DE10341429A1 - IR-Sichtsystem und Verfahren zum Betreiben eines IR-Sichtsystems - Google Patents
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Abstract
Bekannte IR-Sichtsysteme weisen zur Erzeugung eines Bildes von einer Fläche mit Hilfe von IR-Strahlen sowohl eine zweidimensionale Anordnung von IR-Sendeelementen zur Bestrahlung der Fläche als auch eine zweidimensionale Anordnung von Empfangselementen zum Empfangen der reflektierten IR-Strahlen auf. Es soll ein IR-Sichtsystem und ein entsprechendes Verfahren entwickelt werden, bei dem die Erzeugung eines Bildes mit wenigen Bauteilen ermöglicht werden soll. DOLLAR A Bei einem erfindungsgemäßen IR-Sichtsystem sind alle IR-Sendeelemente in einer Reihe angeordnet, wobei jedes IR-Sendeelement durch ein Optikelement einen senkrecht zu der Reihe der IR-Sendeelemente verlaufenden Streifen bestrahlt. Auch alle Empfangselemente sind in einer Reihe angeordnet, die senkrecht zur Reihe der IR-Sendeelemente verläuft. Die Empfangselemente empfangen mit Hilfe von Optikelementen IR-Strahlen eines parallel zur Reihe der IR-Sendeelemente verlaufenden Streifens. Die streifenweise Ausrichtung der IR-Sendeelemente und der Empfangselemente ermöglicht bei einer pulsweisen Ansteuerung der IR-Sendeelemente die Aufnahme eines zweidimensionalen Bildes. DOLLAR A Nicht-Sichtsystem z. B. für Kraftfahrzeuge.
Description
- Die Erfindung betrifft ein IR-Sichtsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Betreiben eines IR-Sichtsystems gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 5.
- Ein gattungsgemäßes IR-Sichtsystem und ein gattungsgemäßes Verfahren, ein IR-Sichtsystem zu betreiben, ist aus der
DE 101 29 743 A1 bekannt. In dieser Schrift ist ein Fahrzeugscheinwerfer mit einem zweidimensionalen Array aus einer Vielzahl von elektronischen Leuchtelementen und einer Ansteuerelektronik für die Leuchtelemente beschrieben. Die Leuchtelemente können als IR-Sendeelemente, z.B. als Laserdioden ausgebildet sein. Laserdioden können gepulst betrieben werden. Zum Empfangen von emittierten und reflektierten IR-Strahlen kann eine CCD-Kamera eingesetzt werden. Eine CCD-Kamera weist eine zweidimensionale Anordnung von Empfangselementen, Pixel genannt, auf. - Zur Erzeugung eines Bildes einer Fläche mit Hilfe von IR-Strahlen wird bei dem in der
DE 101 29 743 A1 beschriebenen Sichtsystem eine zweidimensionale Anordnung von IR-Sendeelementen zur Bestrahlung der Fläche als auch eine zweidimensionale Anordnung von Empfangselementen zum Empfangen der reflektierten IR-Strahlen eingesetzt. Sowohl der Sender als auch der Empfänger besteht aus vielen Bauteilen und ist aufwändig herzustellen. - Aufgabe der Erfindung ist es, ein IR-Sichtsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Betreiben eines IR-Sichtsystems gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 5 zu entwickeln, wobei die Erzeugung eines Bildes von einer bestrahlten Fläche mit wenigen Bauteilen ermöglicht werden soll.
- Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 5 gelöst. Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
- Erfindungsgemäß sind alle IR-Sendeelemente des IR-Sichtsystems in einer Reihe angeordnet. Sie sind jeweils mit einem Optikelement versehen, durch das die IR-Strahlen derart geformt werden, dass sie auf einen Streifen der Fläche auftreffen. Diese Streifen verlaufen senkrecht zu der Reihe der IR-Sendeelemente. Sie liegen nebeneinander und erstrecken sich über die gesamte Fläche.
- Auch alle Empfangselemente sind in einer Reihe angeordnet, wobei diese Reihe senkrecht zur Reihe der IR-Sendeelemente verläuft. Die Empfangselemente sind jeweils mit einem Optikelement versehen. Durch das Optikelement werden die von einem parallel zur Reihe der IR-Sendeelemente verlaufenden Streifen der Fläche reflektierten IR-Strahlen geformt, so dass sie auf das Empfangselement treffen. Diese Streifen liegen ebenfalls nebeneinander und erstrecken sich über die gesamte Fläche.
- Als Fläche ist der durch das IR-Sichtsystem zu erkennende Bildausschnitt bezeichnet.
- Die Fläche ist in einer Richtung in die Streifen der IR-Sendeelemente und in eine dazu senkrechten Richtung in die Streifen der Empfangselemente unterteilt. Bei einer pulsweisen Ansteuerung der IR-Sendeelemente empfangen die Empfangselemente IR-Strahlen von Teilfächen, die sich aus den Schnittflächen der Streifen der IR-Sendeelemente und der Streifen der Empfangselemente ergeben. Diese streifenweise Ausrichtung der IR-Sendeelemente und der Empfangselemente ermöglicht bei einer pulsweisen Ansteuerung der IR-Sendeelemente die Aufnahme eines zweidimensionalen Bildes. Es werden nur Bauteile für eine eindimensionale Anordnung der IR-Sendeelemente und der Empfangselemente benötigt.
- Die Optikelemente sind gemäß Anspruch 2 als Zylinderlinsen ausgebildet. Bevorzugt weisen die IR-Sendeelemente gemäß Anspruch 3 IR-Laserdioden auf. Mit Hilfe einer zusätzlichen Einheit zur Ermittlung der Laufzeit der IR-Strahlen gemäß Anspruch 4 kann von der Fläche ein dreidimensionales Bild aufgenommen werden.
- Ein IR-Sichtsystem nach den Ansprüchen 1 bis 4 kann mit einem Verfahren gemäß Anspruch 5 betrieben werden. Dabei werden die IR-Sendeelemente gemäß Anspruch 6 mit einer Impulsfrequenz von 10 bis 100 kHz, bevorzugt von 15 bis 40 kHz, betrieben. Die Impulsfrequenz ist umso größer je größer die Anzahl der vorgesehenen IR-Sendeelemente ist, wobei der Aufbau eines gesamten Bildes z.B. mit einer Frequenz von 25 bis 50 Hz erfolgen sollte. Die Empfangselemente werden gemäß Anspruch innerhalb einer Zeit von 0 bis 50 μs (0 bis 50 × 10–6 s), bevorzugt von 5 bis 10 μs, nach jedem Impuls geöffnet. Ein Verfahren gemäß Anspruch 8 ist besonders zum Betreiben eines IR-Sichtsystems nach Anspruch 4 geeignet.
- Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Beispiels weiter erläutert.
1 zeigt eine Funktionsweise,2 eine Anordnung und3 eine Schaltskizze eines erfindungsgemäßen IR-Sichtsystems. - Ein erfindungsgemäßes IR-Sichtsystem weist eine Steuereinrichtung
1 , n IR-Sendeelemente2 und m Empfangselemente3 , die an die Steuereinrichtung1 angeschlossen sind; und eine ebenfalls an die Steuereinrichtung1 angeschlossene Anzeigeeinheit4 auf. Von den n IR-Sendeelementen2 und den m Empfangselementen3 sind in den1 und2 nur 5 dargestelit. - Die n IR-Sendeelemente
2 sind in einer horizontalen Reihe nebeneinander angeordnet. Jedes IR-Sendeelement2 ist mit einem Optikelement, und zwar einer Zylinderlinse5 , versehen. Die m Empfangselemente3 sind in einer vertikalen Reihe, d.h. in einer zu der Reihe der IR-Sendeelemente2 senkrechten Reihe angeordnet. Jedes Empfangselement3 ist mit einem Optikelement und zwar einer Zylinderlinse6 versehen. Die Achsen der Zylinderlinsen5 ,6 verlaufen parallel zu den Richtungen der Reihen der IR-Sende- und der Empfangselemente2 ,3 ; d.h. die Achsen der Zylinderlinsen5 der IR-Sendeelemente2 horizontal und die der Zylinderlinsen6 der Empfangselemente3 vertikal. Die Steuereinrichtung1 weist eine Steuereinheit7 mit einem Mikroprozessor, eine Speichereinheit8 und eine Ausleseeinheit für die Speichereinheit8 mit einer Adressierung9 und einem Multiplexer10 auf. - Die IR-Sendeelemente
2 sind als Halbleiterlaser, und zwar als oberflächenemittierende Laserdioden, VCSEL-S genannt, ausgebildet. Die IR-Sendeelemente2 emittieren Licht im nahen Infrarotbereich mit einer Wellenlänge von 800 bis 1200 nm. Die Empfangselemente3 sind als Halbleiter-Empfangselemente ausgebildet, und zwar als Fotodioden. Sie weisen in der Zeichnung nicht dargestellte Analog/Digitalwandler auf. Sie sind mit der Steuereinheit7 und mit der Speichereinheit8 verbunden. Die IR-Sendeelemente2 sind ebenfalls mit der Speichereinheit8 verbunden. Die Speichereinheit weist n × m Speicherplätze x1, y1 bis xn, ym auf. Die Anzahl der n IR-Sendeelemente2 und m Empfangselemente ist 20 bis 500. - Alternativ können die IR-Sendeelemente
2 als IR-Dioden und die Empfangselemente3 als Fototransistoren ausgebildet sein. - Im Betrieb werden die IR-Sendeelemente
2 durch Impulse der Steuereinheit8 der Steuereinrichtung1 nacheinander angesteuert. Dabei emittieren sie IR-Strahlen11 , die durch die Zylinderlinsen5 zu vertikalen Streifen gebündelt werden und nacheinander in nebeneinanderliegenden Streifen auf eine Fläche12 treffen. Die durch die Zylinderlinsen6 jeweils auf einen horizontalen Streifen der Fläche12 ausgerichteten Empfangselemente3 empfangen die von den nacheinander bestrahlten vertikalen Streifen reflektierten IR-Strahlen13 . - Die IR-Sendeelemente
2 werden mit einer Frequenz der Impulse von 20 kHz angesteuert. Mit einer Verzögerung von 10 μs werden die Empfangselemente3 durch die Steuereinheit1 angesteuert. Die in den Empfangselementen3 erzeugten Ströme werden in den Analog/Digitalwandlern in digitale Werte umgewandelt und in der Speichereinheit8 gespeichert, mit Hilfe der Ausleseeinheit aus der Speichereinheit8 ausgelesen und in der Anzeigeeinheit4 in ein Bild der Fläche12 umgewandelt und angezeigt. - Zur Erzeugung eines Bildes der Fläche erhält zunächst das erste IR-Sendeelement
2 einen Impuls und bestrahlt den ersten vertikalen Streifen der Fläche12 . In1 ist dies der äußere linke, vertikale Streifen. Kurze Zeit, d.h. 10 μs nach diesem Impuls werden die Empfangselemente3 gleichzeitig angesteuert. Das erste Empfangselement3 ist auf den ersten, horizontalen Streifen ausgerichtet. In1 ist dies der obere, horizontale Streifen. Das erste Empfangselement3 empfängt die IR-Strahlen13 von einer Teilfäche x1, y1 der Fläche12 , die die Schnittfläche des ersten, in1 linken, vertikalen Streifens und des ersten, in1 oberen, horizontalen Streifens ist. Der in dem ersten Empfangselement3 erzeugte Strom wird in einen digitalen Wert umgewandelt und im Speicherplatz x1, y1 der Speichereinheit8 gespeichert. Das zweite Empfangselement3 empfängt die IR-Strahlen13 von einer Teilfäche x1, y2 und der aus seinem Strom gewonnene digitale Wert wird im Speicherplatz x1, y2 gespeichert. Entsprechendes gilt für das dritte bis m-te Empfangselement3 und die Speicherplätze x1, y3 bis x1, ym. Der nächste Impuls der Steuereinheit8 aktiviert das zweite IR-Sendeelement2 . Die Empfangselemente3 empfangen die IR-Strahlen13 von den Teilfächen x2, y1 bis x2, ym. Die entsprechenden digitalen Werte werden in den Speicherplätzen x2, y1 bis x2, ym gespeichert. Der Vorgang wird für das dritte bis n-te IR-Sendeelement2 wiederholt. Nach dem Auslesen der Werte des ersten Bildes aus der Speichereinheit8 wird das nächste Bild in gleicher Weise aufgebaut. Dieses IR-Sichtsystem ermöglicht eine zweidimensionale Darstellung der bestrahlten Fläche12 . - Bei einem alternativen IR-Sichtsystem ist die Speichereinrichtung mit einer Einheit zum Ermitteln der Laufzeiten der IR-Strahlen
11 ,13 versehen. Diese Einheit weist eine zweite Steuereinheit und eine zweite Speichereinheit mit ebenfalls n × m Speicherplätzen auf. Die zweite Steuereinheit ist mit der Steuereinheit8 und den Empfangselementen3 verbunden. Die Anzeigeneinheit ist erweitert. - Die Einheit der Steuereinrichtung ermittelt die Laufzeiten der IR-Strahlen
11 ,13 , in dem in ihrer zweiten Steuereinheit die Zeit zwischen den Impulsen an die IR-Sendeelemente2 und dem Stromanstieg in den Empfangselementen3 ermittelt und entsprechende digitale Werte für jede Teilfläche xi, yj in den Speicherplätzen xi, xj abgelegt werden. Diese Werte werden gleichzeitig mit den Helligkeitswerten ausgelesen und mit diesen in der erweiterten Anzeigeeinheit zu einem dreidimensionalen Bild bearbeitet und angezeigt. -
- 1
- Steuereinrichtung
- 2
- IR-Sendeelement
- 3
- Empfangselement
- 4
- Anzeigeeinheit
- 5
- Zylinderlinse
- 6
- Zylinderlinse
- 7
- Steuereinheit
- 8
- Speichereinheit
- 9
- Adressierung
- 10
- Multiplexer
- 11
- emittierte IR-Strahlen
- 12
- Fläche
- 13
- reflektierte IR-Strahlen
Claims (8)
- IR-Sichtsystem mit einer Steuereinrichtung, mehreren IR-Sendeelementen zur Bestrahlung einer Fläche mit IR-Strahlen und mehreren Empfangselemente zum Empfangen von der Fläche reflektierten IR-Strahlen, dadurch gekennzeichnet, dass alle IR-Sendeelemente (
2 ) in einer Reihe angeordnet sind, wobei jedes IR-Sendeelement (2 ) ein Optikelement aufweist, das zur Formung der IR-Strahlen (11 ) zu einem senkrecht zur Reihe der IR-Sendeelemente (2 ) verlaufenden Streifen ausgebildet ist, wobei sich die nebeneinanderliegenden Streifen über die gesamte Fläche (12 ) erstrecken, und alle Empfangselemente (3 ) in einer senkrecht zur Reihe der IR-Sendeelemente (2 ) verlaufenden Reihe angeordnet sind, wobei jedes Empfangselement (3 ) ein Optikelement aufweist, das zur Formung der reflektierten IR-Strahlen (13 ) eines parallel zur Reihe der IR-Sendeelemente (2 ) verlaufenden Streifens ausgebildet ist, wobei sich die Streifen über die gesamte Fläche (12 ) erstrecken. - IR-Sichtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Optikelemente Zylinderlinsen (
5 ,6 ) aufweisen. - IR-Sichtsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die IR-Sendeelemente IR-Laserdioden aufweisen.
- IR-Sichtsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (
1 ) eine Einheit zur Ermittlung der Laufzeiten der IR-Strahlen (11 ,13 ) aufweist. - Verfahren zum Betreiben eines IR-Sichtsystems, nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem durch eine Steuereinrichtung mehrere IR-Sendeelemente gepulst angesteuert werden, durch die IR-Sendeelemente eine Fläche bestrahlt wird, und die von der Fläche reflektierten IR-Strahlen durch mehrere Empfangselemente empfangen werden, dadurch gekennzeichnet, dass durch aufeinanderfolgende Impulse der Steuereinrichtung (
1 ) die in einer Reihe angeordneten IR-Sendeelememnte (2 ) nacheinander angesteuert werden, wobei die IR-Sendeelemente (2 ) senkrecht zur Reihe der IR-Sendeelemente (2 ) verlaufende, nebeneinanderliegende Streifen der Fläche (12 ) nacheinander bestrahlen, und die reflektierten IR-Strahlen (13 ) von den in einer Reihe senkrecht zur Reihe der IR-Sendeelemente (2 ) angeordneten Empfangselementen (3 ) empfangen werden, wobei die Empfangselemente (3 ) die von der Fläche (12 ) reflektierten IR-Strahlen (13 ) in parallel zur Reihe der IR-Sendeelemente (2 ) verlaufenden, nebeneinanderliegenden Streifen empfangen. - Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der Impulse der Steuereinrichtung (
1 ) zur Ansteuerung der IR-Sendeelemente10 bis 100 kHz beträgt. - Verfahren nach Anspruch 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, dass durch die Steuereinrichtung (
1 ) die Empfangselemente (3 ) innerhalb einer Zeit von 0 bis 50 μs nach jedem Impuls angesteuert werden. - Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Einheit der Steuereinrichtung (
1 ) die Laufzeiten der IR-Strahlen (11 ,13 ) ermittelt werden.
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DE10341429A1 true DE10341429A1 (de) | 2005-03-31 |
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DE (1) | DE10341429A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2003
- 2003-09-09 DE DE10341429A patent/DE10341429A1/de not_active Withdrawn
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