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Die vorliegende betrifft eine Anordnung zur Verhinderung optischer Artefakte bei Verwendung eines optischen Sensors als Umgebungssensor. Insbesondere betrifft dies den Anwendungsfall, dass ein optischer Sensor in einem Fahrzeug als Umgebungssensor dienen soll.
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Aus der
DE 10 2015 222 615 A1 ist eine Anordnung bekannt, um optische Artefakte bei Verwendung eines optischen Sensors als Umgebungssensor für ein Fortbewegungsmittel zu verhindern. Hierbei wird ein Keil zwischen einer Glasscheibe und einem optischen Sensor eingebracht, wodurch sich optische Artefakte verringern lassen. Allerdings besteht die Gefahr, dass ein Bereich der Scheibe, der im Sichtbereich des optischen Sensors liegt, aufgrund Feuchtigkeit beschlägt oder durch Vereisung zumindest teilweise undurchsichtig wird. Um diesem Fall zu begegnen, lassen sich Scheibenheizungen einsetzen. Generell sind Scheibenheizungen aus dem Stand der Technik bekannt.
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Bekannte Scheibenheizungen haben jedoch den Nachteil, dass diese entweder im Sichtbereich des optischen Sensors anzubringen sind oder keine ausreichende Heizwirkung im Sichtbereich des optischen Sensors ausüben können. Daher können bekannte Scheibenheizungen derzeit nicht verwendet werden, ohne gleichzeitig die Leistungsfähigkeit des optischen Sensors zu beschränken.
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Aus der
DE 10 2006 010 672 A1 ist eine Kameraanordnung für ein Fahrzeug bekannt, bei der eine Kamera auf eine Scheibe des Fahrzeugs gerichtet ist, wobei zwischen Scheibe und Kamera ein Lichtleitkörper vorgesehen ist. Der Lichtleitkörper kann z.B. ein Prismenkörper oder ein Tubus sein. Im Bereich der Fahrzeugscheibe und im Sichtfeld der Kamera ist eine Leiterstruktur vorgesehen, die beispielsweise eine Heizvorrichtung ausbilden kann, mittels derer eine für die Kameraanordnung störende Beschlagbildung auf der Fahrzeugscheibe vermieden werden kann.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung zur Verhinderung optischer Artefakte bereitzustellen, die bei einfacher und kostengünstiger Herstellung und Montage ein sicheres und zuverlässiges Heizen von Scheibenbereichen im Sichtbereich des optischen Sensors ermöglicht.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
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Somit wird die Aufgabe gelöst durch eine Anordnung zur Verhinderung optischer Artefakte bei Verwendung eines optischen Sensors als Umgebungssensor eines Fahrzeugs. An der Anordnung ist besagter optischer Sensor anbringbar. Die Anordnung umfasst eine Glasscheibe zum Trennen eines Innenraums des Fahrzeugs von dessen Umgebung. Des Weiteren umfasst die Anordnung eine keilförmige Struktur, die an der Glasscheibe angebracht ist. Der optische Sensor ist an der keilförmigen Struktur angeordnet. Die keilförmige Struktur ist optisch wirksam, so dass der optische Sensor durch die keilförmige Struktur und durch die Glasscheiben eine Umgebung der Anordnung erfassen kann. Die Anordnung wird somit vorteilhafterweise in einem Fahrzeug verwendet, um den optischen Sensor als Umgebungssensor des Fahrzeugs zu benutzen. Die Glasscheibe kann insbesondere eine Frontscheibe oder eine Heckscheibe des Fahrzeugs sein. Alternativ kann die Glasscheibe auch eine Seitenscheibe des Fahrzeugs sein. Durch Aufbringung des Keils auf die Glasscheibe nimmt ein optischer Weg hinsichtlich eines Durchmessers des Erfassungsbereichs 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. Allerdings besteht die Gefahr, dass die Glasscheibe bei entsprechenden Umgebungsbedingungen vereist und/oder zwischen der Anordnung und dem optischen Sensor Feuchtigkeit kondensiert und somit zu einer Beeinträchtigung des Sichtbereichs des optischen Sensors führt. Um dies zu vermeiden, ist eine Scheibenheizung vorgesehen, wobei die Scheibenheizung durch die keilförmige Struktur realisiert ist. Die keilförmige Struktur weist dazu eine Heizung auf. Somit wird nicht die Glasscheibe selbst, sondern die keilförmige Struktur, bevorzugt die gesamte keilförmige Struktur, aufgeheizt. Dies führt zu einem erhöhten Wärmeeintrag in die Glasscheibe, wobei der Wärmeeintrag insbesondere großflächig erfolgt. Damit ist eine effektive Heizung gegeben. Außerdem ist die Heizung einfach und aufwandsarm in die keilförmige Struktur einbringbar, da die keilförmige Struktur unabhängig von der Glasscheibe gefertigt wird. Insbesondere weist die keilförmige Struktur Abmessungen auf, die erheblich kleiner sind als die Abmessungen der Glasscheibe. Somit ist eine Handhabbarkeit während der Fertigung der Anordnung verbessert.
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Die keilförmige Struktur weist einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich auf. Der erste Bereich und der zweite Bereich sind unterschiedlich und überlappen nicht. Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass der erste Bereich zusammen mit dem zweiten Bereich die gesamte keilförmige Struktur abdeckt. Es ist weiterhin vorgesehen, dass der erste Bereich im Sichtfeld und der zweite Bereich außerhalb des Sichtfelds des an der keilförmigen Struktur angebrachten optischen Sensors angeordnet sind. Somit ist die keilförmige Struktur bevorzugt derart ausgebildet, dass an dieser ein optischer Sensor befestigt werden kann, wobei der optische Sensor derart befestigbar ist, dass dieser lediglich den ersten Bereich erfassen kann, nicht jedoch den zweiten Bereich. Die Heizvorrichtung ist nur in dem zweiten Bereich angebracht. Somit ist sichergestellt, dass der optische Sensor die Heizvorrichtung nicht erfassen kann. Dies führt dazu, dass der optische Sensor nicht durch das Vorhandensein der Heizvorrichtung gestört wird. Der optische Sensor kann vielmehr hochwertige Bilder der Umgebung liefern, wobei durch das Vorhandensein der keilförmigen Struktur das Auftreten optischer Artefakte sicher und zuverlässig verhindert ist. Somit ist die Erfassbarkeit der Umgebung durch den optischen Sensor optimiert.
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Besonders vorteilhaft ist der zweite Bereich derart ausgebildet, dass dieser den ersten Bereich zumindest teilweise umschließt. Besonders vorteilhaft umschließt der zweite Bereich den ersten Bereich vollständig, so dass der erste Bereich einem Innenbereich der keilförmigen Struktur entspricht, während der zweite Bereich einem Randbereich der keilförmigen Struktur entspricht. Der erste Bereich und der zweite Bereich werden dazu vorteilhafterweise auf derjenigen Stirnfläche der keilförmigen Struktur bestimmt, die zur Befestigung des optischen Sensors vorgesehen ist. Bei dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich handelt es sich somit vorteilhafterweise um zweidimensionale Flächen. Alternativ können auch die Volumina unter besagten zweidimensionalen Flächen als der erste Bereich und der zweite Bereich angesehen werden. Zusammen mit dem zweiten Bereich ist auch die Heizvorrichtung vorteilhafterweise derart ausgebildet, dass diese den ersten Bereich vollständig oder teilweise umschließt. Insbesondere umschließt die Heizvorrichtung den ersten Bereich C-förmig. Dies führt zu einem optimalen Wärmeeintrag in die keilförmige Struktur, wobei ein Fertigungsaufwand zum Fertigen der Heizvorrichtung vermindert ist.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Heizvorrichtung in zumindest einer Nut der keilförmigen Struktur angebracht ist. Die Nut erstreckt sich an zumindest einer Seitenfläche der keilförmigen Struktur, wobei besagte Seitenfläche nicht an der Glasscheibe anliegt. Vorteilhafterweise umfasst die keilförmige Struktur drei Seitenflächen und zwei Stirnflächen. An einer Stirnfläche ist der optische Sensor anbringbar. An einer anderen Stirnfläche liegt die keilförmige Struktur an der Glasscheibe an. Die drei Seitenflächen weisen bevorzugt eine Nut auf, wobei in der Nut die Heizvorrichtung angeordnet ist. Somit ergibt sich vorteilhafterweise das oben beschrieben C-förmige Umschließen des ersten Bereichs, so dass die Heizvorrichtung einerseits zum optimalen Wärmeeintrag in die keilförmige Struktur und damit in die Glasscheibe angeordnet ist, andererseits den optischen Sensor nicht stört, da die Heizvorrichtung außerhalb des Erfassungsbereichs des optischen Sensors angebracht ist. Vorteilhafterweise ist außerdem vorgesehen, dass die Nut mit einem Wärmeleitmaterial, insbesondere mit einer Wärmeleitpaste, aufgefüllt ist. Insbesondere wird die Heizvorrichtung innerhalb der Nut von dem Wärmeleitmaterial umschlossen, so dass die Heizvorrichtung die generierte Wärme optimal an die die keilförmige Struktur abgeben kann. Die Nut ist vorteilhafterweise außerdem mittels eines Versiegelungsmaterials luftdicht verschlossen. Diese besonders vorteilhafte Versiegelung kann zusätzlich zu dem Wärmeleitmaterial verwendet werden. So sind Wärmeleitmaterialien bekannt, die über die Zeit ausgasen und somit ihre vorteilhaften wärmeleitenden Eigenschaften verlieren und/oder deren mechanischen Eigenschaften sich verschlechtern. Somit besteht die Gefahr, dass über die gesamte Lebensdauer der Anordnung eine optimale Wärmeleitfähigkeit nicht garantiert werden kann. Daher erfolgt das vorteilhafterweise vorgesehene luftdichte Verschließen mittels des Versiegelungsmaterials, um somit das Ausgasen des Wärmeleitmaterials zu verhindern. Bei dem Versiegelungsmaterial kann es sich vorteilhafterweise um ein Epoxidharz handeln.
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Weiterhin ist besonders vorteilhaft vorgesehen, dass die Seitenfläche mit einer optisch undurchlässigen und/oder wärmeisolierenden Beschichtung beschichtet ist. Bei der Seitenfläche handelt es sich um eine solche Fläche, die nicht zum bestimmungsgemäßen Gebrauch des optischen Sensors notwendig ist. Allerdings besteht die Gefahr, dass Streulicht und/oder Fremdlicht durch die zumindest eine Seitenfläche in die keilförmige Struktur eingekoppelt werden und somit zu einer Störung des optischen Sensors führen können. Um dies zu vermeiden, erfolgt vorteilhafterweise das Beschichten mit einer optisch undurchlässigen Beschichtung. Außerdem ist in der Seitenfläche bevorzugt besagte Nut angeordnet, so dass sich die Heizvorrichtung in der Nähe der Seitenfläche befindet. Um einen optimalen Wärmeeintrag von der Heizvorrichtung in die keilförmige Struktur zu erreichen und um Wärmeverluste zu reduzieren, ist somit bevorzugt vorgesehen, dass die Seitenfläche mit einer wärmeisolierenden Beschichtung beschichtet ist. Somit können Wärmeverluste über die Seitenfläche begrenzt werden, so dass die generierte Wärme vollständig oder nahezu vollständig für das Aufheizen der keilförmigen Struktur und damit der Glasscheibe zur Verfügung steht.
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Die keilförmige Struktur ist vorteilhafterweise ein Gusselement. Bei dem Gusselement handelt es sich insbesondere um ein Kunststoffgusselement, wobei ein optisch aktiver Kunststoff verwendet wird. Beispielsweise kann die keilförmige Struktur aus einem Duroplast, insbesondere aus CR-39, und/oder Epoxid und/oder Acryl, gefertigt sein. Alternativ kann die keilförmige Struktur auch ein geschliffenes Glaselement sein. Das geschliffene Glaselement ist vorteilhafterweise aus Glas und/oder Kalknatronglas und/oder Quarzglas gefertigt. Letztere Glasart ist aufgrund ihrer verhältnismäßig höheren Wärmeleitfähigkeit zu anderen Glasarten zu bevorzugen. Bei der Verwendung von geschliffenen Glaselementen lassen sich optisch hochgenaue keilförmige Strukturen herstellen. Die Verwendung eines Gusselements ist einfach und aufwandsarm sowie in kurzen Taktzeiten realisierbar.
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Die Anordnung umfasst vorteilhafterweise einen optischen Sensor. Der optische Sensor ist insbesondere ein optischer Sensor wie zuvor beschrieben. Der optische Sensor ist an der keilförmigen Struktur angebracht, wobei insbesondere zwischen optischem Sensor und keilförmiger Struktur ein abgeschlossener Raum verbleibt. In besagtem abgeschlossenen Raum, der beispielsweise durch eine Streulichtblende gebildet wird, besteht die Gefahr, dass Feuchtigkeit auskondensiert und somit zu einem Beschlagen der keilförmigen und/oder des optischen Sensors führt, was wiederum zu einer Verschlechterung der Betriebsbedingungen des optischen Sensors führt. Somit kann die Heizvorrichtung den Betrieb des optischen Sensors optimieren, da besagte Feuchtigkeit durch die Heizvorrichtung verdunstet werden kann, um somit ein Beschlagen zu verhindern. Dies führt wiederum dazu, dass für den optischen Sensor ein freier Blickbereich realisiert ist.
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Die Heizvorrichtung weist in vorteilhafter Weise einen elektrischen Widerstand auf. An den elektrischen Widerstand ist eine elektrische Spannung anlegbar, um Wärme durch Verlustleistung zu erzeugen. Da die Heizvorrichtung vorteilhafterweise innerhalb besagter Nut vorhanden ist, wobei die Nut verschlossen ist, ist gleichzeitig eine elektrische Isolierung sichergestellt. Die Heizvorrichtung kann somit einfach und aufwandsarm in ein Fahrzeug integriert werden, wobei eine Sicherheit der Heizvorrichtung gewährleistet ist.
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Schließlich betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, umfassend eine Anordnung wie zuvor beschrieben. Somit kann das Fahrzeug mit einem optischen Sensor als Umgebungssensor unabhängig von äußeren Bedingungen des Fahrzeugs optisch hochwertige Daten generieren. Insbesondere ist ein Ausfall oder eine Beeinträchtigung des optischen Sensors durch kondensierende Feuchtigkeit oder Eisansatz auf der Glasscheibe vermieden. Bei der Glasscheibe handelt es sich insbesondere um eine Frontscheibe oder Heckscheibe oder Seitenscheibe des Fahrzeugs.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:
- 1 eine schematische Abbildung einer Anordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 2 eine weitere schematische Abbildung der Anordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
- 3 eine schematische Abbildung eines Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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1 zeigt schematisch eine Anordnung 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Anordnung 1 umfasst eine Glasscheibe 3, die insbesondere eine Frontscheibe eines Fahrzeugs 10 (vgl. 3) darstellt. Die Glasscheibe 3 kann alternativ auch andere Scheiben darstellen, beispielsweise eine Seitenscheibe des Fahrzeugs 10 oder eine Heckscheibe des Fahrzeugs 10. Durch die Scheibe 3 soll ein optischer Sensor 2 eine Umgebung umfassen.
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Da die Scheibe 3 gegenüber dem optischen Sensor 2 geneigt ist, besteht die Gefahr, dass optische Artefakte auftreten. Daher ist eine keilförmige Struktur 5 vorhanden, wobei die keilförmige Struktur 5 an der Glasscheibe 3 befestigt ist. Das Befestigen geschieht insbesondere durch Verkleben mittels eines optischen Klebers.
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Die keilförmige Struktur 5 ist in 1 in einer Seitenansicht gezeigt, während 2 eine Draufsicht auf die keilförmige Struktur 5 zeigt. Die keilförmige Struktur 5 weist eine erste Stirnfläche 15 und eine Stirnfläche 16 auf. Die erste Stirnfläche 15 ist an der Glasscheibe 3 befestigt und steht somit in Kontakt mit der Glasscheibe 3. An der zweiten Stirnseite 16 ist der optische Sensor 2 angebracht. Des Weiteren umfasst die keilförmige Struktur 5 drei Seitenflächen 9. An den drei Seitenflächen 9 sind Nuten 11 vorhanden, wobei in den Nuten 11 eine Heizvorrichtung 6 angebracht ist. Die Heizvorrichtung 6 dient zum Erwärmen der keilförmigen Struktur 5, um Sichtbehinderungen des optischen Sensors 2 zu vermeiden.
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Im Betrieb der Anordnung 1 können Fälle auftreten, bei denen die Glasscheibe 3 vereist oder bei denen ein freier Raum 12 zwischen optischem Sensor 2 und keilförmiger Struktur 5 mit feuchter Luft gefüllt ist, die unter gewissen Bedingungen auskondensieren kann. Somit kann entweder durch Eisansatz oder durch Beschlagen des optischen Sensors 2 eine Bildqualität eingebüßt werden. Um dies zu vermeiden, erfolgt das Erwärmen der keilförmigen Struktur 5 mittels der Heizvorrichtung 6. Dies führt außerdem zu einem Erwärmen der Glasscheibe 3. Insbesondere erfolgt ein gleichmäßiger Wärmeeintrag in die Glasscheibe 3, wobei der Wärmeeintrag über die gesamte erste Stirnfläche 15 erfolgt. Somit lassen sich insbesondere Spannungen innerhalb der Glasscheibe 3 aufgrund der Erwärmung durch die Heizvorrichtung 6 verringern.
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In den Nuten 11 sind die Heizvorrichtungen 6 angebracht, wobei die Nuten 11 mit einem Wärmeleitmaterial 13 aufgefüllt sind. Bei dem Wärmeleitmaterial handelt es sich insbesondere um eine Wärmeleitpaste. Bei der Heizvorrichtung handelt es sich insbesondere um einen elektrischen Leiter, besonders vorteilhaft um einen elektrischen Widerstand. Wird an die Heizvorrichtung 6 eine elektrische Spannung angelegt, so erfolgt ein Erwärmen der keilförmigen Struktur 5 durch elektrische Verluste. Durch das Vorhandensein des Wärmeleitmaterials 13 erfolgt eine optimale Energieübertragung zwischen Heizvorrichtung 6 und keilförmiger Struktur 5.
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Außerdem ist vorgesehen, dass die Seitenflächen 9 der keilförmigen Struktur 5 mit einer optisch undurchlässigen und wärmeisolierenden Beschichtung 14 beschichtet sind. Durch die Beschichtung 14 ist einerseits verhindert, dass Streulicht in den optischen Sensor gelangen kann, in den das Streulicht in die keilförmige Struktur 5 über die Seitenflächen 9 eingekoppelt wird. Durch die wärmeisolierende Eigenschaft der Beschichtung 14 ist erreicht, dass Wärmeverluste über die Seitenflächen 9 reduziert werden. So ist insbesondere sichergestellt, dass ein maximaler Anteil der durch die Heizvorrichtung 6 generierten Wärme in der keilförmigen Struktur 5 verbleibt und nicht über die Seitenflächen 9 an die Umgebung abgegeben wird.
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Die keilförmige Struktur 5 weist einen ersten Bereich 7 und einen zweiten Bereich 8 auf. Der erste Bereich 7 wird dabei von dem zweiten Bereich 8 umgeben. Der erste Bereich 7 entspricht einem solchen Bereich, der im Sichtfeld des optischen Sensors 2 liegt. Der zweite Bereich 8 liegt somit vollständig außerhalb des Sichtfelds des optischen Sensors 2. Die Heizvorrichtung 6 ist ausschließlich in dem zweiten Bereich 8 angebracht. Somit liegt die Heizvorrichtung 6 vollständig außerhalb des Sichtfelds des optischen Sensors 2. Die Heizvorrichtung stört somit ein Erfassen der Umgebung durch den optischen Sensor 2 nicht.
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Die Heizvorrichtung 6 umgibt insbesondere den ersten Bereich 7 C-förmig. Dabei können die einzelnen Schenkel der C-Form separate Heizstränge sein, alternativ können sämtliche Schenkel C-Form eine durchgängige Heizvorrichtung aufweisen. Die C-Form ist insbesondere ein Resultat daraus, dass die Heizvorrichtung 6 über die Seitenflächen 9 in die keilförmige Struktur 5 eingebracht ist.
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Die erfindungsgemäße Anordnung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel ermöglicht somit ein sicheres und zuverlässiges Erfassen der Umgebung durch den optischen Sensor 2. Einerseits ist verhindert, dass Eisansatz und/oder kondensierende Feuchtigkeit das Sichtfeld des optischen Sensors 2 beschränkt, andererseits ist das Sichtfeld auch nicht durch eine Heizung beschränkt. Vielmehr hat der optische Sensor 2 stets freie Sicht auf die Umgebung und kann somit hochwertige Signale liefern.
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3 zeigt schematisch ein Fahrzeug 10, umfassend eine Anordnung 1 wie zuvor beschrieben. Das Fahrzeug 10 umfasst eine Frontscheibe, die der Glasscheibe 3 wie zuvor beschrieben entspricht. Durch die Glasscheibe 3 ist ein Innenraum 4 des Fahrzeugs 10 von einer Umgebung des Fahrzeugs 10 abgegrenzt. Auf der Seite des Innenraums 4 ist die keilförmige Struktur 5 an der Glasscheibe 3 angebracht. Somit kann der zuvor beschriebene optische Sensor 2 die Umgebung des Fahrzeugs 10 durch dessen Frontscheibe optimal erfassen.
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Die beschriebene Anordnung kann auch als Vorrichtung oder System bezeichnet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Anordnung
- 2
- optischer Sensor
- 3
- Glasscheibe
- 4
- Innenraum
- 5
- keilförmige Struktur
- 6
- Heizvorrichtung
- 7
- erster Bereich
- 8
- zweiter Bereich
- 9
- Seitenfläche
- 10
- Fahrzeug
- 11
- Nut
- 12
- freier Raum
- 13
- Wärmeleitmaterial
- 14
- Beschichtung
- 15
- erste Stirnfläche
- 16
- zweite Stirnfläche
