet werden kann.The Optics 0 of the camera generated on the photosensitive surface B of Camera an image of the illuminated area, which then further evaluated can be.

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. 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 (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. Dies kann beispielsweise durch eine synchron mit der Lichtbündelschwenkung bewegte streifenförmige Blende in der Empfangsoptik erfolgen. 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. 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.Depending on the design of the illumination optics, the image in the camera is produced simultaneously on the entire image surface or individual image parts are produced in chronological succession in accordance with the scanning illumination of the solid angle region. When using the preferred embodiment (b) of the illumination optics with a plane-wide, perpendicularly strongly focused (Δα) light beam, which is pivoted over the monitoring angle range Φ ( 1 ), are advantageously made with the swivel angle α of the illuminated bundle synchronized measures in the receiving optics, which ensure that only light from the illuminated strip contributes to image formation and by multiple scattering from other angular regions incident light is not disturbing effect. This can be done, for example, by a synchronous with the light beam pivoting strip-shaped aperture in the receiving optics. Preferably, however, an arrangement with line-by-line separate electrically controllable photosensitive elements is used for image acquisition in the photosensitive image area B and only the elements of the line (s) which correspond to the angle section currently illuminated by the illumination optics are activated. Alternatively, only a narrow strip with one or a few lines of the image surface may be provided in conjunction with a moving mirror or moving lens similar to the dimming mechanism described in the illumination optics, so that different image parts are received in temporal succession by the same photosensitive elements.

3. Darstellung3. Presentation

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. 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. Die Einstellung kann manuell und/oder automatisch vorgesehen sein. 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 The image taken by the receiving optics is replaced by the display optics The driver is displayed in a suitable manner Preferably this is an off the receiving optics derived image in the field of view of the driver Projected For example, the picture is displayed as a TV picture a screen generated and in the manner of a head-up display on the windshield projects. So that the projected image of the Observation room and the image directly observed by the eye as possible good cover and in all brightness conditions to have a sufficiently bright and high-contrast image are advantageously the location and the brightness of the projected Image changeable adjustable. The adjustment can be manual and / or automatic be. For the automatic image shift could, for example, via a measuring system with infrared LED and TV camera the position of the driver's eyes determines and from this the optimal attitude of the representation optics be derived.

Anstelle des ins Lichtfeld projizierten Bildes kann selbstverständlich auch eine andere Darstellungsweise, z.B. ein separater Bildschirm oder in Verbindung mit weiteren Auswerteeinrichtungen auch ein optisches und/oder akustisches Warnsignal für automatisch erkannte Gefahrensituationen vorgesehen sein. Ein gesonderter Bildschirm kann z. B. auch vorgesehen sein für die Beobachtung in Rückwärtsrichtung.Instead of of the image projected into the light field can, of course, also another way of representation, e.g. a separate screen or in conjunction with other evaluation also an optical and / or audible warning signal for automatically detected dangerous situations be provided. A separate screen can z. B. also provided be for the observation in the backward direction.

4. Zusammenwirken4. Cooperation

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. In den weitaus meisten Fällen ist das diffus reflektierte Licht nahezu unpolarisiert, teilweise ist auch zirkulare oder elliptische Polarisation zu beobachten. 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. Dieser Anteil stellt das Nutzsignal in der Empfangsoptik dar.The known effect is exploited that light radiated onto a diffusely reflecting surface is no longer polarized after reflection. The degree of residual polarization depends on the nature of the surface. In the vast majority of cases, the diffusely reflected light is almost unpolarized, partly even circular or elliptical polarization is observed. This means that that of illuminated objects, persons, houses, trees, other vehicles, retroreflectors, Lane etc. reflected light is largely unpolarized and thus a lying approximately between 30% and 50% proportion of this diffused reflected light can be recorded by the polarization-selective receiving optics. This component represents the useful signal in the receiving optics.

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. 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. Das Infrarotlicht entgegenkommender Fahrzeuge ist dann senkrecht zur Empfangspolarisation der eigenen Beleuchtungsoptik polarisiert und wird vom Polarisator P2 wirksam ausgeblendet.In contrast, ask the infrared light of oncoming vehicles and the mist, water droplets and like backscattered light the own illumination optics interference signals for the Image analysis in the receiving optics and are therefore as far as possible to suppress. The infrared light of oncoming vehicles with similar Infrared lighting optics becomes simple as far as possible thereby suppressed, that in all arrangements the same transmit polarizations, horizontal or vertically, are provided. The infrared light of oncoming vehicles is then perpendicular to the receiving polarization of your own illumination optics polarized and is effectively hidden by the polarizer P2.

Die Rückstreuung des Lichts an molekularen Streuteilchen wird als Rayleigh-Streuung, an größeren Streuteilchen wie z. B. Wassertröpfchen als Mie-Streuung bezeichnet. 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. 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 3) angeordnet.The backscattering of the light on molecular scattering particles is called Rayleigh scattering, on larger scattering particles such. B. water droplets referred to as Mie scattering. In both types of scattering, the directly backscattered light is linearly polarized with the same polarization as the emitted light when the transmit polarization is in the observation plane spanned by the location of the illumination optics BO, the receive optics EO, and the illumination direction a (or observation direction c) is, or is perpendicular to this plane. Under this condition, therefore, the directly backscattered light is the same polarized as the emitted light and is suppressed by the polarizer P2 of the receiving optics Since emit the infra-red illumination of oncoming vehicles, the transmit polarization can be only horizontal or vertical, lighting optics and receiving optics of a vehicle advantageously vertically one above the other or horizontally next to each other (vector t in 3 ) arranged.

Die beschriebene Polarisationserhaltung gilt nur für direkt rückgestreutes Licht. 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 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. Das in Richtung b gestreute Licht wird an einem zweiten Streupunkt Z2 erneut gestreut, z. B auch in Richtung d auf die Empfangsoptik EO. Der Streupunkt Z1 kann als neue Lichtquelle für die Mehrfachstreuung angesehen werden. Die Beobachtungsebene ist dann nicht mehr durch a und t aufgespannt, sondern durch b und 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, d. h. 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 polarization maintenance described applies only to directly backscattered light. In the case of fog, however, multiple scattering also occurs, which causes stray light to also fall on the receiving optics EO with a different polarization and can no longer be completely suppressed by the polarizer P2. In 3 is considered in the case of multiple scattering a scattering point Z1 considered 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. The scattered in the direction b light is scattered again at a second scattering point Z2, z. B also in direction d to the receiving optics EO. The scattering point Z1 can be regarded as a new light source for the multiple scattering. The observation plane is then no longer spanned by a and t, but by b and t. The two planes generally intersect at an angle different from 0 ° and 90 °, and the polarization direction s of the light scattered by Z2 in direction d is not parallel to the transmitting polarization, ie the light backscattered by Z2 to the receiving optic usually has a polarizer parallel to it P2 of the receiving optics polarized component, which makes itself noticeable as stray light Taking into account the multiple scattering over the entire solid angle, this results in a depolarization of the light, which may be depending on the density of the scattering points (fog) at 10% to 40%.

Die in 1 und 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

  • 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. b) durch Mehrfachstreuung außerhalb des Winkelausschnitts, z. B. Z2 (siehe 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.
In the 1 and 2 sketched and already described 15 combination of illumination and observation only a flat angle section Δα significantly reduces the disturbing influence of multiple scattering when the broad expansion of the light beam in a plane with the connecting line t of illumination optics BO and receiving optics EO and the space scanning pan of the light beam An axis running parallel to t is approximately the angle section Δα can be considered as a plane, so that
  • a) within this section of fog or the like. backscattered light is polarized parallel to the transmitting polarization and perpendicular to the receiving polarization and is suppressed by the polarizer P2. b) by multiple scattering outside the angular section, z. B. Z2 (see 2 ) backscattered depolarized light, although at least partially penetrates the polarizer P2, but is hidden due to a strip aperture or hits unactivated elements of the image area of the camera and so does not take effect in the receiving optics.

Durch eine gewinnbringende Realisierung der Anordnung, bei welcher Orthogonalität zwischen Sendepolarisation und Empfangspolarisation ausgebildet ist, wird eine erhebliche Verbesserung des Nutzsignal/Störsignal-Verhältnisses erreicht. Hierdurch ist sodann auf einfache Weise die Verträglichkeit mehrerer gleichartiger Anordnungen in entgegenkommenden Fahrzeugen gewährleistet.By a profitable realization of the arrangement in which orthogonality between transmit polarization and receiving polarization is formed, a significant improvement the useful signal / interference signal ratio reached. This is then the compatibility in a simple way several similar arrangements in oncoming vehicles guaranteed.

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. Durch die Aufweitung des Lichtbündels in einer Richtung ist auch ausreichende Augensicherheit gewährleistetThere the infrared light is not detected by the eye and a disturbance of Receiving optics of oncoming vehicles because of the orthogonality of transmitting and receiving polarization is excluded, the illumination optics can always be fully displayed become. By the expansion of the light beam in one direction also ensures adequate eye safety

Claims (14)

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 the visibility in vehicles, especially in the dark, bad ter weather and fog, with an illumination optical system that emits infrared light in a given solid angle range, a receiving optics that receives reflected portions of the emitted light, and a display, wherein the illumination optics comprises at least one semiconductor laser, and with the display that obtained by the receiving optics Image information is displayed intensity-dependent in the manner of a television picture, characterized in that the illumination optics has a means which causes the brightness of the illumination by reducing the drive current of the semiconductor laser varies below a maximum value as a function of the emission angle. 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 the visibility in vehicles, especially in the dark, bad weather and fog, With an illumination optics, the infrared light in a given Solid angle range radiates, a receiving optics that reflected Receives portions of the radiated light, and a display, in which the illumination optics has at least one semiconductor laser and with the display the image information obtained by the receiving optics intensity dependent in the nature of a television picture is shown characterized, that the illumination optics via has a means which causes the brightness of the illumination by temporal variation of the drive current of the semiconductor laser varies as a function of the emission angle. 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 that the semiconductor laser is a laser, which light in the infrared spectrum radiates. 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 characterized in that a device is provided, which the Broadcasting of the semiconductor laser only in one direction of the illuminated Range widens and simultaneously in the orthogonal second direction tightly bundles. 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 that a device is provided which the radiation of the Semiconductor laser in both orthogonal spatial directions tightly bundles, so that the entire area are illuminated by beam tilting can. 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 characterized in that the beam pivoting means of a moving Mirror S is accomplished. 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 characterized in that the polarization of the emitted light through the orientation of the semiconductor laser crystal is adjusted. 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 characterized in that the polarization of the emitted light through a polarizing filter mounted in front of the semiconductor laser is set becomes. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsoptik eine Videokamera enthält.Arrangement according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the receiving optics includes a video camera. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Videokamera eine CCD-Kamera ist.Arrangement according to claim 9, characterized that the video camera is a CCD camera. 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 characterized in that the receiving optics with a picture area line by line separated electronically activatable photosensitive Has picture elements. 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 receiving optics are a CCD camera with matrix arrangement of contains photosensitive elements. 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 display optics are selected from the image information the receiving optics derived image in the field of view of the driver projected. Verwendung eines Halbleiterlasers in einer Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche.Use of a semiconductor laser in an arrangement according to any one of the preceding claims.
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