DE102007029376A1

DE102007029376A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Unterscheidung zwischen einem rückwärts angeordneten Kindersitz und einem erwachsenen Insassen in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102007029376A1
Application number: DE200710029376
Authority: DE
Inventors: Holger Dr. Faisst; Alexander Harrer; Gerhard Wild
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2007-06-26
Filing date: 2007-06-26
Publication date: 2009-01-02
Anticipated expiration: 2027-06-27
Also published as: DE102007029376B4

Abstract

Es wird eine Vorrichtung (1) zur Unterscheidung mindestens zwischen einem rückwärts angeordneten Kindersitz und einem erwachsenen Insassen (16) in einem Kraftfahrzeug beschrieben, umfassend - eine einen Lichtfächer oder -kegel (23) aussendende Lichtquelle, - eine Scaneinrichtung (20) zur Erzeugung eines in Abhängigkeit von einer zeitlichen Funktion in periodisch ändernde Raumrichtungen innerhalb eines vorgebbaren Öffnungs- bzw. Raumwinkels (6) gerichteten Lichtstrahls (5) aus dem Lichtfächer oder -kegel (23), wodurch ein mindestens einen Sitzplatz (18) überstreichender Bereich (7) nach und nach ausleuchtbar ist und Reflexionspunkte (12) auf Oberflächen von sich zumindest zeitweise in dem Bereich (7) befindlichen Objekten (16) periodisch beleuchtbar sind, - einen Empfänger (3) zur Bestimmung von zumindest innerhalb eines vorgebbaren Abstandsbereichs (11) liegenden Abständen zu den periodisch beleuchteten Reflexionspunkten (12) sowie - eine Auswerteeinrichtung (4) zur Unterscheidung mindestens zwischen einem erwachsenen Insassen (16) und einem rückwärts angeordneten Kindersitz anhand der Abstände zu den periodisch beleuchteten Reflexionspunkten (12). Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Unterscheidung zwischen einem rückwärts angeordneten Kindersitz und einem erwachsenen Insassen in einem Kraftfahrzeug beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Unterscheidung zwischen einem rückwärts angeordneten Kindersitz und einem erwachsenen Insassen in einem Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 26.
Es befinden sich gegenwärtig so genannte Smart-Airbags in der Entwicklung, welche das Verletzungsrisiko für insbesondere in vorwärts gerichteten Kindersitzen in einem Kraftfahrzeug untergebrachte Kinder bei einem Unfall verringern sollen. Dabei ist vorgesehen, eine Auslösung des Airbags bei einem Unfall davon abhängig zu machen, ob ein mit einem Airbag ausgestatteter Sitzplatz belegt oder frei ist, beziehungsweise welche Art der Belegung vorliegt, beispielsweise ob mit einem Erwachsenen oder mit einem Kindersitz.
Aufgrund der kurzen Distanz zwischen Vordersitzplatz-Airbag, typischerweise dem Beifahrersitzplatz-Airbag, und rückwärts angeordneten, auch als so genannte Rear Facing Child Seat, RFCS, bezeichneten Reboard-Kindersitzen, in denen Kleinkinder mit Blickrichtung nach hinten, entgegen der Fahrtrichtung beispielsweise auf dem Beifahrersitz untergebracht werden, besteht für ein in einem derartigen Kindersitz sitzendes Kind ein höheres Risiko, durch eine Airbag-Auslösung ernsthaft verletzt zu werden. Dies kann im Falle eines Unfalls bei einem in einem Reboard-Kindersitz untergebrachten Kind schwere oder sogar tödliche Verletzungen zur Folge haben.
Bisher werden zur automatischen Erkennung einer Sitzplatzbelegung bzw. zur Unterscheidung zwischen einer Sitzplatzbelegung durch einen Erwachsenen oder durch einen Gegenstand aufwändige Technologien wie etwa Gewichtssensoren und Sensormatten angewandt.
Gewichtssensoren bestimmen das auf einen Sitzplatz einwirkende Gewicht. Eine Unterscheidung zwischen einer Person und einem Gegenstand ist dabei nur eingeschränkt möglich, zumal die gemessene Gewichtskraft durch die Gurtkraft nachteilig verfälscht wird.
Mit in den Sitzflächen der Fahrzeugsitze angeordnete Sensormatten in Form einer mit druckempfindlichen Sensoren versehenen Fläche wird versucht, durch Bestimmung der Größe sowie gegebenenfalls die Kontur der Fläche, auf die Druck ausgeübt wird, zwischen Personen und Gegenständen zu unterscheiden. Eine Unterscheidung zwischen Gegenständen, wie etwa einem Kindersitz, und Personen ist dabei mit großem Aufwand verbunden.
Ein wesentlicher Nachteil von Gewichtssensoren und Sensormatten besteht außerdem darin, dass sie plattformabhängig für jedes Fahrzeugmodell bzw. für jeden Fahrzeugsitz gesondert angefertigt und kalibriert werden müssen.
Zur Unterscheidung zwischen Reboard-Kindersitzen und erwachsenen Insassen eines Kraftfahrzeugs wird deshalb eine kostengünstige, plattformunabhängige automatische Vorrichtung zur Unterscheidung zwischen einem rückwärts angeordneten Kindersitz und einem erwachsenen Insassen benötigt.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es demnach, eine kostengünstige Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welche eine zuverlässige Unterscheidung zwischen einem erwachsenen Insassen und einem rückwärts angeordneten Kindersitz in einem Kraftfahrzeug erlaubt und welche einfach und universell in einen Innenraum eines Kraftfahrzeugs integriert werden kann.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Unterscheidung zwischen einem rückwärts angeordneten Kindersitz und einem erwachsenen Insassen in einem Kraftfahrzeug nach den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch ein Verfahren zur Unterscheidung zwischen einem rückwärts angeordneten Kindersitz und einem erwachsenen Insassen in einem Kraftfahrzeug nach den Merkmalen des Anspruchs 26. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Ein erster Gegenstand der Erfindung betrifft demnach eine Vorrichtung zur Unterscheidung zwischen einem rückwärts angeordneten Kindersitz und einem erwachsenen Insassen in einem Kraftfahrzeug. Die Vorrichtung umfasst eine einen Lichtfächer oder -kegel aussendende Lichtquelle, beispielsweise in Form einer LED oder einer Laserlichtquelle, eine Scaneinrichtung zur Erzeugung eines in Abhängigkeit von einer zeitlichen Funktion in sich periodisch ändernde Raumrichtungen innerhalb eines vorgebbaren Öffnungs- bzw. Raumwinkels gerichteten Lichtstrahls aus dem von der Lichtquelle ausgesendeten Lichtfächer oder -kegel, wodurch vor der Scaneinrichtung ein mindestens einen Sitzplatz in dem Kraftfahrzeug überstreichender Bereich nach und nach ausleuchtbar ist und auf einer durch periodisch aufeinander folgende Raumrichtungen des Lichtstrahls vorgegebenen Scankurve bzw. Scanfläche liegende Reflexionspunkte auf Oberflächen von sich zumindest zeitweise in dem Bereich befindlichen Objekten periodisch beleuchtbar sind, einen Empfänger zur Bestimmung von zumindest innerhalb eines vorgebbaren Abstandsbereichs liegenden Abständen zu den periodisch beleuchteten Reflexionspunkten, sowie eine Auswerteeinrichtung zur Unterscheidung mindestens zwischen einem erwachsenen Insassen und einem rückwärts angeordneten Kindersitz anhand der Abstände zu den periodisch beleuchteten Reflexionspunkten.
Eine Unterscheidung zwischen einem Reboard-Kindersitz und einem erwachsenen Insassen bzw. die Bestimmung von zumindest innerhalb eines vorgebbaren Abstandsbereichs liegenden Abständen zu den in periodisch wiederkehrenden Zyklen beleuchteten Reflexionspunkten auf der Bahnkurve erfolgt bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorzugsweise durch Triangulation.
Aus einem Lichtfächer oder -kegel, beispielsweise ein fächer- oder kegelförmig ausgesendeten Infrarot-Laserstrahl, wird dabei mit der vorzugsweise ohne mechanisch rotierende Teile auskommenden Scaneinrichtung ein Lichtstrahl abgesondert, der in Abhängigkeit von einer zeitlichen Funktion in periodisch ändernde Raumrichtungen innerhalb des vorgebbaren Öffnungs- bzw. Raumwinkels gerichtet ist. Dieser Lichtstrahl beleuchtet eine Scankurve, beispielsweise aus Sicht der Scaneinrichtung in Form einer Geraden oder einer Ellipse, oder eine Scanfläche, beispielsweise aus Sicht der Scaneinrichtung in Form einer Kreis- oder Kreisringfläche oder einer Ellipsen- oder Ellipsenringfläche, auf einem sich zumindest in einer momentanen Raumrichtung im Strahlengang des Lichtstrahls befindlichen Objekt, beispielsweise auf einem einen Sitzplatz einnehmenden Insassen. Die Beleuchtung erfolgt dabei derart, dass periodisch einzelne, gemeinsam die Scankurve oder -fläche bildenden Reflexionspunkte nacheinander beleuchtet werden.
Der Empfänger, beispielsweise in Form eines positionsauflösenden Infrarotsensors, wie etwa einem zweidimensionalen PSD-Element, abgeleitet von Photo-Sensitive Device oder Position Sensing Detector, empfängt das beim Auftreffen des Lichtstrahls von den Reflexionspunkten diffus reflektierte Licht. Die Abstandsmessung erfolgt dabei durch Triangulation. Die Auswerteeinrichtung führt eine Unterscheidung mindestens zwischen einem erwachsenen Insassen und einem rückwärts angeordneten Kindersitz anhand der vorzugsweise während mindestens eines Durchlaufs, während dem alle Reflexionspunkte aus der Scankurve oder -fläche mindestens einmal beleuchtet wurden, bestimmten Abstände zu den Reflexionspunkten durch. Bei einem leeren Sitzplatz oder bei einem Reboard-Kindersitz gibt es nur einen durch die Rückenlehne eines Sitzplatzes, für den die Vorrichtung vorgesehen ist, gebildeten engen Bereich, in dem ein kurzer Abstand gemessen wird. Ist der Sitzplatz durch einen erwachsenen Insassen belegt, ist der Bereich größer, in dem eine geringe Distanz gemessen wird. Dieser Bereich wird gebildet durch die Rückenlehne und den Oberkörper des erwachsenen Insassen. Zusätzlich kann durch einen großen Ablen kungswinkel auch die Rückenlehne des Reboard-Kindersitzes in Form eines zweiten, engen Bereichs, in dem ein kurzer Abstand gemessen wird, erfasst und zur Unterscheidung herangezogen werden.
Durch Verwendung einer Scaneinrichtung, die aus einem Lichtfächer oder -kegel einen in sich zeitlich ändernde Raumrichtungen gerichteten Lichtstrahl erzeugt, kann ein Abtastprinzip, bei dem der durch den Öffnungs- bzw. Raumwinkel vorgegebenen Bereich nach und nach von dem in unterschiedliche Raumrichtungen gerichteten Lichtstrahl ausgeleuchtet wird, besonders einfach verwirklicht werden, indem immer nur ein für eine durch den momentanen Zeitpunkt vorgegebene Raumrichtung benötigter Lichtstrahl aus dem Lichtfächer abgesondert wird, wohingegen in zum jeweiligen Zeitpunkt ungeeignete Raumrichtungen gerichtete Anteile des Lichtkegels oder -fächers absorbiert oder reflektiert werden und in jedem Fall nicht von der Scaneinrichtung in den Bereich ausgestrahlt werden. Hierdurch wird im Vergleich beispielsweise zu einem den Bereich ständig vollständig ausleuchtenden Laserfächer oder -kegel eine wesentlich niedrigere Belastung der Insassen eines Kraftfahrzeugs durch das vorzugsweise in Form von Laserlicht ausgesendete Licht erreicht, da zu jedem Zeitpunkt nur ein einziger Reflexionspunkt beleuchtet wird, und nicht eine vollständige Linie oder Fläche.
Wichtig ist hervorzuheben, dass der Begriff Reflexionspunkt keinesfalls einen besonders präparierten Punkt auf der Oberfläche eines Objekts bezeichnet. Vielmehr genügt jeder Punkt auf der Oberfläche eines Objekts als Reflexionspunkt, wenn er periodisch von dem Lichtstrahl beleuchtet wird und in der Lage ist, den Lichtstrahl beispielsweise diffus zu reflektieren.
Grundsätzlich ist dabei denkbar, dass eine Erkennung eines unbelegten Sitzplatzes durch einen Gewichtssensor oder dergleichen erfolgt, wobei ebenso denkbar ist, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung erst dann aktiviert wird, wenn durch den Gewichtssensor angezeigt, eine Sitzplatzbelegung vorliegt. Eine Erkennung eines unbelegten Sitzplatzes ist aber auch wie oben beschrieben mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich.
Vorteile der Erfindung ergeben sich unter anderem auch durch die verwendbare, einfache Sensortechnologie und durch die Möglichkeit einer plattformunabhängigen Integration beispielsweise im Dachhimmel oder seitlich neben einem Sitzplatz, beispielsweise in der B-Säule. Hierdurch werden Entwicklungs- und Herstellungskosten im Vergleich zum Stand der Technik gesenkt, wodurch eine Vorrichtung geschaffen wird, die auch bei kostengünstigeren Kraftfahrzeugen eingesetzt werden kann, um dort die zum Teil schweren Folgen einer Airbagauslösung für ein in einem Reboard-Kindersitz untergebrachtes Kleinkind abzuwenden.
Mit nur kleinen Modifikationen kann die erfindungsgemäße Vorrichtung für alle Sitzplätze in einem Kraftfahrzeug angepasst und dort auch für andere Anwendungsfälle, als für eine Unterscheidung zwischen einer Sitzplatzbelegung durch einen Erwachsenen oder einen Reboard-Kindersitz vorgesehen werden.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich daraus, dass das zur Unterscheidung mindestens zwischen einem erwachsenen Insassen und einem rückwärts angeordneten Kindersitz durch Bestimmung von Abständen verwendete Messprinzip berührungslos ist, wodurch die Vorrichtung weitaus geringeren Belastungen und damit Verschleißerscheinungen sowohl durch die Insassen selbst, als auch durch Unfallsituationen, bei denen keine Airbag-Auslösung erfolgt, ausgesetzt ist, als beispielsweise Gewichtssensoren oder Sensormatten. Das einfache Messprinzip erlaubt außerdem eine wesentlich kostengünstigere Herstellung, als die bekannten Gewichtssensoren und Sensormatten.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass mittels der Auswerteeinheit ein Abstandsprofil aus den gemessenen Abständen zu den in periodi schen Zyklen beleuchteten Punkten erstellbar ist, anhand dem eine Unterscheidung mindestens zwischen einem erwachsenen Insassen und einem rückwärts angeordneten Kindersitz durchführbar ist.
Die Auswerteeinheit ist vorzugsweise in der Lage, aus den Ausgangssignalen des Empfängers ein Abstandsprofil zu erstellen, anhand dem beispielsweise durch Vergleich mit vorgegebenen Abstandsprofilen mindestens ein erwachsener Insasse und ein rückwärts angeordneter Kindersitz unterscheidbar sind. Zusätzlich ist denkbar, anhand eines solchen Abstandsprofils auch einen unbelegten Sitzplatz zu erkennen.
Der Empfänger umfasst vorzugsweise ein aus mehreren für das von den Reflexionspunkten reflektierte Lichtstrahlenbündel empfindlichen Sensoren bestehendes Sensorfeld, von denen jeder einen eigenen, begrenzten Winkelbereich innerhalb des die Scankurve bzw. Scanfläche abdeckenden Öffnungs- bzw. Raumwinkels erfasst, und bei einem zumindest innerhalb eines vorgebbaren Abstandsbereichs und innerhalb des von ihm beobachteten Winkelbereichs liegenden Reflexionspunkt ein dem Abstand des Reflexionspunktes analoges Ausgangssignal erzeugt. Jeder Sensor beobachtet dabei einen eigenen Winkelbereich des Öffnungs- bzw. Raumwinkels. Jeder Sensor erzeugt bei einem Auftreffen des von einem innerhalb des vorgegebenen Abstandsbereichs und in Richtung des von ihm beobachteten Winkelbereichs liegenden Reflexionspunkt reflektierten Lichtstrahls ein dem Abstand des Reflexionspunktes analoges Ausgangssignal. Die als mit dem Empfänger verbundene Auswerteeinheit ausgeführte dritte Einrichtung kann dann aus den von den einzelnen Sensoren des Sensorfeldes bestimmten Abständen beispielsweise ein Abstandsprofil erstellen. Ein unbelegter Sitz, ein von einem erwachsenen Insassen belegter Sitz und ein von einem rückwärts angeordneten Kindersitz belegter Sitz erzeugen jeweils unterschiedliche Abstandsprofile. Hierdurch kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zwischen einem unbelegten Sitz, einem erwachsenen Insassen und einem rückwärts angeordneten Kindersitz unterscheiden.
Die Sensoren des Sensorfeldes können beispielsweise PSD-Sensoren und/oder CCD-Sensoren und/oder CMOS-Sensoren sein. Solche Sensoren sind bekannt und auf dem Markt verfügbar und erlauben dadurch eine kostengünstige Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Es sind beispielsweise Lasertriangulationssensoren bekannt, welche eine Laserlichtquelle und einen als Fotodiode mit streifenförmig gezogener beleuchtungsempfindlicher Fläche ausgebildeten Empfänger umfassen. Mit ihnen lässt sich der Abstand zu einer von der Laserlichtquelle punktförmig beleuchteten Stelle auf der Oberfläche eines Objekts messen. Die Stelle wird als Reflexionspunkt bezeichnet. Die Lage eines Auftreffpunkts des am Reflexionspunkt reflektierten und diffus zurück gestreuten Laserlichts entlang der streifenförmig gezogenen beleuchtungsempfindlichen Fläche verändert sich dabei in Abhängigkeit vom Abstand des Reflexionspunkts zum Lasertriangulationssensor. Je nach Lage des Auftreffpunkts verändert sich das Verhältnis zwischen bestimmten Strömen im Lasertriangulationssensor. Das Verhältnis dieser elektrischen Ströme ergibt ein analoges Ausgangssignal welches somit ein Maß für den Abstand des Reflexionspunkts vom Lasertriangulationssensor ist. Der Empfänger des oben beschriebenen Lasertriangulationssensors ist als PSD-Sensor, abgeleitet von Photo-Sensitive Device oder Position Sensing Detector, bekannt. Der Vorteil dieses Empfängertyps ist eine einfach zu realisierende Messelektronik und seine hohe Abtastrate von bis zu 10 MHz. Ein alternativer Empfänger mit ähnlichem Funktionsprinzip stellt ein CCD-Sensor, abgeleitet von Charge Coupled Device, dar. CMOS-Sensoren weisen einen wesentlich höheren Dynamikbereich auf und weisen dadurch einem wesentlich höheren Helligkeitsbereich auf, innerhalb dem sie eingesetzt werden können. So können CMOS-Sensoren beispielsweise im Dunkeln wesentlich besser sehen, als andere Sensoren.
Der vorgebbare Abstandsbereich beträgt bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorzugsweise 0 bis 60 cm. Dieser Abstandsbereich ist insbesondere bei einer seitlichen Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorteilhaft, da die Mitte der Sitzfläche, auf der ein dort befindliches Objekt, insbesondere eine Person oder ein Kindersitz seine größten Abmessungen aufweist, nicht weiter beispielsweise von der B-Säule entfernt ist. Darüber hinaus deckt der Abstandsbereich auch den Fall ab, dass ein Erwachsener oder ein Gegenstand die erfindungsgemäße Vorrichtung abdeckt.
Der vorgebbare Abstandsbereich beträgt bei einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorzugsweise 10 bis 120 cm. Dieser Abstandsbereich ist insbesondere bei einer Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung oberhalb eines Sitzplatzes, insbesondere im Dachhimmel vorteilhaft, da der Abstand eines Objekts, insbesondere einer Person oder eines Kindersitzes vom Dachhimmel innerhalb dieser Größenordnung liegt.
Die Scaneinrichtung ist vorzugsweise frei von rotierenden mechanischen Elementen ausgeführt. Hierdurch werden verglichen beispielsweise mit einer periodischen Ablenkung eines Lichtstrahls durch einen rotierenden Spiegel keine großen mechanischen rotierenden Teile benötigt, welche teuer sind, Vibrationen und Geräusche verursachen, sowie deutlichen Alterungseinflüssen unterliegen.
Vorzugsweise umfasst die Scaneinrichtung eine beispielsweise vor der Lichtquelle im Strahlengang des von der Lichtquelle ausgesandten Lichtfächers oder -kegels angeordnete Einrichtung, mit der ein für eine zu einem bestimmten Zeitpunkt durch die zeitlichen Funktion vorgegebene Raumrichtung benötigter Lichtstrahl aus dem Lichtfächer absonderbar ist, und mit der in zum jeweiligen Zeitpunkt ungeeignete Raumrichtungen gerichtete Anteile des Lichtkegels oder -fächers absorbierbar, reflektierbar oder in sonst einer geeigneten Weise am Austreten in den Bereich abhaltbar sind.
Diese Einrichtung kann ein im Strahlengang des Lichtfächers oder -kegels angeordnetes, in unabhängig voneinander ansteu erbare, durch eine Ansteuerung transparente oder nichttransparente Segmente, beispielsweise in Form von Pixeln, unterteiltes Display umfassen, wobei die einzelnen Segmente unabhängig voneinander derart ansteuerbar sind, dass zu jedem bestimmten Zeitpunkt mindestens ein Segment zur Absonderung eines Lichtstrahls in einer für eine durch die zeitlichen Funktion vorgegebenen Raumrichtung geeigneten Richtung transparent ist, durch welches dann ein den Lichtstrahl bildender Teil des Lichtfächers oder -kegels hindurchtreten kann, wohingegen die verbleibenden Segmente nichttransparent sind und die verbleibenden Teile des Lichtfächers oder -kegels am hindurch treten durch das Display gehindert werden.
Der von der Lichtquelle ausgesendete Lichtfächer bzw. -kegel weist dabei vorzugsweise einen Öffnungs- bzw. Raumwinkel von 90° auf, der dem durch die unterschiedlichen Raumrichtungen, in die der von der Scaneinrichtung abgesonderte Lichtstrahl gerichtet ist, erzeugten Öffnungs- bzw. Raumwinkel von vorzugsweise 90° entspricht.
Bei dem Display kann es sich beispielsweise um ein Flüssigkristall-Display (LCD; Liquid Crystal Display), beispielsweise um ein TFT (Thin Film Transistor) oder ein TSTN (Triple Supertwisted Nematic) Flüssigkristall-Display handeln.
Die Einrichtung kann auch als ein im Strahlengang des Lichtfächers oder -kegels angeordnetes, in eine Vielzahl von unabhängig voneinander derart ansteuerbare Mikrospiegel unterteiltes Mikrospiegelfeld umfassen, dass mindestens ein Mikrospiegel einen Lichtstrahl aus dem Lichtfächer oder -kegel durch Reflexion in eine für eine durch die zeitlichen Funktion vorgegebene Raumrichtung geeignete Richtung absondert, welcher Lichtstrahl dann direkt oder indirekt über mindestens eine weitere Reflexion in den Bereich gerichtet werden kann, wohingegen die verbleibenden Teile des Lichtfächers oder -kegels durch die restlichen Mikrospiegel des Mikrospiegelfelds nicht oder in für durch die zeitlichen Funktion vorgegebene Raumrichtung ungeeignete Richtungen reflektiert wer den, wodurch die verbleibenden Teile des Lichtfächers oder -kegels nicht in den Bereich austreten können.
Der von der Lichtquelle ausgesendete Lichtfächer bzw. -kegel weist dabei vorzugsweise einen Öffnungs- bzw. Raumwinkel von 45° auf, aus dem dann ein durch die unterschiedlichen Raumrichtungen, in die der von der Scaneinrichtung abgesonderte Lichtstrahl gerichtet ist, erzeugter Öffnungs- bzw. Raumwinkel von vorzugsweise 90° erzeugbar ist.
Die einzelnen Mikrospiegel des Mikrospiegelfeldes können schwenkbar angeordnet sein, wobei eine Ansteuerung ein Verschwenken der Mikrospiegel des Mikrospiegelfelds bewirkt.
Die einzelnen Mikrospiegel des Mikrospiegelfeldes können alternativ auch derart ausgeführt sein, dass deren Reflexionseigenschaften durch Anlegen einer elektrischen Spannung veränderbar sind und eine Ansteuerung eine Veränderung der Reflexionseigenschaften der Mikrospiegel des Mikrospiegelfelds bewirkt.
Ebenso ist denkbar, dass die Einrichtung einen im Strahlengang des Lichtfächers oder -kegels angeordneten, innerhalb mindestens einer Ebene zu einer Schwingung anregbaren Spiegel umfasst. In Verbindung mit einem schwingenden Spiegel ist es grundsätzlich auch denkbar, auf einen Lichtfächer oder -kegel zu verzichten und stattdessen eine einen beispielsweise kollimierten Lichtstrahl aussendende Lichtquelle zu verwenden. Dabei muss der schwingende Spiegel groß genug sein, um in allen Positionen seiner Schwingung den Lichtstrahl zu reflektieren.
Dabei kann eine Schwingungsanregung des Spiegels mittels eines Piezomotors oder mittels einer vibrierenden Membran oder elektrostatisch oder kapazitiv erfolgen.
Die Vorrichtung kann auch eine Lichtquelle umfassen, welche anstelle eines Lichtfächers oder -kegels einen Lichtstrahl oder ein kollimiertes Lichtstrahlenbündel aussendet. Dabei umfasst die Vorrichtung eine Scaneinrichtung zur Erzeugung eines in Abhängigkeit von einer zeitlichen Funktion in periodisch ändernde Raumrichtungen innerhalb eines vorgebbaren Öffnungs- bzw. Raumwinkels gerichteten Lichtstrahls aus dem Lichtstrahl oder dem kollimierten Lichtstrahlenbündel, wodurch ein mindestens einen Sitzplatz überstreichender Bereich nach und nach ausleuchtbar ist und Reflexionspunkte auf Oberflächen von sich zumindest zeitweise in dem Bereich befindlichen Objekten periodisch beleuchtbar sind.
Vorzugsweise umfasst die Scaneinrichtung zur Vergrößerung des scanbaren Bereichs einen im Strahlengang des aus dem Lichtfächer oder -kegel abgesonderten Lichtstrahls angeordneten Spiegel.
Eine zusätzliche vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Lichtfächer oder -kegel und damit der Lichtstrahl moduliert, also mit wechselnder Wellenlänge von der Lichtquelle ausgesendet wird. In Verbindung mit einer geeigneten, entsprechenden Filterung des Lichts kann die erfindungsgemäße Vorrichtung unabhängig von den vorherrschenden Temperatur- und Lichtverhältnissen zuverlässig betrieben werden. Hierzu ist von dem Empfänger vorzugsweise eine mit der wechselnden Wellenlänge des ausgesandten Lichtfächers oder -kegels korrespondierende Filterung des von den Reflexionspunkten reflektierten Lichtstrahls durchführbar. Eine derartig korrespondierende Filterung kann beispielsweise durch lock-in, durch eine Phase-Locked-Loop (PLL) oder gemäß dem Synchron-Gleichrichter-Prinzip erfolgen. Hierdurch wird der Einsatzbereich der erfindungsgemäßen Vorrichtung von direkter Sonneneinstrahlung bis zu vollkommener Dunkelheit erweitert.
Die Lichtquelle sendet vorzugsweise einen Infrarot-Lichtfächer oder -kegel aus. Infrarotlicht liegt außerhalb des vom menschlichen Auge erfassbaren Wellenlängenbereichs und lenkt dadurch den Fahrer des Kraftfahrzeugs nicht vom Verkehrsgeschehen ab.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Vorrichtung, oder zumindest die Lichtquelle und die Scaneinrichtung der Vorrichtung, seitlich eines Sitzes im Innenraum eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist, so dass der Lichtstrahl in einer Richtung quer zur Fahrtrichtung und innerhalb einer im Wesentlichen horizontalen Ebene quer zur Fahrtrichtung in unterschiedliche Raumrichtungen gerichtet wird. Eine Anordnung seitlich eines Sitzes erlaubt eine besonders zuverlässige Unterscheidung zwischen erwachsenem Insassen, rückwärts angeordnetem Kindersitz und unbelegtem Sitzplatz, da sich aus dieser Beobachtungsrichtung ein besonders einfach interpretierbares Abstandsprofil ergibt. Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dabei in einer Fenstersäule, beispielsweise der B-Säule angeordnet. Eine Anordnung in der A-, B-, C- oder D-Säule erlaubt eine weitgehend plattformunabhängige Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dabei sind zumindest die Lichtquelle und die Scaneinrichtung der Vorrichtung auf Höhe einer Rückenlehne oder einer Kopfstütze des Sitzplatzes angeordnet. Eine Anordnung über oder neben einem Sitzplatz erlaubt insbesondere eine plattformunabhängige und damit kostengünstige Auslegung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Eine andere, besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Vorrichtung, oder zumindest die Lichtquelle und die Scaneinrichtung der Vorrichtung, oberhalb eines Sitzplatzes, beispielsweise im Dachhimmel oder in einer Fenstersäulen verbindenden Querstrebe, im Innenraum eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist, so dass der Lichtstrahl in einer Richtung quer zur Fahrtrichtung und vorzugsweise in einer im Wesentlichen horizontalen Ebene quer zur Fahrtrichtung in unterschiedliche Raumrichtungen gerichtet wird. Eine Anordnung oberhalb eines Sitzes erlaubt zum einen eine einfache Integration in ein Kraftfahrzeug und zum anderen eine zuverlässige Unterscheidung zwischen erwachsenem Insassen, rückwärts angeordnetem Kindersitz und freiem Sitz, da sich aus dieser Beobachtungsrichtung ein ebenfalls besonders einfach interpretierbares Abstandsprofil ergibt. Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dabei im Dachhimmel angeordnet, beispielsweise im Bereich des Rückspiegels oder im Bereich der Innenraumbeleuchtung oder im Bereich der Dachkonsole mit den Betätigungsvorrichtungen beispielsweise für Schiebedach, Innenraumbeleuchtung, Bordcomputer und dergleichen. Eine Anordnung im Dachhimmel erlaubt eine plattformunabhängige Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Sowohl ein Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung seitlich eines Sitzes, als auch oberhalb eines Sitzes erlaubt eine zuverlässige Unterscheidung zwischen erwachsenem Insassen, rückwärts angeordnetem Kindersitz und freiem Sitz bei allen Sitz- und Rückenlehneneinstellungen.
Der Öffnungs- bzw. Raumwinkel, innerhalb dem der Lichtstrahl in unterschiedliche Raumrichtungen gerichtet ist, beträgt vorzugsweise etwa 90°. Hierdurch kann ein besonders weiter Verstellbereich eines Sitzes von nur einer Stelle aus ausreichend genau beobachtet werden.
Ein zweiter Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterscheidung mindestens zwischen einem rückwärts angeordneten Kindersitz und einem erwachsenen Insassen in einem Kraftfahrzeug, umfassend die Verfahrensschritte:

– Erzeugung eines Lichtfächers oder -kegels,
– Erzeugung eines in Abhängigkeit von einer zeitlichen Funktion in sich periodisch ändernde Raumrichtungen innerhalb eines vorgebbaren Öffnungs- bzw. Raumwinkels gerichteten Lichtstrahls aus dem von der Lichtquelle ausgesendeten Lichtfächer oder -kegel, wodurch ein mindestens einen Sitzplatz in dem Kraftfahrzeug überstreichender Bereich nach und nach ausleuchtbar ist und auf einer durch periodisch aufeinander folgende Raumrichtungen des Lichtstrahls vorgegebenen Scankurve bzw. Scanfläche liegende Reflexionspunkte auf Oberflächen von sich zumindest zeitweise in dem Bereich befindlichen Objekten periodisch beleuchtbar sind,
– Bestimmung von zumindest innerhalb eines vorgebbaren Abstandsbereichs liegenden Abständen zu den periodisch beleuchteten Reflexionspunkten, sowie
– Unterscheidung mindestens zwischen einem erwachsenen Insassen und einem rückwärts angeordneten Kindersitz anhand der Abstände zu den periodisch beleuchteten Reflexionspunkten.

Das Unterscheiden erfolgt anhand eines geeigneten Algorithmus. Der Algorithmus kann beispielsweise eine Integration der Fläche unter einer von den einzelnen Abstandswerten gebildeten Kurve, oder einen Vergleich mit Referenzprofilen oder dergleichen umfassen. Ebenso kann eine Unterscheidung wie oben bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben, durchgeführt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die weiter oben für die erfindungsgemäße Vorrichtung genannten Vorteile zu nutzen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Unterscheidung mindestens zwischen einem erwachsenen Insassen und einem rückwärts angeordneten Kindersitz anhand der Abstände zu den in periodisch wiederkehrenden Zyklen beleuchteten Reflexionspunkten durch Erstellen eines Abstandsprofils anhand der erfassten Winkelbereiche und Abstände und Unterscheiden zwischen einem unbelegten Sitz, einem erwachsenen Insassen und einem rückwärts angeordneten Kindersitz anhand des erstellten Abstandsprofils erfolgen.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die durch die Unterscheidung gewonnene Information zur Entscheidung über eine Airbag-Auslösung verwendet wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert. Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2 eine Detailansicht des Empfängers und der Auswerteeinheit der Vorrichtung aus 1 in vergrößerter Darstellung,
3 eine schematische Darstellung einer Integration einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in die B-Säule eines Kraftfahrzeugs,
4 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung mit einer in Form eines LCD-Displays ausgeführten Scaneinrichtung,
5 eine schematische Darstellung der Funktionsweise der Scaneinrichtung der in 4 dargestellten Vorrichtung,
6 eine schematische Darstellung der Funktionsweise einer Vorrichtung mit einer in Form eines Mikrospiegelfeldes ausgeführten Scaneinrichtung,
7 eine schematische Darstellung der Funktionsweise einer Vorrichtung mit einer in Form eines zu einer Schwingung anregbaren Spiegels ausgeführten Scaneinrichtung,
Eine in 1 dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Unterscheidung zwischen einem rückwärts angeordneten Kindersitz und einem erwachsenen Insassen in einem Kraftfahrzeug umfasst im Wesentlichen eine Lichtquelle in Form einer Infrarotlaserlichtquelle 2 mit vorgesetzter Streulinse 22, eine Scaneinrichtung 20, einen Empfänger 3 und eine mit dem Empfänger 3 verbundene Auswerteeinheit 4.
Die Infrarotlaserlichtquelle 2 sendet einen Infrarotlaserstrahl aus, aus dem mit der Streulinse 22 ein Lichtfächer o der -kegel 23 erzeugt wird. Die Scaneinrichtung 20 erzeugt einen in Abhängigkeit von einer zeitlichen Funktion in sich periodisch ändernde Raumrichtungen innerhalb eines vorgebbaren Öffnungs- bzw. Raumwinkels 6 gerichteten Lichtstrahl 5 aus dem von der Lichtquelle ausgesendeten Lichtfächer oder -kegel 23. Hierdurch wird vor der Scaneinrichtung 20 ein mindestens einen Sitzplatz 18 in dem Kraftfahrzeug überstreichender Bereich 7 nach und nach ausgeleuchtet und auf einer durch periodisch aufeinander folgende Raumrichtungen des Lichtstrahls 5 vorgegebenen Scankurve 21 bzw. Scanfläche liegende Reflexionspunkte 12 auf Oberflächen von sich zumindest zeitweise in dem Bereich 7 befindlichen, den Lichtstrahl 5 diffus reflektierenden Objekten 13 periodisch beleuchtet.
Der Empfänger 3 dient der Bestimmung von innerhalb eines vorgebbaren Abstandsbereichs 11 liegenden Abständen zu den periodisch beleuchteten Reflexionspunkten 12 auf der von dem Lichtstrahl 5 ausgeleuchteten Scankurve 21 bzw. Scanfläche. Der Empfänger 3 umfasst hierzu ein aus mehreren für den von den Reflexionspunkten reflektierten Lichtstrahl 5 empfindlichen Sensoren 8 bestehendes Sensorfeld 9. Jeder Sensor 8 beobachtet einen eigenen, begrenzten Winkelbereich 10 innerhalb des die durch die von dem Lichtstrahl 5 periodisch beleuchteten Reflexionspunkte 12 gebildete Scankurve 21 bzw. Scanfläche abdeckenden Öffnungs- bzw. Raumwinkels 6 (2). Die Sensoren 8 sind in der Lage, innerhalb des jeweils von ihnen beobachteten Winkelbereichs 10 Abstände innerhalb des vorgebbaren Abstandsbereichs 11 zu erfassen. Die Sensoren 8 erzeugen bei einem innerhalb des Abstandsbereichs 11 und innerhalb des von dem jeweiligen Sensor 8 beobachteten Winkelbereichs 10 liegenden, den Lichtstrahl 5 diffus zurückstreuenden Reflexionspunkt 12 des Objekts 13, das sowohl eine Person oder ein Gegenstand sein kann, ein dem Abstand des Reflexionspunktes 12 analoges Ausgangssignal.
Die mit dem Empfänger 3 verbundene Auswerteeinheit 4 erstellt aus den Ausgangssignalen der einzelnen Sensoren 8 des Sensorfeldes 9 und unter Kenntnis der von den jeweiligen Sensoren 8 erfassten Winkelbereiche 10 ein Abstandsprofil, anhand dem ein unbelegter Sitz, ein erwachsener Insasse und ein rückwärts angeordneter Kindersitz unterscheidbar ist.
Wichtig ist hervorzuheben, dass die Darstellung in 1 eine stark vereinfachte, schematische Darstellung des Messprinzips mit stark verzerrten Größenverhältnissen zeigt. So können bei einer technischen Umsetzung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 beispielsweise der Empfänger 3, die aus Infrarotlaserlichtquelle 2 mit vorgesetzter Streulinse 20 bestehende Lichtquelle und die Scaneinrichtung 20 wie in 3 dargestellt in unmittelbare Nähe, in einem einzigen Gehäuse angeordnet werden, so dass sich der durch den Öffnungs- bzw. Raumwinkel 6 gebildete Bereich 7 und der sich aus den einzelnen Winkelbereichen 10 zusammensetzende, von den Sensoren 8 des Sensorfeldes 9 des Empfängers 3 beobachtete Bereich decken.
Eine Integration einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in die B-Säule 14 eines Kraftfahrzeugs ist in 3 dargestellt. Lichtquelle 2, mechanisch verschwenkbarer Spiegel 20 und Empfänger 3 sind dabei in einem gemeinsamen Gehäuse in unmittelbarer Nähe zueinander untergebracht. Die Auswerteeinheit 4 kann an einer beliebigen Stelle im Kraftfahrzeug angeordnet sein, beispielsweise auch im selben Gehäuse, wie die Lichtquelle 2, der mechanisch verschwenkbarer Spiegel 20 und der Empfänger 3.
Die Vorrichtung 1 sendet quer zur Längsachse 19 des Kraftfahrzeugs einen in Abhängigkeit von einer zeitlichen Funktion in sich periodisch ändernde Raumrichtungen innerhalb des Öffnungs- bzw. Raumwinkels 6 von 90° über Sitzlehne 15 und Sitzfläche 17 gerichteten Lichtstrahl 5 aus. Der Lichtstrahl 5 beleuchtet dabei nach und nach auf einer Scankurve 21 bzw. Scanfläche Reflexionspunkte 12 auf Objekten 13, die sich im Strahlengang befinden. Diese Scankurve 21 bzw. Scanfläche setzt sich aus den durch den in Abhängigkeit von einer zeitlichen Funktion in sich periodisch ändernde Raumrichtungen gerichteten Lichtstrahl 5 nacheinander beleuchteten Reflexionspunkten 12 (1) zusammen.
Von einem Reflexionspunkt 12 auf einem Objekt 13 innerhalb eines entsprechend der Einbausituation geeignet gewählten Abstandsbereichs 11 reflektiertes Licht wird diffus zur Vorrichtung 1 zurückgestreut. Der Abstandsbereich 11 beträgt hier vorzugsweise 0 bis 60 cm. Die in 2 dargestellten Sensoren 8 des Sensorfeldes 9 des Empfängers 3 beobachten jeweils einen eigenen, begrenzten Winkelbereich 10 des durch den Öffnungs- bzw. Raumwinkel 6 gebildeten Bereichs 7, innerhalb dem die durch die von dem Lichtstrahl 5 periodisch beleuchteten Reflexionspunkte 12 gebildete Scankurve 21 bzw. Scanfläche liegt. Trifft der Lichtstrahl 5 in dem Bereich 7 innerhalb des Abstandsbereichs 11 auf ein Objekt 13, wie etwa auf eine Sitzlehne 15 und/oder einen erwachsenen Insassen 16 des Kraftfahrzeugs, so beobachten die einzelnen Sensoren 8 nicht die gesamte Scankurve 21 bzw. Scanfläche, sondern nur innerhalb der jeweiligen Winkelbereiche 10 liegende Reflexionspunkte 12. Trifft der Lichtstrahl 5 auf einen der Reflexionspunkte 12, so strahlt dieser einen Teil des von der Vorrichtung 1 ausgesendete Lichtstrahl 5 diffus zurück, wodurch mittels dem den entsprechenden Winkelbereich 10 beobachtenden Sensor 8 des Sensorfeldes 9 des Empfängers 3 der Abstand zu dem entsprechenden Reflexionspunkt 12 bestimmt werden kann. Die Auswerteeinheit 4 der Vorrichtung 1 erstellt aus den gemessenen Abständen der einzelnen Reflexionspunkte ein Abstandsprofil, anhand dem zwischen einem unbelegten Sitz 18, einem erwachsenen Insassen 16 und einem rückwärts angeordneten Kindersitz unterschieden werden kann. Das Unterscheiden erfolgt anhand eines geeigneten Algorithmus, beispielsweise durch eine Integration der Fläche unter einer von den einzelnen Abstandswerten gebildeten Kurve, oder durch einen Vergleich mit Referenzprofilen oder dergleichen. Die Information über die Art der Belegung eines Sitzes 18 kann nun zur Entscheidung über eine Airbag-Auslösung herangezogen bzw. zur Verfügung gestellt werden.
Die Scaneinrichtung 20 ist vorzugsweise entsprechend einer der in den 4 bis 7 dargestellten Ausführungsformen ausgebildet.
Den in den 4 bis 7 dargestellten Scaneinrichtungen 20'. 20'', 20''' ist gemein, dass sie frei von rotierenden mechanischen Elementen ausgeführt sind. Hierdurch werden verglichen beispielsweise mit einer periodischen Ablenkung eines Lichtstrahls durch einen rotierenden Spiegel keine großen mechanischen rotierenden Teile benötigt, welche teuer sind, Vibrationen und Geräusche verursachen, sowie deutlichen Alterungseinflüssen unterliegen.
Die Scaneinrichtungen 20', 20'' umfassen jeweils eine im Strahlengang des von der aus Infrarotlaserlichtquelle 2', 2'' mit vorgesetzter Streulinse 22', 22'' bestehenden Lichtquelle ausgehenden Lichtfächers oder -kegels 23', 23'' angeordnete Einrichtung 24', 24'', mit der ein für eine zu einem bestimmten Zeitpunkt durch die zeitlichen Funktion vorgegebene Raumrichtung benötigter Lichtstrahl 5', 5'' aus dem Lichtfächer oder -kegel 23', 23'' absonderbar ist, und mit der in zum jeweiligen Zeitpunkt ungeeignete Raumrichtungen gerichtete Anteile des Lichtfächers oder -kegels 23', 23'' absorbierbar, reflektierbar oder in sonst einer geeigneten Weise am Austreten in den durch den Lichtstrahl 5', 5'' auszuleuchtenden Bereich 7 (1 und 3) abhaltbar sind.
Gemäß einer in den 4 und 5 dargestellten Ausführungsform besteht die Einrichtung 24' aus einem im Strahlengang des Lichtfächers oder -kegels 23' angeordneten Display 25. Das Display 25 ist in unabhängig voneinander ansteuerbare Segmente 26 in Form von Pixeln unterteilt (5).
Durch eine Ansteuerung ändern die Segmente 26 ihre Transmissionseigenschaften für das von der Infrarotlaserlichtquelle 2' ausgesendete Licht. Die einzelnen Segmente 26 sind derart unabhängig voneinander ansteuerbar, dass zu jedem bestimmten Zeitpunkt mindestens ein Segment 26 zur Absonderung eines Lichtstrahls 5' in einer für eine durch die zeitlichen Funktion vorgegebenen Raumrichtung geeigneten Richtung transparent ist, durch welches Segment 26 dann ein den Lichtstrahl 5' bildender Teil des Lichtfächers oder -kegels 23' hindurchtreten kann, wohingegen die verbleibenden Segmente nichttransparent sind und die verbleibenden Teile des Lichtfächers oder -kegels 23' am hindurch treten durch das Display 25 gehindert werden.
Der von der Lichtquelle ausgesendete Lichtfächer bzw. -kegel 23' weist dabei einen Öffnungs- bzw. Raumwinkel von 90° auf, der dem durch die unterschiedlichen Raumrichtungen, in die der von der Scaneinrichtung 20' abgesonderte Lichtstrahl 5' gerichtet ist, erzeugten Öffnungs- bzw. Raumwinkel 6 (1 und 3) von 90° entspricht.
Bei dem Display 25 kann es sich beispielsweise um ein Flüssigkristall-Display (LCD; Liquid Crystal Display) in Form eines TFT (Thin Film Transistor) oder ein TSTN (Triple Supertwisted Nematic) Flüssigkristall-Display handeln.
Die Funktionsweise der Scaneinrichtung 20' kann anhand 5 einfach erklärt werden. Ein von der Infrarotlaserlichtquelle 2' ausgesandter, kollimierter und modulierter Infrarotlaserstrahl wird mittels einer Streulinse 22' linien- bzw. kegelförmig zu einem Lichtfächer bzw. Lichtkegel 23' mit einem Öffnungs- bzw. Raumwinkel von 90° aufgeweitet. Die Streulinse 22' zur Aufweitung des Laserstrahls kann beispielsweise eine Powell-Linse oder ein aus mehreren zylindrischen Linsen bestehendes Feld umfassen. Der Laserfächer oder -kegel 23' wird auf das LCD-Display 25 gerichtet. Nur ein Segment 26 bzw. Pixel des LCD-Displays 25 ist transparent, wohingegen alle anderen Segmente bzw. Pixel nichttransparent sind. Nur der auf das transparente Segment 26 gerichtete Teil des Lichtfächers bzw. -kegels 23' kann das Display 26 passieren, wodurch aus dem Laserfächer bzw. -kegel 23' ein in eine durch die Lage des Segments 26 innerhalb des Displays 25 vorgegebene Raumrichtung gerichteter Lichtstrahl 5' erzeugt wird. Mit diesem Lichtstrahl 5' wird durch Triangulation ein Abstand zu einem ersten Reflexionspunkt gemessen (5a). Nach Messung des Abstandes zu dem ersten Reflexionspunkt wird das in 5a transparente Segment 26 so angesteuert, dass es, wie in 5b dargestellt, nunmehr nichttransparent ist. Gleichzeitig wird ein benachbartes, in 5a nichttransparentes Segment 26 so angesteuert, dass es nunmehr wie in 5b dargestellt transparent ist. Nun kann der Abstand zu einem zweiten Reflexionspunkt gemessen werden. Dieser Vorgang wird so oft wiederholt, bis durch jedes Segment 26 des Displays einmal ein in eine eigene Raumrichtung gerichteter Lichtstrahl 5' erzeugt wurde (5c). Danach wird mit einer Abstandsmessung zu einem ersten Reflexionspunkt von neuem begonnen.
Gemäß einer in 6 dargestellten Ausführungsform besteht die Einrichtung 24'' aus einem im Strahlengang des Lichtfächers oder -kegels 23'' angeordneten Mikrospiegelfeld 27. Das Mikrospiegelfeld 27 ist in unabhängig voneinander ansteuerbare Mikrospiegel unterteilt. Die Mikrospiegel sind derart unabhängig voneinander ansteuerbar, dass mindestens ein Mikrospiegel einen Lichtstrahl 5'' aus dem Lichtfächer oder -kegel 23'' durch Reflexion in eine für eine durch die zeitlichen Funktion vorgegebene Raumrichtung geeignete Richtung absondert. Der abgesonderte Lichtstrahl 5'' kann dann wie in 6 dargestellt direkt, oder indirekt über mindestens eine weitere Reflexion in den Bereich 7 (1 und 3) gerichtet werden, wohingegen die verbleibenden Teile des Lichtfächers oder -kegels 23'' durch die restlichen Mikrospiegel des Mikrospiegelfelds 27 nicht oder in für durch die zeitlichen Funktion vorgegebene Raumrichtung ungeeignete Richtungen reflektiert werden, wodurch die verbleibenden Teile des Lichtfächers oder -kegels nicht in den Bereich 7 (1 und 3) austreten können.
Der von der Lichtquelle ausgesendete Lichtfächer bzw. -kegel 23'' weist dabei vorzugsweise einen Öffnungs- bzw. Raumwinkel von 45° auf, aus dem dann ein durch die unterschiedlichen Raumrichtungen, in die der von der Scaneinrichtung 20'' abge sonderte Lichtstrahl 5'' gerichtet ist, erzeugter Öffnungs- bzw. Raumwinkel 6 (1 und 3) von vorzugsweise 90° erzeugbar ist.
Die einzelnen Mikrospiegel des Mikrospiegelfeldes 27 sind dabei schwenkbar angeordnet, wobei eine Ansteuerung ein Verschwenken der Mikrospiegel des Mikrospiegelfelds 27 bewirkt.
Die Funktionsweise der Scaneinrichtung 20'' kann anhand 6 einfach erklärt werden. Ein von der Infrarotlaserlichtquelle 2'' ausgesandter, kollimierter und modulierter Infrarotlaserstrahl wird mittels einer Streulinse 22'' linien- bzw. kegelförmig zu einem Lichtfächer bzw. Lichtkegel 23'' mit einem Öffnungs- bzw. Raumwinkel von 45° aufgeweitet. Der Lichtfächer bzw. Lichtkegel 23'' ist, beispielsweise über einen zwischengeschalteten Spiegel, der Teil eines Gehäuses sein kann, auf ein Mikrospiegelfeld 27 gerichtet. Bei dem Mikrospiegelfeld 27 handelt es sich beispielsweise um ein so genanntes Digital Micromirror Device, DMD), bestehend aus matrizenartig angeordneten, unabhängig voneinander ansteuerbaren Mikrospiegeln. In Abhängigkeit von der durch die Ansteuerung der einzelnen Mikrospiegel beeinflussbaren Ausrichtung der Mikrospiegel, wird ein Lichtstrahl 5'' durch einen Mikrospiegel aus dem Lichtfächer bzw. Lichtkegel 23'' abgesondert und in den Bereich 7 (1 und 3) gerichtet, wohingegen die verbleibenden Teile des Lichtfächers bzw. Lichtkegels 23'' durch die restlichen Mikrospiegel des Mikrospiegelfeldes 27 innerhalb eines Gehäuses der Scaneinrichtung 20'' verbleibend gerichtet werden, wodurch diese verbleibenden Teile nicht in den Bereich 7 (1 und 3) gelangen können. Nur ein Mikrospiegel des Mikrospiegelfelds 27 reflektiert einen Lichtstrahl 5'' des Lichtfächers bzw. Lichtkegels 23'' in den Bereich 7, wo der Lichtstrahl 5'' auf ein im Strahlengang befindliches Objekt treffen und von dem durch diese Beleuchtung entstehenden Reflexionspunkt diffus reflektiert werden kann. Die restlichen Mikrospiegel reflektieren die verbleibenden Teile des Lichtfächers bzw. Lichtkegels 23'' derart, dass diese nicht in den Bereich 7 gelangen können. Mit diesem Lichtstrahl 5' wird durch Triangulation ein Abstand zu einem ersten Reflexionspunkt gemessen (6a). Nach Messung des Abstandes zu dem ersten Reflexionspunkt wird durch Ansteuerung eines anderen Mikrospiegels des Mikrospiegelfeldes 27 ein in eine andere Raumrichtung gerichteter Lichtstrahl 5'' erzeugt (6b), wobei die restlichen Mikrospiegel die verbleibenden Teile des Lichtfächers bzw. Lichtkegels 23'' derart reflektieren, dass diese wiederum nicht in den Bereich 7 gelangen können. Nun kann der Abstand zu einem zweiten Reflexionspunkt gemessen werden. Dieser Vorgang wird so oft wiederholt, bis durch jeden Mikrospiegel des Mikrospiegelfeldes 27 einmal ein in eine eigene Raumrichtung gerichteter Lichtstrahl 5'' erzeugt wurde (6c). Danach wird mit einer Abstandsmessung zu einem ersten Reflexionspunkt von neuem begonnen.
Gemäß einer in 7 dargestellten Ausführungsform besteht die Scaneinrichtung 20''' aus einer im Strahlengang eines Lichtstrahls oder des kollimierten Lichtstrahlenbündels 23''' angeordneten Einrichtung 24''', welche als ein im Strahlengang des Lichtstrahls oder des kollimierten Lichtstrahlenbündels 23''' angeordneten, innerhalb mindestens einer Ebene zu einer Schwingung anregbaren Spiegel 28 ausgeführt ist. Eine Schwingungsanregung des Spiegels 28 erfolgt beispielsweise mittels eines Piezomotors 30 oder mittels einer vibrierenden Membran oder elektrostatisch oder kapazitiv. Zur Vergrößerung des von dem Lichtstrahl 5''' ausleuchtbaren, scanbaren Bereichs 7 (1 und 3), umfasst die Scaneinrichtung 20''' einen im Strahlengang des aus dem Lichtstrahl oder dem kollimierten Lichtstrahlenbündel 23''' erzeugten, in Abhängigkeit von einer zeitlichen Funktion in periodisch ändernde Raumrichtungen innerhalb des vorgebbaren Öffnungs- bzw. Raumwinkels gerichteten Lichtstrahls 5''' angeordneten Spiegel 29. Die in Verbindung mit der Scaneinrichtung 20''' verwendete Infrarotlaserlichtquelle 2''' sendet dabei im Vergleich zu den Infrarotlaserlichtquellen 2', 2'' der Scaneinrichtungen 20', 20'' anstelle eines Lichtfächers oder -kegels 23', 23'' einen Lichtstrahl oder ein kollimiertes Lichtstrahlenbündel 23''' aus, wodurch wiederum im Vergleich zu den Scaneinrichtungen 20', 20'' auf die Streulinse 22', 22'' verzichtet werden kann.
Wichtig ist hervorzuheben, dass die in den 4 bis 7 dargestellten Scaneinrichtungen 20', 20'', 20''' durch Verzicht auf rotierende mechanische Elemente eine gemeinsame, einfache Anordnung von aus Infrarotlaserlichtquelle 2', 2'' mit vorgesetzter Streulinse 22', 22'' bzw. nur aus Infrarotlaserlichtquelle 2''' bestehender Lichtquelle und aus geeigneter Optik 31', 31'', 31''' und Sensorfeld 9', 9'', 9''' bestehendem Empfänger 3', 3'', 3''' auf einer gemeinsamen Platine 32', 32'', 32''' ermöglichen.

Claims

Vorrichtung (1) zur Unterscheidung mindestens zwischen einem rückwärts angeordneten Kindersitz und einem erwachsenen Insassen (16) in einem Kraftfahrzeug, gekennzeichnet durch – eine einen Lichtfächer oder -kegel (23, 23', 23'') aussendende Lichtquelle (2, 2', 2''), – eine Scaneinrichtung (20, 20', 20'') zur Erzeugung eines in Abhängigkeit von einer zeitlichen Funktion in periodisch ändernde Raumrichtungen innerhalb eines vorgebbaren Öffnungs- bzw. Raumwinkels (6) gerichteten Lichtstrahls (5, 5', 5'') aus dem Lichtfächer oder -kegel (23, 23', 23''), wodurch ein mindestens einen Sitzplatz (18) überstreichender Bereich (7) nach und nach ausleuchtbar ist und Reflexionspunkte (12) auf Oberflächen von sich zumindest zeitweise in dem Bereich (7) befindlichen Objekten (13, 15, 16) periodisch beleuchtbar sind, – einen Empfänger (3, 3', 3'') zur Bestimmung von zumindest innerhalb eines vorgebbaren Abstandsbereichs (11) liegenden Abständen zu den periodisch beleuchteten Reflexionspunkten (12), sowie – eine Auswerteeinrichtung (4) zur Unterscheidung mindestens zwischen einem erwachsenen Insassen (16) und einem rückwärts angeordneten Kindersitz anhand der Abstände zu den periodisch beleuchteten Reflexionspunkten (12).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Auswerteeinheit (4) ein Abstandsprofil aus den gemessenen Abständen zu den in periodischen Zyklen beleuchteten Reflexionspunkten (12) erstellbar ist, anhand dem eine Unterscheidung mindestens zwischen einem erwachsenen Insassen (16) und einem rückwärts angeordneten Kindersitz durchführbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger (3, 3', 3'') ein aus mehreren Sensoren (8) bestehendes Sensorfeld (9, 9', 9'') umfasst, von denen jeder einen eigenen, begrenzten Winkelbereich (10) innerhalb des Öffnungs- bzw. Raumwinkels (6) erfasst, und bei einem zumindest innerhalb eines vorgebbaren Abstandsbereichs (11) und innerhalb des von ihm beobachteten Winkelbereichs (10) liegenden Reflexionspunkt (12) ein dem Abstand des Reflexionspunktes (12) analoges Ausgangssignal erzeugt.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (8) des Sensorfeldes (9, 9', 9'') PSD-Sensoren und/oder CCD-Sensoren und/oder CMOS-Sensoren sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgebbare Abstandsbereich (11) 0 bis 60 cm beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgebbare Abstandsbereich (11) 10 bis 120 cm beträgt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Scaneinrichtung (20, 20', 20'') frei von rotierenden mechanischen Elementen ausgeführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Scaneinrichtung (20, 20', 20'') eine im Strahlengang des Lichtfächers oder -kegels (23, 23', 23'') angeordnete Einrichtung (24', 24'') umfasst, mit der ein für eine zu einem bestimmten Zeitpunkt durch die zeitlichen Funktion vorgegebene Raumrichtung benötigter Lichtstrahl (5, 5', 5'') aus dem Lichtfächer bzw. -kegel (23, 23', 23'') absonderbar ist, und mit der in zum jeweiligen Zeitpunkt ungeeignete Raumrich tungen gerichtete Anteile des Lichtfächers oder -kegels (23, 23', 23'') absorbierbar, reflektierbar oder in sonst einer geeigneten Weise am Austreten in den Bereich (7) abhaltbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (24') ein im Strahlengang des Lichtfächers oder -kegels (23') angeordnetes, in unabhängig voneinander ansteuerbare, durch eine Ansteuerung transparente oder nichttransparente Segmente (26) unterteiltes Display (25) umfasst, welche derart unabhängig voneinander ansteuerbar sind, dass zu jedem bestimmten Zeitpunkt mindestens ein Segment (26) zur Absonderung eines Lichtstrahls (5') in einer für eine durch die zeitlichen Funktion vorgegebenen Raumrichtung geeigneten Richtung transparent ist, wohingegen die verbleibenden Segmente nichttransparent sind.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Display (25) um ein Flüssigkristall-Display handelt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (24'') ein im Strahlengang des Lichtfächers oder -kegels (23'') angeordnetes, in eine Vielzahl von unabhängig voneinander ansteuerbare Mikrospiegel unterteiltes Mikrospiegelfeld (27) umfasst, welche derart unabhängig voneinander ansteuerbar sind, dass mindestens ein Mikrospiegel einen Lichtstrahl (5'') aus dem Lichtfächer oder -kegel (23'') durch Reflexion in eine für eine durch die zeitlichen Funktion vorgegebene Raumrichtung geeignete Richtung absondert, wohingegen die verbleibenden Teile des Lichtfächers oder -kegels (23'') durch die restlichen Mikrospiegel nicht oder in für durch die zeitlichen Funktion vorgegebene Raumrichtung ungeeignete Richtungen reflektiert werden.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Mikrospiegel des Mikrospiegelfeldes (27) schwenkbar angeordnet sind und eine Ansteuerung ein Verschwenken der Mikrospiegel bewirkt.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Mikrospiegel des Mikrospiegelfeldes (27) derart ausgeführt sind, dass deren Reflexionseigenschaften durch Anlegen einer elektrischen Spannung veränderbar sind und eine Ansteuerung eine Veränderung der Reflexionseigenschaften der Mikrospiegel bewirkt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (24''') einen im Strahlengang des Lichtfächers oder -kegels (23''') angeordneten, innerhalb mindestens einer Ebene zu einer Schwingung anregbaren Spiegel (28) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schwingungsanregung des Spiegels (28) mittels eines Piezomotors (30) erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schwingungsanregung des Spiegels (28) mittels einer Mikrolinse erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schwingungsanregung des Spiegels (28) mittels einer vibrierenden Membran erfolgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Lichtquelle (2''') umfasst, welche anstelle eines Lichtfächers (23, 23', 23'') oder -kegels einen Lichtstrahl oder ein kollimiertes Lichtstrahlenbündel (23''') aussendet und die Vorrichtung darüber hinaus eine Scaneinrichtung (20''') zur Erzeugung eines in Abhängigkeit von einer zeitlichen Funktion in periodisch ändernde Raumrichtungen innerhalb eines vorgebbaren Öffnungs- bzw. Raumwinkels (6) gerichteten Lichtstrahls (5''') aus dem Lichtstrahl oder dem kollimierten Lichtstrahlenbündel (23''') umfasst, wodurch ein mindestens einen Sitzplatz (18) überstreichender Bereich (7) nach und nach ausleuchtbar ist und Reflexionspunkte (12) auf Oberflächen von sich zumindest zeitweise in dem Bereich (7) befindlichen Objekten (13, 15, 16) periodisch beleuchtbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Scaneinrichtung (20, 20', 20'', 20''') zur Vergrößerung des durch den Lichtstrahl (5, 5', 5'', 5''') scanbaren Bereichs (7) einen im Strahlengang des Lichtstrahls (5, 5', 5'', 5''') angeordneten Spiegel (29) umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtfächer oder -kegel (23, 23', 23'', 23''') mit wechselnder Wellenlänge ausgesendet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Empfänger (3, 3', 3'', 3''') eine mit der wechselnden Wellenlänge des ausgesandten Lichtfächers oder -kegels (23, 23', 23'', 23''') korrespondierende Filterung des von den Reflexionspunkten (12) reflektierten Lichtstrahls (5, 5', 5'', 5''') durchführbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle einen Infrarot-Lichtfächer oder -kegel aussendet.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Lichtquelle und die Scaneinrichtung (20, 20, 20'', 20''') der Vorrichtung (1) oberhalb mindestens eines Sitzplatzes (18) eines Kraftfahrzeugs angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Lichtquelle und die Scaneinrichtung (20, 20', 20'', 20''') der Vorrichtung (1) seitlich neben mindestens einem Sitzplatz (18) eines Kraftfahrzeugs angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Lichtquelle und die Scaneinrichtung (20, 20', 20'', 20''') der Vorrichtung (1) auf Höhe einer Rückenlehne (15) oder einer Kopfstütze des Sitzplatzes (18) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungs- bzw. Raumwinkel (6), innerhalb dem der Lichtstrahl (5, 5', 5'', 5''') in unterschiedliche Raumrichtungen gerichtet ist, etwa 90° beträgt.
Verfahren zur Unterscheidung mindestens zwischen einem rückwärts angeordneten Kindersitz und einem erwachsenen Insassen (16) in einem Kraftfahrzeug, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte: – Erzeugung eines Lichtfächers oder -kegels (23, 23', 23'', 23'''), – Erzeugung eines in Abhängigkeit von einer zeitlichen Funktion in periodisch ändernde Raumrichtungen innerhalb eines vorgebbaren Öffnungs- bzw. Raumwinkels (6) gerich teten Lichtstrahls (5, 5', 5'', 5''') aus dem Lichtfächer oder -kegel (23, 23' 23'', 23'''), wodurch ein mindestens einen Sitzplatz (18) überstreichender Bereich (7) nach und nach ausleuchtbar ist und Reflexionspunkte (12) auf Oberflächen von sich zumindest zeitweise in dem Bereich (7) befindlichen Objekten (13, 15, 16) periodisch beleuchtbar sind, – Bestimmung von zumindest innerhalb eines vorgebbaren Abstandsbereichs (11) liegenden Abständen zu den periodisch beleuchteten Reflexionspunkten (12), sowie – Unterscheidung mindestens zwischen einem erwachsenen Insassen (16) und einem rückwärts angeordneten Kindersitz anhand der Abstände zu den periodisch beleuchteten Reflexionspunkten (12).
Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterscheidung mindestens zwischen einem erwachsenen Insassen (16) und einem rückwärts angeordneten Kindersitz anhand der Abstände zu den periodisch beleuchteten Reflexionspunkten (12) durch Erstellen eines Abstandsprofils anhand der erfassten Winkelbereiche (10) und Abstände und Unterscheiden zwischen einem unbelegten Sitz (18), einem erwachsenen Insassen (16) und einem rückwärts angeordneten Kindersitz anhand des erstellten Abstandsprofils erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Unterscheidung gewonnene Information zur Entscheidung über eine Airbag-Auslösung verwendet wird.