DE102010034029A1

DE102010034029A1 - Sensor mit einem Gehäuse zur Montage an eine Scheibe

Info

Publication number: DE102010034029A1
Application number: DE102010034029A
Authority: DE
Inventors: Konrad Rothenhäusler
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 2010-08-11
Filing date: 2010-08-11
Publication date: 2012-02-16
Also published as: DE102011119492B4; DE102011119492A1

Abstract

Es wird ein Sensor mit einem Gehäuse zur Montage an eine Scheibe sowie ein entsprechendes Verfahren zur Montage beschrieben. Ein wesentlicher Gedanke besteht darin, dass der Sensor im Inneren des Gehäuses angeordnet und das Gehäuse Mittel zum Erzeugen oder zumindest Halten eines Unterdrucks in einem Hohlraum gegenüber der Scheibe aufweist, so dass der Sensor mit dem Gehäuse allein durch den Unterdruck an der Scheibe befestigt werden kann, wobei der Sensor im Gegensatz zu sonst üblichen über einen Saugnapf gehaltenen Vorrichtungen im Inneren des Gehäuses, also quasi im Inneren des Saugnapfes angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sensor mit einem Gehäuse zur Montage an eine Scheibe gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
So werden beispielsweise optische Sensoren häufig hinter einer Scheibe montiert und beobachten durch die Scheibe hindurch die Umgebung oder erfassen andere Messgrößen aus der Umgebung des Sensors. Solche Sensoren werden üblicherweise über eine Klebeverbindung an der Scheibe befestigt.
Gerade im Bereich der Automobiltechnik müssen die Verbindungen jedoch über Jahre hinweg stabil und trotz hoher Temperaturschwankungen sicher sein.
Die DE 10 2007 012 889 A1 beschreibt daher ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Montage eines Sensors, bei dem der Sensor über eine Saugnapfhaltewerkzeug an der Scheibe positioniert und während des Aushärtens des Klebers gehalten wird. Nachdem Aushärten wird das Saugnapfhaltewerkzeug entfernt.
Darüber hinaus sind für viele nachrüstbare elektronische Geräte in Kraftfahrzeugen, wie beispielsweise Mobilfunk-Telefon-Halterungen, Halterungen für Navigationsgeräte und dergleichen saugnapf-artige Befestigungsmittel nach dem Unterdruck- bzw. Vakuumsaugerprinzip bekannt, wobei bereits durch einen gegenüber dem Luftdruck in der Umgebung hinreichend niedrigeren Innendruck ein Festhalten an der Scheibe ermöglicht wird.
Stand der Technik sind so beispielsweise auch Navigationsgeräte mit integrierter Kamera zum nachträglichen Einbau in Kraftfahrzeuge. Dabei befindet sich die Kamera im oder auf dem Geräte-Displaygehäuse und ermöglicht eine Abbildung der Verkehrsszene vor dem Fahrzeug durch die Windschutzscheibe. Das Navigationsgerät besitzt zum nachträglichen Einbau in Kraftfahrzeuge meist einen Saughalter zur Gerätefixierung an der Windschutzscheibe. Danach folgt eine Haltevorrichtung mit mindestens einem Gelenk zur Geräte-Displayausrichtung. Die Ausrichtung der Kamera ändert sich somit mit jeder Änderung der Displayausrichtung. Dies kann durch Fahrzeugvibrationen, oder Verstellung durch Körperkontakt mit Fahrzeuginsassen geschehen.
Insbesondere bei Kamerafunktionen die eine definierte Ausrichtung erfordern wird hier eine Neuausrichtung erforderlich oder die Funktionsperformance sinkt erheblich.
Staub, Qualm oder Rauch im Fahrzeug bedingt durch Einführung von Abgasen aus der Fahrzeugumgebung oder aber Zigarettenrauch als auch Ausgasungen von flüchtigen Stoffkomponenten im Fahrzeug sowie zerstäubte Reinigungsmittel führen langfristig zu einem Niederschlag auf der ungeschützten Kamera und damit zu Transmissionsverlusten und Streulichteffekten im optischen System. Besonders in Situationen mit hoher Luftfeuchtigkeit, besteht bei solchen Systemen das Risiko, dass sowohl an der vom Kamerasichtfeld durchdrungenen Windschutzscheibeninnenseitenfläche als auch an den Oberflächen der Kameraoptik Wasserdampf zu einem Beschlag kondensiert. Wobei die Bildqualität in der Kontrastauflösung derart verringert wird, dass eine Bildverarbeitung nicht mehr ausführbar ist. Bei starker Sonneneinstrahlung können Reflexionen vom Armaturenbrett oder von sich darauf befindlichen hellen Gegenständen über die Windschutzscheibe in den Kamerastrahlengang eingekoppelt werden. Dieses Störlicht überlagert sich der Abbildung der Verkehrsszene und führt zu starken Performanceverlusten.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen verbesserten Sensor zur Montage an einer Scheibe sowie eine entsprechende Verfahren zur Montage anzugeben. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sind aus den Unteransprüchen, wobei auch Kombinationen und Weiterbildungen einzelner Merkmale miteinander denkbar sind.
Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, dass der Sensor im Inneren des Gehäuses angeordnet und das Gehäuse Mittel zum Erzeugen oder zumindest Halten eines Unterdrucks in einem Hohlraum gegenüber der Scheibe aufweist, so dass der Sensor mit dem Gehäuse allein durch den Unterdruck an der Scheibe befestigt werden kann, wobei der Sensor im Gegensatz zu sonst üblichen über ein Saugnapf gehaltenen Vorrichtungen im Inneren des Gehäuses, also quasi im Inneren des Saugnapfes angeordnet ist.
Neben den bekannten mechanischen Mitteln zum Erzeugen eines solchen Unterdrucks kann alternativ der Unterdruck auch durch Absaugen der Luft aus den Hohlraum nachfolgendes Schließen einer entsprechenden Absaugöffnung erreicht werden, wobei durch ein solches Absaugen ein deutlich höherer Unterdruck auch bei relativ kleinem Hohlraum-Volumen erreicht werden kann, als dies durch manuell zu bedienende mechanische Mittel erreicht werden könnte.
Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Zuhilfenahme der Figuren näher erläutert. Im Folgenden können für funktional gleiche und/oder gleiche Elemente mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sein.
Es zeigen
1: 1. Ausführungsbeispiel.
2: 2. Ausführungsbeispiel.
1 zeigt einen Sensor (1) zur Erfassung einer Meßgröße aus der Umgebung des Sensors, beispielsweise einen optischen Sensor zur Erfassung der Umgebung durch die Scheibe hindurch, wie beispielsweise eine Kamera.
Figur ein zeigt den Sensor 1 mit einem Gehäuse (2) während des Montagevorgangs an einer Scheibe (3). Der Sensor (1) ist dabei im Inneren des Gehäuses (2) angeordnet und ist im Gehäuse (2) zur Scheibe (3) hin ein Hohlraum (5.1) vorgesehen. Das Gehäuse 2 bildet somit quasi einen Saugnapf, wobei der Sensor 1 im Inneren des Gehäuses, also quasi im Inneren des Saugnapfes angeordnet ist.
Am Gehäuse (2) ist zur Scheibe hin vorzugsweise eine Dichtung (4) vorgesehen, welche den Rand des Gehäuses (2) vollständig umschließt und im montierten Zustand an der Scheibe (3) den Hohlraum (5.1) gegenüber der Scheibe (3) luftdicht abschließt. Im Prinzip könnte der Rand auch so eben zur Scheibe hin ausgeführt sein, dass keine Dichtung (4) erforderlich ist und das Gehäuse auch so luftdicht auf der Scheibe aufsetzt oder eine anstelle oder zusätzlich zur Dichtung vorgesehene Klebung sicherstellt, dass der Hohlraum (5.1) gegenüber der Scheibe (3) luftdicht ist. Dichtung (4) und/oder Klebung ernmöglichen aber eine besonders gute Abdichtung auch bei Vorliegen von gewissen Unebenheiten auf der Scheibe oder am Rand des Gehäuses (2).
Es ist ein Mittel zum Erzeugen eines Unterdrucks im Hohlraum (5.1) des Gehäuses vorgesehen, wobei dieses in diesem Ausführungsbeispiel als ein luftdicht abgeschlossener, beweglicher Kolben (5.2) zum Vergrößern des Hohlraums (5.1) ohne Luftausgleich ausgestaltet ist. Alternativ dazu könnte natürlich auch eine bewegliche Membran vorgesehen sein. Durch Herausziehen des beweglichen Kolbens vergrößert sich der Hohlraum 5.1 und entsteht mangels Luftausgleichs ein Unterdruck im Hohlraum, welcher bzw. der demgegenüber höhere athmosphärische Aussendruck das Gehäuse 2 und mit ihm den Sensor 1 an die Scheibe 3 presst.
2 zeigt demgegenüber ein 2. Ausführungsbeispiel, bei dem über einen Absauganschluss (5.3) die Luft aus den Hohlraum (5.1) zumidnest anteilig abgesaugt und so ein Unterdruck im Hohlraum erzeugt wird, wobei wieder am Gehäuse (2) zur Scheibe hin eine Dichtung (4) vorgesehen ist, welche den Rand des Gehäuses (2) vollständig umschließt und im montierten Zustand an der Scheibe (3) den Hohlraum (5.1) gegenüber der Scheibe (3) luftdicht abschließt, so dass keine Luft Nachströmen kann. Der Absauganschluss (5.3) beispielsweise durch ein Ventil (5.4) verschliessbar.
Technisch können während der Montage durch Kompressoren dabei auch bei einem verhältnismäßig kleinen Hohlraum sehr hohe Unterdrücke erreicht werden, so dass gegenüber der Ausgestaltung in 1 das Volumen des Hohlraums deutlich kleiner ausfallen kann.
Die vorliegende Erfindung eignet sich besonders für einen durch die Scheibe hindurch die Umgebung erfassenden optischen Sensor, insbesondere eine Kamera- oder LIDAR-Sensor. Durch diese Unterdruck-Montage wird nämlich zusätzlich sichergestellt, dass die Scheibe und der Hohlraum vor dem Sensor aufgrund des Luft Abschlusses frei von jeglichem artige Niederschlag, Feuchtigkeit Kondensation oder störenden Reflexionen bleibt.
Die Erfindung eignet sich also beispielsweise für eine Kamera, wobei die Kamera nicht nur auf eine Fahrerassistenz- oder Unfallaufzeichnungskamera im sichtbaren Bereich beschränkt ist, sondern auch als Infrarot-Nachtsichtkamera z. B. zur Spur und Objekterkennung ausgelegt sein kann.
Die Kamera kann vorteilhafter Weise als Waferlevelkamera ausgebildet sein, wobei vorzugsweise mindestens eine Mikrolinse verwendet wird. Bevorzugt ist eine Verwendung von mehreren in einem Array angeordneten Mikrolinsen, diese in ihrer Ausrichtung und oder ihrer optischen und geometrischen Eigenschaften gleich oder unterschiedlich ausgeführt sein können.
Eine Lösung all der genannten Probleme stellt also die Integration der Kamera in oder an den Vakuumsauger dar, wobei vorteilhaft durch die Unterdruckbefestigung der Luftabschluss des Systems vor Wasserdampf und sonstigem Partikelniederschlag schützt und die direkte Scheibenanbindung vor ungewollten Reflexionen schützt. Die erste optische Oberfläche des Kameraobjektivs befindet sich dabei vorzugsweise in direktem oder einem geringen Abstand zur Windschutzscheibe.
Dabei kann zwischen der ersten optischen Oberfläche des Kameraobjektivs und der Windschutzscheibe eine Klebeverbindung und oder ein für den genutzten Wellenlängenbereich ein transparentes Koppelelement angebracht sein.
Als besondere Ausführung kann der Halter auch aus zwei Vakuumsaugern bestehen, in denen jeweils ein Bildsensor und ein optisches Mittel zur Abbildung von elektromagnetischer Strahlung integriert ist. Durch Zusammenführung der Bilddaten wird beispielsweise von den versetzten optischen Modulen eine stereoskopische Bildverarbeitung durchgeführt und eine 3 dimensionale Objekterkennung möglich.
Die Erfindung eignet sich auch für einen Regensensor oder kann in ein Gehäuse eines Kamerasensors zusätzlich ein Regensensor integriert werden, wobei dieser Regensensor kamerabasiert als auch als eigenständige Komponente, bspw. als IR-Strahlsensor arbeiten kann.
Die mit einer der beschriebenen Kamerakonfigurationen erzeugten Bildverarbeitungsausgabesignale können auch anderen Steuergeräten des Fahrzeugs durch geeignete Signalübertragung übermittelt werden, wobei diese Signalübertragung bidirektional ausgelegt sein kann, um auch Signale von anderen Fahrzeugsensoren an das Steuergerät zur Bildverarbeitung zu übermitteln.
Neben einer Ein- oder Anbindung des Sensors an den Vakuumsauger kann vorteilhafterweise auch mindestens eine Lichtquelle in den Vakuumsauger integriert sein, um die Umgebung beispielsweise mit infrarotem Licht zu beleuchten, um beispielsweise eine Regen- und/oder Schmutzerkennung der Windschutzscheibe zu ermöglichen. Ein zur Regen- und/oder Schmutzerkennung zugehöriger Signalwert wird über eine dafür geeignete Signalübertragung an die Scheibenwischersteuerung übertragen, wobei der Fahrer über das Navigationsgerät Einstellungen zum Ansprechverhalten und der Empfindlichkeit des Regensensors eingeben und benutzerspezifisch speichern kann. Der Regensensor kann auch nach dem kapazitiven Prinzip arbeiten und der Vakuumsauger die Aufgabe der exakten Positionierung, Halterung und Abdichtung von Umgebungsfeuchte aus dem Fahrzeuginnenraum übernehmen.
In ein solches Sensorgehäuse mit Unterdruckbefestigung kann beispielsweise auch ein Detektor für die elektromagnetische Strahlung integriert werden, wobei daneben auch eine elektromagnetische Strahlungsquelle vorgesehen sein kann. Der Detektor kann durchaus elektromagnetische Strahlung vom Sichtbaren (VIS) Bereich bis in den Bereich der Radiowellen erfassen.
Ebenfalls vorteilhaft zu integrieren sind Solarsensoren, welche den Sonnenstand erfassen, sowie einfache Umgebungslichtsensoren beispielsweise zur Steuerung der Fahrzeugbeleuchtung. Ein soclher Sensor besteht beispielsweise aus mindestens einem photosensitiven Detektor sowie eventuell über mindestens einem Lichtwellenleiter eventuell mit einer abschließenden Linse zur Fokussierung der elektromagnetischen Strahlung auf den Detektor.
Eine weitere Sensoranwendung in einen Vakuumsauger stellt ein optischer cV-Sensor zur Abstandserkennung dar. Hier kann vorzusgweise direkt eine akustische Warnung bei Unterschreitung eines Mindestabstands an den Fahrer ausgegeben werden als auch durch geeignete Signalübertragung an andere Steuergeräte des Kraftfahrzeugs über andere Aktoren z. B. Gaspedalstellung eine Warnugn an den Fahrer oder ein Regeleingriff vom Auskuppeln bis hin zur einleitung einer automatischen Bremsung erfolgen.
Die Integration der aufgelisteten Sensoren kann im Unterdruck- bzw. Vakuumsauger erfolgen als auch an ihm angebracht sein. Das Material des Gehäuses kann aus einem Material gefertigt sein, welches für den genutzten Wellenlängenbereich eine ausreichende Transparenz besitzt, insbesondere sofern der Sensor nicht bereits durch die Scheibe hindurch seine Signale empfängt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007012889 A1 [0004]

Claims

Sensor (1) mit einem Gehäuse (2) zur Montage an einer Scheibe (3) zur Erfassung einer Meßgröße aus der Umgebung des Sensors, dadurch gekennzeichnet, dass a) der Sensor (1) im Inneren des Gehäuses (2) angeordnet ist b) im Gehäuse (2) zur Scheibe (3) hin ein Hohlraum (5.1) vorgesehen ist und c) am Gehäuse (2) zur Scheibe hin ein Rand (4) vorgesehen ist, welcher das Gehäuse (2) vollständig umschließt und im montierten Zustand an der Scheibe (3) den Hohlraum (5.1) gegenüber der Scheibe (3) luftdicht abschließt d) Mitteln (5.2, 5.3, 5.4) zum Erzeugen eines Unterdrucks im Hohlraum (5.1) des Gehäuses.
Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine bewegliche Membran oder ein luftdicht abgeschlossener, beweglicher Kolben (5.2) zum Vergrößern des Hohlraums (5.1) ohne Luftausgleich vorgesehen ist.
Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein verschliessbarer (5.4) Absauganschluss (5.3) zum Erzeugen eines Unterdrucks im Hohlraum (5.1) vorgesehen ist.
Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein durch die Scheibe hindurch die Umgebung erfassender optischer Sensor, insbesondere eine Kamera- oder LIDAR-Sensor ist.
Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Rand zur Scheibe hin eine umlaufende Dichtung (4) vorgesehen ist.
Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Rand zur Scheibe hin eine umlaufende Klebung vorgesehen ist.
Verfahren zur Montage eines Sensors zur Erfassung einer Meßgröße aus der Umgebung des Sensors mit einem Gehäuse an einer Scheibe, dadurch gekennzeichnet das a) der Sensor (1) im Inneren des Gehäuses (2) angeordnet ist b) im Gehäuse (2) zur Scheibe (3) hin ein Hohlraum (5.1) vorgesehen ist und c) das Gehäuse (2) mit dem Sensor an die Scheibe gehalten und dabei ein Unterdruck im Hohlraum (5.1) des Gehäuses erzeugt wird, wobei d) am Gehäuse (2) zur Scheibe hin ein Rand (4) vorgesehen ist, welcher das Gehäuse (2) vollständig umschließt und im montierten Zustand an der Scheibe (3) den Hohlraum (5.1) gegenüber der Scheibe (3) luftdicht abschließt.