Stand der TechnikState of the art
Für Versuchsfahrzeuge wurden IR-Abstandssensoren direkt in Scheinwerfer integriert
oder deren Sende- und Empfangseinheiten mittels Lichtleiter in den Scheinwerfer
eingekoppelt und mit eigener Optik auf das Verkehrsgeschehen projiziert. Diese
Lösungen haben den Nachteil, daß bei Direkteinbau durch die Wärmeentwicklung im
Scheinwerfer teure Komponenten für den IR-Sensor nötig sind, während bei Einkopplung
über Lichtleiter Justageprobleme auftreten und außerdem mehrkanalige Systeme teuer
werden. Außerdem sind diese Methoden für eine Serienanwendung nicht geeignet.For test vehicles, IR distance sensors were integrated directly into the headlights
or their transmitting and receiving units by means of light guides in the headlights
coupled and projected onto the traffic scene with its own optics. This
Solutions have the disadvantage that with direct installation due to the heat development in the
Headlight expensive components are needed for the IR sensor while coupling
Adjustment problems occur via fiber optics and, in addition, multi-channel systems are expensive
become. In addition, these methods are not suitable for series application.
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Vorliegende Erfindung vermeidet diese Nachteile und wird anhand der Fig. 1 bis Fig. 6
beschrieben.This invention avoids these disadvantages and is described with reference to Fig. 1 to Fig. 6.
Fig. 1 zeigt ein Scheinwerfergehäuse 101, in dem ein Projektionsscheinwerferteil 108 und
106 sowie eine Gasentladungslampe 107 eingebaut sind. Das Licht des Scheinwerfers
wird durch die Abdeckscheibe 102 mit dem Strahlengang 110 auf die Verkehrsszene
projiziert. Außerhalb des Gehäuses ist der Abstandssensor 103 angebracht, dessen
Empfangsdioden und Laserdioden als Beispiel 104 über die Abdeckscheibe 102 auf den
parabolisch ausgeformten Reflektor 105 abgebildet werden. Der Reflektor ist so
beschichtet, daß er für das sichtbare Licht im Bereich 400-700 nm von der
Gasentladungslampe transparent ist, während er für die Wellenlängen von 905-915 nm
reflektierend beschichtet ist. Damit wird das Licht der Laserdioden durch die
Abdeckscheibe 102 mit dem Strahlengang 109 auf die Verkehrsszene projiziert. Der
Vorteil ist, daß der Sensor 103 außerhalb des Scheinwerfergehäuses ist und z. B. durch
die Umgebungsluft oder durch den Fahrtwind gekühlt werden kann. Außerdem ist bei
gleichzeitigem Betrieb des Sensors und des Scheinwerfers gewährleistet, daß durch den
Augenlidreflex durch die hohe sichtbare Leuchtdichte des Scheinwerfers eine hohe
Ausgangsleistung am IR-Sensor abgegeben werden kann, ohne daß für die
Augensicherheit besondere Vorkehrungen getroffen werden müssen. Eine identische
Anordnung kann auch für den Strahlengang des Empfängers verwendet werden, dessen
parabolischer Reflektor neben dem des Senders 105 oder über dem Sender angeordnet
sein kann. Fig. 1 shows a headlamp housing 101 in which a projection headlight portion 108 and 106 as well as a gas discharge lamp are installed 107th The light from the headlamp is projected onto the traffic scene through the cover plate 102 with the beam path 110 . The distance sensor 103 is attached outside the housing, and its receiving diodes and laser diodes are imaged as an example 104 via the cover plate 102 onto the parabolically shaped reflector 105 . The reflector is coated in such a way that it is transparent to visible light in the 400-700 nm range from the gas discharge lamp, while it is reflectively coated for the wavelengths of 905-915 nm. The light from the laser diodes is thus projected onto the traffic scene through the cover plate 102 with the beam path 109 . The advantage is that the sensor 103 is outside the headlight housing and z. B. can be cooled by the ambient air or by the airstream. In addition, with simultaneous operation of the sensor and the headlight, it is ensured that a high output power can be delivered to the IR sensor by the eyelid reflex due to the high visible luminance of the headlight, without special precautions having to be taken for eye safety. An identical arrangement can also be used for the beam path of the receiver, the parabolic reflector of which can be arranged next to that of the transmitter 105 or above the transmitter.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wurden die Elemente der Abstandssensoren mit
den parabolischen Reflektoren (105) fest zentriert, während die Leuchtweitenregelung der
Scheinwerfer z. B. getrennt davon betätigt wird. Die Abbildung kann auch entsprechend
Fig. 1a ausgeführt werden. Hierbei wird die Frontlinse des Projektionsscheinwerfers 106
sowohl für die Abbildung der Gasentladungslampe als auch für die Abbildung des
Senders (104) oder Empfängers des Abstandssensors 103 verwendet. Damit beide
Quellen verwendet werden können wird z. B. der Sender 104 über einen Spiegel 111 auf
die Projektionslinse 106 projiziert und damit über die Abdeckscheibe 102 auf die
Fahrszene projiziert. Zur Trennung der Lichtquellen ist der Spiegel 111 für die
Wellenlänge des Sensors reflektierend während für das Licht der Gasentladungslampe
transparent beschichtet oder ausgeführt ist. Für den Sender und Empfänger kann eine
Kombination aus beiden Methoden verwendet werden. So kann der Sende-Teil
entsprechend Fig. 1a unter Nutzung der Frontlinse 106 des Scheinwerferteiles ausgeführt
sein, während der Empfangsteil entsprechend Fig. 1 über den Parabolspiegel 105
abgebildet ist.In the embodiment of FIG. 1, the elements of the distance sensors with the parabolic reflectors ( 105 ) were centered, while the headlight range control of the headlights z. B. is operated separately. The illustration can also be carried out in accordance with FIG. 1a. Here, the front lens of the projection headlight 106 is used both for imaging the gas discharge lamp and for imaging the transmitter ( 104 ) or receiver of the distance sensor 103 . So that both sources can be used e.g. B. the transmitter 104 is projected onto the projection lens 106 via a mirror 111 and thus projected onto the driving scene via the cover plate 102 . In order to separate the light sources, the mirror 111 is reflective for the wavelength of the sensor, while the light from the gas discharge lamp is transparent or has a coating. A combination of both methods can be used for the transmitter and receiver. Thus, the transmitting portion 106 of the headlight portion can according to Fig. 1a, using the front lens be performed while the receiving part according to Fig. 1 is imaged via the parabolic mirror 105th
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Fig. 2 gezeigt. In dem Gehäuse 101 ist eine
Halogenlampe 201 vor einem Reflektor 202 untergebracht. Die Abdeckscheibe 102 ist bis
auf die Fläche 102a als Streuscheibe ausgebildet. Die Fläche 102a ist plan und streut
nicht. Der IR-Sensor 103 ist mit seinem Fenster 205 direkt am Scheinwerfergehäuse 101
angebracht. Die Laserdioden 104 werden über einen parabolischen Reflektor 105 durch
den planen Teil der Abdeckscheibe 102a auf die Verkehrsszene abgebildet.
Entsprechend dem Schnitt durch den Reflektor 105 in Fig. 2a ist dieser so ausgebildet,
daß er auf seiner Innenseite mit einer Schicht 207 bedampft ist die das Licht mit der
Wellenlänge der Laserdioden reflektiert, während sie für das sichtbare Licht des
Scheinwerfers transparent ist. Die Rückseite des Reflektors 105 ist mit Strukturen 206
versehen, die eine entsprechende Streuwirkung haben, um den Schweinwerfer
entsprechend der Forderungen der Lichtverteilung gestalten zu können.Another embodiment is shown in FIG. 2. A halogen lamp 201 is accommodated in the housing 101 in front of a reflector 202 . Except for surface 102 a, cover plate 102 is designed as a diffuser. The surface 102 a is flat and does not scatter. The IR sensor 103 is attached directly to the headlight housing 101 with its window 205 . The laser diodes 104 are imaged onto the traffic scene via a parabolic reflector 105 through the flat part of the cover plate 102 a. According to the section through the reflector 105 in Fig. 2a, this is designed so that it is vapor-coated on its inside with a layer 207 which reflects the light with the wavelength of the laser diodes, while it is transparent to the visible light of the headlight. The rear of the reflector 105 is provided with structures 206 which have a corresponding scattering effect in order to be able to design the headlight in accordance with the requirements of the light distribution.
Die Erfindung kann auch entsprechend Fig. 2b weitergebildet werden. Hier ist der Sensor
211 mit seinen Empfangs- und Sendekomponenten 212 so ausgeführt, daß er mit seinen
Kühlrippen 213 direkt mit der Außenluft vor dem Fahrzeug in Berührung kommt. Dies ist
dadurch bewerkstelligt, daß mindestens die Kühlrippen des Sensors zusammen mit dem
Scheinwerfer über die Strukturen des Fahrzeugs 215 hinausragen.The invention can also be developed in accordance with FIG. 2b. Here, the sensor 211 with its receiving and transmitting components 212 is designed so that its cooling fins 213 come into direct contact with the outside air in front of the vehicle. This is accomplished in that at least the cooling fins of the sensor, together with the headlight, protrude beyond the structures of the vehicle 215 .
Der Strahlendurchtritt durch das Scheinwerfergehäuse ist mit dem Fenster 216
gewährleistet. Die optische Abbildung auf die Fahrzone wird durch den Spiegel 214 und
die Optik 210 der Abdeckung 102 gewährleistet. Dabei formen beide Komponenten 210
und 214 oder eine der beiden Komponenten den Strahlengang. Selbstverständlich ist die
Lage des Sensors nicht auf die Unterseite des Scheinwerfergehäuses beschränkt. Bei
entsprechender Kühlluftversorgung kann der Sensor an jeder Stelle außen am
Scheinwerfergehäuse angebracht sein. Auch hinter dem Scheinwerfer ist der Sensor
anbringbar, lediglich der Reflektor der Scheinwerferlichtquelle muß für die Wellenlänge
der Sendeeinheit des Sensors transparent sein. Sowohl Sender als Empfänger des
Sensors nützen den Scheinwerfer als transparentes Design-Element wobei ähnlich wie in
Fig. 2b auch Scheinwerferkomponenten als Linsen oder Strahlenformer ausgebildet sein
können.The passage of rays through the headlight housing is ensured with the window 216 . The optical imaging on the driving zone is ensured by the mirror 214 and the optics 210 of the cover 102 . Both components 210 and 214 or one of the two components form the beam path. Of course, the position of the sensor is not limited to the underside of the headlight housing. With the appropriate cooling air supply, the sensor can be attached to the outside of the headlight housing at any point. The sensor can also be attached behind the headlight, only the reflector of the headlight light source must be transparent to the wavelength of the transmitter unit of the sensor. Both the transmitter and the receiver of the sensor use the headlamp as a transparent design element, and similarly to FIG. 2b, headlamp components can also be designed as lenses or beam shapers.
Ein weiteres Beispiel einer Frontansicht einer IR-Sensor-Scheinwerferkombination ist in
Fig. 3 gezeigt. Der Sender 103 enthält eine oder mehrere Laserdioden 104 und eine oder
mehrere Empfangsdioden 114. Die Laserdioden werden durch die Abdeckscheibe 308
über den Teil-Parabolspiegel 302 abgebildet. Bei eingeschalteter Halogenlampe 304
kommt ein kleiner Teil des Lichtes durch den Teil-Parabolspiegel 302 und die
Abdeckscheibe 308 auf die Empfangsdiode 116 und wird im IR-Sensor als Sicherheit zur
Auslösung des Augenlidreflexes verwendet.Another example of a front view of an IR sensor / headlight combination is shown in FIG. 3. Transmitter 103 includes one or more laser diodes 104 and one or more receive diodes 114 . The laser diodes are imaged by the cover plate 308 via the partial parabolic mirror 302 . When the halogen lamp 304 is switched on, a small part of the light comes through the partial parabolic mirror 302 and the cover plate 308 onto the receiving diode 116 and is used in the IR sensor as security for triggering the eyelid reflex.
Eine oder mehrere Empfangsdioden 114 des IR-Sensors 103 werden innerhalb des
Scheinwerferreflektors 307 oder an einer anderen Stelle über die weitere Abdeckscheibe
309 auf dem Teil-Parabolspiegel 301 auf die gleiche Fläche wie die Laserdiode
abgebildet. Der IR-Sensor sitzt damit außerhalb des Scheinwerfers und nützt trotzdem
dessen Abdeckscheibe und die Konstruktionselemente der Reflektoren. Außerdem kann
der IR-Sensor über seinen Kühlkörper 115 durch die Außenluft oder durch den Fahrtwind
gekühlt werden. Dabei kann eine zweite Halogenlampe 305 über den Reflektor 307
abgebildet werden.One or more receiving diodes 114 of the IR sensor 103 are imaged within the headlight reflector 307 or at another location via the additional cover plate 309 on the partial parabolic mirror 301 on the same surface as the laser diode. The IR sensor sits outside the headlamp and still uses its cover panel and the construction elements of the reflectors. In addition, the IR sensor can be cooled via its heat sink 115 by the outside air or by the wind. A second halogen lamp 305 can be imaged via the reflector 307 .
Die Justage und die Leuchtweitenregulierung kann entsprechend Fig. 4 ausgeführt
werden. Der Lampenreflektor 401 ist damit zusammen mit dem Sensorreflektor 402 ein
einziges z. B. aus Kunststoff oder Aluminium gefertigtes Teil. Wird in der Strahlenachse
z. B. des IR-Senders oder Empfängers der Drehpunkt des Scheinwerferreflektors für die
Leuchtweiteneinstellung entsprechend gewählt, so kann die Leuchtweiteneinstellung
gleichzeitig für Leuchte und Sensor verwendet werden. Bei der horizontalen Einstellung
verschiebt sich das Reflektorteil für Scheinwerfer 401 und für IR-Sensor 402 an die
Position 401a und 402a ist z. B. der Strahlengang des IR-Senders wie 405 ausgeführt
und der Reflektor für diesen Sensor ist ein Teil-Paraboloid, so wird lediglich eine anderes
Flächenelement für die Projektion benützt, der Brennpunkt bleibt jedoch erhalten. Da für
den Scheinwerferanteil die Lampe direkt mit dem Reflektor verbunden ist ist er bei der
Einstellung der Winkel direkt maßgeblich, während für den feststehenden Sensor und
geschwenkten Reflektor der Schwenkwinkel für die Sensorabbildung doppelt wirksam
wird. Dies kann entweder bei Konstruktion und Einstellung berücksichtig werden oder es
werden die Teilkomponenten die für den Sensor zuständig sind nur mit dem halben
Winkel geschwenkt.The adjustment and the headlight range adjustment can be carried out in accordance with FIG. 4. The lamp reflector 401 is thus together with the sensor reflector 402 a single z. B. made of plastic or aluminum. Is z. B. the IR transmitter or receiver, the pivot point of the headlight reflector for the headlight range adjustment accordingly selected, the headlight range adjustment can be used simultaneously for the lamp and sensor. In the horizontal setting, the reflector part for headlights 401 and for IR sensor 402 moves to position 401 a and 402 a is z. For example, if the beam path of the IR transmitter is executed like 405 and the reflector for this sensor is a partial paraboloid, only another surface element is used for the projection, but the focus remains. Since the lamp is directly connected to the reflector for the headlight component, it is directly decisive in the setting of the angles, while for the fixed sensor and pivoted reflector, the pivoting angle has a double effect for the sensor image. This can either be taken into account in the design and setting, or the sub-components responsible for the sensor are only swiveled by half the angle.
Um zur Gewährleistung der Augensicherheit den Lidschlußreflex mit Sicherheit zu
erzeugen, wird entsprechend Fig. 5 das Licht aus der Halogenlampe 201 aus Fig. 2b oder
304 aus Fig. 3 auf den Empfänger 501 geleitet, in dem Vorverstärker 502 angepaßt und
der Steuerung des IR-Sensors 506 zugeführt. Fällt die Lampe aus, oder wird sie
abgeschaltet, so reduziert die Steuerung 506 des IR-Sensors die Ausgangsleistung des
Pulsformers 503 und reduziert damit die Ausgangsleistung der Laserdioden 502 durch
Herabsetzung der Impulsleistung oder der Wiederholfrequenz. Wird bei abgeschalteten
Lampen über das Empfangsarray 504 und der Vorverarbeitung 505 ein zu geringes
Signal registriert, wird die Lampe wieder eingeschaltet und die Laserleistung erhöht.In order to generate to ensure eye safety the palpebral closing reflex with certainty, the light from the halogen lamp 201 of Fig according to Fig. 5. 2b or 304 of FIG. Routed to the receiver 501 3, adapted in the pre-amplifier 502 and the control of the IR Sensor 506 supplied. If the lamp fails or is switched off, the controller 506 of the IR sensor reduces the output power of the pulse shaper 503 and thus reduces the output power of the laser diodes 502 by reducing the pulse power or the repetition frequency. If a signal which is too low is registered via the receiving array 504 and the preprocessing 505 when the lamps are switched off, the lamp is switched on again and the laser power is increased.
Die Halogen- oder Gasentladungslampe dient bei der erfindungsgemäßen Anordnung von
Lampe und IR-Sensor nicht nur um der Augensicherheit gerecht zu werden, sondern wird
auch zur Aufheizung der Abdeckscheibe 102 verwendet. Damit werden im Winterbetrieb
Eis- oder Schneebeläge abgetaut und der Beschlag bei Feuchte abgetrocknet. In
Weiterbildung der Erfindung entsprechend Fig. 6 kann die Strahlumlenkung 606 auch
zum Ablenken oder Scannen der vom Sender 604 emittierten Strahlung und der auf die
Empfängeranordnung 602 abzubildenden Rückstreusignale über ihre Optiken 605 und
603 genutzt werden. In dem Beispiel ist das vertikale Scannen durch den Planspiegel 606
bewerkstelligt der durch den Schrittmotor 608 gesteuert wird. Die horizontale Ablenkung
kann durch Verdrehen des Spiegels um die Achse des Schrillmotors 607 bewerkstelligt
werden. Der Abstandssensor 601 selbst ist außerhalb des Scheinwerfergehäuses 610
untergebracht und durch die Umgebungsluft oder den Fahrtwind über die Kühlrippen 613
gekühlt. Die Lampe 612 wird über den Reflektor 611 abgebildet. Sowohl den
Scheinwerfer als auch den Abstandssensor 601 nützen die gleiche Abdeckscheibe 609.
Der Spiegel 606 ist für sichtbares Licht durchlässig, für das IR-Licht des Sensors
reflektierend beschichtet.In the arrangement of lamp and IR sensor according to the invention, the halogen or gas discharge lamp is not only used to ensure eye safety, but is also used to heat the cover plate 102 . This means that ice or snow deposits are defrosted in winter and the hardware is dried off when it is damp. In a further development of the invention according to FIG. 6, the beam deflector 606 also of the emitted radiation and the imaged on receiver array 602 backscatter signals are used on their optics 605 and 603 for deflecting or scanning from the transmitter 604th In the example, vertical scanning is accomplished by plane mirror 606, which is controlled by stepper motor 608 . The horizontal deflection can be accomplished by rotating the mirror around the axis of the shrill motor 607 . The distance sensor 601 itself is accommodated outside the headlight housing 610 and is cooled by the ambient air or the airstream via the cooling fins 613 . The lamp 612 is imaged via the reflector 611 . Both the headlight and the distance sensor 601 use the same cover plate 609 . The mirror 606 is transparent to visible light, and has a reflective coating for the IR light of the sensor.
Die Beispiele sind für IR-Abstandssensoren dargestellt. Die verwendete Wellenlänge
dieser Sensoren sind im nahen IR-Bereich von 780 bis 1400 nm. Selbstverständlich
können die erfindungsgemäßen Anordnungen auch für andere Wellenlängenbereiche
verwendet werden. Da bereits ab ca. 10 GHz quasi optische Strahlenführungen möglich
sind ist die Erfindung auch für Hochfrequenzabstandssensoren wie zum Beispiel
Radarsensoren einsetzbar.The examples are shown for IR distance sensors. The wavelength used
of these sensors are in the near IR range from 780 to 1400 nm. Of course
the arrangements according to the invention can also be used for other wavelength ranges
be used. Because optical beams are possible from around 10 GHz
the invention is also for high-frequency distance sensors such as
Radar sensors can be used.