DE102005033896A1 - Method for operating infrared viewing system in motor vehicle, requires operating semiconductor light source for wavelength stabilization at desired semiconductor temperature - Google Patents

Method for operating infrared viewing system in motor vehicle, requires operating semiconductor light source for wavelength stabilization at desired semiconductor temperature Download PDF

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Thomas Könning
Martin WÜLLER
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    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/068—Stabilisation of laser output parameters
    • H01S5/0683—Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters
    • H01S5/0687—Stabilising the frequency of the laser

Abstract

A method of operating an infrared (IR)-viewing system, the latter consisting of a an IR-semiconductor light source, especially a semiconductor laser diode, mounted in a head-lamp of a motor vehicle, an IR-camera, a device for determining the semiconductor temperature, and a heating device driven in relation to the semiconductor temperature and/or the semiconductor ambient temperature. The semiconductor light source is operated for wavelength stabilization during a desired semiconductor temperature (Tsoll) which corresponds to the semiconductor temperature.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines Infrarot-Sichtsystems für Kraftfahrzeuge, wobei das IR-Sichtsystem aus folgenden Komponenten besteht:

  • – einer IR-Halbleiterlichtquelle, insbesondere einer IR-Halbleiterlaserdiode, welche bei einer bestimmten Solltemperatur (TSoll) für den Halbleiter eine Emissionswellenlänge (λSoll) aufweist, wobei die Wellenlänge (λ) sich in Abhängigkeit der Halbleitertemperatur (ϑHL) ändert,
  • – einer IR-Kamera mit einer auf die Emissionswellenlänge (λSoll) der Halbleiterlichtquelle abgestimmten spektralen Empfindlichkeit (λSoll ± Δλ).
The invention relates to a method for operating an infrared vision system for motor vehicles, wherein the IR vision system consists of the following components:
  • An IR semiconductor light source, in particular an IR semiconductor laser diode, which has an emission wavelength (λ setpoint ) for the semiconductor at a specific setpoint temperature (T setpoint ), the wavelength (λ) changing as a function of the semiconductor temperature (θ HL ),
  • - An IR camera with a on the emission wavelength (λ target ) of the semiconductor light source tuned spectral sensitivity (λ target ± Δλ).

Die Verwendung einer monochromatischen IR-Halbleiterlichtquelle ermöglicht den Einsatz einer IR-Kamera, dessen spektrale Empfindlichkeit sehr schmalbandig auf die Sollwellenlänge der Halbleiterlichtquelle abgestimmt ist, wodurch der störende Einfluß von Fremdstrahlung wirksam unterdrückt wird. Halbleiterlichtquellen haben jedoch die Eigenschaft, dass ihre Emissionswellenlänge sich mit der Temperatur der Halbleiterlichtquelle (= Halbleitertemperatur) ändert. Wenn nun die Emissionswellenlänge aufgrund von Temperaturänderungen ganz oder teilweise aus dem spektralen Empfindlichkeitsbereich der IR-Kamera herauswandert, ist die Funktionsfähigkeit des IR-Sichtsystems nicht mehr gegeben oder zumindest stark eingeschränkt.The Using a monochromatic IR semiconductor light source allows the Use of an IR camera whose spectral sensitivity is very narrow band to the desired wavelength the semiconductor light source is tuned, whereby the disturbing influence of extraneous radiation effectively suppressed becomes. However, semiconductor light sources have the property that their emission wavelength changes with the temperature of the semiconductor light source (= semiconductor temperature). If now the emission wavelength due to temperature changes wholly or partly from the spectral sensitivity range of the IR camera out, the functionality of the IR vision system is not more given or at least severely limited.

In einem Kraftfahrzeug ist die Halbleiterlichtquelle großen Temperaturänderungen ausgesetzt, wobei die Temperatur der Halbleiterlichtquelle von verschiedenen Größen beeinflusst wird, unter anderem:

  • – Verlustwärme, die beim Betrieb der Halbleiterlichtquelle selbst erzeugt wird,
  • – Abführung dieser Verlustwärme über Kühlung (z.B. passive Kühlkörper, Konvektion, Strahlung etc.)
  • – Schwankungen der Außentemperatur (Winter, Sommer etc.).
In a motor vehicle, the semiconductor light source is exposed to large changes in temperature, the temperature of the semiconductor light source being affected by different quantities, including:
  • Loss of heat generated during operation of the semiconductor light source itself,
  • - Dissipation of this heat loss via cooling (eg passive heat sink, convection, radiation, etc.)
  • - Fluctuations in the outside temperature (winter, summer etc.).

In der DE 10 2004 034 007 A1 wird ein IR-Sichtsystem beschrieben, bei dem die Halbleiterlichtquelle im Fahrzeuginnenraum angeordnet ist. Die Problematik der Wellenlängenverschiebung bei Temperaturänderung wird dort ebenfalls beschrieben. Zur Lösung dieses Problems wird dort vorgeschlagen, die Temperatur der Halbleiterlichtquelle über einen Ventilator als aktive Kühleinrichtung in einem bestimmten Temperaturbereich zu stabilisieren. Für den Fall des Kaltstarts (niedrige Innenraumtemperatur) des Fahrzeuges ist außerdem eine Heizeinrichtung zur Stabilisierung der Halbleitertemperatur vorgesehen. Gemäß DE 10 2004 034 007 A1 wird die Halbleiterlichtquelle im Betrieb somit überwiegend gekühlt und nur im Falle eines Fahrzeugkaltstarts ggf. beheizt.In DE 10 2004 034 007 A1 describes an IR vision system, in the semiconductor light source is arranged in the vehicle interior. The Problem of the wavelength shift at temperature change is also described there. To solve this problem will be there proposed, the temperature of the semiconductor light source via a Fan as active cooling device to stabilize in a certain temperature range. In the case the cold start (low interior temperature) of the vehicle is Furthermore a heater for stabilizing the semiconductor temperature is provided. According to DE 10 2004 034 007 A1, the semiconductor light source is thus predominantly cooled during operation and if necessary, heated only in the event of a vehicle cold start.

Die Temperatur der Halbleiterlichtquelle hängt unter anderem auch stark vom Einbauort im Fahrzeug ab, insbesondere dann, wenn die Halbleiterlichtquelle in der Nähe von wärmeerzeugenden Komponenten im Kraftfahrzeug angeordnet ist. Wenn die Halbleiterlichtquelle beispielsweise im Scheinwerfer des Kraftfahrzeuges angeordnet ist, bewirken die Motorabwärme und die konventionellen Lichtquellen (Halogenlampe, Gasentladungslampe) im Scheinwerfer eine starke Aufheizung des gesamten Scheinwerfers und damit auch der Halbleiterlichtquelle. In diesem Fall wird die Temperatur der Halbleiterlichtquelle auch im starkem Maße davon beeinflusst, ob und wie lange der Motor läuft und ob und wie lange die konventionelle Lichtquelle eingeschaltet ist. Außerdem hängt die Halbleitertemperatur indirekt auch von der Fahrgeschwindigkeit ab, da der Fahrtwind eine Kühlung der Schweinwerfer bewirkt.The Temperature of the semiconductor light source depends, among others, also strong from the installation location in the vehicle, in particular when the semiconductor light source near of heat generating components is arranged in the motor vehicle. When the semiconductor light source is arranged for example in the headlight of the motor vehicle, effect the engine waste heat and the conventional light sources (halogen lamp, gas discharge lamp) in Headlamps a strong heating of the entire headlamp and so that the semiconductor light source. In this case, the temperature is the semiconductor light source is also strongly influenced by whether and how long the engine is running and whether and how long the conventional light source turned on is. Furthermore depends on that Semiconductor temperature also indirectly depends on the driving speed, because the wind is cooling the pig launcher causes.

Anders als im Fahrzeuginnenraum ist der Einsatz eines Ventilators zur Kühlung der Halbleiterlichtquelle im Scheinwerfer nicht sehr wirksam. Darüber hinaus ist die Anordnung eines Ventilators im Scheinwerfer konstruktiv sehr aufwendig.Different as in the vehicle interior is the use of a fan for cooling the Semiconductor light source in the headlight not very effective. Furthermore the arrangement of a fan in the headlamp is constructive very expensive.

Die Verwendung eines Peltier-Elements zur Kühlung der Halbleiterlichtquelle ist aus Kostengründen und aus Gründen der Zuverlässigkeit ebenfalls nachteilig.The Use of a Peltier element for cooling the semiconductor light source is for cost reasons and for reasons the reliability also disadvantageous.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, für ein Infrarot-Sichtsystem, bei dem die IR-Halbleiterlichtquelle im Scheinwerfer angeordnet ist, ein Verfahren anzugeben, mit dem die Wellenlänge der Halbleiterlichtquelle wirksam, einfach und kostengünstig stabilisiert werden kann.task The invention is therefore, for an infrared vision system, where the IR semiconductor light source in the headlight is arranged to provide a method by which the wavelength of the Semiconductor light source effectively, easily and inexpensively stabilized can be.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Halbleiterlichtquelle zur Wellenlängenstabilisierung bei einer Halbleitersolltemperatur (TSoll) betrieben wird, die der Temperatur entspricht, die bei ausgeschalteter Heizeinrichtung maximal zu erwarten ist. Hierdurch kann auf eine aktive Kühlung der Halbleiterlichtquelle vollständig verzichtet werden. Es ist lediglich eine einfach zu realisierende Aufheizung der Halbleiterlichtquelle auf die Solltemperatur in den Fällen erforderlich, wo die Halbleitertemperatur unterhalb der Solltemperatur liegt, zum Beispiel bei sehr niedrigen Außentemperaturen, beim Kaltstart des Motors (= geringe Motorabwärme), bei nicht eingeschalteter konventioneller Lichtquelle im Scheinwerfer und/oder bei einer hohen Fahrgeschwindigkeit.This object is achieved in that the semiconductor light source for wavelength stabilization at a semiconductor target temperature (T target ) is operated, which corresponds to the temperature that is to be expected maximum when the heater is turned off. As a result, active cooling of the semiconductor light source can be completely dispensed with. It is only an easy to be realized heating of the semiconductor light source to the target temperature required in cases where the semiconductor temperature is below the target temperature, for example, at very low ambient temperatures, the cold start of the engine (= low engine heat), not switched on conventional light source in the headlight and / or at a high speed.

Die maximal zu erwartende Temperatur der Halbleiterlichtquelle bei ausgeschalteter Heizung wird unter Berücksichtigung folgender Größen bestimmt:

  • – Verlustwärme, die beim Betrieb der Halbleiterlichtquelle selbst erzeugt wird, wobei die teilweise Abfuhr der Verlustwärme über einen Kühlkörper berücksichtigt wird,
  • – Maximale Außentemperatur (z.B. 40°C)
  • – Motorabwärme,
  • – Betrieb der konventionellen Lichtquellen im Scheinwerfer,
  • – Minimale Fahrgeschwindigkeit oder Stand des Fahrzeugs.
The maximum expected temperature of the semiconductor light source when the heating is switched off is determined taking into account the following variables:
  • Loss of heat generated during operation of the semiconductor light source itself, taking into account the partial dissipation of the heat loss through a heat sink,
  • - maximum outside temperature (eg 40 ° C)
  • - engine waste heat,
  • Operation of the conventional light sources in the headlamp,
  • - Minimum driving speed or state of the vehicle.

Dabei kann die maximal zu erwartende Temperatur empirisch ermittelt oder auch berechnet werden. Die so bestimmte maximal zu erwartende Temperatur der Halbleiterlichtquelle bei ausgeschalteter Heizung dient dann als Sollwert für die Halbleitertemperatur während des Betriebs des IR-Sichtsystems.there the maximum expected temperature can be determined empirically or also be calculated. The maximum expected temperature the semiconductor light source with the heating off then serves as setpoint for the semiconductor temperature during the operation of the IR vision system.

Da die maximal zu erwartende Temperatur – also der Sollwert – nur etwas oberhalb der Temperatur liegt, die sich in den meisten Fällen im Betrieb ohnehin einstellt, kann die Heizeinrichtung hinsichtlich ihrer Leistung entsprechend klein dimensioniert sein, da die Solltemperatur in vielen Fällen auch ohne Heizung erreicht wird. Die entsprechend kleine Dimensionierung der Heizeinrichtung wirkt sich positiv auf die Kosten aus.There the maximum expected temperature - ie the setpoint - only something above the temperature, which is in most cases in the Set anyway operation, the heater can with regard to their Power should be sized accordingly small, since the set temperature in many cases even without heating is achieved. The correspondingly small dimensions the heater has a positive effect on the costs.

Falls die Halbleitertemperatur die Solltemperatur bei sehr ungünstigen Verhältnissen (hohe Motordrehzahl, geringer Fahrgeschwindigkeit, eingeschaltete konventionelle Lichtquellen) trotz ausgeschalteter Heizung doch einmal einen Schwellwert überschreiten sollte (worstcase-scenario), so ist es in vorteilhafter Weise vorgesehen, die Leistung der Halbleiterlichtquelle zu reduzieren. Damit reduziert sich auch die Eigenerwärmung der Halbleiterlichtquelle, wodurch die Halbleitertemperatur wieder auf die Solltemperatur oder zumindest auf eine Temperatur unterhalb des Schwellwertes gesenkt werden kann. Mit der Reduzierung der Leistung der Halbleiterlichtquelle ist zwar auch eine Reduzierung der Reichweite der von der Halbleiterlichtquelle ausgesandten Strahlung verbunden, jedoch kann mit dieser Maßnahme erreicht werden, dass die Halbleitertemperatur die Solltemperatur nur um eine noch hinnehmbare Differenztemperatur überschreitet, so dass sich auch die Wellenlänge nur um einen noch tolerierbaren Betrag ändert und somit noch innerhalb des spektralen Empfindlichkeitsbereiches der IR-Kamera liegt.If the semiconductor temperature the setpoint temperature at very unfavorable conditions (high engine speed, low speed, switched on conventional light sources) despite the heating switched off once exceed a threshold should (worst case scenario), so it is provided in an advantageous manner, to reduce the power of the semiconductor light source. This reduces also the self-heating the semiconductor light source, causing the semiconductor temperature again to the target temperature or at least to a temperature below of the threshold can be lowered. With the reduction of performance Although the semiconductor light source is also a reduction of the range the radiation emitted by the semiconductor light source is connected, However, with this measure be achieved that the semiconductor temperature, the target temperature only exceeds a still acceptable differential temperature, so that also the wavelength only to a still tolerable amount changes and thus still within the spectral sensitivity range of the IR camera is located.

Anhand der beigefügten Zeichnungen soll die Erfindung nachfolgend näher veranschaulicht werden. Es zeigt:Based the attached Drawings, the invention will be illustrated in more detail below. It shows:

1 den Verlauf der Wellenlänge einer IR-Halbleiterlaserdiode in Abhängigkeit der Halbleitertemperatur, 1 the course of the wavelength of an IR semiconductor laser diode as a function of the semiconductor temperature,

2 den Bereich der spektralen Empfindlichkeit der IR-Kamera sowie die Lage der Emissionswellenlänge der IR-Halbleiterlaserdiode bei verschiedenen Halbleitertemperaturen, 2 the range of the spectral sensitivity of the IR camera and the position of the emission wavelength of the IR semiconductor laser diode at different semiconductor temperatures,

3 verschiedene Betriebsbereiche in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur der IR-Halbleiterlichtquelle, 3 different operating ranges depending on the ambient temperature of the IR semiconductor light source,

4 ein Blockschaltbild des IR-Sichtsystems, 4 a block diagram of the IR vision system,

5 zeigt den Verlauf der Reichweite des IR-Sichtsystems in Abhängigkeit von der Leistung der IR-Halbleiterlichtquelle. 5 shows the course of the range of the IR vision system as a function of the power of the IR semiconductor light source.

1 zeigt einen typischen Verlauf der Wellenlänge einer IR-Halbleiterlaserdiode (z.B. eine IR-Halbleiterlaserdiode vom Typ SPL 2Y81 der Fa. OSRAM) in Abhängigkeit der Halbleitertemperatur. Im gezeigten Beispiel beträgt der Temperaturkoeffizient (δλ/δT) der Wellenlänge 0,3nm/K. 1 shows a typical profile of the wavelength of an IR semiconductor laser diode (eg, an IR semiconductor laser diode type SPL 2Y81 Fa. OSRAM) as a function of the semiconductor temperature. In the example shown, the temperature coefficient (δλ / δT) of the wavelength is 0.3 nm / K.

2 zeigt schematisch den Bereich der spektralen Empfindlichkeit der IR-Kamera sowie die Lage der Emissionswellenlänge (λ) der IR-Halbleiterlaserdiode bei verschiedenen Halbleitertemperaturen. Die spektrale Empfindlichkeit der IR-Kamera wird dabei im wesentlichen durch ein der Kamera vorgeschaltetes Filter bestimmt. Im dargestellten Fall hat das Filter ein Transmissionsfenster mit einer Breite von 20nm. Wie aus 2 ersichtlich, verschiebt sich die zentrale Emissionswellenlänge in einem Bereich von –5°C bis + 80°C für die Halbleitertemperatur bereits um 25nm, d.h. die temperaturabhängige Verschiebung der Emissionswellenlänge ist sogar größer als das Transmissionsfenster des Filters. Erfindungsgemäß wird eine Halbleitersolltemperatur (TSoll) von + 80°C gewählt, woraus eine Emissionswellenlänge von 825nm resultiert. Das Transmissionsfenster des Filters der IR-Kamera wird dabei so gewählt, dass die Mitte des Transmissionsfilters bei 825nm liegt. Die in 2 dargestellten Verläufe für die Filtercharakteristik und die spektrale Emission der IR-Halbleiterlaserdiode sind lediglich schematisch dargestellt. Tatsächlich hat ein derartiges Filter keinen so ausgeprägt rechteckförmigen Verlauf. Auch das Emissionsspektrum einer IR-Halbleiterlaserdiode ist nicht rechteckförmig, sondern eher um eine zentrale Emissionswellenlänge herum gaußförmig mit einer Halbwertsbreite von wenigen Nanometern. Bei der IR-Halbleiterlaserdiode vom Typ SPL 2Y81 der Fa. OSRAM beträgt die spektrale Halbwertsbreite 3nm. Wenn von der Emissionswellenlänge der IR-Halbleiterlichtquelle die Rede ist, so ist damit immer die zentrale Emissionswellenlänge gemeint. 2 schematically shows the range of the spectral sensitivity of the IR camera and the position of the emission wavelength (λ) of the IR semiconductor laser diode at different semiconductor temperatures. The spectral sensitivity of the IR camera is determined essentially by a filter upstream of the camera. In the case shown, the filter has a transmission window with a width of 20 nm. How out 2 As can be seen, the central emission wavelength shifts within a range of -5 ° C to + 80 ° C for the semiconductor temperature already by 25nm, ie the temperature-dependent shift of the emission wavelength is even greater than the transmission window of the filter. According to the invention, a desired semiconductor temperature (T target ) of + 80 ° C. is selected, resulting in an emission wavelength of 825 nm. The transmission window of the filter of the IR camera is chosen so that the center of the transmission filter is at 825 nm. In the 2 shown curves for the filter characteristic and the spectral emission of the IR semiconductor laser diode are shown only schematically. In fact, such a filter does not have such a pronounced rectangular shape. The emission spectrum of an IR semiconductor laser diode is not rectangular, but rather Gaussian around a central emission wavelength with a half-value width of a few nanometers. In the case of the SPL 2Y81 IR semiconductor laser diode from OSRAM, the spectral half-width is 3 nm. If from the emission wavelength ge of the IR semiconductor light source is mentioned, it is always meant the central emission wavelength.

4 zeigt ein Blockschaltbild des IR-Sichtsystems. Dabei ist die IR-Halbleiterlichtquelle im oder am Scheinwerfer des Kraftfahrzeuges angeordnet. Dabei kann der Scheinwerfer bzw. das Scheinwerfergehäuse durchaus mehrere Kammern aufweisen, wobei die konventionelle Lichtquelle in einer Kammer und die IR-Halbleiterichtquelle in einer anderen Kammer untergebracht sein kann. Zur Abfuhr der Verlustwärme, die beim Betrieb der Halbleiterlichtquelle selbst erzeugt wird, ist die IR-Halbleiterlichtquelle thermisch mit einem Kühlkörper verbunden. Zum Aufheizen der IR-Halbleiterlichtquelle auf die Solltemperatur (TSoll) ist diese thermisch mit einer elektrisch ansteuerbaren Heizeinrichtung gekoppelt. Die von der IR-Halbleiterlichtquelle ausgesandte IR-Strahlung wird von Objekten vor dem Kraftfahrzeug reflektiert, wobei die reflektierte Strahlung von einer IR-Kamera empfangen wird. Dabei ist die IR-Kamera von einer Kamera gebildet, der ein schmalbandiges Filter vorgeschaltet ist. 4 shows a block diagram of the IR vision system. In this case, the IR semiconductor light source is arranged in or on the headlight of the motor vehicle. In this case, the headlight or the headlight housing may well have a plurality of chambers, wherein the conventional light source can be accommodated in one chamber and the IR semiconductor light source in another chamber. To dissipate the heat loss, which is generated during operation of the semiconductor light source itself, the IR semiconductor light source is thermally connected to a heat sink. For heating the IR semiconductor light source to the desired temperature (T target ), this is thermally coupled to an electrically controllable heating device. The IR radiation emitted by the IR semiconductor light source is reflected by objects in front of the motor vehicle, the reflected radiation being received by an IR camera. The IR camera is formed by a camera, which is preceded by a narrow-band filter.

Zur Bestimmung der Temperatur der Halbleiterlichtquelle wird in einer Ausführungsform ein Temperatursensor verwendet, der in wärmeleitender Verbindung mit der IR-Halbleiterlichtquelle und/oder dem der Kühlkörper der Halbleiterlichtquelle steht.to Determining the temperature of the semiconductor light source is in one embodiment a temperature sensor used in thermally conductive connection with the IR semiconductor light source and / or the heat sink of the Semiconductor light source is.

In einer alternativen Ausführungsform wird die Temperatur der IR-Halbleitertemperatur bestimmt, indem die Flußspannung des Halbleiters, d.h. die Spannung am pn-Übergang (junction) des Halbleiters, gemessen wird, wobei die Halbleitertemperatur (auch Junction-Temperatur genannt) aus der dem Fachmann bekannten Abhängigkeit der Flußspannung von der Temperatur ermittelt wird. Somit kann auf in kostengünstiger Weise auf die Verwendung eines separaten Temperatursensors verzichtet werden.In an alternative embodiment the temperature of the IR semiconductor temperature is determined by the river tension of the semiconductor, i. the voltage at the pn junction of the semiconductor, is measured, the semiconductor temperature (also called junction temperature) from the dependence of the forward voltage known to the person skilled in the art is determined by the temperature. Thus, on in more cost effective Way waived the use of a separate temperature sensor become.

Zur Bestimmung der Halbleiterumgebungstemperatur (ϑSW) wird ein Temperatursensor im Inneren des Schweinwerfers verwendet, wobei die Temperatur im Scheinwerfer der Halbleiterumgebungstemperatur (ϑSW) entspricht.For determining the semiconductor ambient temperature (θ SW ), a temperature sensor is used inside the piglet, with the temperature in the headlight corresponding to the semiconductor ambient temperature (θ SW ).

In einer Ausführungsform wird auf die unmittelbare Bestimmung der Halbleitertemperatur verzichtet. Stattdessen wird eine Zuordnung zwischen der Halbleiterumgebungstemperatur (ϑSW) und der Halbleitertemperatur (ϑHL) hergestellt, so dass aus der Halbleiterumgebungstemperatur (ϑSW) die Halbleitertemperatur (ϑHL) ermittelbar ist. Diese Zuordnung kann beispielsweise in Form einer Kennlinie hergestellt werden.In one embodiment, the immediate determination of the semiconductor temperature is dispensed with. Instead, an association between the semiconductor ambient temperature (θ SW ) and the semiconductor temperature (θ HL ) is established so that the semiconductor temperature (θ HL ) can be determined from the semiconductor ambient temperature (θ SW ). This assignment can be made for example in the form of a characteristic.

Die Halbleitertemperatur (ϑHL) und/oder die Halbleiterumgebungstemperatur (ϑSW) werden einer Auswerte- und Steuereinrichtung zugeführt. Diese wiederum steuert die Leistungssteuerung der Heizeinrichtung sowie die Leistungssteuerung der IR-Halbleiterlichtquelle.The semiconductor temperature (θ HL ) and / or the semiconductor ambient temperature (θ SW ) are supplied to an evaluation and control device. This in turn controls the power control of the heater and the power control of the IR semiconductor light source.

In 3 sind die verschiedenen Modi zum Betrieb des IR-Sichtsystems dargestellt.In 3 The different modes for operating the IR vision system are shown.

Die Grundidee der Erfindung besteht darin, die IR-Halbleiterlichtquelle zur Wellenlängenstabilisierung bei einer Halbleitersolltemperatur (TSoll) zu betreiben, die der Temperatur entspricht, die bei ausgeschalteter Heizeinrichtung maximal zu erwarten ist. In diesem Betriebsbereich (II.) wird die Solltemperatur der IR-Halbleiterlichtquelle über die Heizeinrichtung auf einem konstant hohen Niveau eingestellt. Typische Werte für die Solltemperatur liegen zwischen 70°C und 100°C. Dieser Betriebsbereich (II.) ist typischerweise bei Halbleiterumgebungstemperaturen (ϑSW) (= Scheinwerferinnentemperatur) zwischen –30°C und +40°C aktiv. Bei Halbleiterumgebungstemperaturen (ϑSW) von +40°C, die aufgrund der Außentemperatur im Sommer, der Motorabwärme, der Abwärme der konventionellen Lichtquelle etc. erreicht werden, wird die Heizeinrichtung abgeschaltet, da die Halbleitersolltemperatur (TSoll) durch die Eigenwärme der IR-Halbleiterlichtquelle allein erreicht wird. Bei sehr niedrigen Halbleiterumgebungstemperaturen (ϑSW) (z.B. Kaltstart im Winter) ist hingegen ein relativ starkes Aufheizen der Halbleiterlichtquelle über die Heizeinrichtung erforderlich, um die IR-Halbleiterlichtquelle auf der Halbleitersolltemperatur (TSoll) zu stabilisieren. Zwischen diesen Grenzwerten wird die Leistung der Heizeinrichtung in Abhängigkeit der Halbleitertemperatur (ϑHL) und/oder der Halbleiterumgebungstemperatur (ϑSW) geregelt. Dieser Betriebsbereich (II.), in dem die Heizeinrichtung eingeschaltet wird, ist durch folgende Temperaturparameter gekennzeichnet:

  • a) Halbleitertemperatur (ϑHL) kleiner oder gleich der Halbleitersolltemperatur (TSoll) ϑHL ≤ TSoll oder
  • b) Halbleiterumgebungstemperatur (ϑSW) innerhalb eines bestimmten Temperaturbereiches: T1 ≤ ϑSW ≤ T2.
The basic idea of the invention is to operate the IR semiconductor light source for wavelength stabilization at a desired semiconductor temperature (T desired ), which corresponds to the maximum temperature that is expected when the heating device is switched off. In this operating range (II.), The target temperature of the IR semiconductor light source via the heater is set to a constant high level. Typical values for the setpoint temperature are between 70 ° C and 100 ° C. This operating range (II.) Is typically active at semiconductor ambient temperatures (θSW) (= headlamp interior temperature) between -30 ° C and + 40 ° C. At semiconductor ambient temperatures (θ SW ) of + 40 ° C, which are achieved due to the outside temperature in the summer, the engine waste heat, the waste heat of the conventional light source, etc., the heater is turned off because the semiconductor target temperature (T Soll ) by the heat of the IR Semiconductor light source is achieved alone. At very low semiconductor ambient temperatures (θ SW ) (eg cold start in winter), on the other hand, a relatively strong heating of the semiconductor light source via the heating device is required in order to stabilize the IR semiconductor light source at the desired semiconductor temperature (T target ). Between these limits, the power of the heater is controlled as a function of the semiconductor temperature (θ HL ) and / or the semiconductor ambient temperature (θ SW ). This operating range (II.), In which the heating device is switched on, is characterized by the following temperature parameters:
  • a) semiconductor temperature (θ HL ) less than or equal to the semiconductor target temperature (T target ) θ HL ≤ T Should or
  • b) Semiconductor ambient temperature (θ SW ) within a certain temperature range: T 1 ≤ θ SW ≤ T 2 ,

Wenn die Halbleiterumgebungstemperatur (ϑSW) bei ausgeschaltet Heizung die Temperatur T2 überschreitet, wird in einem weiteren Betriebsbereich (III.) eine Erhöhung der Halbleitertemperatur (ϑHL) um eine Differenztemperatur (ΔT) über die Solltemperatur (TSoll) hinaus toleriert, da die damit verbundene Wellenlängenverschiebung noch unkritisch ist.When the semiconductor ambient temperature (θ SW ) exceeds the temperature T 2 when the heater is off, in a further operating range (III.), An increase in the semiconductor temperature (θ HL ) by a differential temperature (ΔT) beyond the target temperature (T Soll ) is tolerated the associated wavelength shift is still uncritical.

Erst wenn die Halbleitertemperatur (ϑHL) und/oder die Halbleiterumgebungstemperatur (ϑSW) einen Schwellwert (z.B. 105°C für die Halbleitertemperatur und 50°C für die Halbleiterumgebungstemperatur) überschritten hat, wird in einem weiteren Betriebsbereich (IV.) die Leistung der IR-Halbleiterlichtquelle reduziert, um die Halbleitertemperatur (ϑHL) zu senken, um damit die Abweichung der Wellenlänge von der Sollwellenlänge zu minimieren. Mit der Reduzierung der Leistung der Halbleiterlichtquelle ist zwar auch eine Reduzierung der Reichweite der von der Halbleiterlichtquelle ausgesandten Strahlung verbunden, jedoch kann mit dieser Maßnahme erreicht werden, dass die Halbleitertemperatur die Solltemperatur nur um eine noch hinnehmbare Differenztemperatur (ΔT) überschreitet, so dass sich auch die Wellenlänge nur um einen noch tolerierbaren Betrag Δλtol. ändert und somit noch innerhalb des spektralen Empfindlichkeitsbereiches der IR-Kamera liegt.Only when the semiconductor temperature (θ HL ) and / or the semiconductor ambient temperature (θ SW ) has exceeded a threshold value (eg 105 ° C for the semiconductor temperature and 50 ° C for the semiconductor ambient temperature), in a further operating range (IV.) the power of the IR semiconductor light source is reduced by the semiconductor temperature (θ HL ) to minimize the deviation of the wavelength from the target wavelength. Although reducing the power of the semiconductor light source also reduces the range of the radiation emitted by the semiconductor light source, it can be achieved with this measure that the semiconductor temperature only exceeds the setpoint temperature by a still acceptable differential temperature (ΔT), so that too the wavelength only by an even tolerable amount Δλ tol. changes and thus still lies within the spectral sensitivity range of the IR camera.

5 zeigt den Verlauf der Reichweite des IR-Sichtsystems in Abhängigkeit von der Leistung der IR-Halbleiterlichtquelle in Prozentangaben. Dabei entspricht eine Leistung von 100% der Leistung der IR-Halbleiterlichtquelle bei der Solltemperatur (TSoll). Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, die Leistung der IR-Halbleiterlichtquelle um bis zu 50% zu reduzieren. Die Reichweite des IR-Sichtsystems reduziert sich allerdings in vorteilhafter Weise nicht um 50%, sondern nimmt beispielsweise nur von ca. 160m auf 110m ab. 5 shows the course of the range of the IR vision system as a function of the power of the IR semiconductor light source in percentages. In this case, a power of 100% corresponds to the power of the IR semiconductor light source at the target temperature (T target ). According to the invention, it is provided to reduce the power of the IR semiconductor light source by up to 50%. However, the range of the IR vision system is not reduced advantageously by 50%, but decreases, for example, only from about 160m to 110m.

Bei sehr niedrigen Halbleiterumgebungstemperaturen (ϑSW), z.B. kleiner als –30°C, wird die Leistung der Heizeinrichtung nicht weiter gesteigert. In diesem Betriebsbereich (I.) wird die Heizeinrichtung mit einer konstanten Heizleistung betrieben, die der maximalen Heizleistung entspricht für die die Heizeinrichtung ausgelegt ist. Eine damit verbundene geringfügige Abnahme der Halbleitersolltemperatur wird in Kauf genommen, da die damit verbundene Abnahme der Wellenlänge noch tolerierbar ist.At very low semiconductor ambient temperatures (θ SW ), eg less than -30 ° C, the heater power will not increase further. In this operating range (I.), the heater is operated at a constant heat output, which corresponds to the maximum heating power for which the heater is designed. An associated slight decrease in the semiconductor target temperature is accepted because the associated decrease in wavelength is still tolerable.

Claims (13)

Verfahren zum Betreiben eines Infrarot-Sichtsystems für Kraftfahrzeuge, wobei das IR-Sichtsystem aus folgenden Komponenten besteht: – einer in oder an einem Scheinwerfer angeordneten IR-Halbleiterlichtquelle, insbesondere einer IR-Halbleiterlaserdiode, welche bei einer bestimmten Solltemperatur (TSoll) für den Halbleiter eine Emissionswellenlänge (λSoll) aufweist, wobei die Wellenlänge (λ) sich in Abhängigkeit der Halbleitertemperatur (ϑHL) ändert, – einer IR-Kamera mit einer auf die Emissionswellenlänge (λSoll) der Halbleiterlichtquelle abgestimmten spektralen Empfindlichkeit (λSoll ± Δλ), – einer Heizeinrichtung zur Beeinflussung der Halbleitertemperatur (ϑHL), – Mitteln zur Bestimmung der Halbleitertemperatur (ϑHL) und/oder der Halbleiterumgebungstemperatur (ϑSW), wobei die Heizeinrichtung in Abhängigkeit der Halbleitertemperatur (ϑHL) und/oder der Halbleiterumgebungstemperatur (ϑSW) angesteuert wird, um die Wellenlänge (λ) der Halbleiterlichtquelle zu stabilisieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterlichtquelle zur Wellenlängenstabilisierung bei einer Halbleitersolltemperatur (TSoll) betrieben wird, diese Halbleitersolltemperatur (TSoll) der Halbleitertemperatur entspricht, die bei ausgeschalteter Heizeinrichtung maximal zu erwarten ist.Method for operating an infrared vision system for motor vehicles, wherein the IR vision system consists of the following components: an IR semiconductor light source arranged in or on a headlight, in particular an IR semiconductor laser diode, which is at a specific target temperature (T target ) for the semiconductor an emission wavelength (λ nominal ), wherein the wavelength (λ) changes as a function of the semiconductor temperature (θ HL ), - an IR camera with a spectral sensitivity (λ nominal ± Δλ) matched to the emission wavelength (λ target ) of the semiconductor light source A heating device for influencing the semiconductor temperature (θ HL ), means for determining the semiconductor temperature (θ HL ) and / or the semiconductor ambient temperature (θ SW ), the heating device being dependent on the semiconductor temperature (θ HL ) and / or the semiconductor ambient temperature ( θ SW ) is controlled to the wavelength (λ) of the half to stabilize pusher light source, characterized in that the semiconductor light source for wavelength stabilization at a desired semiconductor temperature (T Soll ) is operated, this semiconductor target temperature (T Soll ) corresponds to the semiconductor temperature, which is to be expected maximum when the heater is turned off. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Wellenlängenstabilisierung die Leistung der Halbleiterlichtquelle reduziert wird, wenn die Halbleitertemperatur (ϑHL) und/oder die Halbleiterumgebungstemperatur (ϑSW) einen Schwellwert überschritten hat.Method according to Claim 1, characterized in that, for wavelength stabilization, the power of the semiconductor light source is reduced when the semiconductor temperature (θ HL ) and / or the semiconductor ambient temperature (θ SW ) has exceeded a threshold value. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrieb des IR-Sichtsystems in Abhängigkeit der Halbleitertemperatur (ϑHL) und/oder der Halbleiterumgebungstemperatur (ϑSW) in verschiedene Betriebsbereiche eingeteilt ist.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the operation of the IR vision system in dependence of the semiconductor temperature (θ HL ) and / or the semiconductor ambient temperature (θ SW ) is divided into different operating ranges. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Betriebsbereich (II.), in dem die Heizeinrichtung eingeschaltet wird, wobei dieser Betriebsbereich durch folgende Temperaturparameter gekennzeichnet ist: c) Halbleitertemperatur (ϑHL) kleiner oder gleich der Halbleitersolltemperatur (TSoll) ϑHL ≤ TSoll oder d) Halbleiterumgebungstemperatur (ϑSW) innerhalb eines bestimmten Temperaturbereiches: T1 ≤ ϑSW ≤ T2. Method according to Claim 3, characterized by an operating region (II.) In which the heating device is switched on, this operating region being characterized by the following temperature parameters: c) semiconductor temperature (θ HL ) less than or equal to the desired semiconductor temperature (T target ) θ HL ≤ T Should or d) semiconductor ambient temperature (θ SW ) within a certain temperature range: T 1 ≤ θ SW ≤ T 2 , Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch einen Betriebsbereich (III.), in dem die Heizeinrichtung ausgeschaltet wird, wobei dieser Betriebsbereich durch folgende Temperaturparameter gekennzeichnet ist: a) Halbleitertemperatur (ϑHL) größer als die Halbleitersolltemperatur (TSoll) und kleiner oder gleich einem Temperaturwert, der der Halbleitersolltemperatur (TSoll) plus einer Differenztemperatur ΔT entspricht: TSoll < ϑHL ≤ TSoll + ΔToder b) Halbleiterumgebungstemperatur (ϑSW) innerhalb eines bestimmten Temperaturbereiches: T2 < ϑSW ≤ T3. Method according to Claim 3 or 4, characterized by an operating region (III.) In which the heating device is switched off, this operating region being characterized by the following temperature parameters: a) semiconductor temperature (θ HL ) greater than the desired semiconductor temperature (T target ) and smaller or equal to a temperature value corresponding to the target semiconductor temperature (T target ) plus a differential temperature ΔT: T Should <θ HL ≤ T Should + ΔT or b) Semiconductor ambient temperature (θ SW ) within a certain temperature range: T 2 <θ SW ≤ T 3 , Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, gekennzeichnet durch einen Betriebsbereich (IV.), in dem die Heizeinrichtung ausgeschaltet und die Leistung der Halbleiterlichtquelle reduziert wird, wobei dieser Betriebsbereich durch folgende Temperaturparameter gekennzeichnet ist: a) Halbleitertemperatur (ϑHL) größer einem Temperaturwert, der der Halbleitersolltemperatur (TSoll) plus einer Differenztemperatur ΔT entspricht: ϑHL > TSoll + ΔToder b) Halbleiterumgebungstemperatur (ϑSW) größer als ein bestimmter Temperaturwert: ϑSW > T3. Method according to one of Claims 3 to 5, characterized by an operating region (IV) in which the heating device is switched off and the power of the semiconductor light source is reduced, this operating region being characterized by the following temperature parameters: a) semiconductor temperature (θ HL ) greater than a temperature value , which corresponds to the semiconductor target temperature (T Soll ) plus a differential temperature ΔT: θ HL > T Should + ΔT or b) semiconductor ambient temperature (θ SW ) greater than a certain temperature value: θ SW > T 3 , Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, gekennzeichnet durch einen Betriebsbereich (I.), in dem die Heizeinrichtung eingeschaltet wird, wobei dieser Betriebsbereich durch folgende Temperaturparameter gekennzeichnet ist: a) Halbleitertemperatur (ϑHL) kleiner als die Halbleitersolltemperatur (TSoll) ϑHL ≤ TSoll,und b) Halbleiterumgebungstemperatur (ϑSW) kleiner als ein bestimmter Temperaturwert: ϑSW < T1. Method according to one of Claims 3 to 6, characterized by an operating region (I.) in which the heating device is switched on, this operating region being characterized by the following temperature parameters: a) semiconductor temperature (θ HL ) less than the desired semiconductor temperature (T desired ) θ HL ≤ T Should . and b) Semiconductor ambient temperature (θ SW ) less than a certain temperature value: θSW <T 1 , Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung in diesem Betriebsbereich mit einer konstanten Heizleistung betrieben wird, die der maximalen Heizleistung entspricht für die die Heizeinrichtung ausgelegt ist.Method according to claim 7, characterized in that that the heater in this operating range with a constant Heating power is operated, which corresponds to the maximum heating power for the the heater is designed. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel zur Bestimmung der Halbleitertemperatur (ϑHL) ein Temperatursensor verwendet wird, der in wärmeleitender Verbindung mit der Halbleiterlichtquelle steht.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a temperature sensor which is in heat-conducting connection with the semiconductor light source is used as the means for determining the semiconductor temperature (θ HL ). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel zur Bestimmung der Halbleitertemperatur (ϑHL) die Messung der Fluß-Spannung des Halbleiters verwendet wird.Method according to one of Claims 1 to 8, characterized in that the measurement of the flow voltage of the semiconductor is used as the means for determining the semiconductor temperature (θ HL ). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel zur Bestimmung der Halbleiterumgebungstemperatur (ϑSW) ein Temperatursensor im Inneren des Schweinwerfers verwendet wird, wobei die Temperatur im Scheinwerfer der Halbleiterumgebungstemperatur (ϑSW) entspricht.Method according to one of the preceding claims, characterized in that as means for determining the semiconductor ambient temperature (θ SW ), a temperature sensor is used inside the Schweinwerfers, wherein the temperature in the headlight of the semiconductor ambient temperature (θ SW ) corresponds. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zuordnung zwischen der Halbleiterumgebungstemperatur (ϑSW) und der Halbleitertemperatur (ϑHL) hergestellt wird, so dass aus der Halbleiterumgebungstemperatur (ϑSW) die Halbleitertemperatur (ϑHL) ermittelbar ist.A method according to claim 10 or 11, characterized in that an association between the semiconductor ambient temperature (θ SW ) and the semiconductor temperature (θ HL ) is established, so that from the semiconductor ambient temperature (θ SW ), the semiconductor temperature (θ HL ) can be determined. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuordnung zwischen der Halbleiterumgebungstemperatur (ϑSW) und der Halbleitertemperatur (ϑHL) in Form einer Kennlinie hergestellt wird.A method according to claim 12, characterized in that the relationship between the semiconductor ambient temperature (θ SW ) and the semiconductor temperature (θ HL ) is produced in the form of a characteristic curve.
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