DE4035457A1 - Infrarotscheinwerfer fuer ein ueberwachungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Infrarotscheinwerfer für ein Überwachungs­ system mit einer Strahlerfläche aus matrixförmig angeordneten Leucht­ dioden, die mit einer Versorgungsschaltung verbunden sind, wobei die Versorgungsschaltung mindestens ein Ansteuerelement für einen strom­ stabilisierten Betrieb mehrerer, mit je einer Treiberschaltung versehe­ ner Ketten aus in Reihe geschalteten Leuchtdioden aufweist.

Aus dem deutschen Gebrauchsmuster G 88 15 418.1 ist ein Infrarotschein­ werfer 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 Treiber­ schaltung 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 Scheinwerfer aufweist und bei dem es insbesondere bei Ausfall einer Diode oder Treiberschaltung nicht zu Teilabschattungen kommt. Weiterhin soll der Scheinwerfer einen sparsameren Betrieb als bisher sowie eine vielseitigere Anwendung im Überwachungssystem ermög­ lichen.

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

Mit den Merkmalen des Patentanspruchs 3 läßt sich der Infrarotschein­ werfer 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-Betrieb" 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 (I₁), dadurch wird die Lichtausbeute gegenüber dem kontinuierlichem Betrieb beibehalten. Auch läßt sich der Schein­ werfer automatisch über eine Videokamera ein- bzw. ausschalten, wenn die Lichtverhältnisse und damit die Stärke des Video-Signals 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 Scheinwer­ fers 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 Abschwächung 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 angeord­ neten 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 ₁ und 2 ₂, die abwechselnd mit zwei redundanten Ansteuerelemten 3 ₁ und 3 ₂ verbunden sind. Die Ansteuerelemente sind mit einer Triggerstufe 5 und einem Dämmerungsschalter 4 verbunden, deren Signaleingang an den Videoausgang V_S 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 2 ₁ bzw. 2 ₂ 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 Strahlerfläche 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 Strah­ lerfläche 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 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 unter­ schiedlichen Steuersignale aus einem externen Videosignal V_S einer Überwachungskamera und einem "Shutter-control"-Signal Sh erzeugt werden.

Für den sog. "Frame-Transfer"-Betrieb werden dem Videosignal mittels eines Sychronisationsimpulsseparators 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 V_S wird mittels eines Komparators 13 ein Dämmerungsschalter realisiert. Der Komparator vergleicht das aufinte­ grierte Videosignal eines Abtastvorganges mit einem vorgegebenen Schwellwert, wobei durch ein Unter- bzw. Überschreiten dieses Schwell­ wertes 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 Infrarotschein­ werfer nur vergleichsweise kurz aufleuchtet. Diese Steuerung wird durch ein Zeitglied 15 bewirkt, welches aus dem "Shutter-control"-Signal und dem separierten Synchronisationssignal aus dem Synchronisationsimpuls­ separator 11 einen in seiner Länge einstellbaren Impuls erzeugt, der wiederum über die logische Verknüpfung 14 den Schalter 10 einschaltet. Im "Shutter"-Betrieb liefern die Ansteuerelemente 3 ₁ und 3 ₂ eine höhere Steuerspannung für die Treiberschaltungen 2 ₁ bzw. 2 ₂, so daß die Leuchtdioden 1 mit einem höheren Strom I₂ als bei den sonstigen Betriebsarten (I₁) betrieben werden.

Da, wie in Fig. 1 dargestellt ist, die Ansteuerelemente 3 redundant vorhanden sind, ist gewährleistet, daß selbst bei Ausfall eines dieser Elemente der Scheinwerfer noch den gesamten vorgesehenen Bereich aus­ leuchtet, 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 (9)

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 gekenn­ zeichnet, daß die Versorgungsschaltung einen durch ein externes elektrisches Signal (V_S) ansteuerbaren Schalter (10) aufweist, welcher die Leuchtdioden (1) ein- bzw. ausschaltet.

4. Infrarotscheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , gekenn­ zeichnet, durch eine elektrische Schaltung (Fig. 2) zur Auswertung des Videosignals (V_S) 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 (V_S) den elektrischen Schalter (10) periodisch mit der Bildfrequenz der Überwachungskamera ein- bzw. ausschaltet.

6. Infrarotscheinwerfer nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die elektrische Schaltung (Fig. 2) zur Auswertung des Videosignals (V_S) einen Komparator (13) aufweist, der bei Unterschrei­ ten 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 Signal­ quelle 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, insbesondere dem Bildwinkel der Überwachungskamera entspricht.

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