DE102018209286A1

DE102018209286A1 - Optische oder optoelektronische Vorrichtung mit einer Reinigungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102018209286A1
Application number: DE102018209286.9A
Authority: DE
Inventors: Torsten Hahn
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2018-06-11
Filing date: 2018-06-11
Publication date: 2019-12-12
Also published as: WO2019238671A1; US20210221333A1; CN112236689A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine optische oder optoelektronische Vorrichtung (1) mit wenigstens einer transparenten Abdeckung (4) und mit einer Reinigungsvorrichtung (2) zum Reinigen von Oberfläche (3) der Abdeckung (4) mit einem fluiden Reinigungsmittel. Um eine derartige Vorrichtung, insbesondere eine LiDAR Vorrichtung effektiv zu reinigen ohne dass das äußere Erscheinungsbild durch sichtbare Komponenten einer Reinigungsvorrichtung gestört wird, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Reinigungsmittelstrahl (8) gegen einen Reflektor (9) gerichtet ist, welcher zumindest zeitweise oder permanent derart in einem Abstand zu der Austrittsöffnung (7) und zu der Oberfläche (3) angeordnet und ausgerichtet ist, so dass der Reinigungsmittelstrahl (8) von dem Reflektor (9) reflektiert und als wenigstens ein Sprühstrahl (10) auf die Oberfläche (3) umgelenkt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine optische oder optoelektronische Vorrichtung mit einer vorzugsweise integriert vorgesehenen Reinigungsvorrichtung zum Reinigen einer transparenten Abdeckung der Vorrichtung, insbesondere einer lichtdurchlässigen Abdeckung einer laserbasierten Messvorrichtung zur Anordnung im Außenbereich eines Fahrzeugs.
Es ist bekannt, in Kraftfahrzeugen Assistenzsysteme mit optischen und/oder optoelektronischen Sensoren zu verwenden, welche den Fahrzeugnutzer beim Fahren des Fahrzeuges unterstützen oder ein fahrerunabhängiges autonomes Fahren ermöglichen.
Beispielsweise ist es bekannt, zur optischen Abtastung der Umgebung eines Fahrzeugs sogenannte „LiDAR“ beziehungsweise „LaDAR“ - Vorrichtungen (Light/Laser Detection And Ranging) zu verwenden. Derartige Systeme werden im Außenbereich am Fahrzeug angebracht und verfügen über zumindest eine Sendeeinheit, welche einen Laserstrahl aussendet und zumindest eine Empfangseinheit, welche einen von einem Hindernis reflektierten Laserstrahl erfasst.
Zum Schutz von Umwelt- und Witterungseinflüssen dienen dabei Abdeckungen, welche zumindest für die funktionsbedingt erforderlichen Wellenlängen des Lichts transparent gestaltet sind. Diese Abdeckungen müssen stets sauber gehalten werden, da eine Verschmutzung zu Funktionsstörungen führen kann.
Für eine optimale Funktionsweise müssen LiDARe meist an besonders exponierten Stellen am Fahrzeug wie bspw. im Kühlergrill angeordnet werden und unterliegen daher hohen Anforderungen an das äußere Erscheinungsbild beziehungsweise Design. Es besteht daher ein Wunsch, eine Reinigungsvorrichtung möglichst unauffällig zu gestalten. Die bekannten konventionellen Reinigungsvorrichtungen nach Art einer Scheiben- oder Scheinwerferreinigungsvorrichtung sowie die bekannten Kamerareinigungsvorrichtungen sind jedoch entweder zu aufwändig aufgebaut und erfordern dabei einen zu großen Bauraum, um am vorgesehenen Verbauort zufriedenstellend untergebracht zu werden, oder besitzen vorstehende Sprühdüsen, welche zu einem unharmonischen Erscheinungsbild beitragen.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zur Reinigung von gattungsgemäßen optischen oder optoelektronischen Vorrichtungen anzubieten, welche insbesondere mit einem LiDAR optimal einsetzbar ist, erhöhten Designanforderungen an das äußere Erscheinungsbild entspricht und dabei möglichst einfach und kostengünstig herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit Merkmalen nach dem Hauptanspruch gelöst. Weiterbildungen und weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung und Figuren.
Die Erfindung sieht vor, dass der Reinigungsmittelstrahl gegen einen Reflektor gerichtet ist, welcher zeitweise oder permanent derart in einem Abstand zu der Austrittsöffnung und zu der Oberfläche angeordnet und ausgerichtet ist, so dass der Reinigungsmittelstrahl von dem Reflektor reflektiert und als wenigstens ein Sprühstrahl auf die Oberfläche umgelenkt ist. Die Düse ist dadurch unter dem Reflektor verdeckt angeordnet und die Vorrichtung bekommt so trotz der vorhandenen Reinigungsfunktion ein besonders harmonisches optisches Erscheinungsbild, ohne dass eine Reinigungsvorrichtung explizit als solche erkennbar ist.
Der sichtbare Bereich des Reflektors kann dabei nahezu beliebig mimikrierend, unauffällig oder als Designelement ausgebildet - bspw. als balliger oder flacher Knopf - und symmetrisch mittig auf der Oberfläche platziert werden.
Gemäß der bevorzugten Weiterbildung kann die Vorrichtung dabei wenigstens einen ersten und einen zweiten zu reinigende Bereiche aufweisen, welche räumlich voneinander getrennt sind, und wobei jeder Bereich jeweils einer gesonderten Funktionseinheit mit je wenigstens einer eigenen optischen Achse zugeordnet ist. Dabei kann die Reinigungsvorrichtung bevorzugt zur simultanen Reinigung der beiden Bereiche ausgebildet sein und zu diesem Zweck am Reflektor wenigstens zwei im Wesentlichen flach ausgebildeten Sprühstrahlen ausformen, welche in Umfangsrichtung in Bezug auf die Sprühachse voneinander getrennt und derart in unterschiedliche radiale Richtungen ausgerichtet sind, dass jeder Bereich durch wenigstens ein Sprühstrahl benetzt wird. Dadurch können LiDARe, Kamera- und Sensorcluster effektiv, verbrauchseffizient und kostengünstig durch eine versteckt angeordnete Reinigungsvorrichtung versorgt werden.
Die Erfindung sieht weiter vor, dass die Trennung und Ausformung der Sprühstrahlen durch Stege erfolgt, welche sich vom Reflektor im Wesentlichen in Richtung Oberfläche erstrecken und zur der Sprühachse radial beabstandet sind, so dass zwischen zwei benachbarten Stege in Umfangsrichtung ein Durchbrich zum Austritt von jeweils einem Sprühstrahl vorhanden ist.
Durch die Gestaltung und Anordnung der Stege kann so besonders einfach die Anzahl, Form und Ausrichtung von Sprühstrahlen gesteuert und an die zu reinigenden Bereiche angepasst werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung können die Stege zugleich einen axialen Abstand zwischen dem Reflektor und der Oberfläche definieren, wodurch keine weiteren Elemente zur Befestigung des Reflektors erforderlich werden und Gesamtkonstruktion einfach und robust gestaltbar wird.
Gemäß der Erfindung kann jeder Sprühstrahl (10, 10') in Umfangsrichtung einen Bereich abdecken, der einem Kreissektor mit einem definierten Mittelpunktswinkel ähnelt, wobei die kumulierte Summe der Mittelpunktswinkel aller durch die Reinigungsvorrichtung simultan abgedeckten Kreissektoren mindestens 180°, vorzugsweise mindestens 200° beträgt.
Dadurch können beispielsweise für einen LiDAR erforderlichen relativ großen zu reinigenden Bereiche effektiv mit einer einzigen Düse versorgt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung kann die die Düse im Wesentlichen zwischen den Funktionseinheiten innerhalb des Gehäuses angeordnet sein, wodurch der Bauraum effektiv ausgenutzt und ein optimaler Reinigungseffekt auf einer größtmöglichen Oberfläche realisiert werden können.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Abdeckung wenigstens zwei Funktionseinheiten gleichzeitig abdecken, wodurch ein besonders ästhetisches äußeres Erscheinungsbild realisiert werden kann.
Gemäß der besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Vorrichtung als eine LiDAR Vorrichtung mit einer Sendeinheit zum Aussenden eines Laserstrahls und einer Empfängereinheit zum Erfassen eines reflektierten Laserstrahls vorgesehen, deren interner Aufbau und vergleichsweise große zu reinigende Oberfläche der Abdeckung optimale Voraussetzungen für die Integration und Verwendung der erfindungsgemäß aufgebauten Reinigungsanlage bieten.
Eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform sieht vor, dass der Reflektor an eine Hubvorrichtung gekoppelt angeordnet ist, welche den Reflektor aus einem nicht sprühbereiten eingefahrenen Zustand in einen sprühbereiten ausgefahrenen Zustand versetzt und wobei der Reflektor im eingefahrenen Zustand im Wesentlichen bündig zu der Oberfläche der Abdeckung positioniert ist. Hierbei kann die Düse gemäß verschiedener Weiterbildungen sowohl ebenfalls an die Hubvorrichtung gekoppelt als auch gehäusefest vorgesehen sein.
Dadurch kann die Reinigungsvorrichtung unter Beibehaltung aller funktioneller Eigenschaften und Vorteile besonderes unauffällig gestaltet werden. Zusätzlich wird die Düse besonders effektiv vor Umwelteinflüssen wie bspw. Verschmutzung oder Vereisung geschützt.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend beispielhaft und stark vereinfacht anhand von mehreren verschiedenen Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei zeigen:

1 eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform in Querschnitt.
2 die Ausführungsform nach 1 in Draufsicht.
3 und 4 weitere Ausführungsbeispiele mit unterschiedlich ausgebildeten Sprühstrahlen in Draufsicht.
5 eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform mit einer Hubvorrichtung im ausgefahrenen Zustand im Querschnitt.
6 die Ausführungsform nach 5, im eingefahrenen Zustand.

In allen Draufsichten ist der Reflektor zur besseren Darstellung von darunter befindlichen Elementen vollständig durchsichtig und lediglich durch seine Außenkontur dargestellt.
Fig.1 und 2
Als Beispiel für eine Bevorzugte Ausführung ist in den 1 und 2 stark vereinfacht eine erfindungsgemäß ausgeführte Light Detection And Ranging Vorrichtung 1 bzw. LiDAR gezeigt.
Im Inneren des LiDAR Gehäuses 5 befinden sich funktionsbedingt zwei räumlich getrennte Funktionseinheiten - eine als Sendeinheit zum Aussenden eines Laserstrahls ausgebildete Funktionseinheit F2 sowie eine als Empfängereinheit zum Erfassen eines reflektierten Laserstrahls ausgebildete eine erste Funktionseinheit F1. Jede der beiden FunktionseinheitenF1, F2 besitzt jeweils eine eigene optische Achse O1 beziehungsweise O2, welche eine transparente Abdeckung 4 durchdringen. Die Abdeckung 4 dient im Wesentlichen einem Schutz der Funktionseinheiten F1 und F2 vor Witterungseinflüssen und erfüllt zudem eine ästhetische Funktion, da sie dem Außenbereich des Fahrzeugs angeordnet ist. In der vorliegenden Ausführungsform sind die beiden Funktionseinheiten unter einer einzigen, gemeinsamen Abdeckung 4 untergebracht, wobei es innerhalb der Erfindung zulässig ist, auch mehrere voneinander getrennte Abdeckungen einzusetzen.
Auf der Oberfläche 3 der Abdeckung 4 befinden sich zwei voneinander getrennte Bereiche 11 beziehungsweise 12, unter denen zumindest die optisch wirksamen Elemente der Funktionseinheiten F1 beziehungsweise F2 angeordnet sind und welche somit gereinigt werden müssen.
Zur Reinigung der die Bereiche 11, 12 umfassenden Abschnitte der Oberfläche 3 ist eine erfindungsgemäße Reinigungsvorrichtung 2 vorgesehen, welche die Bereiche 11, 12 simultan reinigen kann. Zwischen den Funktionseinheiten F1, F2 ist in dem Gehäuse 5 eine Düse 6 angeordnet, welche bei Bedarf ein fluides Reinigungsmittel versprüht. Das Reinigungsmittel wird bspw. von einer hier nicht gezeigten Pumpe über eine Zuflussleitung 18 der Düse 6 zugefügt und aus einer Austrittsöffnung 7 als Reinigungsmittelstrahl 8 entlang einer Sprühachse A versprüht, welche im Wesentlichen parallel zu den beiden optischen Achsen O1 und O2 ausgerichtet ist.
Der Reinigungsmittelstrahl 8 prallt auf einen zu der Austrittsöffnung 7 und zu der Oberfläche 3 beabstandet angeordneten scheibenförmigen Reflektor 9 und wird von diesem in Richtung Oberfläche 3 reflektiert beziehungsweise umgelenkt. Die der Düse 6 zugewandten Unterseite 19 des Reflektors 9 ist vorzugsweise flach oder mäßig konkav ausgeführt, so dass der Reinigungsstrahl 8 bei der Umlenkung zu einem Flachstrahl umgeformt wird.
Der Reflektor 9 verdeckt beim Blick von außen die Düse 6 vollständig und kann auch designtechnisch beliebig gestaltet werden, so dass die Reinigungsvorrichtung 2 für einen Außenbetrachter gar nicht als solche erkannt oder wahrgenommen wird. An der Unterseite 19 sind in der gezeigten Ausführungsform zwei im Wesentlichen in Richtung Oberfläche 3 vorgetreckten Stege 13, 14 angeordnet. Diese sind derart zu der Sprühachse A radial beabstandet, dass zwischen zwei benachbarten Stegen 13,14 in Umfangsrichtung jeweils ein Durchbrich 15, 15' vorhanden ist. Die Stege 13,14 blockieren den umgelenkten Reinigungsmittelstrahl 8, wodurch durch jeden Durchbruch 15,15' jeweils ein fächerförmiger flacher Sprühstrahl 10, 10' radial in Richtung des jeweiligen zu reinigenden Bereichs 11, 12 heraustritt, diese benetzt und reinigt.
Bei der gezeigten Ausführungsform sind die Stege 13,14 gleichgroß gestaltet und bezüglich der Schnittebene A-A symmetrisch sowie parallel angeordnet, so dass in verschiedene radiale Richtungen gleichgroße Durchbrüche 15, 15' vorhanden sind. Daraus resultieren zwei in Umfangsrichtung gleichmäßig voneinander getrennte gleichgroße Sprühstrahlen 10, 10', welche jeweils einen kreissektorähnlichen Bereich mit einem Mittelpunktswinkel µ von etwa 100° abdecken.
Im Übrigen definieren die Stege 13,14 einen axialen Abstand s zwischen dem Reflektor 9 und der Oberfläche 3.
Durch eine definierte Kombination und Auslegung der Unterseite 19 des Reflektors 9 in Verbindung mit seinem Abstand s zu der Oberfläche 3 und dem Abstand zu der Düse 6, Form und Position der Stege 13,14 sowie dem Druck und Querschnitt des Reinigungsmittelstrahls 8 kann erreicht werden, dass der beziehungsweise die Sprühstrahlen 10, 10' möglichst exakt sowie vollständig die Bereiche 11, 12 benetzen. Dadurch kann das Reinigungsmittel besonders sparsam verwendet werden.
Fig.3
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Bereiche 11 und 12 sind dabei deutlich unterschiedlich groß ausgebildet. Im Unterschied zu der vorstehend beschriebenen Ausführung sind die Stege 13,14 nichtparallel sowie derart außermittig verschoben und geneigt angeordnet, dass in verschiedene radiale Richtungen unterschiedlich große Durchbrüche und dadurch unterschiedlich große Sprühstrahlen 10, 10' mit jeweils verschiedenen Mittelpunktswinkel µ, µ' entstehen. Durch eine geschickte Auslegung und definierte räumliche Anordnung der Stege 13,14 können die Sprühstrahlen 10, 10' exakt auf die Größe des jeweiligen zu reinigenden Bereichs 11, 12 angepasst werden.
Fig. 4
Bei dem in der 4 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Stege 13,14 in radiale Richtung besonders schmal und stromlinienförmig gestaltet. Durch Ausnutzung des Coandä-Effekts an den gewölbten Flanken der Stege 13, 14 kann so bei Bedarf auch eine in Umfangsrichtung ununterbrochene Benetzung der Oberfläche 3 realisiert werden. Dies kann bspw. bei besonders kleinen Gehäusen 5
Fig.5 und 6
In den 5 und 6 ist eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform dargestellt. Der Reflektor 9 ist dabei mit einer Hubvorrichtung 16 verbunden, welche den Reflektor 9 aus einem nicht sprühbereiten eingefahrenen Zustand (6) in einen sprühbereiten ausgefahrenen Zustand (5) in einen vorgesehenen axialen Abstand s zu der Oberfläche 3 versetzt.
In der Abdeckung 4 und dem Gehäuse 5 ist dabei eine an den Reflektor 9 angepasste Mulde 17 vorgesehen, so dass der Reflektor 9 im eingefahrenen Zustand im Wesentlichen bündig mit der Oberfläche 3 der Abdeckung 4 positioniert ist.
Die Düse 6 kann innerhalb der Erfindung sowohl wie gezeigt an die Hubvorrichtung 16 gekoppelt ausgebildet sein, so dass sie zusammen mit der Hubvorrichtung ein- und ausgefahren wird, als auch ortsfest gegenüber dem Gehäuse 5, so dass lediglich der Reflektor 9 durch die Hubvorrichtung 16 bewegt wird.
Bezugszeichenliste

1: Optische oder optoelektronische Vorrichtung
2: Reinigungsvorrichtung
3: Oberfläche
4: Transparente Abdeckung
5: Gehäuse
6: Düse
7: Austrittsöffnung
8: Austrittsöffnung
9: Reflektor
10: Sprühstrahl
11: Zu reinigende Bereich
12: Zu reinigende Bereich
13: Steg
14: Steg
15: Durchbruch
16: Hubvorrichtung
17: Mulde
18: Zuflussleitung
19: Unterseite
A: Sprühachse
F1: Funktionseinheit
F2: Funktionseinheit
O1: Optische Achse
O2: Optische Achse
S: Abstand
µ: Mittelpunktswinkel

Claims

Optische oder optoelektronische Vorrichtung (1) mit wenigstens einer transparenten Abdeckung (4) und mit einer Reinigungsvorrichtung (2) zum Reinigen von Oberfläche (3) der Abdeckung (4) mit einem fluiden Reinigungsmittel, umfassend ein Gehäuse (5) und wenigstens eine darin angeordnete Düse (6) mit einer Austrittsöffnung (7), aus der ein Reinigungsmittelstrahl (8) entlang einer Sprühachse (A) heraustritt, dadurch gekennzeichnet, dass der Reinigungsmittelstrahl (8) gegen einen Reflektor (9) gerichtet ist, welcher zumindest zeitweise oder permanent derart in einem Abstand zu der Austrittsöffnung (7) und zu der Oberfläche (3) angeordnet und ausgerichtet ist, so dass der Reinigungsmittelstrahl (8) von dem Reflektor (9) reflektiert und als wenigstens ein Sprühstrahl (10) auf die Oberfläche (3) umgelenkt ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) wenigstens einen ersten und einen zweiten zu reinigende Bereiche (11, 12) aufweist, welche räumlich voneinander getrennt sind, wobei jeder Bereich (11, 12) jeweils einer gesonderten Funktionseinheit (F1, F2) mit je wenigstens einer eigenen optischen Achse (O1, O2) zugeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsvorrichtung (1) zur simultanen Reinigung der Bereiche (11,12) ausgebildet ist und zu diesem Zweck am Reflektor (9) wenigstens zwei im Wesentlichen flach ausgebildeten Sprühstrahlen (10, 10') ausgeformt werden, welche in Umfangsrichtung in Bezug auf die Sprühachse (A) voneinander getrennt und derart in unterschiedliche radiale Richtungen ausgerichtet sind, dass jeder Bereich (11,12) durch wenigstens ein Sprühstrahl (10, 10') benetzt wird.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Trennung und Ausformung der Sprühstrahlen (10, 10') durch Stege (13,14) erfolgt, welche sich vom Reflektor (9) im Wesentlichen in Richtung Oberfläche (3) erstrecken und zur der Sprühachse (A) radial beabstandet sind, so dass zwischen zwei benachbarten Stegen (13,14) in Umfangsrichtung ein Durchbrich (15, 15') zum Austritt von jeweils einem Sprühstrahl (10, 10') vorhanden ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (13,14) einen axialen Abstand (s) zwischen dem Reflektor (9) und der Oberfläche (3) definieren.
Vorrichtung (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (9) im Wesentlichen scheibenförmig ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass jeder Sprühstrahl (10, 10') in Umfangsrichtung im Wesentlichen einen Kreissektor mit einem definierten Mittelpunktswinkel (µ, µ') abdeckt, wobei die kumulierte Summe der Mittelpunktswinkel (µ, µ') mindestens 180°, vorzugsweise mindestens 200° beträgt.
Vorrichtung (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (6) im Wesentlichen zwischen den Funktionseinheiten (F1, F2) angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach wenigstens einem der der Ansprüche 3 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (4) wenigstens zwei Funktionseinheiten (F1, F2) abdeckt.
Vorrichtung (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine LiDAR (Light/Laser Detection And Ranging)-Vorrichtung ist, wobei eine erste Funktionseinheit (F1) eine Empfängereinheit zum Erfassen eines reflektierten Laserstrahls und eine zweite Funktionseinheit (F2) eine Sendeinheit zum Aussenden eines Laserstrahls ist.
Vorrichtung (1) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (9) an einer Hubvorrichtung (16) angeordnet ist, welche den Reflektor (9) aus einem nicht sprühbereiten eingefahrenen Zustand in einen sprühbereiten ausgefahrenen Zustand versetzt, wobei der Reflektor (9) im eingefahrenen Zustand im Wesentlichen bündig und im ausgefahrenen Zustand axial beabstandet zu der Oberfläche (3) der Abdeckung (4) positioniert ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (6) an die Hubvorrichtung (16) gekoppelt ausgebildet ist, so dass sie zusammen mit der Hubvorrichtung ein- und ausgefahren wird.