DE102014205282A1

DE102014205282A1 - Vorrichtung zum Öffnen oder Schließen einer Öffnung eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102014205282A1
Application number: DE102014205282.3A
Authority: DE
Inventors: Bernd Ette; Stefan Schwope
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2014-03-21
Filing date: 2014-03-21
Publication date: 2015-09-24
Anticipated expiration: 2034-03-22
Also published as: CN105041112A; DE102014205282B4; CN105041112B

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (15) zum Öffnen oder Schließen einer Öffnung (11, 12, 16) eines Fahrzeugs (10). Die Vorrichtung (15) umfasst eine Lichtquelle (20) zum Beleuchten eines Bereichs (41, 42) in einer Umgebung des Fahrzeugs (10). Die Vorrichtung (15) umfasst weiterhin eine Erfassungsvorrichtung (21) für eine optische Objekterfassung in dem beleuchteten Bereich (41, 42). Mit Hilfe einer Steuervorrichtung (22) der Vorrichtung (15) wird in Abhängigkeit von der optischen Objekterfassung ein Mechanismus des Fahrzeugs (10) zum Öffnen oder Schließen der Öffnung (11, 12, 16) des Fahrzeugs (10) angesteuert. Die Lichtquelle (20) umfasst ein diffraktives optisches Element (25) zur Erzeugung eines vorgegebenen Beleuchtungsmusters (41, 51–54, 61–63) in dem Bereich (41, 42) in der Umgebung des Fahrzeugs (10).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Öffnen oder Schließen einer Öffnung eines Fahrzeugs, insbesondere eine Vorrichtung, welche einen Bereich vor der Öffnung des Fahrzeugs optisch überwacht und aufgrund einer erfassten Bewegung in dem Bereich vor der Öffnung einen Mechanismus des Fahrzeugs zum Öffnen oder Schließen der Öffnung des Fahrzeugs ansteuert.
Um eine Öffnung eines Fahrzeugs, beispielsweise eine Tür eines Personenkraftwagens oder eine Heckklappe eines Personenkraftwagens, zu öffnen oder zu schließen, ist im Allgemeinen eine entsprechende Betätigung per Hand erforderlich. Um ein entsprechendes Öffnen oder Schließen der Fahrzeugöffnung auch zu ermöglichen, wenn gerade keine Hand frei ist, da beispielsweise beide Hände zum Tragen einer Last benötigt werden, werden in dem Stand der Technik Verfahren zum berührungslosen Öffnen oder Schließen einer entsprechenden Öffnung des Fahrzeugs offenbart. Die DE 10 2009 017 404 A1 betrifft beispielsweise ein Verfahren und eine Vorrichtung, um eine Tür oder Klappe eines Fahrzeugs berührungslos zu betätigen. Dabei wird die Tür oder Klappe, wenn sie geschlossen ist, automatisch geöffnet, wenn eine Bewegung eines Gegenstands mit mindestens einem Richtungswechsel außerhalb des Fahrzeugs erfasst und gleichzeitig ein dem Fahrzeug zugeordneter Schlüssel erfasst wird. Zur Erfassung einer derartigen Bewegung können beispielsweise optische Sensoren verwendet werden, welche den Erfassungsbereich mit geeignetem Licht (beispielsweise Laser oder LED) ausleuchten und mit digitalen Kameras erfassen. Zur Ausleuchtung des Erfassungsbereichs werden üblicherweise Linsensysteme verwendet, um eine geeignete Optik bereitzustellen, welche möglichst eine Vielzahl der nachfolgenden Kriterien erfüllen soll. Zunächst ist es erforderlich, dass der Erfassungsbereich vollständig ausgeleuchtet wird. Dabei ist jedoch insbesondere bei der Verwendung starker Lichtquellen, beispielsweise Lasern, zu beachten, dass die Augen eines Benutzers nicht gefährdet werden, indem beispielsweise entsprechende Laserklassen eingehalten werden. Ferner sollen die zu erkennenden Gesten auch auf unterschiedlich reflektierenden Oberflächen sicher erkannt werden. Da die Ausleuchtung insbesondere erforderlich ist, wenn das Fahrzeug abgestellt ist, ist auf einen geringen Energieverbrauch zu achten, da in diesem Fall die Ausleuchtung mit Strom von der Fahrzeugbatterie betrieben wird. Schließlich sollte die Optik kostengünstig realisierbar sein.
Die derzeitigen optischen Systeme erfüllen die zuvor genannte Forderungen nur bedingt. Um die zuvor genannten Kriterien besser zu erfüllen, kann die Ausleuchtung beispielsweise mit Hilfe von zwei oder mehr Lichtquellen und entsprechend modifizierten Linsensystemen erfolgen. Dadurch erhöhen sich jedoch Anforderungen an den Einbauraum sowie den Stromverbrauch.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine verbesserte Ausleuchtung eines Erfassungsbereichs für ein automatisches Öffnen oder Schließen von Fahrzeugöffnungen bereit zu stellen. Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch eine Vorrichtung zum Öffnen oder Schließen einer Öffnung eines Fahrzeugs nach Anspruch 1 und ein Fahrzeug nach Anspruch 10 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Öffnen oder Schließen einer Öffnung eines Fahrzeugs bereitgestellt. Die Vorrichtung umfasst eine Lichtquelle zum Beleuchten eines Bereichs in der Umgebung des Fahrzeugs sowie eine Erfassungsvorrichtung für eine optische Objekterfassung in dem beleuchteten Bereich. Ferner umfasst die Vorrichtung eine Steuervorrichtung, welche in der Lage ist, in Abhängigkeit von der optischen Objekterfassung einen Mechanismus des Fahrzeugs zum Öffnen oder Schließen des Fahrzeugs anzusteuern. Die optische Objekterfassung kann beispielsweise eine Erfassung einer Geste oder einer vorbestimmten Bewegung eines Objekts innerhalb des beleuchteten Bereichs umfassen. Anders ausgedrückt wird der Mechanismus des Fahrzeugs zum Öffnen oder Schließen der Öffnung des Fahrzeugs angesteuert, wenn in dem beleuchteten Bereich eine bestimmte Bewegung erfasst wurde. Der Mechanismus des Fahrzeugs zum Öffnen oder Schließen der Öffnung des Fahrzeugs kann beispielsweise einen motorisch angetriebenen Mechanismus umfassen, welcher beispielsweise eine Fahrzeugtür, insbesondere eine Schiebetür, oder einen Kofferraumdeckel oder eine Heckklappe des Fahrzeugs öffnet oder schließt. Die Lichtquelle umfasst ein diffraktives optisches Element, um ein vorgegebenes Beleuchtungsmuster in dem Bereich in der Umgebung des Fahrzeugs zu erzeugen. Die Verwendung eines diffraktiven optischen Elements bietet gegenüber herkömmlichen Linsen basierten optischen Systemen eine Reihe von Vorteilen. Das diffraktive optische Element kann wie ein Siliziumsensor hergestellt werden. Ein kostenaufwendiges Schleifen und Polieren, wie bei einer Glasoptik, kann daher entfallen. Das diffraktive optische Element kann, ähnlich wie eine Standardglasoptik, aus Glas oder Kunststoff gefertigt werden, sodass ein kostengünstiges Material verwendet werden kann. In dem diffraktiven optischen Element können komplexe Optiksysteme in zum Beispiel einer Folie auf engstem Raum untergebracht werden. Dadurch kann das diffraktive optische Element auch in beengten Einbausituationen verwendet werden. Das diffraktive optische Element ermöglicht einen großen Abstrahlwinkel oder Öffnungswinkel bis beispielsweise 140°. Damit kann der optische Erfassungsbereich sehr weit ausgelegt werden. Bei dem diffraktiven optischen Element sind Einbautoleranzen verhältnismäßig groß. Ein Winkel und eine Position einer Lichtquelle zu dem diffraktiven optischen Element können über einen weiten Bereich variiert werden, sodass keine aufwendige Justierung der Lichtquelle zu dem diffraktiven optischen Element erforderlich ist. Ferner ist der Transmissionsfaktor des diffraktiven optischen Elements verhältnismäßig hoch und kann beispielsweise im Bereich von 84% liegen, wodurch eine hohe Beleuchtungsstärke des beleuchteten Bereichs mit geringem energetischen Lichteinsatz möglich ist. Das diffraktive optische Element kann Licht aufweiten und erzeugt dadurch keinen Fokus, wodurch eine Schädigung eines Auges eines Betrachters, welcher direkt in das von dem diffraktiven optischen Element ausgesendeten Lichts schaut, verringert werden kann. Dies ist wichtig für die Augensicherheit. Mit Hilfe des diffraktiven optischen Elements können vorgegebene Beleuchtungsmuster verhältnismäßig einfach realisiert werden, wodurch beispielsweise Bewegungsrichtungen von Objekten in dem beleuchteten Bereich einfacher erfasst werden können. Darüber hinaus können durch die Erzeugung der vorgegebenen Beleuchtungsmuster unterschiedliche Bereiche innerhalb des beleuchteten Bereichs unterschiedlich ausgeleuchtet werden, um beispielsweise eine Annäherungserkennung oder eine Gestenerkennung zu verbessern. Um die Beleuchtungsleistung zu minimieren und gleichzeitig den Erfassungsbereich zu maximieren, können spezielle vorgegebene Beleuchtungsmuster mit Hilfe des diffraktiven optischen Elements erzeugt werden, wodurch nur diejenigen Bereiche und Muster beleuchtet werden, welche für die entsprechende Annäherungserkennung oder Gestenerkennung auszuleuchten sind. Dies können beispielsweise Punkte, Linien, Matrizen oder sogenannte Lichtvorhänge, also streifenförmige Ausleuchtungsbereiche sein. Bei der Realisierung des diffraktiven optischen Elements auf beispielsweise einem Halbleiterelement in Kombination mit einer entsprechenden Lichtquelle, kann das Halbleiterelement beispielsweise zusätzlich eine Steuerung, beispielsweise einen Mikrocomputer aufweisen, welche mit Hilfe eines geeigneten Computerprogramms intelligente Erkennungsverfahren mit Signal- und Bildverarbeitungsmethoden ausführt.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuervorrichtung in der Lage, die Lichtquelle ein- und auszuschalten. Insbesondere ist die Steuervorrichtung in der Lage, die Lichtquelle für eine vorgegebene erste Zeit durchgängig einzuschalten und die Lichtquelle für eine vorgegeben zweite Zeit durchgängig auszuschalten. Durch die vorgegebenen Ein- und Ausschaltzeiten kann eine Lasersicherheit oder Augensicherheit erreicht werden, indem eine maximale Lichtleistung pro Zeiteinheit im Mittel begrenzt wird. Darüber hinaus kann durch das Ausschalten der Lichtquelle der Stromverbrauch der Vorrichtung verringert werden. Die vorgegebene erste Zeit, während welcher die Lichtquelle durchgängig eingeschaltet ist, kann beispielsweise auf einen Wert von maximal 200 Nanosekunden (ns) oder kleiner als 200 Nanosekunden (ns) eingestellt werden. Die vorgegebene zweite Zeit, während welcher die Lichtquelle durchgängig ausgeschaltet ist, kann beispielsweise auf einen Wert von 1 Mikrosekunde (μs) oder größer eingestellt werden. Durch das zuvor beschriebene Tastverhältnis von Einschaltzeit zu Ausschaltzeit kann bei Verwendung eines geeigneten Lasers eine Laserschutzklasse erreicht werden, welche keine besondere Kennzeichnung, beispielsweise an Lichtauslassöffnungen des Fahrzeugs erfordert und trotzdem einen ausreichenden Augenschutz sicherstellt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Lichtquelle eine Infrarotlichtquelle umfassen. Durch die Verwendung einer Infrarotlichtquelle ist das Beleuchtungsmuster, welches von der Lichtquelle in dem Bereich in der Umgebung des Fahrzeugs erzeugt wird, für das menschliche Auge unsichtbar, wodurch eine unauffällige Arbeitsweise der Vorrichtung erreicht wird. Zusätzlich kann die Lichtquelle eine Lichtquelle mit sichtbarem Licht umfassen, sodass der Bereich in der Umgebung des Fahrzeugs, insbesondere der Bereich in der Umgebung einer Tür oder Klappe des Fahrzeugs bei Dunkelheit ausgeleuchtet werden kann. Dabei kann das diffraktive optische Element zusätzlich das sichtbare Licht in einem geeigneten Beleuchtungsmuster ausgeben. Somit ist nur ein diffraktives optisches Element zur Erzeugung von beispielsweise einem Infrarotbeleuchtungsmuster für die Annäherungs- und Gestenüberwachung sowie für die Erzeugung eines Beleuchtungsmusters im sichtbaren Licht zur Beleuchtung des Türbereichs für einen Benutzer des Fahrzeugs erforderlich.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Lichtquelle einen Laser oder eine Leuchtdiode umfassen. Insbesondere ein Laserpuls wird durch das diffraktive optische Element kaum in seiner Form verändert, unabhängig von der Form des vorgegebenen Beleuchtungsmusters. Im Gegensatz dazu wird beispielsweise bei einer Linsenoptik ein rechteckiger Laserpuls im Wesentlichen nur im Fokus rechteckig, wohingegen vor und hinter dem Fokuspunkt der Laserpuls glockenförmig verzerrt wird. Für sogenannte Time-Off-Flight-Messungen, bei denen die Laufzeit des Lichts für beispielsweise eine Entfernungsmessung verwendet wird, ist jedoch eine zeitlich unveränderte Form eines Laserpulses von großer Wichtigkeit. Daher kann durch die Verwendung des diffraktiven optischen Elements in Verbindung mit einem Laser auf einfache Art und Weise eine Time-Off-Flight-Messung realisiert werden. Ferner wird durch das diffraktive optische Element kein Fokus- oder Brennpunkt erzeugt, wodurch die Augensicherheit insbesondere bei der Verwendung in Kombination mit einem Laser oder einer starken Leuchtdiode verbessert werden kann.
Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung zusätzlich einen kapazitiven oder induktiven Annäherungssensor. Der Annäherungssensor ist in der Lage, zu erfassen, ob sich ein Objekt innerhalb einer vorgegebenen Entfernung zu einem Lichtauslass der Lichtquelle befindet oder nicht. Die vorgegebene Entfernung kann beispielsweise wenige Zentimeter, insbesondere weniger als beispielsweise 10 Zentimeter (cm), betragen. Die Steuervorrichtung ist mit dem kapazitiven oder induktiven Annäherungssensor gekoppelt und in der Lage, die Lichtquelle solange auszuschalten, wie sich das Objekt innerhalb der vorgegeben Entfernung zu dem Lichtauslass befindet. Dadurch kann die Augensicherheit weiter erhöht werden und insbesondere kann dadurch erreicht werden, dass die Lichtquelle kein augengefährdendes Licht aussendet, wenn ein optisches Element, wie zum Beispiel ein Fernglas oder eine Lupe, an den Lichtauslass herangeführt wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das vorgegebene Beleuchtungsmuster beispielsweise eine gerade Linie. Dadurch kann beispielsweise eine Annäherung eines Objekts, welches den durch die gerade Linie gebildeten Lichtvorhang durchschreitet, mit einer einfach strukturierten Erfassungsvorrichtung erfasst werden. Alternativ oder zusätzlich kann das vorgegebene Beleuchtungsmuster mehrere parallele Linien oder ellipsensegmentförmige Linien, welche insbesondere radial beabstandet angeordnet sind, umfassen. Wenn sich ein Objekt der Vorrichtung nähert, werden die parallelen oder radial beabstandet angeordneten ellipsensegmentförmigen Linien nacheinander durchschritten, sodass eine Bewegung auf die Vorrichtung zu oder von der Vorrichtung weg auf einfache Art und Weise erfasst werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann das vorgegebene Beleuchtungsmuster gerade Linien aufweisen, welche senkrecht zu den zuvor genannten geraden parallelen Linien oder den zuvor genannten radial beabstandet angeordneten ellipsensegmentförmigen Linien angeordnet sind. Wenn ein Objekt beispielsweise vor der Vorrichtung seitlich geschwenkt wird, durchschreitet es den durch die senkrechte Linie aufgespannten Lichtvorhang, sodass eine seitliche Bewegung des Objekts auf einfache Art und Weise erfasst werden kann. Um beispielsweise eine Fahrzeugöffnung, wie zum Beispiel eine Tür, insbesondere eine Schiebetür oder eine Heckklappe des Fahrzeugs, durch eine Bewegung einer Fußspitze oder einer Hand automatisch zu öffnen, kann durch die Projizierung der Kreis- oder Ellipsensegmente die Erfassungsvorrichtung die Bewegungsrichtung der Fußspitze oder Hand einfach auswerten, da Lücken zwischen ausgeleuchteten und nicht ausgeleuchteten Bereichen vorhanden sind.
Die Linien können eine Länge im Bereich von 100 bis 500 cm aufweisen und die Linien können eine Breite im Bereich von 0,5 bis 3 cm, insbesondere näherungsweise 1 cm aufweisen. Ein Abstand zwischen zwei Linien kann beispielsweise 5 bis 10 cm betragen. Um eine Annäherung einer Person an eine Autotür oder Geste vor der Tür als Öffnungsgeste zu erkennen, ist es nicht erforderlich, dass der gesamte Bereich vor der Tür beleuchtet oder analysiert wird. Es reichen die zuvor genannten Beleuchtungslinien oder Beleuchtungskurven von beispielsweise 1 cm Breite. Dadurch kann die zur Beleuchtung benötigte Energie erheblich verringert werden. Darüber hinaus kann durch die strukturierte Beleuchtung die Erfassungsvorrichtung eine geringere Auflösung aufweisen und die Auswertung des von der Erfassungsvorrichtung aufgenommenen Bildes durch beispielsweise eine Software kann erheblich vereinfacht und beschleunigt werden. Die Erfassungsvorrichtung kann beispielsweise eine elektronische Kamera umfassen, welche beispielsweise eine Bildauflösung von höchstens 50 × 50 Bildpunkten, vorzugsweise sogar nur 30 × 30 Bildpunkte umfasst. Aufgrund des vorgegebenen Beleuchtungsmusters ist eine derartig geringe Auflösung für eine sichere Annäherungserkennung und Gestenerkennung ausreichend.
Wie zuvor beschrieben, kann das automatische Öffnen oder Schließen der Öffnung des Fahrzeugs beispielsweise ein automatisches Öffnen einer Tür oder Klappe des Fahrzeugs oder ein automatisches Schließen der Tür oder Klappe des Fahrzeugs umfassen. Ferner kann das automatische Öffnen oder Schließen der Öffnung des Fahrzeugs auch ein automatisches Anhalten eines automatischen Öffnungs- oder Schließvorgangs einer Tür oder Klappe des Fahrzeugs umfassen. Insbesondere wenn die Vorrichtung an einem Türgriff oder Heckklappengriff angebracht ist, bewegt sich die Vorrichtung zusammen mit der Tür oder Klappe. Während der Bewegung kann mit Hilfe der Vorrichtung überprüft werden, ob sich die Tür oder Klappe einem Hindernis nähert. Im Falle einer Annäherung an ein Hindernis kann das automatische Öffnen oder Schließen der Tür angehalten werden, um somit einen Kollisionsschutz zu erreichen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird weiterhin ein Fahrzeug mit einer Fahrzeugtür mit einem Türgriff und der zuvor beschriebenen Vorrichtung bereit gestellt. Die Lichtquelle ist über dem Türgriff angeordnet und kann beispielweise einen Bereich unterhalb des Türgriffs ausleuchten. Dadurch können eine Annäherung an den Türgriff und eine Geste im Bereich unterhalb der Tür auf einfache Art und Weise zuverlässig erkannt werden und die Tür, beispielsweise eine Seitentür, eine Schiebetür, eine Heckklappe oder ein Kofferraumdeckel, kann zuverlässig automatisch aufgrund der Annäherung oder der Geste vor der Tür geöffnet oder geschlossen werden. Somit umfasst das Fahrzeug auch die zuvor im Zusammenhang mit den Ausführungsformen der Vorrichtung beschriebenen Vorteile.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Detail beschrieben werden.
1 zeigt schematisch einen Teil eines Fahrzeugs mit einer Vorrichtung zum Öffnen oder Schließen einer Öffnung des Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeit schematisch eine Vorrichtung zum Öffnen oder Schließen einer Öffnung eines Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt eine Zeitsteuerung für eine Lichtquelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt schematisch Ausleuchtungsbereiche in einer Umgebung eines Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt schematisch Beleuchtungsmuster gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt schematisch Beleuchtungsmuster gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 zeigt Empfangssignale einer optischen Erfassungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
1 zeigt schematisch eine teilweise Seitenansicht eines Fahrzeugs 10. Das Fahrzeug 10 umfasst eine vordere Tür 11, eine hintere Tür 12 sowie eine Heckklappe 16. Die Türen 11, 12 sowie die Heckklappe 16 werden im Zusammenhang mit dieser Beschreibung auch allgemein als „Öffnungen“ des Fahrzeugs 10 bezeichnet werden. Zum Öffnen und Schließen weist die vordere Tür 11 einen Türgriff 13 auf und die hintere Tür 12 einen Türgriff 14. Die vordere Tür 11 kann beispielsweise durch ein Schwenken nach außen geöffnet werden, wohingegen die hintere Tür 12 beispielsweise eine Schiebetür umfassen kann, welche zum Öffnen seitlich nach hinten verschoben werden kann. Oberhalb der Türgriffe 13, 14 ist eine Vorrichtung 15 vorgesehen, welche in der Lage ist, Gesten eines Benutzers oder Annäherungen eines Benutzers an das Fahrzeug 10 zu erfassen und in Abhängigkeit von diesen Gesten oder Annäherungen motorische Antriebe anzusteuern, welche die vordere Tür 11 und/oder die hintere Tür 12 automatisch öffnen oder schließen. Beispielsweise kann die Vorrichtung 15 einen Bereich vor den Türen 11, 12 optisch überwachen und bei einer Annäherung eines Benutzers an das Fahrzeug die Türen 11 und/oder 12 automatisch öffnen. Dazu kann es beispielsweise zusätzlich erforderlich sein, dass der Benutzer einen Transponder mit sich führt, dessen Anwesenheit von einer entsprechenden Sende- und Empfangsvorrichtung des Fahrzeugs 10 überwacht wird, und dass der Benutzer eine bestimmte Geste mit beispielsweise einer Hand oder einem Fuß ausführt, um einen Öffnen-Wunsch zu signalisieren. Die Geste kann beispielsweise eine Schwenkbewegung sein, welche in Richtung einer Schiebebewegung der hinteren Tür 12 von einer Fußspitze des Benutzers auszuführen ist.
Die Struktur der Vorrichtung 15 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 2 im Detail beschrieben werden. Die Vorrichtung 15 arbeitet optisch, d.h. sie leuchtet den zu überwachenden Bereich mit einer Lichtquelle 20, beispielsweise einer LED-Lichtquelle oder einem Laser, in beispielsweise einem Infrarotwellenlängenbereich aus und erfasst mit einer Erfassungsvorrichtung 21, beispielsweise einer Digitalkamera, reflektiertes Licht von dem überwachten Bereich. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Steuervorrichtung 22, welche mit der Lichtquelle 20 und der Erfassungsvorrichtung 21 gekoppelt ist und die Lichtquelle 20, wie es nachfolgend beschrieben wird, ansteuert und Signale von der Erfassungsvorrichtung 21 verarbeitet. In Abhängigkeit von den von der Erfassungsvorrichtung 21 empfangenen Signalen entscheidet die Steuervorrichtung 22 schließlich, ob eine der Fahrzeugtüren 11, 12 zu öffnen oder zu schließen ist und steuert entsprechende motorische Antriebe für die Türen 11, 12 an. Die Vorrichtung 15 kann in ähnlicher Art und Weise auch beispielsweise an der Heckklappe 16 des Fahrzeugs 10 angebracht werden, um die Heckklappe 16 automatisch aufgrund einer Annäherung und/oder aufgrund von ausgeführten Gesten eines Benutzers automatisch zu öffnen oder zu schließen.
Um eine Annäherung einer Person an eine der Türen 11, 12 zu erkennen oder um eine Geste vor der Tür 11, 12 als Öffnungsgeste zu erkennen, muss nicht der gesamte Bereich vor der entsprechenden Tür 11, 12 beleuchtet und analysiert werden, sondern es reichen beispielsweise Beleuchtungslinien oder Beleuchtungskurven aus, an denen eine Personenannäherung oder Geste erkannt werden kann. Für eine Handgestenerkennung oder Fußgestenerkennung können beispielsweise mehrere Beleuchtungslinien hintereinander oder eine Kombination mit senkrechten Linien ausgeleuchtet werden. Für eine reine Personenannäherung kann sogar eine einzelne Beleuchtungslinie ausreichend sein.
Für den Einsatz der optischen Erfassungsvorrichtung 21 ist daher der Erfassungsbereich oder der zu überwachende Bereich in geeigneter Art und Weise mit Licht von der Lichtquelle 20 auszuleuchten. Dabei ist eine ausreichende Lichtmenge in den zu erfassenden Überwachungsbereich auszustrahlen und gleichzeitig die ausgegebene Lichtmenge zu minimieren, um beispielsweise einen gesamten Stromverbrauch der Vorrichtung 15 zu verringern und einen Schutz vor einer Schädigung eines Auges eines Benutzers in dem Erfassungsbereich durch zu hohe Lichtintensitäten zu vermeiden. Darüber hinaus sollen unterschiedliche reflektive Oberflächen sowie Gesten sicher erkannt werden und die gesamte Realisierung sollte möglichst kostengünstig sein. Die Vorrichtung 15 umfasst daher neben der Lichtquelle 20 ein Linsensystem 24 sowie ein diffraktives optisches Element 25. Licht von der Lichtquelle 20 wird mit Hilfe des Linsensystems 24 zu dem diffraktiven optischen Element 25 geleitet und dort mit Hilfe von beispielsweise Gitter- oder Blendenstrukturen derart gebeugt, dass vorgegebene Beleuchtungsmuster 27 erzeugt werden. Diese Beleuchtungsmuster 27 werden in den zu beleuchtenden Bereich ausgestrahlt und von Objekten innerhalb des Bereichs reflektiert. Reflektiertes Licht 28 wird von der Erfassungsvorrichtung 21 erfasst und in entsprechende elektrische Signale umgewandelt, welche von der Steuervorrichtung 22 verarbeitet werden. Diffraktive optische Elemente weisen einen verhältnismäßig hohen Transmissionsfaktor von 80% oder mehr auf, sodass ein sehr großer Anteil des von der Lichtquelle 20 bereitgestellten Lichts zur Erzeugung des optischen Beleuchtungsmusters 27 verwendet wird. Dadurch kann der gesamte Stromverbrauch der Vorrichtung 15 verringert werden.
Bei Verwendung von beispielsweise einem Laser als Lichtquelle 20, kann die Lichtquelle 20 in einer gepulsten Betriebsart von der Steuervorrichtung 22 angesteuert werden. 3 zeigt exemplarisch eine derartige Ansteuerung. Nach einer Rücksetzeit 31 wird ein erster Laserimpuls 32 ausgegeben, um den Laser der Lichtquelle 20 zu aktivieren. Die Leuchtdauer des Lasers kann beispielsweise im Bereich von 30 bis 200 ns liegen. Danach erfolgt eine ausgeschaltete Zeit 33 von beispielsweise 800 ns oder länger, beispielsweise einigen Mikrosekunden, welche insbesondere auch dazu dient, eine Zerstörung des Lasers zu vermeiden, wenn der Laser im eingeschalteten Zustand mit beispielsweise einem Überstrom betrieben wird. Nach der ausgeschalteten Zeit 33 kann der Laser mit einem weiteren Auslösepuls 34 erneut für beispielsweise eine Einschaltzeit im Bereich von 30 bis 200 ns angesteuert werden. Danach folgt eine weitere Ausschaltzeit 35. Optional können weitere Laserpulse 36 auf vergleichbare Art und Weise erzeugt werden. Während einer Auslesezeit 37, in welcher Daten von beispielsweise einem CCD (Charge Coupled Device) der Erfassungsvorrichtung 21 zu der Steuervorrichtung 22 übertragen werden, ist der Laser ebenfalls ausgeschaltet. Wie aus der Zeitsteuerung des Lasers bzw. der Lichtquelle 20 ersichtlicht ist, kann ein geringer Stromverbrauch der Lichtquelle 20 durch die gepulste Ansteuerung erreicht werden. Darüber hinaus wird eine geringe mittlere Lichtenergie abgegeben, sodass eine hohe Augensicherheit, beispielsweise der Laserklasse 1M gewährleistet werden kann.
Zusätzlich kann die Augensicherheit beispielsweise mit Hilfe eines kapazitiven Sensors 26 erhöht werden, welcher mit der Steuervorrichtung 22 gekoppelt ist und in der Lage ist, eine Annäherung eines Objekts an einen Lichtauslass in beispielsweise einem Karosserieteil 23 des Fahrzeugs zu erfassen, um die Lichtquelle 20 automatisch abzuschalten, wenn ein Objekt innerhalb eines bestimmten Bereichs zu dem kapazitiven Sensor 26 erfasst wird, beispielsweise innerhalb eines Bereichs von wenigen Zentimetern, insbesondere weniger als 10 cm. Durch den kapazitiven Sensor 26 können so beispielsweise Annäherungen mit einem optisch verstärkenden Gerät, wie zum Beispiel einer Lupe oder einem Fernglas, sicher erkannt werden und die Lichtquelle 20 ausgeschaltet werden, um eine Schädigung eines Auges zu vermeiden.
4 zeigt einen Benutzer 40, welcher sich dem Fahrzeug 10 der 1 nähert, in einer Seitenansicht (oben links in 4), einer Querschnittsansicht (oben rechts in 4) und einer Ansicht von oben (unten links in 4). Ferner sind in 4 Erfassungsbereiche 41, 42 eingezeichnet, in welchen eine Annäherung des Benutzers 40 an das Fahrzeug 10 oder eine von dem Benutzer 40 ausgeführte Geste von der Vorrichtung 15 erfasst werden kann. Der untere Erfassungsbereich 41 umfasst einen ellipsenförmigen Bereich in Kniehöhe des Benutzers 40. Mit dem Erfassungsbereich 41 kann beispielsweise eine Annäherung des Benutzers 40 an das Fahrzeug 10 erfasst werden. Der Überwachungsbereich 42 dient zur Überwachung eines ellipsenförmigen Bereichs in Höhe der Türgriffe 13, 14 des Fahrzeugs 10. In diesem Überwachungsbereich 42 können beispielsweise Gesten, welche der Benutzer 40 mit den Händen ausführt, erfasst werden.
5 zeigt Beleuchtungsmuster, welche zur Ausleuchtung der in 4 gezeigten Erfassungsbereiche 41, 42 verwendet werden können. Der Erfassungsbereich 41 kann beispielsweise mit einem linienförmigen Lichtvorhang ausgeleuchtet werden, welcher mit Hilfe des diffraktiven optischen Elements 25 und der Lichtquelle 20 erzeugt wird. Wie es in 5 gezeigt ist, kann die ellipsenförmige Linienausleuchtung beispielsweise eine Breite von 300 cm und eine Tiefe von 150 cm aufweisen. Wenn der Benutzer 40 in den Lichtgang der linienförmigen Ausleuchtung 41 eindringt, ändern sich die Reflektionseigenschaften und die Annäherung an das Fahrzeug 10 kann von der Steuervorrichtung 22 somit erfasst und für eine Ansteuerung der Türen 11, 12 des Fahrzeugs 10 verwendet werden. Der Erfassungsbereich 42 kann beispielsweise mit drei linienförmigen Ellipsensegmenten 51, 52 und 53 ausgeleuchtet werden, welche mit Hilfe des diffraktiven optischen Elements erzeugt werden. Darüber hinaus kann beispielsweise mit Hilfe des diffraktiven optischen Elements eine zu den ellipsenförmigen Linien 51 bis 53 senkrechte Linie 54 erzeugt werden. Wenn der Benutzer 40 in dem Erfassungsbereich 42 mit seiner Hand beispielsweise eine Schwenkbewegung ausführt, kann diese durch Auswerten von Bildern des Überwachungsbereichs 42, welche mit der Erfassungsvorrichtung 21 erfasst werden, bestimmt werden und auf der Grundlage der so bestimmten Geste eine der Türen 11 oder 12 des Fahrzeugs 10 geöffnet oder geschlossen werden.
6 zeigt eine alternative Ausführungsform für das Beleuchtungsmuster des Erfassungsbereichs 42. Das in 6 gezeigte Beleuchtungsmuster verwendet gerade Linien 61 bis 63, welche mit Hilfe des diffraktiven optischen Elements 25 aus Licht der Lichtquelle 20 erzeugt werden.
7 zeigt Empfangssignale 70 der Erfassungsvorrichtung 21. Die Erfassungsvorrichtung 21 kann beispielsweise eine Digitalkamera umfassen, welche eine begrenzte Auflösung von beispielsweise 50 × 50 Bildpunkten oder 30 × 30 Bildpunkten aufweist. Die X/Y-Ebene der 7 stellt die Bildpunktempfängermatrix der Digitalkamera 21 dar. Die Z-Achse stellt die Signalpegel der jeweiligen Bildpunkte dar. Aufgrund der linienförmigen Ausleuchtung zeigen nur einige Bildpunktreihen 71 bis 73 einen wesentlichen Signalpegel. Dies kann die Auswertung der Signale von der Bilderfassungsvorrichtung 21 vereinfachen. Schwenkbewegungen von zum Beispiel der Hand des Benutzers 40 in dem Erfassungsbereich 41 in sowohl der X-, als auch der Y-Richtung können jedoch anhand der Signale der Bilderfassungsvorrichtung 21 mit hoher Zuverlässigkeit erkannt werden.
Zusammenfassend kann durch die Verwendung des diffraktiven optischen Elements 25 in der Vorrichtung 15 der Gesamtstromverbrauch der Vorrichtung 15 reduziert werden, da das Licht, insbesondere beispielsweise ein Laserlicht, gezielt als Beleuchtungsmuster in den Erfassungsbereich ausgestrahlt wird und gepulst ausgegeben wird. Dadurch kann auch bei einem großen Ausleuchtungsbereich die durchschnittliche Lichtleistung verringert werden, wodurch eine verbesserte Augensicherheit erreicht wird. Die Augensicherheit kann ferner durch Verwenden des kapazitiven Annäherungssensors 26 verbessert werden. Durch die Beleuchtungsmuster, beispielsweise gerade, kreisförmige oder ellipsenförmige Linien, aber auch quadratische Muster, welche auf einfache Art und Weise mit dem diffraktiven optischen Element ausgebildet werden können, können Annäherungen an das Fahrzeug erkannt werden und Objekte klassifiziert werden, beispielsweise Hände, Füße oder auch andere Gegenstände, wie zu, Beispiel Koffer oder Taschen. Da das diffraktive optische Element beispielsweise mit lithographischen Mitteln erzeugt werden kann, kann das diffraktive optische Element kostengünstig hergestellt werden, insbesondere kostengünstiger als optische Systeme, welche speziell geschliffene Linsen erfordern können. Durch die geringe mittlere Lichtleistung und gegebenenfalls den Annäherungssensor 26 kann eine Laserklasse 1M erreicht werden, wodurch eine spezielle Kennzeichnung, welche auf gefährliche Laserstrahlen hinweist, an der Fahrzeugaußenseite entfallen kann. Durch die mit dem diffraktiven optischen Element genau einstellbaren Beleuchtungsmuster kann die softwaretechnische Auswertung der empfangenen Bilddaten von Gesten oder sonstigen Annäherungen vereinfacht werden. Dadurch kann wiederum die Stromaufnahme der Vorrichtung 15 verringert werden. Weiterhin kann das diffraktive optische Element 25 sehr kompakt ausgebildet werden, wodurch nur ein geringer Bauraum innerhalb des Fahrzeugs 10 erforderlich ist. Darüber hinaus ist keine Justage, wie zum Beispiel bei optischen Linsensystemen, erforderlich.
Die Vorrichtung 15 wurde in der vorhergehenden Beschreibung in Verbindung mit den Seitentüren 11 und 12 des Fahrzeugs 10 im Detail beschrieben. Die Vorrichtung 15 kann jedoch auch an anderen Öffnungen des Fahrzeugs 10 verwendet werden. Beispielsweise kann die Vorrichtung 15 an der Heckklappe 16 des Fahrzeugs 10 verwendet werden, um die Heckklappe 16 automatisch aufgrund einer Erfassung einer Annäherung oder einer Geste in einem Bereich hinter dem Fahrzeug zu öffnen oder zu schließen. Während des Öffnens oder Schließens kann die Vorrichtung 15 ferner das Umfeld der Heckklappe 16 überwachen, um beispielsweise Objekte in der Nähe des unteren Randes der Heckklappe 16 zu erkennen und das Öffnen oder Schließen gegebenenfalls zu unterbrechen, um eine Kollision mit einem derartigen Objekt (beispielsweise einem Garagentor oder einer Person, welche hinter dem Fahrzeug steht) zu vermeiden.
Bezugszeichenliste

10: Fahrzeug
11: vordere Tür
12: hintere Tür
13, 14: Türgriff
15: Vorrichtung
16: Heckklappe
20: Lichtquelle
21: Erfassungsvorrichtung
22: Steuervorrichtung
23: Karosserie
24: Linsensystem
25: diffraktives optisches Element
26: Annäherungssensor
27: Beleuchtungsmuster
28: reflektiertes Licht
31: Rücksetzzeit
32: erster Laserpuls
33: Ausschaltzeit
34: zweiter Laserpuls
35: Ausschaltzeit
36: weitere Laserpulse
37: Auslesezeit
40: Benutzer
41, 42: Erfassungsbereiche
51–53: ellipsenförmige Linien
54: senkrechte Linie
61–63: gerade Linien
70: optische Empfängersignale
71–73: Bildpunktreihen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009017404 A1 [0002]

Claims

Vorrichtung zum Öffnen oder Schließen einer Öffnung eines Fahrzeugs, wobei die Vorrichtung (15) umfasst: – eine Lichtquelle (20) zum Beleuchten eines Bereichs (41, 42) in einer Umgebung des Fahrzeugs (10), – eine Erfassungsvorrichtung (21) für eine optische Objekterfassung in dem beleuchteten Bereich (41, 42), und – eine Steuervorrichtung (22), welche ausgestaltet ist, in Abhängigkeit von der optischen Objekterfassung einen Mechanismus des Fahrzeugs (10) zum Öffnen oder Schließen der Öffnung (11, 12, 16) des Fahrzeugs (10) anzusteuern, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (20) ein diffraktives optisches Element (25) zur Erzeugung eines vorgegebenen Beleuchtungsmusters (41, 51–54, 61–63) in dem Bereich (41, 42) in der Umgebung des Fahrzeugs (10) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (22) ausgestaltet ist, die Lichtquelle (20) ein- und auszuschalten, wobei die Steuervorrichtung (22) ausgestaltet ist, die Lichtquelle (20) für eine vorgegebene erste Zeit (32) durchgängig einzuschalten und die Lichtquelle (20) für eine vorgegebene zweite Zeit (33) durchgängig auszuschalten.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene erste Zeit (32) kleiner als 200 ns ist und dass die vorgegebene zweite Zeit (33) größer als 1 μs ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (20) eine Infrarotlichtquelle umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (20) einen Laser oder eine Leuchtdiode umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (15) einen kapazitiven oder induktiven Annäherungssensor (26) umfasst, welcher ausgestaltet ist, zu erfassen, ob sich ein Objekt innerhalb einer vorgegebenen Entfernung zu einem Lichtauslass der Lichtquelle (20) befindet, wobei die Steuervorrichtung (22) ausgestaltet ist, die Lichtquelle (20) solange auszuschalten, wie sich das Objekt innerhalb der vorgegebenen Entfernung zu dem Lichtauslass befindet.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das vorgegeben Beleuchtungsmuster (41, 51–54, 61–63) mindestens eine Linie umfasst, wobei die mindestens eine Linie umfasst: – eine gerade Linie (54, 61–63), und/oder – mehrere parallele Linien (61–63), und/oder – eine ellipsensegmentförmige Linie (41, 51–53), und/oder – mehreren radial beabstandet angeordnete ellipsensegmentförmige Linien (51–53), und/oder – eine gerade Linie (54), welche senkrecht zu einer der vorhergehenden Linien (51–53) verläuft.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Linie eine Länge im Bereich von 100 bis 500 cm aufweist, und/oder dass die mindestens eine Linie eine Breite im Bereich von 0,5 bis 3 cm aufweist, und/oder dass ein Abstand zwischen zwei Linien 5 bis 10 cm beträgt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsvorrichtung (21) eine elektronische Kamera umfasst, welche eine Bildauflösung von maximal 50 × 50 Bildpunkten, vorzugsweise maximal 30 × 30 Bildpunkten umfasst.
Fahrzeug mit einer Fahrzeugtür (11, 12, 16) mit einem Türgriff (13, 14) und einer Vorrichtung (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (20) über dem Türgriff (13, 14) angeordnet ist.