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Stand der Technik
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Kameras
zur Erfassung der Straßenszene vor dem Fahrzeug werden
im allgemeinen im Fahrgastraum hinter der Frontscheibe angeordnet.
Je nach Beleuchtungsverhältnissen spiegeln sich jedoch
z. B. Teile des Armaturenbretts und ggf. weitere Gegenstände
an der Innenseite der Frontscheibe. Dies kann zu Mustern im Bild
führen, die ggf. für die Darstellung unerwünscht
sind und für die weitere Bildverarbeitung hinderlich sein
können, da z. B. Kanten- oder Eckendetektionsalgorithmen
im Bild auch auf diese Muster ansprechen. Ein stehendes Muster im
Bild kann daher eine Falschmessung, insbesondere ein falsches Erkennen
eines relativ unbewegten Objektes im Erfassungsbereich vor dem Fahrzeug
verursachen.
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Um
derartige Reflexionen zu vermeiden, werden derzeit aufwendig konstruierte
und speziell beschichtete Streulichtblenden verwendet, die den Einfall
des Streulichtes in das Kameraobjektiv verhindern sollen. Derartige
Anordnungen sind jedoch relativ aufwendig und daher kostspielig.
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Die
JP 11240384 A zeigt
eine Display-Anordnung für ein Fahrzeug, bei dem eine Kamera
in einem Außenspiegel hinter einem halbdurchlässigen Spiegel
angeordnet ist. Hierbei ist eine Antireflexbeschichtung auf der
Rückseite des halbdurchlässigen Spiegels und ggf.
an der Frontseite und Rückseite eines Vorderglases der
CCD-Kamera vorgesehen. In
Physik Journal 5 (2006) Nr. 5,
Seite 48 ff. ist die Ausbildung mikrostrukturierter Antireflexbeschichtungen durch
laterale Strukturierung oder poröse Beschichtungen beschrieben.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird
das Auftreten von Reflexionen durch die Ausbildung eines Bereichs
der Fahrzeugscheibe mit einer Antireflexionswirkung verhindert,
wobei dieser Bereich mit Antireflexionswirkung vorteilhafterweise
vor der Kamera angebracht ist, so dass er die Fahrzeugscheibe im
relevanten Winkelbereich der Kamera erfasst.
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Als
Antireflex-Wirkung wird erfindungsgemäß eine optische
Eigenschaft verstanden, die die Reflexion an dieser Seite der Fahrzeugscheibe
ganz oder zumindest teilweise verhindert. Vorteilhafterweise wird
die Reflexion dabei ganz oder zumindest weitgehend bis auf nicht
mehr relevante Werte unterdrückt.
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Der
Erfindung liegt hierbei die Erkenntnis zu Grunde, dass die störenden
Reflexionen auf überraschend einfache Weise durch eine
Antireflex-Ausbildung auf der Vorderseite und/oder Rückseite
der Fahrzeugscheibe anstelle der herkömmlichen aufwendigen
Streulichtblenden verhindert werden kann.
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Hierbei
wird die Antireflex-Wirkung erfindungsgemäß durch
eine Strukturierung einer Glasfläche erzeugt. Dem liegt
der Gedanke zugrunde, dass Glasflächen eine hohe Härte
und Abriebsfestigkeit aufweisen und bei einer direkten Strukturierung
einer Glasfläche keine Probleme durch eine Alterung zusätzlicher
Materialien, insbesondere von Kunststoffen auftreten, die im allgemeinen
nur eine begrenzte Lichtverträglichkeit aufweisen.
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Erfindungsgemäß kann
zum einen direkt eine Fläche des Scheibenkörpers
der Fahrzeugscheibe, d. h. die Vorderseite und/oder Rückseite
des Scheibenkörpers, mit der Antireflex-Struktur versehen
werden. Gemäß einer hierzu alternativen Ausführungsform
kann auch ein zusätzlicher Filter-Glaskörper,
insbesondere eine Filter-Glasscheibe, mit der Antireflex-Struktur
ausgebildet werden und an dem Glaskörper der Fahrzeugscheibe
angebracht, insbeson dere geklebt werden. Der erfindungsgemäße
Begriff der Fahrzeugscheibe umfasst bei dieser Ausführungsform
somit den Scheibenkörper und die zusätzliche Filter-Glasscheibe.
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Die
Antireflex-Struktur kann erfindungsgemäß zum einen
durch eine Prägung oder Stanzung ausgebildet werden, indem
der jeweilige Glaskörper entweder direkt bei der Herstellung
im warmen Zustand gestanzt oder geprägt wird oder nachträglich
in dem relevanten Bereich erwärmt und gestanzt oder geprägt
wird.
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Weiterhin
ist auch eine Ätzung, z. B. nasschemische Ätzung
möglich, bei der der Scheibenkörper oder der Filter-Glaskörper
an der relevanten Fläche durch Ätzen mit einer
Maske strukturiert wird. Des weiteren kann eine Strukturierung über
einen Laser möglich.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform wird eine direkte
Strukturierung mit Abständen bzw. Strukturierungsabständen
unterhalb der Wellenlänge des Lichtes vorgenommen, wodurch ein
sich kontinuierlich ändernder Brechungsindex erzeugt wird.
Vorteilhafterweise wird hierbei eine submikro-strukturierte bzw.
nanostrukturierte Antireflexstruktur ausgebildet, da diese eine
gute Entspiegelung auch für unterschiedliche Wellenlängen
und Reflexwinkel ermöglicht.
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Erfindungsgemäß können
somit durch eine relativ kostengünstige Maßnahme
störende Reflexe über einen hohen Wellenlängenbereich
verhindert werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
ein erfindungsgemäßes Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen
Frontscheibe in Seitenansicht;
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2 zeigt
den Ausschnitt A aus 1 als Querschnitt durch den
Bereich der Fahrzeugscheibe gemäß einer ersten
Ausführungsform mit direkter Strukturierung der Rückseite
des Scheibenkörpers;
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3 zeigt
den Ausschnitt A aus 1 als Querschnitt durch den
Bereich der Fahrzeugscheibe gemäß einer zweiten
Ausführungsform mit Strukturierung einer am Scheibenkörper
angebrachten Filter-Glasscheibe.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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Ein
Fahrzeug 1 weist eine Frontscheibe 2 und (in Fahrtrichtung
F) hinter der Frontscheibe 2, d. h. in seinem Innenraum
(Fahrgastraum) 3 eine Kamera 4 auf, die in an
sich bekannter Weise einen Kamera-Erfassungsbereich 5 vor
dem Fahrzeug 1 erfasst und Bildsignale S1 zur internen
Verwendung, insbesondere für eine weitere Bildverarbeitung,
z. B. mit Kanten– oder Eckendetektionsalgorithmen, ausgibt,
wobei aus den Bildsignalen S1 Anweisungen für den Fahrer
und/oder Eingriffe in die Fahrdynamik, einschließlich Bremseingriffe
und Motoreingriffe, abgeleitet werden können.
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Die
Frontscheibe 2 weist einen – vorzugsweise mehrschichtigen – Scheibenkörper 6 aus
Verbundglas, z. B. als mehrschichtiges Lagensystem aus Glasschichten
und Kunststofffolien auf, mit einer Vorderseite 6a und
einer Rückseite 6b. Auf den genaueren Schichtaufbau
des Scheibenkörpers 6 wird hier nicht weiter eingegangen,
da er als solches bekannt ist.
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Erfindungsgemäß ist
in einem Bereich 7 bzw. Antireflex-Bereich 7 der
Frontscheibe 2 vor der Kamera 4 eine Antireflex-Struktur 8 in
einem Glaskörper ausgebildet. Gemäß der
Ausführungsform der 2 ist der
Scheibenkörper 6 selbst dieser Glaskörper,
so dass die Antireflex-Struktur 8 auf der Vorderseite 6a und/oder
der Rückseite 6b des Scheibenkörpers 6 ausgebildet
ist. Gemäß der hierzu alternativen Ausführungsform
der 3 ist die Antireflex-Struktur 8 auf der
Vorderseite 16a und/oder Rückseite 16b eines
Filter- Glaskörpers, insbesondere einer Filter-Glasscheibe 16 ausgebildet.
Somit umfasst die Frontscheibe 2 der Ausführungsform
der 3 sowohl den Scheibenkörper 6 als
auch die an diesem angebrachte Filter-Glasscheibe 16.
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Der
Bereich 7 kann hinreichend groß gewählt werden
und sich grundsätzlich auch über die gesamte Frontscheibe 2 erstrecken.
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Die
in 2 und 3 gezeigten Größendarstellungen
der Dicke des Glaskörpers 6 sowie der Dicke d
und der lateralen Strukturbreite l der Antireflex-Struktur 8 sind
lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu.
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Gemäß der
Ausführungsformen der 2 weist
die Antireflex-Struktur 8 Materialbereiche 10a und
zwischen diesen ausgebildete, z. B. mit Luft gefüllte Zwischenbereiche 10b auf,
wobei laterale Abstände l kleiner/gleich 500 nm, insbesondere
im Bereich von 200 bis 300 nm ausgebildet sind. Vorteilhafterweise
ist auch die Dicke d (Tiefe) im Bereich von 200 bis 300 nm ausgebildet.
Licht L im optischen, sichtbaren Wellenlängenbereich mit λ =
380 bis 750 nm, das aus dem Fahrgastraum 3, z. b. vom Armaturenbrett
oder von auf dem Armaturenbrett liegenden Gegenständen,
auf die Frontscheibe 2 ausgestrahlt wird, erfährt
somit eine Beugung an der Struktur 8. Je kleiner das Verhältnis
der Gitterperiode l bzw. lateralen Strukturierung zur Wellenlänge λ,
umso größer wird der Beugungswinkel und desto
weniger gebeugte Ordnungen breiten sich aus, d. h. die Struktur
hat eine reflexionsmindernde Wirkung. Die Zwischenbereiche 10b können
statt mit Luft auch mit einem transparenten Schutzmaterial gefüllt
sein, dessen Brechungsindex sich vom Brechungsindex des Glasmaterials
des Glaskörpers unterscheidet.
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Hierbei
kann die Antireflex-Struktur 8 gemäß 2 regelmäßig
sein, d. h. ein Beugungsgitter mit einer lateralen Gitterperiode
l darstellen; dies ist erfindungsgemäß jedoch
nicht erforderlich, da bei dieser Strukturierung unterhalb der Wellenlänge λ kein
Beugungsphänomen erreicht wird. Vorteilhafterweise ist in 2 die
Antireflex-Struktur 8 an der Rückseite 6b des
Scheibenkör pers 6, d. h. zum Innenraum 3 hin, ausgebildet,
so dass sie nicht durch Umwelteinflüsse von außen
verschmutzt und der vom Innenraum 3 her auftretende Einfall
von Streulicht bereits an der Rückseite 6b verhindert
wird.
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Gemäß der
Ausführungsform der 3 wird die
Antireflex-Struktur 8 in einer Filter-Glasscheibe 16 ausgebildet,
die wiederum an dem Scheibenkörper 6 befestigt
wird. Somit kann die Filter-Glasscheibe 16 separat von
dem Scheibenkörper 6 hergestellt und strukturiert
werden.
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Die
Herstellung der Struktur 10 der 2 und 3 kann
zum einen durch Fräsen oder eine andere mechanische spanende
Behandlung der Oberfläche 6b, 16b erfolgen.
Hierbei ist allerdings darauf zu achten, dass bei einer derartigen
mechanischen Bearbeitung keine Materialbereiche abbrechen, die die
Struktur verändern.
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Alternativ
hierzu kann eine Heißverformung eingesetzt werden, bei
der der Glaskörper 6 oder 16 in heißem
und somit weichem Zustand mit einer Schablone oder Prägestempel 19 an
der gewünschten Stelle geprägt wird. Eine derartige
Strukturierung ohne spanende Bearbeitung verringert die Gefahr ungewollter
Strukturveränderungen. Die Prägung kann direkt
bei der Herstellung des Glaskörpers 6 oder 16 erfolgen.
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Weiterhin
kann der bereits erkaltete Glaskörpers 6 oder 16 nachträglich
lokal erwärmt und geprägt werden. Dies kann insbesondere
durch Prägen des erwärmten Glaskörpers 6 oder 16 mit
einem gekühlten Prägestempel 19 oder
durch lokales Aufheizen des Glaskörpers 6 oder 16 durch
den Prägestempel 19 erfolgen. Der Prägestempel 19 kann
hierzu zunächst mit holografischen Strukturen hergestellt werden,
z. B. unter Verwendung von zwei aufgeweiteten Laserstrahlen, die
sich unter einem bestimmten Winkel überlagern und hierdurch
ein geeignetes Interferenzmuster ausbilden, mit dem ein Fotolack
belichtet wird. Weiterhin kann auch eine Belichtung des Lacks in
mehreren Drehpositionen eines aufgeweiteten Laserstrahls erfolgen.
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Weiterhin
kann die Antireflex-Struktur 8 auch durch Ätzen,
insbesondere nasschemisches Ätzen erzeugt werden, Hierbei
wird eine geeignete Schablone zur Aufbringung der ätzenden
Flüssigkeit auf den Glasbereich gelegt und die gewünschte
Antireflex-Struktur 8 geätzt; derartige Ätzverfahren
zur Strukturierung von Glasoberflächen sind bei LCD-Bildschirmen
grundsätzlich bereits bekannt.
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Eine
weiteres Herstellungsverfahren beruht auf einer direkten Strukturierung
der relevanten Fläche mittels eines Lasers. Hierbei kann
entsprechend der oben beschriebenen Strukturierung des Stempels 19 direkt
ein Fotolack auf der Glasfläche 6b oder 16b aufgetragen
und mit ein oder zwei Laserstrahlen wie oben beschrieben die Struktur
ausgebildet werden.
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Bei
der Ausführungsform der 3 kann die Filter-Glasscheibe 16 insbesondere
aus einem Glasmaterial mit dem gleichen Brechungsindex n wie der Scheibenkörper 6 hergestellt
werden; alternativ kann jedoch auch die Lichtbrechung durch unterschiedliche
Brechungsindizes n berücksichtigt werden.
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Gemäß 3 kann
die Filter-Glasscheibe 16 über einen Rahmen 22 befestigt
werden, der an dem Scheibenkörper 6 befestigt,
z. B. geklebt wird. Der Rahmen 22 kann hierbei wie in 1 gezeigt auch
zur Befestigung der Kamera 4 dienen, so dass der Rahmen 22 mitsamt
der Filter-Glasscheibe 16 und der Kamera 4 eine
zu montierende Einheit bildet. In einen Freiraum 20 zwischen
der Filter-Glasscheibe 16 und dem Scheibenkörper 6 wird
dann ein optisch transparentes Füllmaterial 23,
insbesondere ein Gel oder ein nachträglich aushärtender
Kitt, eingebracht. Dies kann z. B. vor dem abschließenden
Anpressen des Rahmens 22 erfolgen.
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Die
Befestigung der Filter-Glasscheibe 16 an dem Scheibenkörper 6 kann
alternativ zu der Verwendung eines Rahmens 22 jedoch grundsätzlich auch
direkt über einen optisch transparenten Kleber erfolgen,
der somit der Füll masse 23 aus 3 entspricht,
wobei dann in 3 der Rahmen 22 entfällt.
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Der
Kleber oder das optisch transparente Füllmaterial 23 weisen
hierbei vorteilhafterweise den gleichen Brechungsindex n wie die
Filter-Glasscheibe 16 und/oder der Scheibenkörper 6 auf,
so dass dieser Antireflex-Bereich 7 sich optisch lediglich
als entspiegelter, dickerer Bereich der Frontscheibe 2 darstellt.
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Die
Schichtdicke des Klebers oder des Füllmaterials 22 kann
grundsätzlich variieren, da die Kamera 4 vorzugsweise
selbstkalibrierend bzw. selbstfokussierend ist.
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Der
Rahmen 22 zur Montage der Kamera 4 kann entsprechend
auch in der Ausführungsform der 2 vorgesehen
sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Physik Journal
5 (2006) Nr. 5, Seite 48 ff. [0003]