DE102011119492B4

DE102011119492B4 - Sensor mit einem Gehäuse zur lösbaren Befestigung an einer Scheibe

Info

Publication number: DE102011119492B4
Application number: DE201110119492
Authority: DE
Inventors: Konrad Rothenhäusler
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Continental Autonomous Mobility Germany GmbH
Priority date: 2010-08-11
Filing date: 2011-08-05
Publication date: 2013-02-21
Anticipated expiration: 2031-08-06
Also published as: DE102010034029A1; DE102011119492A1

Abstract

Es wird ein Sensor mit einem Gehäuse zur lösbaren Befestigung an einer Scheibe sowie ein entsprechendes Verfahren zur lösbaren Befestigung beschrieben. Ein wesentlicher Gedanke besteht darin, dass der Sensor im Inneren des Gehäuses fixiert ist 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 lösbaren Befestigung an einer 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 ein Saugnapfhaltewerkzeug an der Scheibe positioniert und während des Aushärtens des Klebers gehalten wird. Nach dem 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.
Die DE 196 16 073 A1 offenbart eine Vorrichtung zum blasenfreien Fixieren von zu klebenden Komponenten an einer Windschutzscheibe. Die Vorrichtung umfasst dabei einen Grundkörper mit einem Saugraum, der evakuiert werden kann. Der Grundkörper ist dabei über eine Klemmvorrichtung lösbar mit einem Sensor verbunden. Sobald der Saugraum evakuiert ist, bewegt sich ein Kolben, an dessen Unterseite der Sensor angebracht ist, gegen die Kraft einer Feder auf die Windschutzscheibe zu, bis eine Klebefolie, die an der Unterseite des Sensors befestigt ist, auf der Windschutzscheibe aufliegt. Nachdem der Klebstoff der Klebeverbindung ausgehärtet ist, wird der Grundkörper mit Saugraum wieder entfernt.
Eine ähnliche Vorrichtung offenbart die DE 696 09 674 T2 . Auch hier wird ein Sensor mittels der Vorrichtung in einem Vakuum installiert, um Lufttaschen zu eliminieren, wenn der Sensor mittels eines Bandes an der Oberfläche der Windschutzscheibe befestigt wird. Die Vorrichtung verbleibt ebenfalls solange an der Scheibe, bis eine dauerhafte Klebeverbindung zwischen dem Sensor und der Scheibe hergestellt ist.
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 lösbaren Befestigung an einer Scheibe sowie ein entsprechendes Verfahren zur lösbaren Befestigung anzugeben. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sind aus den Unteransprüchen.
Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, dass der Sensor im Inneren des Gehäuses fixiert ist und das Gehäuse Mittel zum Erzeugen oder zumindest Halten eines Unterdrucks in einem Hohlraum gegenüber der Scheibe aufweist, so dass der im Gehäuse dauerhaft oder nichtlösbar befestigte Sensor allein durch den Unterdruck an der Scheibe befestigt werden kann. Der Sensor ist also (im Gegensatz zu bekannten Kamerasensoren in mobilen Navigationsgeräten, die über einen Saugnapf lösbar an der Scheibe befestigt werden,) im Inneren des Gehäuses, also quasi im Inneren des Saugnapfes angeordnet. Im Gegensatz zu den bekannten Montagevorrichtungen ist hier der Sensor fest integriert in den Saugnapf und wird durch diesen gehalten. Der Sensor wird im Rahmen der Erfindung nicht (zusätzlich) an die Scheibe geklebt. Durch Festsaugen und zu einem späteren Zeitpunkt durch Lösen der Unterdruckbefestigung kann der Sensor vom Fahrer nach dessen Wunsch an der Windschutzscheibe positioniert werden.
Neben den bekannten mechanischen Mitteln zum Erzeugen eines solchen Unterdrucks kann alternativ der Unterdruck auch durch Absaugen der Luft aus dem 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 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 Befestigungsvorgangs 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 fixiert ist, z. B. gelötet und/oder geklebt.
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 ermöglichen 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 atmosphärische Aussendruck das Gehäuse 2 und den darin dauerhaft befestigten Sensor 1 an die Scheibe 3 presst.
2 zeigt demgegenüber ein 2. Ausführungsbeispiel, bei dem über einen Absauganschluss (5.4) die Luft aus den Hohlraum (5.1) zumindest 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 (5.4) beispielsweise durch ein Ventil (5.3) verschließbar.
Technisch können während der Befestigung 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 Unterdruckbefestigung wird nämlich zusätzlich sichergestellt, dass die Scheibe und der Hohlraum vor dem Sensor aufgrund des luftdichten Abschlusses frei von Niederschlag, Kondensation und damit frei von 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/oder 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 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 sind. 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. Der Regensensor kann vorteilhaft zusätzlich in das Gehäuse eines Kamerasensors integriert werden, wobei dieser Regensensor kamerabasiert, d. h. Niederschlag aus Bilddaten des Kamerasensors erkennt, oder 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 Einbringung des Sensors an den Vakuumsauger kann vorteilhafterweise auch mindestens eine Lichtquelle in den Vakuumsauger integriert sein. Auf diese Weise kann die Umgebung beispielsweise mit infrarotem Licht beleuchtet werden, um etwa eine Regen- und/oder Schmutzerkennung auf der Windschutzscheibe auch bei Dunkelheit 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 elektromagnetische Strahlung integriert werden, die von einer ebenfalls im Sensorgehäuse befestigten elektromagnetischen Strahlungsquelle ausgestrahlt wird. Der Detektor kann elektromagnetische Strahlung vom sichtbaren (VIS) Bereich bis in den Bereich der Radiowellen erfassen.
Vorteilhaft zu integrieren sind desweiteren Solarsensoren, welche den Sonnenstand erfassen, sowie einfache Umgebungslichtsensoren beispielsweise zur Steuerung der Fahrzeugbeleuchtung. Ein solcher Sensor besteht beispielsweise aus mindestens einem photosensitiven Detektor sowie optional aus mindestens einem Lichtwellenleiter eventuell mit einer abschließenden Linse zur Fokussierung der elektromagnetischen Strahlung auf den Detektor.
Eine weitere mögliche Sensoranwendung in einem Vakuumsauger stellt ein optischer cV-Sensor (Closing Velocity) zur Abstandserkennung dar. Hier kann vorzugsweise direkt eine akustische Warnung bei Unterschreitung eines Mindestabstands oder auch durch geeignete Signalübertragung an andere Steuergeräte des Kraftfahrzeugs über andere Aktoren, z. B. Gaspedalstellung eine Warnung an den Fahrer ausgegeben werden oder ein Regeleingriff erfolgen, z. B. automatisches Auskuppeln oder Einleitung einer automatischen Bremsung.
Die Integration der aufgelisteten Sensoren kann im Unterdruck- bzw. Vakuumsauger erfolgen als auch an ihm befestigt 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.

Claims

1) Sensor (1) mit einem Gehäuse (2), zur lösbaren Befestigung an einer Scheibe (3) und zur Erfassung einer Messgröße aus der Umgebung des Sensors, dadurch gekennzeichnet, dass a) der Sensor (1) im Inneren des Gehäuses (2) dauerhaft fixiert 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 (2).

Sensor (1) 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 (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein verschließbarer Absauganschluss (5.4) zum Erzeugen eines Unterdrucks im Hohlraum (5.1) vorgesehen ist.

Sensor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1) ein durch die Scheibe (3) hindurch die Umgebung erfassender optischer Sensor, insbesondere eine Kamera- oder LIDAR-Sensor ist.

Sensor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Rand (4) zur Scheibe (3) hin eine umlaufende Dichtung vorgesehen ist.

Sensor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Rand (4) zur Scheibe (3) hin eine umlaufende Klebung vorgesehen ist.

Verfahren zur lösbaren Befestigung eines Sensors (1), zur Erfassung einer Messgröße aus der Umgebung des Sensors (1), mit einem Gehäuse (2) an einer Scheibe (3), dadurch gekennzeichnet, dass a) der Sensor (1) im Inneren des Gehäuses (2) dauerhaft fixiert ist b) im Gehäuse (2) zur Scheibe (3) hin ein Hohlraum (5.1) vorgesehen ist und c) das Gehäuse (2) mit dem Sensor (1) an die Scheibe (3) gehalten und dabei ein Unterdruck im Hohlraum (5.1) des Gehäuses (2) erzeugt wird, wobei d) am Gehäuse (2) zur Scheibe (3) 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.