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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fortbewegungsmittel und eine Anordnung zur Verhinderung optischer Artefakte bei Verwendung eines optischen Sensors als Umgebungssensor für ein Fortbewegungsmittel.
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Optische Sensoren werden in Fortbewegungsmitteln beispielsweise zur Darstellung von Umgebungsbereichen und Interpretation von Informationen innerhalb derselben verwendet. Beispiele sind die Frontkamera oder die Rückfahrkamera sowie Seitenkameras (z. B. in den Spiegeln des Fortbewegungsmittels angeordnet), mittels welcher auch sogenannte Vogelperspektiven/Birdviews erstellt und dem Fahrer des Fahrzeugs dargeboten werden. Mitunter wird eine im Innenrückspiegel verbaute Kamera verwendet, um das vordere Blickfeld zu erfassen und anhand des Bildmaterials ein Stereobild zu erstellen, welches dann unter anderem für diverse Fahrerassistenzsysteme genutzt wird. Im Sichtfeld der Kamera (Field of View, FoV) treten Aberrationen auf, welche erhebliche Verluste bezüglich der Rohbildgüte bedingen. Diese Beeinträchtigungen gehen mitunter auf den in diesem Bereich liegenden Schwarzdruck auf der jeweiligen Fahrzeugscheibe zurück. Die Ursachen liegen jedoch insbesondere auch in der Geometrie der Scheibe: Im Querschnitt der Frontscheibe ist eine Dickenvarianz über den Erfassungsbereich des Sensors zu messen. Hierdurch liegt eine inhomogene Brechkraftverteilung im FoV vor. Insbesondere im unteren Bereich des FoV (Trapez-Fenster) ist dieses Artefakt stark ausgeprägt. Das bestimmende Maß der Artefakte ist der Abstand des unbedruckt-bedruckten Übergangs eines gegenüberliegenden Seitenpaares des Trapezfensters (vergl. 5); Seite a mit Seite a*, Seite b mit Seite b*. Je größer der Abstand, umso größer das Artefakt. Diese korrespondierenden Seiten sind als Annäherungen und/oder als Vereinfachung zu verstehen, die die Artefaktverteilung im FoV charakterisieren. In frontaler und/oder rückwärtiger Betrachtung des Trapez-Fensters sind die horizontalen Abstände s (vergl. 5) der bedruckt/unbedruckten Übergänge maßgebend (Seiten a und a*). Die vertikalen Abstände s* zwischen a und a* über b du b* weisen verhältnismäßig kleinere Artefakte auf.
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Diese Eine schlechte Rohbildgüte erschwert bzw. verhindert das Erstellen eines Stereobilds. Infolge dessen können einige Nutzer des Stereobilds (insbesondere jedoch Fahrerassistenzsysteme) nicht mehr korrekt verarbeiten, was ein Sicherheitsrisiko bzw. einen eingeschränkten Komfort zur Folge hat. Insbesondere bei Fahrzeugen mit sehr flachen Frontscheiben (insbesondere Sportfahrzeuge) stellt dies ein großes Problem dar, da die Kameras hierbei auf die strahlenoptischen Grenzbereiche treffen und es häufig zu Totalreflexionen kommt, welche zu einem unbrauchbaren Kamerabild führt. Ebenso sind unerwünschte optische Artefakte durch eingeschlossene Reflexionen zu beobachten.
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DE 202006020938 U1 offenbart zur Linderung optischer Artefakte die Anbringung optischer Sensoren an einem strahlenoptisch geeigneten Ort.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, optische Aberrationen und Artefakte bei der Verwendung im Innenraum eines Fahrzeugs angeordneter optischer Sensoren bei der Verwendung zur Umfeldsensorik zu lindern bzw. gänzlich zu verhindern.
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Die vorstehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung zur Verhinderung optischer Artefakte bei Verwendung eines optischen Sensors als Umgebungssensor für ein Fortbewegungsmittel gelöst. Die Anordnung umfasst eine Glasscheibe zur Trennung eines Innenraums des Fortbewegungsmittels von seiner Umgebung. Die Glasscheibe kann beispielsweise als Frontscheibe, als Heckscheibe oder als Seitenscheibe ausgestaltet sein. Eine keilförmige transparente Struktur (nachfolgend "Keil" genannt) ist mit einem transparenten Klebstoff an die Glasscheibe planar bündig geklebt. Durch die Aufbringung des Keils auf die Glasscheibe nimmt ein optischer Weg hinsichtlich eines Durchmessers des Erfassungsbereiches des Sensors bei geneigter Glasscheibe und im Wesentlichen horizontaler optischer Hauptachse des Sensors stärker zu, als im Stand der Technik. Dies führt zur Vermeidung von Artefakten im Sensorbild. Insbesondere im Sensorbild unten (also in Richtung der Fahrbahn orientierte) Bildbereiche werden mit signifikant verringerten Artefakten abgebildet. Auf diese Weise können die im Rohbild enthaltenen Informationen eine bessere Interpretation ermöglichen sowie ein ästhetisch ansprechenderes Bild abgeben, als bei herkömmlichen Anordnungen.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Die Glasscheibe kann beispielsweise aus Verbundsicherheitsglas hergestellt sein. In entsprechender Weise kann der erfindungsgemäß vorgesehene Keil über einen auch für Verbundsicherheitsglas verwendeten Kleber auf einer Oberfläche der Glasscheibe angebracht sein. Insbesondere ist hierbei zu vermeiden, dass Lufteinschlüsse oder Fremdkörper die optische Güte der Anordnung beeinträchtigen.
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Bevorzugt kann der optische Sensor (z. B. eine Kamera, eine Frontkamera und/oder eine Rückfahrkamera) Bestandteil der vorgeschlagenen Anordnung sein. Die Kamera kann beispielsweise im Fuß eines Rückspiegels angeordnet sein. Auf diese Weise ist sie eingerichtet, die zur Erstellung des Kamerabildes nützlichen Lichtstrahlen durch den Keil und die Glasscheibe zu empfangen.
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Der Keil kann aus Glas (insbesondere Kalknatronglas) und/oder aus einem Duroplast (z. B. CR-39) und/oder aus einem Epoxid und/oder aus einem Acryl hergestellt sein bzw. die vorgenannten Werkstoffe umfassen. Die Verwendung eines Glases ermöglicht beispielsweise identische Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen der Glasscheibe und dem Keil. Die Verwendung von Kunststoffen ermöglicht eine besonders kostengünstige und einfache Verarbeitung, wodurch beispielsweise eine der Glasscheibe zugewandte erste Fläche des Keils aufwandsarm im Wesentlichen eben und/oder gekrümmt gefertigt sein kann. Bei Verwendung eines Kunststoffes kann die Krümmung auch durch eine Biegung des Keils (z. B. beim Anformen des Keils an die Glasscheibe) erzielt werden. Unabhängig vom verwendeten Material kann eine zweite, der Glasscheibe abgewandte Fläche des Keils im Wesentlichen eben bzw. plan und/oder entspiegelt ausgeführt sein. Eine Entspiegelung kann beispielsweise durch eine im Stand der Technik grundsätzlich zu diesem Zweck bekannte Beschichtung erzielt werden. Artefakte können somit weiter vermieden werden.
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Weiterbevorzugt kann der Keil einen Winkel zwischen einer der Glasscheibe zugewandten ersten Fläche und einer der Glasscheibe abgewandten Fläche aufweisen, welcher im Bereich zwischen 1° und 7°, insbesondere zwischen 4° und 6° liegt. Der im konkreten Anwendungsfall zu verwendende Winkel hängt insbesondere von einer Neigung der betreffenden Glasscheibe bzw. einem Winkel zwischen einer optischen Hauptachse des Sensors und einer Flächennormalen der verwendeten Glasscheibe ab.
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Bevorzugt werden sämtliche Lichtstrahlen, welche durch den Sensor zur Erzeugung des Bildes verwendet werden, sowohl durch die Glasscheibe, als auch durch den Keil empfangen. Hierzu kann es vorteilhaft sein, dass Randbereiche des Keils außerhalb des Erfassungsbereiches angeordnet sind, sodass der Erfassungsbereich eine vollständig innerhalb einer Grenze der Erstreckung des Keils befindliche Projektionsfläche aufweist. Um fertigungsbedingte Toleranzen und montagebedingte Abweichungen abzufangen, kann zwischen der Projektionsfläche und den Kanten des Keils ein vordefinierter Mindestabstand (z. B. im Bereich zwischen einem Millimeter und zehn Millimetern, bevorzugt zwischen zwei Millimetern und fünf Millimetern) vorgesehen sein.
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Um die Bildgüte weiter zu verbessern und Lichteinstrahlungen von außerhalb des intendierten Erfassungsbereiches zu vermeiden, kann vorgesehen sein, die Randoberflächen des Keils gegen einen unerwünschten Lichteintrag zu schützen. Dies kann beispielsweise durch das Vorsehen eines opaken Gehäuses und/oder durch eine lichtundurchlässige Beschichtung der Randoberflächen des Keils erzielt werden. Die Randoberflächen verbinden die erste, der Glasscheibe zugewandte Fläche mit der zweiten, der Glasscheibe abgewandten Fläche des Keils. Diese können insbesondere im Wesentlichen Flächennormalen aufweisen, welche senkrecht auf der optischen Hauptachse des Sensors stehen.
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Der Klebstoff kann zur Erzielung einer dauerhaften optisch hohen Bildgüte eine hohe UV-Beständigkeit und/oder einen Brechungsindex nd (bezogen auf λ = 587,6nm) in einem Bereich von 1,3 bis 1,7, bevorzugt im Bereich zwischen 1,368 und 1,672 aufweisen.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fortbewegungsmittel vorgeschlagen, welches beispielsweise als Straßenfahrzeug (Pkw, Transporter, Lkw) und/oder als Wasser- und/oder Luftfahrzeug ausgestaltet ist. Das Fortbewegungsmittel zeichnet sich durch eine Anordnung gemäß dem erstgenannten Erfindungsaspekt aus und verwirklicht auf diese Weise die Merkmale, Merkmalskombinationen und die sich aus diesen ergebenden Vorteile in entsprechender Weise, sodass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäß ausgestatteten Fortbewegungsmittels;
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2 eine schematische Darstellung einer Anordnung eines optischen Sensors hinter einer Windschutzscheibe gemäß dem Stand der Technik;
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3 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Anordnung;
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4 eine perspektivische Detailansicht eines erfindungsgemäß verwendbaren Keils; und
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5 eine frontal- oder rückwärtige schematische Ansicht des Trapez-Fensters des FoV.
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1 zeigt einen Pkw 10 als Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fortbewegungsmittels, in welchem eine Frontkamera 5 mit einem Erfassungsbereich 8 das Geschehen vor dem Pkw 10 erfasst und korrespondierende Daten an eine Auswerteeinheit 14 liefert.
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2 zeigt eine Anordnung eines optischen Sensors 5 hinter einer geneigten Windschutzscheibe 2 als Glasscheibe. Der Erfassungsbereich 8 des optischen Sensors 5 weist insbesondere in seinem unteren Bereich II gegenüber seinem oberen Bereich I verstärkt Artefakte auf. Die Verteilung der Artefakte wird durch eine grafische Darstellung 15 über der Position auf der Windschutzscheibe veranschaulicht. Durch die optische Störung des unteren Bereiches II des Erfassungsbereiches 8 ist ein erheblicher Teil des erfassbaren Bereiches 16 zwar grundsätzlich im Bild der optischen Frontkamera 5 enthalten. Eine Auswertung bzw. ästhetische Erscheinung der darin enthaltenen Informationen ist jedoch gestört. Derjenige Bereich x vor der optischen Frontkamera 5, in welchem keine verwendbaren Informationen enthalten sind, ist daher größer als notwendig.
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3 zeigt eine erfindungsgemäße Variation der in 2 dargestellten Anordnung. Zwischen der optischen Frontkamera 5 und der Windschutzscheibe 2 ist eine keilförmige transparente Struktur (Keil 3) mit einem Winkel φ zwischen einer ersten, der Windschutzscheibe 2 zugewandten Fläche 6 und einer zweiten, der Windschutzscheibe 2 abgewandten Fläche 7 angeordnet. Der Keil 3 ist mittels eines UV Klebstoffes 4 mit einem Brechungsindex, der dem Brechungsindex der Frontscheibe idealerweise entspricht, an die Windschutzscheibe planar bündig geklebt. Der UV Kleber muss eine vergilbungsfreie Eigenschaft bei Langzeitbelichtung aufweisen, verursacht bspw. durch die Dauerbestrahlung der Sonne. Die erfindungsgemäße Anordnung des Keils verringert die Artefakt-Verteilung in der Darstellung 15 und der Bereich x, in welchem keine verwertbaren optischen Informationen durch die optische Frontkamera 5 ermittelt werden können, ist gegenüber der Anordnung nach 2 verringert. Entsprechend ist der erfassbare Bereich 16 näher an die optische Frontkamera 5 herangerückt.
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4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäß vorgesehenen Keils 3, welcher vollständig und beidseitig eine Projektionsfläche 9 des Erfassungsbereiches 8 des optischen Sensors (in 4 nicht dargestellt) umschließt. Ein Abstand A ist zwischen der Projektionsfläche 9 und den Randbereichen des Keils 3 vorgesehen. Um unerwünschte Lichteinträge in den Keil 3 zu verhindern, sind die Randoberflächen 12, 13 und die der Randoberfläche 13 gegenüberliegende Fläche, mit einer opaken Beschichtung versehen. Der Keil weist eine obere Kante 17 auf, welche einen Bereich mit geringster Materialstärke säumt, und eine untere Kante 11, welche einen Bereich größter Materialstärke säumt. Die Randflächen 12 und 13 verbinden auf diese Weise die erste Fläche (in 4 nicht sichtbar) und die zweite Fläche 7 des Keils 3, der eine im Wesentlichen flächige Erstreckung aufweist. Der Keil 3 weist somit insgesamt 5 Flächen auf.
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5 zeigt eine frontal- oder rückwärtige schematische Ansicht des Trapezfensters des FoV mit den Seiten a, der zur Seite a korrespondierenden Seite a*, der Seite b, der zur Seite b korrespondierenden Seite b* und den Abständen s in horizontaler Betrachtung und s* in vertikaler Betrachtung im Zusammenhang der Artefaktverteilung der inhomogenen Brechkraftverteilung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Anordnung
- 2
- Glasscheibe
- 3
- Keil
- 4
- Klebstoff
- 5
- Optischer Sensor
- 6
- Erste Fläche des Keils
- 7
- Zweite Fläche des Keils
- 8
- Erfassungsbereich
- 9
- Projektionsfläche
- 10
- Pkw
- 11
- Untere Kante
- 12, 13
- Randoberflächen
- 14
- Auswerteeinheit
- 15
- Artefakt-Verteilung
- 16
- Erfassbarer Bereich
- 17
- Obere Kante
- 18
- FoV
- A
- Abstand
- I
- Oberer Teilbereich
- II
- Unterer Teilbereich
- φ
- Winkel
- x
- Abstandsbereich ohne verwertbare optische Informationen
- a
- längere Seite a des FoV
- a*
- zur Seite a korrespondierende Seite a* des FoV
- b
- Seite b des FoV
- b*
- zur Seite b korrespondierende Seite b* des FoV
- s
- Horizontaler Abstand s (hier exemplarisch mittig dargestellt)
- s*
- Vertikaler Abstand s* (hier exemplarisch mittig dargestellt)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202006020938 U1 [0004]
