DE102011108683A1 - Optical measuring device for a vehicle - Google Patents

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DE102011108683A1
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Peter Horvath
Thomas Schuler
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Valeo Schalter und Sensoren GmbH
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Valeo Schalter und Sensoren GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine optische Messvorrichtung (1) für ein Fahrzeug mit mindestens einer Sende- und/oder Empfangseinrichtung (20), einer Fensteroptik (10) mit einem definierten Öffnungswinkel (α), welche ein Sendefenster und ein Empfangsfenster umfasst, wobei die Sende- und/oder Empfangseinrichtung (20) eine Sendestrahlung (30) erzeugt und über das Sendefenster der Fensteroptik (10) in ein Messumfeld abstrahlt und eine resultierende Empfangsstrahlung (30) über das Empfangsfenster der Fensteroptik (10) aus einem Messumfeld empfängt und auswertet. Um eine optische Messvorrichtung für ein Fahrzeug mit einer Fensteroptik zu ermöglichen, deren äußere Kontur ohne Einbußen der Leistungsfähigkeit an die äußere Kontur des Einbauorts angepasst ist, weist die Fensteroptik (10) eine vorgegebene äußere Fensterkontur (14) auf, welche an eine äußere Kontur (5) des Einbauortes angepasst ist, wobei die optischen Eigenschaften der Fensteroptik (10) so an die äußere Fensterkontur (14) angepasst sind, dass die Fensteroptik (10) einen maximalen Öffnungswinkel (α) für die Sendestrahlung (30) und/oder Empfangsstrahlung (30) aufweist.The invention relates to an optical measuring device (1) for a vehicle having at least one transmitting and / or receiving device (20), a window optical system (10) with a defined opening angle (α), which comprises a transmitting window and a receiving window, wherein the transmitting and / or receiving device (20) generates a transmission radiation (30) and radiates via the transmission window of the window optical system (10) into a measurement environment and receives and evaluates a resulting reception radiation (30) via the receiving window of the window optical system (10). In order to enable an optical measuring device for a vehicle with a window optical system whose outer contour is matched to the outer contour of the installation location without sacrificing performance, the window optical system (10) has a predefined outer window contour (14) which adjoins an outer contour (FIG. 5) of the installation site is adapted, wherein the optical properties of the window optical system (10) are adapted to the outer window contour (14) that the window optics (10) has a maximum opening angle (α) for the transmission radiation (30) and / or received radiation ( 30).

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Messvorrichtung für ein Fahrzeug der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.The invention relates to an optical measuring device for a vehicle referred to in the preamble of claim 1 Art.

Aus dem Stand der Technik sind abtastende optische Messvorrichtungen, so genannte Laserscanner, für Fahrzeuge zur Erkennung von Objekten bzw. Hindernissen in einem Überwachungsbereich bekannt, welche die Entfernung zu im Überwachungsbereich erkannten Objekten bzw. Hindernissen nach dem Lichtimpulslaufzeitverfahren bestimmen. Eine solche optische Messvorrichtung ist üblicherweise am vorderen Teil, z. B. am Kühlergrill, eines Fahrzeugs angebracht, kann aber auch am hinteren Teil des Fahrzeugs angebracht werden. Aufgrund des vorgesehenen Einbauorts des Laserscanners im Fahrzeug, d. h. am vorderen Teil vor dem Kühler ggf. sogar direkt im Kühlergrill integriert, muss der Außenbereich des Laserscanners an dem Design des Kühlergrills anpassbar sein, ohne dennoch zu viel Platz in Anspruch zu nehmen, d. h. relativ flach vom Aufbau bleiben. Dies führt dazu, dass eine Fischaugenlinse, wie sie beispielsweise bei bekannten Kameras verwendet wird, hier keinen Vorteil bringt, da die Fischaugenlinse zu weit hervorstehen würde. Um eine gute Erfassung der Fahrzeugumgebung zu erzielen, sollte ein möglicher Öffnungswinkel der optischen Messvorrichtung so breit wie möglich sein, um einen möglichst großen Bereich vor dem Fahrzeug abtasten zu können.From the state of the art, scanning optical measuring devices, so-called laser scanners, are known for vehicles for detecting objects or obstacles in a surveillance area, which determine the distance to objects or obstacles detected in the surveillance area according to the light pulse transit time method. Such optical measuring device is usually at the front part, z. B. on the grille, mounted on a vehicle, but can also be attached to the rear of the vehicle. Due to the intended installation location of the laser scanner in the vehicle, d. H. integrated into the radiator grille on the front part in front of the radiator, the outside area of the laser scanner has to be adaptable to the design of the radiator grille, without taking up too much space. H. stay relatively flat from the construction. The result of this is that a fisheye lens, as used in known cameras, for example, brings no advantage here, since the fisheye lens would project too far. In order to achieve a good detection of the vehicle environment, a possible opening angle of the optical measuring device should be as wide as possible in order to be able to scan the largest possible area in front of the vehicle.

In der Patentschrift DE 10 2005 055 572 B4 wird beispielsweise ein abtastender optischer Entfernungssensor beschrieben. Der beschriebene Entfernungssensor umfasst mindestens einen Laser als optischen Sender, mindestens einen Detektor als optischen Empfänger und eine Umlenkeinheit, welche mit einem ersten Spiegel eine erzeugte Laserstrahlung auf die zu vermessende Szene umlenkt, und mit einem zweiten Spiegel die von Objekten zurückgestreuten Laserimpulse auf den mindestens einen Detektor umlenkt.In the patent DE 10 2005 055 572 B4 For example, a scanning optical distance sensor will be described. The described distance sensor comprises at least one laser as optical transmitter, at least one detector as optical receiver and a deflection unit, which deflects a generated laser radiation with a first mirror to the scene to be measured, and with a second mirror the backscattered from objects laser pulses on the at least one Detector deflects.

In der Patentschrift DE 10 2007 036 492 B4 wird beispielsweise eine optische Sensorvorrichtung beschrieben, welche eine Linsenplatte verwendet, welche auf ihrer einem Lichtsender oder einem Lichtempfänger zugewandten Fläche Fresnel-Linsenstrukturen und auf der gegenüberliegenden, einer Scheibe zugewandten Fläche Fresnel-Reflektorstrukturen aufweist. Die beschriebene Linsenplatte dient zum Auskoppeln von parallelen Strahlen aus einer Scheibe und zum Einkoppeln von parallelen Strahlen in eine Scheibe.In the patent DE 10 2007 036 492 B4 For example, an optical sensor device is described which uses a lens plate having Fresnel lens structures on its surface facing a light transmitter or a light receiver and Fresnel reflector structures on the opposite surface facing a disk. The described lens plate is used for coupling out parallel beams from a disk and for coupling parallel beams into a disk.

In der Patentschrift US 7,544,945 B2 wird beispielsweise ein Lidar-System zur Umfeldüberwachung eines Fahrzeugs beschrieben. Das beschriebene Lidar-System umfasst mindestens eine Sende- und/oder Empfangseinrichtung und eine Optik zur Beeinflussung des Strahlengangs der erzeugten bzw. empfangenen Strahlung. So kann beispielsweise eine Fresnellinse vor einem Kollektor verwendet werden, um parallele Strahlen zu bündeln.In the patent US 7,544,945 B2 For example, a lidar system for monitoring the surroundings of a vehicle is described. The described lidar system comprises at least one transmitting and / or receiving device and an optical system for influencing the beam path of the generated or received radiation. For example, a Fresnel lens in front of a collector can be used to focus parallel beams.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine optische Messvorrichtung für ein Fahrzeug vorzuschlagen, welche eine Fensteroptik aufweist, deren äußere Kontur ohne Einbußen der Leistungsfähigkeit an die äußere Kontur des Einbauorts angepasst ist.The object of the invention is to propose an optical measuring device for a vehicle, which has a window appearance whose outer contour is matched to the outer contour of the installation location without any loss of performance.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine optische Messvorrichtung für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere die Ausführungsformen der Erfindung in vorteilhafter Weise ausgestaltende Merkmale enthalten die Unteransprüche.This object is achieved by an optical measuring device for a vehicle having the features of claim 1. Other embodiments of the invention advantageously embodying features include the dependent claims.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht darin, dass die optischen Eigenschaften der Fensteroptik an die äußere Kontur der Fensteroptik angepasst wird, welche von der äußeren Kontur des Einbauortes vorgegeben ist, um einen möglichst großen Öffnungswinkels der Fensteroptik für eine Sendestrahlung und/oder Empfangsstrahlung umsetzen zu können und die Leistungsfähigkeit der optischen Messvorrichtung zu erhalten. Somit ermöglichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise eine funktionstechnische Anpassung der Fensteroptik bezüglich des Designs des Einbauorts und eine Optimierung der äußeren Kontur der Fensteroptik der optischen Messvorrichtung, welche beispielsweise als Laserscanner ausgeführt ist.The advantage achieved by the invention is that the optical properties of the window optics is adapted to the outer contour of the window optics, which is predetermined by the outer contour of the installation location to implement the largest possible opening angle of the window optics for transmission radiation and / or reception radiation and to obtain the performance of the optical measuring device. Thus, embodiments of the present invention advantageously allow a functional adaptation of the window optics with respect to the design of the installation location and an optimization of the outer contour of the window optics of the optical measuring device, which is designed for example as a laser scanner.

Der Grundgedanke der Erfindung basiert darauf, dass die durch die äußere Kontur vorgegebenen optischen Eigenschaften der Fensteroptik zur Auskopplung der Sendestrahlung bzw. Einkopplung der resultierenden Empfangsstrahlung durch geeignete Maßnahmen, wie beispielsweise Materialauswahl und/oder durch Vorgabe einer inneren Fensterkontur, so angepasst werden, dass die Fensteroptik bei gegebenen Einbaubedingungen einen maximalen Öffnungswinkel für die Sendestrahlung und/oder Empfangsstrahlung aufweist.The basic idea of the invention is based on the fact that the optical properties of the window optics predetermined by the external contour for coupling out the transmission radiation or coupling the resulting reception radiation by suitable measures, such as material selection and / or by specifying an inner window contour, are adapted such that the Window optics with given installation conditions has a maximum opening angle for the transmission radiation and / or reception radiation.

Durch Anbringung von Fresnel-Strukturen, Mikrooptiken und/oder Verwendung von verschiedenen Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindizes kann man die optischen Eigenschaften der Fensteroptik an die äußere Kontur der Designfläche anpassen.By attaching Fresnel structures, micro-optics and / or using different materials with different refractive indices, one can adapt the optical properties of the window optics to the outer contour of the design surface.

Eine erfindungsgemäße optische Messvorrichtung für ein Fahrzeug umfasst mindestens eine Sende- und/oder Empfangseinrichtung, eine Fensteroptik mit einem definierten Öffnungswinkel, welche ein Sendefenster und ein Empfangsfenster umfasst, wobei die Sende- und/oder Empfangseinrichtung eine Sendestrahlung erzeugt und über das Sendefenster der Fensteroptik in ein Messumfeld abstrahlt und eine resultierende Empfangsstrahlung über das Empfangsfenster der Fensteroptik aus einem Messumfeld empfängt und auswertet. Erfindungsgemäß weist die Fensteroptik eine vorgegebene äußere Fensterkontur auf, welche an eine äußere Kontur eines Einbauortes angepasst ist, wobei die optischen Eigenschaften der Fensteroptik so an die äußere Fensterkontur angepasst sind, dass die Fensteroptik einen maximalen Öffnungswinkel für die Sendestrahlung und/oder Empfangsstrahlung aufweist.An optical measuring device according to the invention for a vehicle comprises at least one transmitting and / or receiving device, a window optical system with a defined opening angle, which comprises a transmitting window and a receiving window, wherein the transmitting and / or receiving device generates a transmission radiation and radiates over the transmission window of the window optical system into a measurement environment and receives and evaluates a resulting reception radiation via the reception window of the window optical system from a measurement environment. According to the invention, the window optics has a predetermined outer window contour which is adapted to an outer contour of an installation location, the optical properties of the window optics being adapted to the outer window contour such that the window optic has a maximum opening angle for the transmission radiation and / or reception radiation.

In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Messvorrichtung können die optischen Eigenschaften der Fensteroptik durch Materialauswahl und/oder durch Vorgabe einer inneren Fensterkontur angepasst werden.In an advantageous embodiment of the measuring device according to the invention, the optical properties of the window optics can be adjusted by material selection and / or by specifying an inner window contour.

So kann die Fensteroptik beispielsweise verschiedene Abschnitte aufweisen, deren Materialien verschiedene Brechungsindizes aufweisen. Dadurch kann der Strahlungsverlauf zwischen der inneren und äußeren Kontur der Fensteroptik so verändert werden, dass sich ein möglichst großer Öffnungswinkel einstellt und ein möglichst großer Bereich vor dem Fahrzeug abgetastet und überwacht werden kann. So kann die Fensteroptik in vorteilhafter Weise so strukturiert werden, dass erste Abschnitte, welche jeweils aus einem Material mit einem ersten Brechungsindex gefertigt sind, an Randbereichen der Fensteroptik angeordnet sind. Des Weiteren wird mindesten ein zweiter Abschnitt, welcher aus einem Material mit einem zweiten Brechungsindex gefertigt ist, welcher niedriger als der erste Brechungsindex ist, im Wesentlichen im mittleren Bereich der Fensteroptik angeordnet. Dadurch wird die Sendestrahlung bzw. Empfangsstrahlung am Rand der Fensteroptik stärker gebrochen, so dass sich ein größerer Öffnungswinkel für die Fensteroptik ergibt.For example, the window optics may have different sections whose materials have different refractive indices. As a result, the course of the radiation between the inner and outer contours of the window optics can be changed in such a way that the largest possible opening angle is established and the largest possible area in front of the vehicle can be scanned and monitored. Thus, the window optics can be advantageously structured so that first sections, which are each made of a material having a first refractive index, are arranged on edge regions of the window optics. Furthermore, at least a second section, which is made of a material with a second refractive index which is lower than the first refractive index, is arranged substantially in the central region of the window optics. As a result, the transmission radiation or reception radiation is refracted more strongly at the edge of the window optics, resulting in a larger opening angle for the window optics.

In alternativer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Messvorrichtung kann die innere Fensterkontur eine Mehrzahl von Strukturlinsenabschnitten aufweisen. Zur gezielten Umlenkung der Sendestrahlung bzw. Empfangsstrahlung können die einzelnen Strukturlinsenabschnitte eine plane Oberfläche mit einer vorgegebenen Breite aufweisen. Um eine gewünschte Umlenkung der Sendestrahlung und/oder Empfangsstrahlung zu erreichen, sind die planen Oberflächen der einzelnen Strukturlinsenabschnitte unter einem vorgebbaren Winkel zur Sende- und/oder Empfangseinrichtung ausgerichtet.In an alternative advantageous embodiment of the measuring device according to the invention, the inner window contour can have a plurality of structured lens sections. For targeted deflection of the transmission radiation or reception radiation, the individual structural lens sections may have a planar surface with a predetermined width. In order to achieve a desired deflection of the transmission radiation and / or received radiation, the planar surfaces of the individual structural lens sections are aligned at a predeterminable angle to the transmitting and / or receiving device.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Messvorrichtung verlaufen die Längskanten der planen Oberflächen der einzelnen Strukturlinsenabschnitte im Wesentlichen parallel zueinander. Zudem können die planen Oberflächen der einzelnen Strukturlinsenabschnitte unterschiedlich breit ausgeführt werden, wobei an den Randbereichen der Fensteroptik Strukturlinsenabschnitte angeordnet sind, deren plane Oberfläche eine minimale Breite aufweisen, und wobei die Breite der planen Oberflächen der einzelnen Strukturlinsenabschnitte in Richtung Mitte der Fensteroptik zunimmt.In a further advantageous embodiment of the measuring device according to the invention, the longitudinal edges of the planar surfaces of the individual structural lens sections run essentially parallel to one another. In addition, the planar surfaces of the individual structural lens sections can be embodied with different widths, wherein structural lens sections are arranged at the edge regions of the window optical system whose planar surface has a minimum width, and the width of the planar surfaces of the individual structural lens sections increases in the direction of the center of the window optical system.

Zusätzlich oder alternativ kann die innere Fensterkontur eine Fresnel-Linsenstruktur aufweisen, um die gezielte Umlenkung der Sendestrahlung bzw. Empfangsstrahlung zu bewirken.Additionally or alternatively, the inner window contour may have a Fresnel lens structure to effect the targeted deflection of the transmission radiation or reception radiation.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Messvorrichtung arbeitet die Sende- und/oder Empfangseinrichtung im Infrarotfrequenzbereich, wobei die Fensteroptik nur für den Infrarotfrequenzbereich durchlässig ist.In a further advantageous embodiment of the measuring device according to the invention, the transmitting and / or receiving device operates in the infrared frequency range, the window optics being permeable only to the infrared frequency range.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer zeichnerischen Darstellung näher erläutert. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. In the drawings, like reference numerals designate components that perform the same or analog functions.

In der Darstellung zeigt:In the illustration shows:

1 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen optischen Messvorrichtung für ein Fahrzeug. 1 a perspective view of an embodiment of an optical measuring device according to the invention for a vehicle.

2 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße optische Messvorrichtung für ein Fahrzeug aus 1. 2 a plan view of the inventive optical measuring device for a vehicle 1 ,

3 eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen optischen Messvorrichtung für ein Fahrzeug mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer Fensteroptik. 3 a schematic sectional view of an optical measuring device according to the invention for a vehicle with a first embodiment of a window system.

4 eine detailliertere Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen optischen Messvorrichtung für ein Fahrzeug aus 3. 4 a more detailed sectional view of the optical measuring device according to the invention for a vehicle 3 ,

5 eine Detaildarstellung des ersten Ausführungsbeispiels der Fensteroptik für die erfindungsgemäße optische Messvorrichtung für ein Fahrzeug aus 3 und 4. 5 a detailed representation of the first embodiment of the window system for the inventive optical measuring device for a vehicle 3 and 4 ,

6 eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen optischen Messvorrichtung für ein Fahrzeug mit einem zweiten Ausführungsbeispiel einer Fensteroptik. 6 a schematic sectional view of an optical measuring device according to the invention for a vehicle with a second embodiment of a window system.

7 eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen optischen Messvorrichtung für ein Fahrzeug mit einem dritten Ausführungsbeispiel einer Fensteroptik. 7 a schematic sectional view of an optical measuring device according to the invention for a vehicle with a third embodiment of a window system.

Wie aus 1 und 2 ersichtlich ist, umfassen die dargestellten Ausführungsbeispiele einer optischen Messvorrichtung 1, 1', 1'' für ein Fahrzeug eine als Laserscanner ausgeführte Sensoreinheit mit einem Gehäuse. Im Gehäuse sind ein Sendefenster 10.1, durch das beispielsweise gepulstes Laserlicht abgestrahlt wird, und ein Empfangsfenster 10.2 eingebracht, durch das von Objekten in einem Überwachungsbereich reflektiertes Laserlicht empfangen wird. Das Sendefenster 10.1 und das Empfangsfenster 10.2 sind Teil einer Fensteroptik 10, 10', 10'' mit einem definierten Öffnungswinkel α, welcher den Abstrahlbereich der Sendestrahlung 30 bzw. den Empfangsbereich der Empfangsstrahlung 30 bestimmt. Des Weiteren ist eine elektrische Anschlussvorrichtung 3.1 vorgesehen, um die optische Messvorrichtung 1, 1', 1'' mit Energie zu versorgen und eine Kommunikation mit der optischen Messvorrichtung 1, 1', 1'' zu ermöglichen. How out 1 and 2 can be seen, the illustrated embodiments include an optical measuring device 1 . 1' . 1'' for a vehicle, a sensor unit designed as a laser scanner with a housing. In the housing are a transmission window 10.1 through which, for example, pulsed laser light is radiated, and a reception window 10.2 is introduced, is received by the reflected light from objects in a surveillance area laser light. The broadcast window 10.1 and the receiving window 10.2 are part of a window look 10 . 10 ' . 10 '' with a defined opening angle α, which the radiation of the transmission radiation 30 or the reception range of the received radiation 30 certainly. Furthermore, an electrical connection device 3.1 provided to the optical measuring device 1 . 1' . 1'' to provide energy and communication with the optical measuring device 1 . 1' . 1'' to enable.

Innerhalb des Gehäuses 3 sind verschiedene Komponenten wie beispielsweise eine Sende- und/oder Empfangseinrichtung 20 sowie eine Umlenkspiegelanordnung angeordnet. Die Sende- und/oder Empfangseinrichtung 20 umfasst eine nicht dargestellte Senderplatine, auf welcher beispielsweise ein als gepulster Laser ausgeführter optischer Sender mit einer Sendeoptik angeordnet ist, eine Empfängerplatine, auf welcher beispielsweise ein nicht dargestellter als Detektor ausgeführter optischer Empfänger angeordnet ist, und eine Empfangsoptik, welche beispielsweise als Parabolspiegel ausgeführt ist. Der optische Sender erzeugt gepulste Laserstrahlen, welche über die Sendespiegeleinheit umgelenkt und durch das Sendefenster 10.1 in den zu überwachenden Bereich abgestrahlt werden. Über das Empfangsfenster 10.2 werden gepulste Laserstrahlen empfangen, die in Reaktion auf die ausgesendeten gepulsten Laserstrahlen von Objekten bzw. Hindernissen reflektiert werden, welche im Überwachungsbereich angeordnet sind. Die empfangenen Laserstrahlen werden über die Empfangsspiegeleinheit umgelenkt und von der Empfangsoptik zum optischen Empfänger geleitet. Das Ausgangssignal des optischen Empfängers wird dann zur Ermittlung der Laufzeit der Laserstrahlen ausgewertet, um die Entfernung zu einem erkannten Objekt im Überwachungsbereich zu ermitteln.Inside the case 3 are various components such as a transmitting and / or receiving device 20 and a Umlenkspiegelanordnung arranged. The transmitting and / or receiving device 20 comprises a transmitter board, not shown, on which, for example, is arranged as a pulsed laser optical transmitter is arranged with a transmitting optics, a receiver board on which, for example, an unillustrated designed as a detector optical receiver is disposed, and a receiving optics, which is designed for example as a parabolic mirror. The optical transmitter generates pulsed laser beams which are deflected via the transmission mirror unit and through the transmission window 10.1 be radiated into the area to be monitored. Via the reception window 10.2 pulsed laser beams are received, which are reflected in response to the emitted pulsed laser beams of objects or obstacles, which are arranged in the monitored area. The received laser beams are deflected via the receiving mirror unit and directed from the receiving optics to the optical receiver. The output of the optical receiver is then evaluated to determine the transit time of the laser beams to determine the distance to a detected object in the surveillance area.

Erfindungsgemäß weist die Fensteroptik 10, 10', 10'' eine vorgegebene äußere Fensterkontur 14 auf, welche an eine äußere Kontur eines Einbauortes angepasst ist, wobei die optischen Eigenschaften der Fensteroptik 10, 10', 10'' so an die äußere Fensterkontur 14 angepasst sind, dass die Fensteroptik 10, 10', 10'' einen maximalen Öffnungswinkel α für die Sendestrahlung 30 und/oder Empfangsstrahlung 30 aufweist.According to the invention, the window optics 10 . 10 ' . 10 '' a given outer window contour 14 which is adapted to an outer contour of a mounting location, wherein the optical properties of the window optics 10 . 10 ' . 10 '' so to the outer window contour 14 are adapted to the window look 10 . 10 ' . 10 '' a maximum opening angle α for the transmission radiation 30 and / or receiving radiation 30 having.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung passen die äußere Kontur 14 der Fensteroptik 10, 10', 10'' so an die äußere Kontur des Einbauortes an, dass die optische Messvorrichtung 1, 1', 1'' optimal am vorgesehenen Einbauort im Fahrzeug integriert werden kann. So kann die optische Messvorrichtung 1, 1', 1'' in vorteilhafter Weise am vorderen Teil des Fahrzeugs vor dem Kühler ggf. sogar direkt im Kühlergrill integriert werden. Das bedeutet, dass der Außenbereich 14 der optischen Messvorrichtung 1, 1', 1'' bei optimaler Platzausnutzung an das Design des Kühlergrills angepasst werden kann und trotzdem einen möglichst großen Öffnungswinkel α für die Sendestrahlung 30 und/oder Empfangsstrahlung 30 aufweist.Embodiments of the present invention fit the outer contour 14 the window optics 10 . 10 ' . 10 '' so to the outer contour of the installation site that the optical measuring device 1 . 1' . 1'' can be optimally integrated at the intended installation location in the vehicle. So can the optical measuring device 1 . 1' . 1'' be integrated advantageously in the front part of the vehicle in front of the radiator, possibly even directly in the radiator grille. That means the outdoor area 14 the optical measuring device 1 . 1' . 1'' can be adapted to the design of the grille with optimal space utilization and still the largest possible opening angle α for the transmission radiation 30 and / or receiving radiation 30 having.

Die Fensteroptik 10, 10', 10'' hat die Aufgabe die Lichtstrahlen in der Art zu verteilen, dass ein maximaler Öffnungswinkel α im Bereich von 130° bis 170° bei gleichzeitiger Beachtung der Kontur des Einbauortes realisiert werden kann. Die Funktion der Fensteroptik 10, 10', 10'' ist nicht die Bündelung der Lichtstrahlen, sondern die richtige Verteilung bzw. Leitung der Lichtstrahlen. Der Vorteil der erfindungsgemäßen optischen Messvorrichtung 1, 1', 1'' mit der neuen Fensteroptik 10, 10', 10'' ist, dass sie sich einfach in die Einbauortkontur am Fahrzeug integrieren lässt.The window optics 10 . 10 ' . 10 '' has the task to distribute the light beams in such a way that a maximum opening angle α in the range of 130 ° to 170 ° can be realized while respecting the contour of the installation site. The function of window optics 10 . 10 ' . 10 '' is not the bundling of the light rays, but the right distribution or direction of the light rays. The advantage of the optical measuring device according to the invention 1 . 1' . 1'' with the new window look 10 . 10 ' . 10 '' is that it can be easily integrated into the mounting location contour on the vehicle.

Die Sende- und/oder Empfangseinrichtung 20 arbeitet vorzugsweise im Infrarotfrequenzbereich bei einer Wellenlänge von 905 nm, wobei die Fensteroptik 10, 10', 10'' nur für den Infrarotfrequenzbereich durchlässig ist, d. h. für das menschliche Auge ist die Fensteroptik 10, 10', 10'' schwarz. Die Strahlen sollen, um Reflexionsverluste vermeiden zu können, direkt durch die Fensteroptik 10, 10', 10'' geleitet werden. Dadurch kann man eine größere Reichweite der optischen Messvorrichtung 1, 1', 1'' erreichen. Die Sendeleistung der optischen Messvorrichtung 1, 1', 1'' liegt bei ca. 70 W und die Empfangsempfindlichkeit liegt bei einer Leistung von ca. 100 nW.The transmitting and / or receiving device 20 preferably operates in the infrared frequency range at a wavelength of 905 nm, wherein the window optics 10 . 10 ' . 10 '' is permeable only to the infrared frequency range, ie for the human eye is the window optics 10 . 10 ' . 10 '' black. The beams should, in order to avoid reflection losses, directly through the window optics 10 . 10 ' . 10 '' be directed. This allows a longer range of the optical measuring device 1 . 1' . 1'' to reach. The transmission power of the optical measuring device 1 . 1' . 1'' is about 70 W and the reception sensitivity is at a power of about 100 nW.

Unter Bezugnahme auf 3 bis 5 wird nachfolgend ein erstes Ausführungsbeispiel der Fensteroptik 10 für die optische Messvorrichtung 1 beschrieben.With reference to 3 to 5 below is a first embodiment of the window system 10 for the optical measuring device 1 described.

Wie aus 3 bis 5 ersichtlich ist, weist das dargestellte erste Ausführungsbeispiel der Fensteroptik 10 eine vorgegebene äußere Fensterkontur 14 auf, welche an die gewünschte äußere Kontur 5 des Einbauortes angepasst ist. 3 bis 5 verdeutlichen den Verlauf der Sendestrahlung bzw. Empfangsstrahlen 30, welcher im dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine Struktur an einer inneren Kontur 12 der Fensteroptik 10 beeinflussbar ist. Zur Anpassung der optischen Eigenschaften der Fensteroptik 10 und zur Erzielung eines maximalen Öffnungswinkels α weist die innere Fensterkontur 12 der Fensteroptik 10 eine vorgegebene Struktur auf, welche eine Mehrzahl von Strukturlinsenabschnitten 12.1 aufweist. Zur gezielten Umlenkung der Sendestrahlung bzw. Empfangsstrahlung 30 weisen die einzelnen Strukturlinsenabschnitte 12.1 eine plane Oberfläche mit einer vorgegebenen Breite B auf, welche unter einem vorgebbaren Winkel zur Sende- und/oder Empfangseinrichtung 20 ausgerichtet ist. Die einzelnen Strukturlinsenabschnitte 12.1 sind so angeordnet, dass sich an den seitlichen Rändern der Fensteroptik 10 ein Streifen mit einem großen Brechungsindex ergibt, welcher in Richtung Mitte der Fensteroptik 10 abnimmt. Daher sind die planen Oberflächen der einzelnen Strukturlinsenabschnitte 12.1 unterschiedlich breit ausgeführt, wobei an den Randbereichen der Fensteroptik 10 Strukturlinsenabschnitte 12.1 angeordnet sind, deren plane Oberflächen eine minimale Breite B aufweisen. In Richtung Mitte der Fensteroptik 10 nimmt die Breite B der planen Oberflächen der einzelnen Strukturlinsenabschnitte 12.1 zu. Zudem verlaufen die Längskanten der planen Oberflächen der einzelnen Strukturlinsenabschnitte 12.1 im Wesentlichen parallel zueinander. In einem mittleren Streifen weist die Fensteroptik 10 dann einen minimalen Wert für den Brechungsindex auf. Dadurch ergeben sich an den Rändern flache und im mittleren Bereich steile Auskoppel- bzw. Einkoppelwinkel.How out 3 to 5 can be seen, the illustrated first embodiment of the window system 10 a given outer window contour 14 on which to the desired outer contour 5 the installation site is adjusted. 3 to 5 illustrate the course of the transmission radiation or receive beams 30 , which in the illustrated embodiment by a structure on an inner contour 12 the window optics 10 can be influenced. To adapt the optical properties of the window optics 10 and to achieve a maximum opening angle α, the inner window contour 12 the window optics 10 a given structure, which a plurality of structural lens sections 12.1 having. For targeted deflection of the transmission radiation or reception radiation 30 have the individual structural lens sections 12.1 a flat surface with a predetermined width B, which at a predetermined angle to the transmitting and / or receiving device 20 is aligned. The individual structural lens sections 12.1 are arranged so that at the lateral edges of the window optics 10 gives a strip with a high refractive index, which towards the center of the window optics 10 decreases. Therefore, the plan surfaces of the individual structural lens sections 12.1 executed differently wide, wherein at the edge regions of the window system 10 Structure lens sections 12.1 are arranged, the flat surfaces have a minimum width B. Towards the center of the window look 10 takes the width B of the flat surfaces of the individual structural lens sections 12.1 to. In addition, the longitudinal edges of the flat surfaces of the individual structural lens sections run 12.1 essentially parallel to each other. In a middle strip has the window optics 10 then a minimum value for the refractive index. This results in flat and in the middle region steep decoupling or coupling angle at the edges.

Diese Struktur kann beispielsweise durch eine Mikrolinsenstruktur, unterschiedliche Beschichtung oder ähnliche Maßnahmen realisiert werden, welche die gleiche optische Funktion ausführen.This structure can be realized for example by a microlens structure, different coating or similar measures, which perform the same optical function.

Unter Bezugnahme auf 6 wird nachfolgend ein zweites Ausführungsbeispiel der Fensteroptik 10' für die optische Messvorrichtung 1' beschrieben.With reference to 6 below is a second embodiment of the window system 10 ' for the optical measuring device 1' described.

Wie aus 6 ersichtlich ist, weist das dargestellte zweite Ausführungsbeispiel der Fensteroptik 10' die gleiche vorgegebene äußere Fensterkontur 14 wie das erste Ausführungsbeispiel auf, welche an die gewünschte äußere Kontur 5 des Einbauortes angepasst ist. Zur Anpassung der optischen Eigenschaften der Fensteroptik 10' und zur Erzielung eines maximalen Öffnungswinkels α weist die dargestellte Fensteroptik 10' verschiedene Abschnitte 12.2, 12.3 auf, deren Materialien verschiedene Brechungsindizes aufweisen und die Strahlung zwischen der äußeren Fensterkontur 14 und einer inneren Fensterkontur 12' und umgekehrt umlenken. So wird für erste Abschnitte 12.2 ein Material verwendet, welches einen ersten Brechungsindex aufweist, und für zweite Abschnitte 12.3 wird ein Material verwendet, welches einen zweiten Brechungsindex aufweist, welcher niedriger als der erste Brechungsindex ist.How out 6 can be seen, the illustrated second embodiment of the window system 10 ' the same given outer window contour 14 as the first embodiment, which to the desired outer contour 5 the installation site is adjusted. To adapt the optical properties of the window optics 10 ' and to achieve a maximum opening angle α, the illustrated window optics 10 ' different sections 12.2 . 12.3 on whose materials have different refractive indices and the radiation between the outer window contour 14 and an inner window contour 12 ' and vice versa. So for first sections 12.2 uses a material having a first refractive index, and second portions 12.3 For example, a material having a second refractive index lower than the first refractive index is used.

Wie aus 6 weiter ersichtlich ist, ist ein zweiter Abschnitt 12.3 mit dem niedrigeren Brechungsindex im Wesentlichen in einem mittleren Streifenbereich der Fensteroptik 10' angeordnet. An den zweiten Abschnitt 12.3 schließen sich auf beiden Seiten jeweils erste Abschnitte mit dem höheren Brechungsindex an und bilden jeweils einen seitlichen Randbereich der Fensteroptik 10'. Dadurch ergeben sich auch beim zweiten Ausführungsbeispiel an den Rändern flache und im mittleren Bereich steile Auskoppel- bzw. Einkoppelwinkel.How out 6 Further, is a second section 12.3 with the lower refractive index substantially in a middle stripe region of the window optics 10 ' arranged. To the second section 12.3 close on both sides in each case first sections with the higher refractive index and each form a lateral edge region of the window system 10 ' , This results in the second embodiment at the edges of flat and steep in the middle region Auskoppel- or Einkoppelwinkel.

Unter Bezugnahme auf 7 wird nachfolgend ein drittes Ausführungsbeispiel der Fensteroptik 10'' für die optische Messvorrichtung 1'' beschrieben.With reference to 7 is a third embodiment of the window system below 10 '' for the optical measuring device 1'' described.

Wie aus 7 ersichtlich ist, weist das dargestellte dritte Ausführungsbeispiel der Fensteroptik 10'' ebenfalls die gleiche vorgegebene äußere Fensterkontur 14 wie das erste und zweite Ausführungsbeispiel auf, welche an die gewünschte äußere Kontur 5 des Einbauortes angepasst ist. Zur Anpassung der optischen Eigenschaften der Fensteroptik 10'' und zur Erzielung eines maximalen Öffnungswinkels α weist die innere Fensterkontur 12'' der Fensteroptik 10 analog zum ersten Ausführungsbeispiel eine vorgegebene Struktur auf, welche zur gezielten Umlenkung der Sendestrahlung bzw. Empfangsstrahlung als Fresnel-Linsenstruktur 12.4 ausgeführt ist. Dadurch ergeben sich auch beim dritten Ausführungsbeispiel an den Rändern flache und im mittleren Bereich steile Auskoppel- bzw. Einkoppelwinkel.How out 7 can be seen, the illustrated third embodiment of the window system 10 '' also the same given outer window contour 14 as the first and second embodiments, which to the desired outer contour 5 the installation site is adjusted. To adapt the optical properties of the window optics 10 '' and to achieve a maximum opening angle α, the inner window contour 12 '' the window optics 10 analogous to the first embodiment, a predetermined structure, which for targeted deflection of the transmission radiation or receiving radiation as a Fresnel lens structure 12.4 is executed. This results in the third embodiment at the edges of flat and steep in the middle region Auskoppel- or Einkoppelwinkel.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglichen in vorteilhafter Weise eine funktionstechnische Anpassung der optischen Messvorrichtung an das vorgegebene Design am Einbauort. Durch Anbringung von Fresnel-Linsenstrukturen, Mikrooptiken oder Verwendung von verschiedenen Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindices kann die Geometrie der Fensteroptik an die Designfläche am Einbauort angepasst werden.Embodiments of the present invention advantageously enable a functional adaptation of the optical measuring device to the given design at the installation site. By attaching Fresnel lens structures, micro-optics or using different materials with different refractive indices, the geometry of the window optics can be adapted to the design surface at the installation site.

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Claims (10)

Optische Messvorrichtung für ein Fahrzeug mit mindestens einer Sende- und/oder Empfangseinrichtung (20), einer Fensteroptik (10, 10', 10'') mit einem definierten Öffnungswinkel (α), welche ein Sendefenster (10.1) und ein Empfangsfenster (10.2) umfasst, wobei die Sende- und/oder Empfangseinrichtung (20) eine Sendestrahlung (30) erzeugt und über das Sendefenster (10.1) der Fensteroptik (10, 10', 10'') in ein Messumfeld abstrahlt und eine resultierende Empfangsstrahlung (30) über das Empfangsfenster (10.2) der Fensteroptik (10, 10', 10'') aus einem Messumfeld empfängt und auswertet, dadurch gekennzeichnet, dass die Fensteroptik (10, 10', 10'') eine vorgegebene äußere Fensterkontur (14) aufweist, welche an eine äußere Kontur (5) eines Einbauortes angepasst ist, wobei die optischen Eigenschaften der Fensteroptik (10, 10', 10'') so an die äußere Fensterkontur (14) angepasst sind, dass die Fensteroptik (10, 10', 10'') einen maximalen Öffnungswinkel (α) für die Sendestrahlung (30) und/oder Empfangsstrahlung (30) aufweist.Optical measuring device for a vehicle with at least one transmitting and / or receiving device ( 20 ), a window optics ( 10 . 10 ' . 10 '' ) with a defined opening angle (α), which is a transmission window ( 10.1 ) and a receive window ( 10.2 ), wherein the transmitting and / or receiving device ( 20 ) a transmission radiation ( 30 ) and via the transmission window ( 10.1 ) of the window optics ( 10 . 10 ' . 10 '' ) radiates into a measuring environment and a resulting received radiation ( 30 ) via the receive window ( 10.2 ) of the window optics ( 10 . 10 ' . 10 '' ) receives and evaluates from a measuring environment, characterized in that the window optics ( 10 . 10 ' . 10 '' ) a predetermined outer window contour ( 14 ), which to an outer contour ( 5 ) of an installation location, wherein the optical properties of the window optics ( 10 . 10 ' . 10 '' ) so to the outer window contour ( 14 ), that the window optics ( 10 . 10 ' . 10 '' ) a maximum opening angle (α) for the transmission radiation ( 30 ) and / or received radiation ( 30 ) having. Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Eigenschaften der Fensteroptik (10, 10', 10'') durch Materialauswahl und/oder durch Vorgabe einer inneren Fensterkontur (12, 12'') anpassbar sind.Measuring device according to claim 1, characterized in that the optical properties of the window optics ( 10 . 10 ' . 10 '' ) by material selection and / or by specifying an inner window contour ( 12 . 12 '' ) are customizable. Messvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fensteroptik (10') verschiedene Abschnitte (12.2, 12.3) aufweist, deren Materialien verschiedene Brechungsindizes aufweisen.Measuring device according to claim 2, characterized in that the window optics ( 10 ' ) different sections ( 12.2 . 12.3 ), whose materials have different refractive indices. Messvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass erste Abschnitte (12.2), welche aus einem Material mit einem ersten Brechungsindex gefertigt sind, an Randbereichen der Fensteroptik (10') angeordnet sind, und ein zweiter Abschnitt (12.3), welcher aus einem Material mit einem zweiten Brechungsindex, welcher niedriger als der erste Brechungsindex ist, gefertigt ist, im Wesentlichen im mittleren Bereich der Fensteroptik (10') angeordnet ist.Measuring device according to claim 3, characterized in that first sections ( 12.2 ), which are made of a material having a first refractive index, at edge regions of the window optics ( 10 ' ) and a second section ( 12.3 ), which is made of a material having a second refractive index, which is lower than the first refractive index, substantially in the central region of the window optics ( 10 ' ) is arranged. Messvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Fensterkontur (12, 12'') eine Mehrzahl von Strukturlinsenabschnitten (12.1) aufweist.Measuring device according to claim 2, characterized in that the inner window contour ( 12 . 12 '' ) a plurality of structural lens sections ( 12.1 ) having. Messvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Strukturlinsenabschnitte (12.1) eine plane Oberfläche mit einer vorgegebenen Breite (B) aufweisen, welche unter einem vorgebbaren Winkel zur Sende- und/oder Empfangseinrichtung (20) ausgerichtet ist.Measuring device according to claim 5, characterized in that the individual structural lens sections ( 12.1 ) have a planar surface with a predetermined width (B), which at a predeterminable angle to the transmitting and / or receiving device ( 20 ) is aligned. Messvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Längskanten der planen Oberflächen der einzelnen Strukturlinsenabschnitte (12.1) im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen.Measuring device according to claim 6, characterized in that the longitudinal edges of the planar surfaces of the individual structural lens sections ( 12.1 ) are substantially parallel to each other. Messvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die planen Oberflächen der einzelnen Strukturlinsenabschnitte (12.1) unterschiedlich breit ausgeführt sind, wobei an den Randbereichen der Fensteroptik (10) Strukturlinsenabschnitte (12.1) angeordnet sind, deren plane Oberfläche eine minimale Breite (B) aufweisen, und wobei die Breite (B) der planen Oberflächen der einzelnen Strukturlinsenabschnitte (12.1) in Richtung Mitte der Fensteroptik (10) zunimmt.Measuring device according to claim 6 or 7, characterized in that the planar surfaces of the individual structural lens sections ( 12.1 ) are executed with different widths, wherein at the edge regions of the window optics ( 10 ) Structural lens sections ( 12.1 ) whose plane surface has a minimum width (B), and wherein the width (B) of the planar surfaces of the individual structural lens sections ( 12.1 ) in the direction of the center of the window optics ( 10 ) increases. Messvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Fensterkontur (12'') eine Fresnel-Linsenstruktur (12.4) aufweist.Measuring device according to claim 5 or 6, characterized in that the inner window contour ( 12 '' ) a Fresnel lens structure ( 12.4 ) having. Messvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sende- und/oder Empfangseinrichtung (20) im Infrarotfrequenzbereich arbeitet, wobei die Fensteroptik (10, 10', 10'') nur für den Infrarotfrequenzbereich durchlässig ist.Measuring device according to one of the preceding claims 1 to 7, characterized in that the transmitting and / or receiving device ( 20 ) operates in the infrared frequency range, the window optics ( 10 . 10 ' . 10 '' ) is permeable only to the infrared frequency range.
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