DE102010004443A1

DE102010004443A1 - In Windschutzscheibe integrierter Tageslichtfilter für IR-Sensoren

Info

Publication number: DE102010004443A1
Application number: DE102010004443A
Authority: DE
Inventors: Heiko 88138 Leppin
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 2010-01-13
Filing date: 2010-01-13
Publication date: 2011-07-14

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Filtereinrichtung für einen einer transparenten Kraftfahrzeugscheibe (1) zugeordneten optischen Sensor, umfassend zumindest ein Filterelement (2), welches eine den Anforderungen des jeweiligen Sensors entsprechende spektrale Transmissionscharakteristiken aufweist. Erfindungsgemäß wird das zumindest eine Filterelement (2) durch eine auf das Sichtfenster (4) des Sensors örtlich begrenzte, in oder auf der Kraftfahrzeugscheibe (1) angeordnete IR-Filter-Folie gebildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Filtereinrichtung für einen einer transparenten Kraftfahrzeugscheibe zugeordneten optischen Sensor gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Infrarotsensoren, wie sie für Fahrerassistenzsysteme im Automobilbereich verwendet werden, arbeiten im nahen Infrarotbereich bei Wellenlängen zwischen 800 nm und 950 nm. Die verwendeten optischen Sensoren bzw. Empfänger sind über einen großen Wellenlängenbereich sensitiv, so dass auch sichtbares Tageslicht von den Detektoren sensiert wird. Der Tageslichtanteil am detektierten Signal ist im Allgemeinen um ein Vielfaches größer als das eigentliche Nutzsignal und macht eine Signalauswertung schwierig, wenn nicht sogar unmöglich. Um dies zu verhindern, werden Tageslichtfilter verwendet, die große Teile des Umgebungslichts, also des Tageslichts von dem Detektor fernhalten. Als Tageslichtfilter werden in typischer Weise beschichtete Gläser, gefärbte Linsenelemente oder eingefärbte Vergussmaterialien für die Detektor-Dioden verwendet.
Jedoch hat jedes Einbringen eines optischen Elements in den Strahlengang des Lichts eine zusätzliche unerwünschte Dämpfung des nutzbaren Anteils des Lichts zur Folge, die u. a. von dem Winkel zwischen den Elementoberflächen und dem Lichtstrahl gemäß den Fresnel-Formeln abhängt. Bei Anwendungen an oder hinter der Windschutzscheibe eines Fahrzeugs ergibt sich für vorausschauende IR-Sensoren, bspw. für entfernungsmessende Sensoren ein Durchtrittswinkel von bis zu 65°.
Weiterhin bedürfen neben dem eigentlichen Schutz der Empfängerschaltung vor Tageslicht einer kosmetischen Abdeckung, die wünschenswerter Weise die gleiche Steigung wie die Windschutzscheibe haben sollte, um für einen Betrachter von außen ein möglichst homogenes Erscheinungsbild zu erzeugen. Dieser Winkel ist aufgrund der sehr starken Reflexion an den Grenzflächen äußerst ungünstig.
Eine gattungsbildende Filtereinrichtung ist aus der DE 100 09 992 A1 bekannt, die im Bereich des optischen Sensors als örtlich begrenzte Farbschicht ausgebildet ist. Diese Farbschicht ist im Sichtfenster des optischen Sensors, und zwar im Bereich eines den Rand der Windschutzscheibe umlaufenden Schwarzdruckes auf einer Kunststofffolie aufgebracht, die eine innere und eine äußere Glasscheibe als Verbundglasscheibe zusammenhält. Eine solche Farbschicht wird in der Regel im gleichen Arbeitsgang wie der Schwarzdruck, bspw. mittels eines Siebdruckverfahrens aufgebracht und eingebrannt.
Der Nachteil der Verwendung einer solchen Farbschicht als Filtereinrichtung liegt darin, dass die Gestaltungsmöglichkeiten mit einer solchen Farbschicht hinsichtlich der Transmissionseigenschaften sehr stark eingeschränkt sind und daher mit einer solchen Farbschicht die Transmissionscharakteristik nicht optimal auf den optischen Sensor eingestellt werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Filtereinrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit der die für den optischen Sensor erforderliche Transmissionscharakteristik besser einstellbar ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Filtereinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1
Eine derartige Filtereinrichtung für einen einer transparenten Kraftfahrzeugscheibe zugeordneten optischen Sensor, der zumindest ein Filterelement, welches eine den Anforderungen des jeweiligen Sensors entsprechende spektrale Transmissionscharakteristiken aufweist, umfasst, wird erfindungsgemäß das zumindest eine Filterelement durch eine auf das Sichtfenster des Sensors örtlich begrenzte, in oder auf der Kraftfahrzeugscheibe angeordnete IR-Filter-Folie gebildet.
Der Vorteil des Einsatzes einer solchen IR-Filter-Folie als Filtereinrichtung liegt darin, dass IR-Folien mit eng tolerierten Transmissionseigenschaften eingesetzt werden können, die exakt auf den IR-Detektionsbereich des optischen Sensors abgestimmt sind, insbesondere können IR-Folien verwendet werden, di auf einen schmalbandigen Wellenbereich abgestimmt sind. Ferner können farbige oder mehrschichtige Folien gewählt werden, die eine optimale Anpassung an den die IR-Filter-Folie umgebenden Bereich zulassen.
Eine einfache Lösung ergibt sich dann, wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die IR-Filter-Folie auf der Fahrzeuginnenseite der Kraftfahrzeugscheibe aufgebracht wird, vor allem dann, wenn ein Schwarzdruck der Kraftfahrzeugescheibe ebenfalls auf der Innenseite der Scheibe aufgebracht ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die IR-Filter-Folie auf der Verbundinnenseite einer als Verbundglasscheibe ausgebildeten Kraftfahrzeugscheibe angeordnet. Somit kann eine solche IR-Filter-Folie während der Herstellung einer Verbundglasscheibe zwischen deren inneren und deren äußeren Scheibe eingebracht und verpresst werden. Damit wird die Oberfläche der IR-Filter-Folie durch die äußere Glasfläche der Windschutzscheibe vor Zerkratzen bei der Produktion, bei Transport oder auch während des Einbaus in ein Fahrzeug geschützt, da ansonsten auf der von außen dunkel erscheinenden Oberfläche im Bereich der IR-Filter-Folie Kratzer besonders gut wahrgenommen und als störend empfunden werden würden.
Auch das Erscheinungsbild ist bei einer Betrachtung des die IR-Filter-Folie aufweisenden Bereiches von außen wesentlich verbessert, da eine in der Scheibe verpresste IR-Filter-Folie eine ebenere Oberfläche aufweist, als ein bspw. im Spritzgussverfahren hergestelltes Filterelement, bei dem ansonsten Oberflächenunebenheiten, vor allem durch Einfallstellen bei Spritzgussteilen entstehende Wellen durch den Vergrößerungseffekt der Fahrzeugscheibe noch hervorgehoben würden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die IR-Filter-Folie einen Brechungsindex aufweist, der dem Brechungsindex der Kraftfahrzeugscheibe entspricht. Damit wird eine Reflexion am Übergang von Glas zur IR-Filter-Folie und am Übergang von IR-Folie zu Glas vollständig vermieden, wodurch sich die Gesamtdämpfung für das Nutzlicht signifikant reduziert. Dieser Effekt verstärkt sich noch bei flacher werdendem Winkel, unter dem das Nutzlicht die Kraftfahrzeugscheibe durchtritt, wenn ansonsten erforderliche Elemente aufgrund der verwendeten IR-Filter-Folie entbehrlich werden, die filternde und/oder sichtschützende kosmetische Zwecke erfüllen, wie bspw. eine Abdeckung des optischen Sensors.
Besonders vorteilhaft ist es gemäß einer Weiterbildung der Erfindung, wenn die IR-Filter-Folie von einem Schwarzdruckbereich umgeben ist, der wenigstens bereichsweise die Scheibenrandteile der Kraftfahrzeugscheibe bedeckt, wobei die IR-Filter-Folie derart ausgebildet ist, dass die IR-Filter-Folie mit dem Schwarzdruckbereich eine visuell einheitliche Fläche bildet. Damit wird durch den umgebenden Schwarzdruck der Kraftfahrzeugscheibe eine optimale Absperrung gegen das störende Umgebungslicht erreicht. Ferner wird durch den direkt sich anschließenden Schwarzdruckbereich ein maximaler Sichtschutz von außen erreicht, wodurch sich weitere Designfreiheiten ergeben.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ergibt sich dadurch, dass auch der optische Sensor mit einer IR-Filter-Folie als Abdeckung anstelle von üblichen Infrarot-durchlässigen Scheiben versehen wird. Solche Scheiben reduzieren die nutzbare Leistung der Lichtquelle signifikant. Durch die Verwendung einer IR-Filter-Folie als Abdeckung des Sensors wird die Leistungsreduktion erheblich vermindert, d. h. es kann eine Leistungssteigerung bis zu 66% erreicht werden. Zusätzlich wird durch die Verwendung einer IR-Filter-Folie als Abdeckung für den optischen Sensor der optische Gesamteindruck verbessert, da die bisher als Abdeckung verwendeten und als Spritzgussteile hergestellten Scheiben prozessbedingte Einfallstellen aufweisen, die durch die Windschutzscheibenkrümmung optisch noch verstärkt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs mit einem Schwarzdruckbereich zur Aufnahme einer IR-Filter-Folie gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 eine Querschnittsdarstellung der Windschutzscheibe nach 4 im Bereich des Schwarzdruckes, und
3 eine Querschnittsdarstellung einer Windschutzscheibe im Bereich des Schwarzdruckes mit einer IR-Filter-Folie gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung,
4 eine Darstellung der optischen Wege von durch eine Windschutzscheibe gemäß 2 hindurchtretenden Lichtstrahlen, und
5 eine Darstellung der optischen Wege von durch eine Windschutzscheibe gemäß 3 hindurchtretenden Lichtstrahlen.
Die in den 1a und 2a dargestellte Windschutzscheibe 1 ist als Verbundglasscheibe ausgeführt und zeigt einen mittig im oberen Bereich angeordneten Schwarzdruckbereich 3, der gemäß 1a eine Aussparung 4 als Sichtfenster für einen IR-Sensor aufweist, die erfindungsgemäß mit einer IR-Filter-Folie 2 abgedeckt wird. Die 1b zeigt diese Windschutzscheibe 1, bei der die IR-Filter-Folie 2 in der Aussparung 4 im Bereich des Schwarzdruckes 3 angeordnet ist.
Die 2 zeigt im Querschnitt durch den Schwarzdruckbereich 3 den Aufbau einer solchen Windschutzscheibe gemäß 1b. Hiernach besteht diese Verbundglasscheibe aus einer äußeren Glasscheibe 5 und einer inneren Glasscheibe 7, die über eine Sicherheitsfolie 6 miteinander verpresst sind. Der Schwarzdruck 3 wird bspw. mittels eines Siebdruckverfahrens vor der Verpressung auf die Innenseite der äußeren Glasscheibe 5 aufgebracht, wobei eine Aussparung 4 für die Anbringung der IR-Filter-Folie 2 freigelassen wird. Überlappend mit dem Randbereich des die Aussparung 4 bildenden Schwarzdruckes 3 wird die IR-Filter-Folie 2 auf diese Aussparung 4 aufgelegt und zusammen mit den anderen Teilen der Windschutzscheibe 1 verpresst.
Dabei wird ein Material für diese IR-Filter-Folie 2 verwendet, das den gleichen Brechungsindex wie die beiden Glasscheiben 5 und 7 aufweisen. Damit wird eine Reflexion am Übergang von Glas zu Folie und am Übergang von Folie zu Glas vollständig vermieden, wie dies 4 zeigt, in der der optischen Strahlengang durch eine gemäß 2 mit einer IR-Filter-Folie 2 aufgebauten Windschutzscheibe 1 dargestellt ist.
3 zeigt im Querschnitt ebenso eine als Verbundglas mit einer äußeren Glasscheibe 5, einer Sicherheitsfolie 6 und einer inneren Glasscheibe 7 aufgebauten Windschutzscheibe 1, bei der jedoch im Unterschied zu derjenigen nach 2 der Schwarzdruck 3 auf der Innenseite der inneren Glasscheibe 7 aufgebracht ist. Auch dieser Schwarzdruckbereich 3 weist eine Aussparung 4 zur Anbringung einer IR-Filter-Folie 2 auf. In gleicher Weise ist die IR-Filter-Folie 2 gemäß 3 so dimensioniert, dass sie den Randbereich der Aussparung 4 überlappt. Eine solche IR-Filter-Folie 2 kann auf die Aussparung 4 aufgeklebt oder aufgedruckt werden.
Eine solche Filteranordnung nach 3 weist jedoch gegenüber einer solchen nach 2 den Nachteil auf, dass, wie in 5 dargestellt ist, ein erheblicher Teil des durch die Windschutzscheibe 1 hindurchtretenden Lichts durch Reflexion an den Materialübergängen verloren geht. Somit ist der Anteil des reflektierten Lichts bei der Ausführung gemäß 3 wesentlich größer als bei der Ausführung gemäß 2. Bei der Ausführung nach 3 mit einer wie in 5 dargestellten Scheibenneigung von typischerweise 65° wird die nutzbare Lichtintensität mit jeder Grenzfläche um ca. 12% reduziert. Das bedeutet, das lediglich bei einer Ausführung gemäß 3 eine nutzbare Intensität von ca. 35% an dem optischen Sensor zur Verfügung steht, während bei einer Ausführung nach 2 mit einer an den Brechungsindex der Glasscheiben 5 und 7 angepassten Brechungsindex der IR-Filter-Folie 2 60% am Empfänger zur Verfügung steht.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeugscheibe, Windschutzscheibe
2: Filterelement, IR-Filter-Folie
3: Schwarzdruck, Schwarzdruckbereich
4: Sichtfenster eines optischen Sensors
5: äußere Glasscheibe der Windschutzscheibe 1
6: Sicherheitsfolie der Windschutzscheibe 1
7: innere Glasscheibe der Windschutzscheibe 1

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10009992 A1 [0005]

Claims

Filtereinrichtung für einen einer transparenten Kraftfahrzeugscheibe (1) zugeordneten optischen Sensor, umfassend zumindest ein Filterelement (2), welches eine den Anforderungen des jeweiligen Sensors entsprechende spektrale Transmissionscharakteristiken aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Filterelement (2) durch eine auf das Sichtfenster (4) des Sensors örtlich begrenzte, in oder auf der Kraftfahrzeugscheibe (1) angeordnete IR-Filter-Folie gebildet wird.
Filtereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die IR-Filter-Folie (2) auf der Fahrzeuginnenseite der Kraftfahrzeugscheibe (1) aufgebracht ist.
Filtereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die IR-Filter-Folie (2) auf der Verbundinnenseite einer als Verbundglasscheibe ausgebildeten Kraftfahrzeugscheibe (1) angeordnet ist.
Filtereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die IR-Filter-Folie (2) einen Brechungsindex aufweist, der dem Brechungsindex der Kraftfahrzeugscheibe (1) entspricht.
Filtereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die IR-Filter-Folie (2) von einem Schwarzdruckbereich (3) umgeben ist, der wenigstens bereichsweise Scheibenrandteile der Kraftfahrzeugscheibe (1) bedeckt, wobei die IR-Filter-Folie derart ausgebildet ist, dass die IR-Filter-Folie mit dem Schwarzdruckbereich eine visuell einheitliche Fläche bildet.
Filtereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sensor eine IR-durchlässige Abdeckung aufweist, die als IR-Filter-Folie ausgebildet ist.