DE102005021671A1

DE102005021671A1 - Reinigungsvorrichtung für eine Kamera eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102005021671A1
Application number: DE102005021671A
Authority: DE
Inventors: Arno Blau
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2005-05-11
Filing date: 2005-05-11
Publication date: 2006-11-16

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Sichtbarmachung der Umgebung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere bei Dunkelheit, mit einer zumindest eine Kamera (10) aufweisenden Kameravorrichtung zum Bereitstellen eines Abbilds der Umgebung beschrieben. Der Kameravorrichtung ist eine mechanisch wirkende Reinigungsvorrichtung (50, 60) zugeordnet, die einen Strahlungseintrittsbereich (20), insbesondere eine Objektivoberfläche (20), der Kamera (10) unmittelbar von Verunreinigungen zu befreien vermag.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Sichtbarmachung der Umgebung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere bei Dunkelheit, mit einer zumindest eine Kamera aufweisende Kameravorrichtung zum Bereitstellen eines Abbilds der Umgebung.

Zur Überwachung des Umfelds eines Fahrzeugs sind zahlreiche Systeme bekannt. Derartige Systeme dienen beispielsweise zur Realisierung einer Unfallverhütung ("Precrash"), einer automatischen Fahrsteuerung ("automatic cruise control" (ACC)), der Beobachtung des toten Winkels bezüglich des Gesichtsfeldes des Fahrers oder einer Unterstützung des Fahrers bei schlechten Sichtverhältnissen, insbesondere bei Dunkelheit. Es kommen Systeme zum Einsatz, welche sich unterschiedlicher Sensoren bedienen. Bekannt sind beispielsweise Radarsensoren, Lidarsensoren, Ultraschallsensoren und Video-Sensoren.

Es sind auch solche Vorrichtungen bekannt, die eine sog. Bildfusion vornehmen. Vorrichtungen zur Bildfusion überlagern die Bilder zumindest zweier Kameras, die die aktuelle Umgebung eines Fahrzeugs in unterschiedlichen Spektralbereichen aufnehmen. Die Spektralbereiche können beispielsweise visuell sichtbares Licht sowie Infrarot-Strahlung umfassen. Ein aus einer Bildfusion ermitteltes Zielbild ermöglicht dem Fahrer des Fahrzeugs eine leichtere und bessere Interpretierbarkeit der in einer Bildanzeigeeinheit bereitgestellten Informationen über die Umgebung des Fahrzeugs.

Die Funktion solcher Assistenzsysteme ist allerdings nur dann zuverlässig gewährleistet, wenn die durch die Kamera oder Kameras aufgenommenen Bilder qualitativ hochwertig einer Auswerteeinheit zugeführt werden. Die Qualität wird dabei vor allem durch Verunreinigungen oder Beschädigungen der Kameraoptik, die im Fahrbetrieb auftreten, bestimmt.

Die DE 101 15 665 A1 offenbart einen Rückspiegel mit einem integrierten Nachtsichtgerät, das als Infrarot- oder Wärmebildkamera ausgebildet ist, wobei die Kameraoptik dem rückwärtigen Bereich des Fahrzeugs zugewandt ist. Das Nachtsichtgerät wird über einen Sensor, z.B. in Form eines Regensensors, aktiviert oder ausgeschaltet und ist beispielsweise im Fahrzeuginnenraum hinter Spiegelglas montiert. Zum Entfernen von Strahlung schluckendem Schmutz kann ein Wischer mit Antriebsquelle an dem Spiegelglas angebracht sein. Schließlich ist ein Strahlenaufnehmer zum Leiten der erfassten Strahlung zum Nachtsichtgerät offenbart.

In der DE 100 20 331 A1 ist ein im Innenraum eines Fahrzeugs angeordneter optischer Sensor in Gestalt einer Kamera, insbesondere für Kraftfahrzeuge, beschrieben, wobei ein Reinigungssystem im Erfassungsbereich des Sensors vorgesehen ist. Als Reinigungssystem wird ein Scheibenwischersystem mit Wisch-Waschanlage offenbart. Auf der zur Umwelt zugewandten Seite kann eine hydrophobe Oberfläche vorgesehen sein, um Schmutzbildung zu verringern.

Ein Deckenkonsolennachtsichtsystem für die Innenkabine eines Fahrzeugs ist in der DE 103 60 490 A1 beschrieben. Das Nachtsichtsystem detektiert infrarotes Umgebungslicht und ist im Fahrzeuginneren untergebracht. Das Nachtsichtsystem ist im Bereich der Windschutzscheibe im Innenraum des Fahrzeugs montiert, so dass die Scheibenwischer auch den Empfangsbereich der Kamera sauber halten. Ferner kann ein Lichtkoppler in Form eines Spiegels vorgesehen sein, so dass das Licht durch den Lichtkoppler in die Optik der Kamera gelangt.

Nachteilig an den vorbekannten Nachtsichtgeräten ist, dass sie nur dann unbehindert Aufnahmen machen können, wenn der Fahrzeugführer die Scheibenwischer der Windschutzscheibe nicht betätigt. Zudem ist die Qualität der Aufnahmen der Kamera durch die Windschutzscheibe davon abhängig, wie gründlich der Fahrzeugführer die Windschutzscheibe reinigt.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kameravorrichtung für den Einsatz in Kraftfahrzeugen anzugeben, die die im Stand der Technik gegebenen Nachteile nicht aufweisen.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Sichtbarmachung der Umgebung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere bei Dunkelheit, mit einer zumindest eine Kamera aufweisende Kameravorrichtung zum Bereitstellen eines Abbilds der Umgebung ist der Kameravorrichtung eine mechanisch wirkende Reinigungsvorrichtung zugeordnet, die einen Strahlungseintrittsbereich der Kamera unmittelbar von Verunreinigungen zu befreien vermag.

Dadurch ist es möglich, die Kamera auch außerhalb des Fahrgastraums in einem Umgebungsbedingungen ausgesetzten Bereich der Karosserie beliebig anzuordnen. Durch die Reinigungsvorrichtung kann sichergestellt werden, dass unmittelbar der Strahlungseintrittsbereich der Kamera – und nicht eine vor der Kameraoptik befindliche Windschutzscheibe – von Verschmutzung und Verunreinigung frei gehalten werden kann, so dass die Qualität der durch die Kamera aufgenommenen Bilder auch bei geringer Lichteinstrahlung gewährleistet werden kann.

Der Strahlungseintrittsbereich kann durch eine Objektivoberfläche der Kamera oder eine Lichteinkopplungsfläche gebildet sein, wenn ein Lichtleiter, wie beispielsweise ein Umlenkspiegel, vorgesehen ist, der das einfallende Licht zur Objektivoberfläche ablenkt.

Die Reinigungsvorrichtung kann durch eine Wischervorrichtung zum Reinigen des Strahlungseintrittsbereichs gebildet sein, welche konstruktiv einen ähnlichen Aufbau wie der Scheibenwischer einer Windschutzscheibe haben kann. Im Unterschied zu diesem bewegen sich ein oder auch mehrere Wischerblätter über die Objektivoberfläche. Die Frequenz des Wischens, d.h. des Reinigens der Objektivoberfläche, kann konstant oder Situationsangepasst sein, indem z.B. eine sensorische Steuerung der Wischervorrichtung durch einen Regensensor oder einen anderen Sensor erfolgt.

Die Reinigungsvorrichtung kann in einer weiteren Ausgestaltung durch eine Düse zum Beaufschlagen der Objektivoberfläche mit einem Reinigungsmittel gebildet sein. Das Reinigungsmittel kann ein Fluid, z.B. Wasser, eine Reinigungsflüssigkeit oder eine Mischung davon sein. Als Reinigungsmittel kommt auch ein auf die Objektivoberfläche gerichteter Luftstrom in Betracht.

Die Reinigungswirkung der Wischervorrichtung kann durch das Beaufschlagen des Reinigungsmittels durch die Düse unterstützt und verbessert werden. Der Strahlungseintrittsbereich wird dann mit dem Reinigungsmittel befeuchtet und gegebenenfalls durch die Düse vorgereinigt bevor die Wischervorrichtung die Verunreinigungen zusammen mit dem aufgesprühten Reinigungsmittel entfernt. Da die Kamera eine eigenständige Reinigungsvorrichtung, bestehend aus Wischervorrichtung und Düse besitzt, ist das aufgenommene Kamerabild nicht von Faktoren abhängig, wie der Reinlichkeit der Windschutzscheibe.

Als Düse wird bevorzugt eine Hochdruckdüse eingesetzt, welche den Strahlungseintrittsbereich unter Überdruck mit dem Reinigungsmittel beaufschlagt. Im Unterschied zu einer einfachen Düse, die das Reinigungsmittel lediglich auf der Objektivoberfläche verteilt, ist die Hochdruckdüse dazu ausgebildet ist, den Strahlungseintrittsbereich mittels des unter Überdruck stehenden Reinigungsmittels mechanisch zu reinigen. Dadurch kann auch ein Luftstrom zur Reinigung verwendet werden. Aufgrund des hohen Drucks, mit dem das Reinigungsmittel auf den Strahlungseintrittsbereich gesprüht wird, lösen sich Schmutzpartikel von dem Strahlungseintrittsbereich. Der Reinigungserfolg wird also nicht nur durch die, unter Umständen, chemisch lösende Wirkung des Reinigungsmittels und die mechanische Wirkung der Wischervorrichtung erzielt, sondern auch durch das unter hohem Druck auf den Strahlungseintrittsbereich treffende Reinigungsmittel. Damit kann besonders hartnäckig haftender Schmutz von der Objektivoberfläche entfernt werden.

Eine besonders Platz sparende Lösung für die Reinigungsvorrichtung ergibt sich dann, wenn die Düse in die Wischervorrichtung integriert ist und die Düse bei Bedarf zur Unterstützung der Reinigung durch die Wischervorrichtung zuschaltbar ist.

Ferner kann die Kamera eine Betätigungsvorrichtung aufweisen, die dazu ausgebildet ist, die Reinigungsvorrichtung zu Reinigungszwecken des Strahlungseintrittsbereichs der Kamera aus einer Ruheposition in eine Reinigungsposition zu bringen. Die Ruheposition ist so gewählt, dass der Strahlengang durch das Kameraobjektiv und dessen Oberfläche nicht durch die Reinigungsvorrichtung behindert wird. Dadurch ist sichergestellt, dass diese bei Aufnahmen nicht im Sichtfeld des Kameraobjektivs ist. Wenn jedoch der Strahlungseintrittsbereich zu reinigen ist, wird die Betätigungsvorrichtung betätigt, so dass die Reinigungsvorrichtung in die Reinigungsposition gelangt. Dies kann beispielsweise in Stillstandszeiten des Fahrzeugs geschehen.

Bei Betätigung der Betätigungsvorrichtung können die Wischervorrichtung und/oder die Düse zur Reinigung des Strahlungseintrittsbereichs eingesetzt werden. Vorzugsweise ist der Wischer derart an der Betätigungsvorrichtung befestigt, dass die Betätigungsvorrichtung in der Reinigungsposition das oder die Wischerblätter über den Strahlungseintrittsbereich fährt. Die Betätigungsvorrichtung könnte auch durch den Druck des Reinigungsmittels der Düse von der Ruheposition in die Reinigungsposition gebracht werden.

Eine weitere Ausbildung der Erfindung sieht vor, dass der Strahlungseintrittsbereich eine Schmutz und/oder Wasser abweisende Oberflächenbeschichtung aufweist. Die Oberflächenbeschichtung kann hydrophob oder oliophob ausgebildet sein. Damit wird verhindert, dass sich Verunreinigungen, in Form von Schmutzpartikeln oder Wasser, auf dem Strahlungseintrittsbereich ablagern, so dass die Oberfläche seltener gereinigt werden muss. Durch die Oberflächenbeschichtung werden kleinste Tropfen an der Oberfläche abgeschnürt und – bei senkrecht stehender Oberfläche – durch die Schwerkraft nach unten, d.h. weg von dem Strahlungseintrittsbereich gezogen. Da auch Schmutzpartikel weniger stark an der Oberfläche anhaften, kann die Reinigung des Strahlungseintrittsbereichs schonend unter Einsatz von weniger Reinigungsmittel erfolgen.

Vorzugsweise ist ein Schmutzsensor zum Erfassen einer Verschmutzung vorgesehen, der dazu ausgebildet ist, eine Reinigung des Strahlungseintrittsbereichs einzuleiten, sobald Schmutz erfasst wird. Der Schmutzsensor löst einen Reinigungsvorgang durch die Reinigungsvorrichtung aus, sobald er Schmutz erfasst. Dazu kann der Schmutzsensor im Bereich des Strahlungseintrittsbereichs positioniert sein, um die Verschmutzung des Strahlungseintrittsbereichs möglichst exakt erfassen zu können. Der erfasste Verschmutzungsgrad entspricht somit dem tatsächlichen Verschmutzungsgrad des Strahlungseintrittsbereichs. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn der Schmutzsensor selbst und der Strahlungseintrittsbereich durch die Reinigungsvorrichtung gereinigt werden. Der Schmutzsensor ist in der Lage, Verschmutzung und Nässe des Strahlungseintrittsbereichs getrennt zu erfassen, damit Wisch/Waschvorgänge gezielt und getrennt angesteuert werden können.

Die sensorische Überwachung der Verschmutzung kann in einer einfacheren Ausgestaltung auch durch die Kameravorrichtung selbst gebildet sein, z.B. indem diese die Qualität der von ihr aufgenommenen Bilder auswertet,
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Figur beschrieben.
Die Figur zeigt eine seitliche, schematische Ansicht einer Kameravorrichtung für den Einsatz in Kraftfahrzeugen gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Das in der Figur gezeigte Ausführungsbeispiel umfasst eine Kamera 10 mit einer Objektivoberfläche 20. Die Kamera 10 ist in einem in der Figur nicht dargestellten Fahrzeug in einem Umgebungsbedingungen ausgesetzten Bereich angeordnet, so dass die Objektivoberfläche 20 durch Schmutzpartikel und Wasser verunreinigt werden kann, wodurch die Qualität der von der Kamera aufgenommenen Bilder mit fortlaufender Zeit beeinträchtigt wird.
Es ist deshalb eine der Objektivoberfläche zugeordnete Reinigungsvorrichtung vorgesehen, die eine Düse 50 und eine Wischervorrichtung 60 umfasst. Das Reinigen kann aktiv durch den Fahrer oder durch einen (nicht dargestellten) Schmutzsensor veranlasst werden, wobei letzterer die Verschmutzung der Objektivoberfläche 20 erfasst. Sobald ein erfasster Verschmutzungsgrad einen vorbestimmten Schwellenwert überschritten hat, initiiert der Schmutzsensor ein Reinigen der Objektivoberfläche 20.
Hierzu verfügt die Reinigungsvorrichtung über eine Betätigungsvorrichtung 30, welche die Reinigungsvorrichtung aus einer außerhalb ihres Sichtbereichs 70 liegenden Ruheposition in eine in der Figur dargestellte Reinigungsposition verbringt. Die Betätigungsvorrichtung 30 kann eine in einer Längsachse 40 bewegbare Mechanik umfassen, an deren Ende die Düse 50 und die Wischervorrichtung 60 mit einem oder mehreren Wischerblättern befestigt sind. Das Betätigen der Mechanik von der Ruheposition in die Reinigungsposition kann elektromotorisch oder durch den Druck eines durch die Düse abgegebenen Reinigungsmittels erfolgen. Die Rückstellung erfolgt z.B. elektromotorisch oder durch einen Federmechanismus.
Sobald die Reinigungsvorrichtung ihre Reinigungsposition erreicht hat, wird die Objektivoberfläche, vorzugsweise unter Hochruck, mit einem Reinigungsmittel von der Düse 50 beaufschlagt und die Wischervorrichtung 60 über die Objektivoberfläche geführt. Die Wischervorrichtung 60 entfernt dabei den gelösten Schmutz und das Reinigungsfluid von der Objektivoberfläche.
Nach Beendigung des Reinigungsvorganges wird die Reinigungsvorrichtung durch die Betätigungsvorrichtung 30 wieder in ihre Ruheposition gebracht.

10: Kamera
20: Objektivoberfläche
30: Mechanik
40: Längsachse der Mechanik
50: Düse
60: Wischervorrichtung
70: Sichtbereich

Claims

Vorrichtung zur Sichtbarmachung der Umgebung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere bei Dunkelheit, mit einer zumindest eine Kamera (10) aufweisende Kameravorrichtung zum Bereitstellen eines Abbilds der Umgebung, dadurch gekennzeichnet, dass der Kameravorrichtung eine mechanisch wirkende Reinigungsvorrichtung (50, 60) zugeordnet ist, die einen Strahlungseintrittsbereich (20), insbesondere eine Objektivoberfläche (20), der Kamera (10) unmittelbar von Verunreinigungen zu befreien vermag.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsvorrichtung durch eine Wischervorrichtung (60) zum Reinigen des Strahlungseintrittsbereichs (20) gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsvorrichtung durch eine Düse (50) zum Beaufschlagen des Strahlungseintrittsbereichs (20) mit einem Reinigungsmittel gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (50) als Hochdruckdüse ausgebildet ist, welche der Strahlungseintrittsbereich (20) unter Überdruck mit dem Reinigungsmittel beaufschlagt.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (50) in die Wischervorrichtung (60) integriert und zur Unterstützung der Reinigung durch die Wischervorrichtung (50) bei Bedarf zuschaltbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Betätigungsvorrichtung (30) vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, die Reinigungsvorrichtung (50, 60) zu Reinigungszwecken des Strahlungseintrittsbereichs (20) der Kamera (10) von einer Ruheposition in eine Reinigungsposition zu bringen.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungseintrittsbereich (20) eine Schmutz und Wasser abweisende Oberflächenbeschichtung aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schmutzsensor zum Erfassen einer Verschmutzung vorgesehen ist, der dazu ausgebildet ist, eine Reinigung des Strahlungseintrittsbereichs (20) einzuleiten, sobald Schmutz erfasst wird.