DE19731754C2

DE19731754C2 - Combination of infrared laser distance sensors with headlights

Info

Publication number: DE19731754C2
Application number: DE19731754A
Authority: DE
Inventors: Martin Spies
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-07-23
Filing date: 1997-07-23
Publication date: 2002-10-24
Anticipated expiration: 2017-07-24
Also published as: DE19731754A1

Description

Die Erfindung betrifft, Kombination Infrarot-Laser-Abstandssensoren mit Schein werfern gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to combining infrared laser distance sensors with glow throwing according to the preamble of claim 1.

Eine solche Kombination Infrarot-Laser-Abstandssensoren mit Scheinwerfern ist durch Versuchsfahrzeuge bekannt. Für solche Versuchsfahrzeug wurden IR-Ab standssensoren direkt in Scheinwerfer integriert oder deren Sende- und Empfangs einheiten 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 Justageprob leme auftreten und außerdem mehrkanalige Systeme teuer werden. Außerdem sind diese Methoden für eine Serienanwendung nicht geeignet.One such combination is infrared laser distance sensors with headlights known from test vehicles. For such test vehicles, IR-Ab level sensors directly integrated in headlights or their transmission and reception units coupled into the headlamp by means of light guides and with their own optics projected onto the traffic situation. These solutions have the disadvantage that Direct installation due to the heat development in the headlight expensive components for the IR sensor are necessary, while when coupling via fiber optic adjustment test leme occur and also multi-channel systems become expensive. Also are these methods are not suitable for series application.

Aus der JP 6-325 296 A ist ein optischer Abstandsmesser in Kombination mit einem Kfz-Scheinwerfer bekannt. Der Empfänger des Entfernungsmesser ist dort in den Scheinwerfer integriert und im Fokus des achsparallelen Lichtbündels der Frontlinse angeordnet. Das Abblendlicht ist dabei gegen den Fokus der Linse nach oben ver setzt angeordnet. Eine Anpassung der Strahlungsleistung des Abstandssensors ist hieraus jedoch nicht zu erkennen.From JP 6-325 296 A is an optical distance meter in combination with one Automotive headlights known. The receiver of the rangefinder is there in the Headlights integrated and in the focus of the axially parallel light beam of the front lens arranged. The low beam is ver up against the focus of the lens sets arranged. An adjustment of the radiation power of the distance sensor is however, not recognizable from this.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Kombination Infrarot-Laser- Abstandssensoren mit Scheinwerfern der eingangs genannten Art den Augenschutz für Passanten zu verbessern.The invention has for its object, in a combination infrared laser Distance sensors with headlights of the type mentioned at the outset provide eye protection for passers-by to improve.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale im Anspruch 1 gelöst.This object is achieved by the characterizing features in claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekenn zeichnet.Advantageous embodiments of the invention are characterized in the subclaims records.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der, in den Zeichnungen 1 bis 6 darge stellten Ausführungsbeispielen erläutert.The invention is illustrated below with reference to the, in the drawings 1 to 6 Darge presented embodiments explained.

Description of the invention

Vorliegende Erfindung vermeidet die oben genannten Nachteile und wird anhand der Fig. 1 bis Fig. 6 beschrieben.Present invention avoids the disadvantages mentioned above and will be 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 duch 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 Augenlidreftex 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 of the headlamp is projected through the cover plate 102 with the beam path 110 onto the traffic scene. The distance sensor 103 is attached outside the housing, the receiving diodes and laser diodes of which 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 through 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. 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 firmly 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 is 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 it is transparent for the light of the gas discharge lamp. 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 with its window 205 directly to the headlight housing 101 . 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 Fahrzene 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 image on the driving scene 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 a corresponding 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 headlamp, only the reflector of the headlamp 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 abgebildet. Bei eingeschalteter Halogenlampe 304 kommt ein kleiner Teil des Lichtes durch den Teil-Parabolspiegel 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 over the partial parabolic mirror. When the halogen lamp 304 is switched on, a small part of the light comes through the partial parabolic mirror 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 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 on the same area as the laser diode within the headlight reflector 307 or at another location via the additional cover plate 309 on the partial parabolic mirror. The IR sensor sits outside the headlamp and still uses its cover plate 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 airstream. 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 Leuchtweiteneintstellung 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 ein 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 part. 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. With the horizontal setting, the reflector part for headlights 401 and for IR sensor 402 moves to positions 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 the pivoted reflector, the pivoting angle is doubly effective 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 Impulssleistung 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. 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 Schrittmotors 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 der Scheinwerfer als auch der Abstandssensor 601 nützen die gleiche Abdeckscheibe 609. Der Spiegel 606 ist für sichtbares Licht durchlässig, für das IR Licht des Sensors reflektierend beschichtet.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. 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 dries 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 about the axis of the stepper 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 for visible light, and is reflectively coated 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. As optical beams are possible from around 10 GHz the invention is also for high-frequency distance sensors such as Radar sensors can be used.

Claims

1. Combination of infrared laser distance sensors with headlights with the following features:
The same optical components are sometimes used for imaging for the sensor and the headlight.
The laser power of the distance sensor is adjusted by monitoring the intensity of the visible headlight light
If the headlight intensity fails or is reduced, the laser power is varied accordingly.

2. Combination according to claim 1, wherein the sensor electronics themselves, or parts thereof ben outside the headlight and thus cooled by the ambient air become.

3. Combination according to one of claims 1 or 2, wherein the vertical adjustment of the Distance sensor with which the headlight is combined.