CH682764A5

CH682764A5 - Infrarotscheinwerfer für ein Ueberwachungssystem.

Info

Publication number: CH682764A5
Application number: CH3249/91A
Authority: CH
Inventors: Edgar Lechner
Original assignee: Messerschmitt Boelkow Blohm
Priority date: 1990-11-08
Filing date: 1991-11-07
Publication date: 1993-11-15
Also published as: DE4035457A1; DE4035457C2

Description

1

CH 682 764 A5

2

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Infrarotscheinwerfer für ein Überwachungssystem mit einer Strahlerfläche aus matrixförmig angeordneten Leuchtdioden, die mit einer Versorgungsschaltung verbunden sind, wobei die Versorgungsschaltung mindestens ein Ansteuerelement für einen stromstabilisierten Betrieb mehrerer, mit je einer Treiberschaltung versehener Ketten aus in Reihe geschalteten Leuchtdioden aufweist.

Aus dem deutschen Gebrauchsmuster G 8 815 418.1 ist ein Infrarotscheinwerfer für infrarottaugliche Kameras bekannt, bei dem auf einer Strahlerfläche eine Vielzahl von Leuchtdioden in Zeilen und Spalten angeordnet sind, wobei die Leuchtdioden jeder Zeile in Reihe geschaltet und jeweils mit einer Treiberschaltung, die im wesentlichen einen Vorwiderstand und einen Strombegrenzer beinhaltet, versehen sind.

Bei dieser bekannten Anordnung bewirkt der Ausfall einer Treiberschaltung oder einer der in Reihe geschalteten Dioden, dass eine komplette Zeile der Strahlerfläche ausfällt, was zu partiellen Abschattungen oder gar zu einer Verkleinerung des ausgeleuchteten Winkelbereiches führt. Der bekannte Scheinwerfer ist auch nur für den Dauerbetrieb ausgelegt, was bei Verwendung von CCD-Kameras zu einem sog. «Smear-Effekt» führt, wenn das Infrarotlicht des Strahlers von glatten Oberflächen punktuell reflektiert wird.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Infrarotscheinwerfer für ein Überwachungssystem zu schaffen, welcher eine grössere Ausfallsicherheit als der bekannte Schweinwerfer aufweist und bei dem es insbesondere bei Ausfall einer Diode oder Treiberschaltung nicht zu Teilabschattungen kommt. Weiterhin soll der Schweinwerfer einen sparsameren Betrieb als bisher sowie eine vielseitigere Anwendung im Überwachungssystem ermöglichen.

Eine wesentliche Anforderung an einen Infrarotscheinwerfer für ein Überwachungssystem, nämlich die Verhinderung von Teilabschattungen beim Ausfall einzelner Leuchtdioden, wird durch einen Infrarotschweinwerfer mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Mit den Merkmaien des Patentanspruchs 3 lässt sich der Infrarotscheinwerfer zudem stromsparend und vielfältiger im Überwachungssystem einsetzen. So ist z.B. ein getriggerter Betrieb möglich, wobei hierzu die Videosignale einer infrarottauglichen CCD-Videokamera verwendet werden können. Mittels des Videosignals ist sowohl der Scheinwerfer während eines «Frame Transfers»der Videokamera ausschaltbar, was insbesondere «Smear-Effekte» verhindert, als auch bei einem sog. «Shutter-Be-trieb» der Kamera, ein kurzes Einschalten des Scheinwerfers innerhalb der «Verschlusszeit» bzw. der Bilderzeugungszeit möglich, was in etwa mit dem Stroboskopbetrieb eines Blitzgerätes vergleichbar ist. In diesem Betrieb wird mit höherem LED-Strom gefahren (I2) als bei den übrigen Betriebsarten (h), dadurch wird die Lichtausbeute gegenüber dem kontinuierlichem Betrieb beibehalten. Auch lässt sich der Scheinwerfer automatisch über eine

Videokamera ein- bzw. ausschalten, wenn die Lichtverhältnisse und damit die Stärke des Videosignals vorgegebene Schwellwerte unter- bzw. überschreitet.

Eine Stromersparnis wird auch dadurch erzielt, dass der Abstrahlwinkel der Einzeldioden auf den Erfassungswinkel des Überwachungssystems, also bei Verwendung einer Videokamera, auf den Bildwinkel abgestimmt wird. Es entstehen dann relativ scharf umgrenzte Strahlungskegel des Scheinwerfers ohne für die Ausleuchtung nicht mehr brauchbare Übergangsbereiche am Rand.

Der Ausfall einer Diode oder einer Treiberschaltung führt zwar zum Ausfall der gesamten Kette von Leuchtdioden; da diese jedoch innerhalb einer Kette statistisch über die Strahlerfläche verteilt sind, kommt es lediglich zu einer prozentualen Abschwä-chung der Strahlungsintensität über der gesamten ausgeleuchteten Fläche und nicht zu Teilabschattungen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Figuren teilweise schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 den Aufbau eines Infrarotscheinwerfers mit matrixförmig angeordneten Leuchtdioden und

Fig. 2 die Schaltung zum Betrieb des Infrarotscheinwerfers gemäss Fig. 1.

Bei dem in Fig. 1 in Aufsicht dargestellten Infrarotscheinwerfer sind auf einer Platine 6 dreiundzwanzig Reihen von je sechs Leuchtdioden 1 angeordnet. Neben den Leuchtdioden befinden sich Treiberschaltungen 2 und 22, die abwechselnd mit zwei redundanten AnSteuerelementen 31 und 32 verbunden sind. Die AnSteuerelemente sind mit einer Triggerstufe 5 und einem Dämmerungsschalter 4 verbunden, deren Signaleingang an den Videoausgang Vs einer infrarottauglichen Videokamera angeschlossen werden kann. Nicht dargestellt ist der Anschluss an eine externe Spannungsversorgung, die in dem gezeigten Fall 12 V beträgt. Die Frontseite der Platine 6 wird mit einer ebenfalls nicht dargestellten, infrarotdurchlässigen Haube abgeschlossen, wohingegen die Rückseite mit einem grossflächigen, ebenfalls nicht dargestellten Kühlkörper in gut wärmeleitenden Kontakt gebracht wird.

Jede Treiberschaltung 2i bzw. 2z ist mit einer Kette von jeweils 6 Leuchtdioden 1.1 bis 1.6 verbunden, die in Serie geschaltet sind und im Spektralbereich von 880 nm bei der angelegten Betriebsspannung von 12 V leuchten. Die Leuchtdioden 1.1 bis 1.6 je einer Kette sind statistisch über die gesamte Strahlerfiäche 6.1 derart verteilt, dass sich in jeder Reihe der Matrix lediglich eine Leuchtdiode einer Kette befindet.

Die Leuchtdioden sind zumindest in geschlossenen Teilflächen der Strahlerfläche 6.1 so ausgewählt, dass sie einen gleichen Abstrahlungswinkel aufweisen. Der grösste Strahlungswinkel entspricht dabei dem Bildwinkel der mit dem Scheinwerfer in gleiche Richtung schauenden Videokamera. Zur Ausleuchtung von Fernzielen können auch Teilbereiche der Strahlerfläche 6.1 mit Leuchtdioden, die

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

2

3

CH 682 764 A5

4

einen kleineren Abstrahlwinkel haben, versehen sein. Eine genaue Anpassung und evtl. Korrektur des Abstrahlwinkels des Strahlers lässt sich noch dadurch erzielen, dass die gesamte Platine 6 und damit die Strahlerfläche 6.1 durch mechanische Spannmittel z.B. zylindrisch oder sphärisch gewölbt wird.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild der gesamten, in der Fig. 1 als separate Blöcke 2, 3, 4 und 5 schematisch dargestellten elektronischen Schaltung zum Betrieb des Infrarotscheinwerfers. Sämtliche Ketten von Leuchtdioden 1 sind über einen elektrisch ansteuerbaren Schalter 10, der im wesentlichen einen Feldeffekttransistor beinhaltet, und einem vorgeschalteten mechanischen Schalter S mit einer Spannungsquelle U verbunden. Die Leuchtdioden 1 leuchten, sobald beide Schalter S und 10 eingeschaltet sind. Der elektronische Schalter 10 wird nun über drei parallele elektronische Einrichtungen gesteuert, wobei die unterschiedlichen Steuersignale aus einem externen Videosignal Vs einer Überwachungskamera und einem «Shutter-control»-Si-gnal Sh erzeugt werden.

Für den sog. «Frame-Transfer»-Betrieb werden dem Videosignal mittels eines Sychronisationsim-pulsseperators 11 die Synchronisationsimpulse entnommen, die in einem Verstärker und Zeitglied 12 derart aufbereitet werden, dass der elektronische Schalter 10 über eine logische Verknüpfung 14 während des sog. Frame-Transfers der Videokamera ausgeschaltet bleibt. Dadurch wird bei den CCD-Videokameras der sog. «Smear-Effekt», der sich durch vertikale, durch besonders helle Bildpunkte verlaufende Streifen bemerkbar macht, vermieden.

Ebenfalls aus dem Videosignal Vs wird mittels eines Komperators 13 ein Dämmerungsschalter realisiert. Der Komperator vergleicht das aufintegrierte Videosignal eines Abtastvorganges mit einem vorgegebenen Schwellwert, wobei durch ein Unterbzw. Überschreiten dieses Schwellwertes der Schalter 10 über die logische Verknüpfung 14 auf EIN bzw. AUS geschaltet wird. Dadurch wird ein besonders sparsamer Betrieb des Scheinwerfers ermöglicht, da auch bei wechselnden Lichtverhältnissen der Infrarotscheinwerfer stets bedarfsgerecht ein- bzw. ausgeschaltet wird.

Zur Auflösung schnellbeweglicher Vorgänge können die Leuchtdioden im sog. «Shutter»-Betrieb angesteuert werden, was bewirkt, dass zwischen zwei Synchronisationsimpulsen der Videokamera, also innerhalb der Bilderzeugungs- bzw. Verschlusszeit der Kamera oder bei einer Shutter-Kamera auf ihren eigenen Shutter getriggert, der Infrarotscheinwerfer nur vergleichsweise kurz aufleuchet. Diese Steuerung wird durch ein Zeitglied 15 bewirkt, welches aus dem «Shutter-control»-Signal und dem separierten Synchronisationssignal aus dem Synchronisationsimpulsseparator 11 einen in seiner Länge einstellbaren Impuls erzeugt, der wiederum über die logische Verknüpfung 14 den Schalter 10 einschaltet. Im «Shutter»-Betrieb liefern die Ansteu-erelemente 3i und 32 eine höhere Steuerspannung für die Treiberschaltungen 2i bzw. 22, so dass die Leuchtdioden 1 mit einem höheren Strom I2 als bei den sonstigen Betriebsarten (H) betrieben werden.

Da, wie in Fig. 1 dargestellt ist, die Ansteuerele-mente 3 redundant vorhanden sind, ist gewährleistet, dass selbst bei Ausfall eines dieser Elemente der Scheinwerfer noch den gesamten vorgesehenen Bereich ausleuchtet, wenn auch nur mit halber Intensität.

Durch gezielte Modulation der Leuchtdioden, beispielsweise mittels eines mit dem Schalter 10 verbundenen Signalgebers SG, können der Videokamera oder anderen Sensoren des Überwachungssystems Signale übertragen und dort ausgewertet werden. Damit lässt sich ein zusätzlicher, kaum zu störender Lichtschrankenbetrieb realisieren.

Claims

Patentansprüche

1. Infrarotscheinwerfer für ein Überwachungssystem mit einer Strahlerfläche aus matrixförmig angeordneten Leuchtdioden, die mit einer Versorgungsschaltung verbunden sind, wobei die Versorgungsschaltung mindestens ein Ansteuerelement für einen stromstabilisierten Betrieb mehrerer, mit je einer Treiberschaltung versehener Ketten aus in Reihe geschalteten Leuchtdioden aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtdioden (1.1 bis 1.6) jeder Kette statistisch innerhalb der Strahlerfläche (6.1) verteilt sind.

2. Infrarotscheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtdioden (1.1 bis 1.6) einer Kette innerhalb einer aus Zeilen und Spalten aufgebauten Strahlerfläche (6.1) derart verteilt sind, dass in einer Zeile und/oder Spalte nicht mehr als eine Leuchtdiode einer Kette angeordnet ist.

3. Infrarotscheinwerfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsschaltung einen durch ein externes elektrisches Signai (Vs) ansteuerbaren Schalter (10) aufweist, welcher die Leuchtdioden (1) ein- bzw. ausschaltet.

4. Infrarotscheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine elektrische Schaltung (Fig. 2) zur Auswertung des Videosignals (Vs) einer Überwachungskamera, welche den elektrischen Schalter (10) steuert.

5. Infrarotscheinwerfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Schaltung (Fig. 2) zur Auswertung des Videosignals (Vs) den elektrischen Schalter (10) periodisch mit der Bildfrequenz der Überwachungskamera ein- bzw. ausschaltet.

6. Infrarotscheinwerfer nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Schaltung (Fig. 2) zur Auswertung des Videosignals (Vs) einen Komperator (13) aufweist, der bei Unterschreiten einer vorgebbaren mittleren Videosignalstärke den elektrischen Schalter (10) einschaltet.

7. Infrarotscheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Schalter (10) mit einer Signalquelle zur Datenübertragung verbunden ist.

8. Infrarotscheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstrahlwinkel zumindest eines Teils der Leuchtdioden dem Erfassungswinkel des Überwachungssystems,

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

5

CH 682 764 A5

insbesondere dem Bildwinkel der Überwachungskamera entspricht.

9. Infrarotscheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstrahlwinkel durch eine Krümmung der Strahierfläche (6.1) bestimmt wird.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

4