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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Scheinwerfer eines Kraftfahrzeugs. Der Scheinwerfer umfasst ein Gehäuse mit einer durch eine transparente Abdeckscheibe verschlossenen Lichtaustrittsöffnung und mindestens ein in dem Gehäuse angeordnetes Lichtmodul zur Erzeugung einer Lichtverteilung des Scheinwerfers vor dem Fahrzeug. Das Lichtmodul weist mindestens eine Lichtquelle zum Aussenden von Licht in einem für das menschliche Auge sichtbaren Wellenlängenbereich zur Erzeugung der Lichtverteilung auf. Der Scheinwerfer umfasst ferner ein in dem Gehäuse angeordnetes LiDAR-Modul mit einem durch einen ersten Flächenbereich der Abdeckscheibe verlaufenden Sendepfad, über den das LiDAR-Modul gepulste Infrarotstrahlung aussendet, und mit einem durch einen zweiten Flächenbereich der Abdeckscheibe verlaufenden Empfangspfad, über den das LiDAR-Modul zumindest einen Teil der von dem LiDAR-Modul ausgesandten und an einem Objekt im Umfeld des Fahrzeugs reflektierten Infrarotstrahlung empfängt.
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Das in den Kraftfahrzeugscheinwerfer integrierte LiDAR (Light Detection And Ranging)-Modul bildet einen optischen Abstandssensor, der Licht (insbesondere gepulstes Laserlicht, besonders bevorzugt im Infrarotwellenlängenbereich) aussendet und von einem Objekt im Umfeld des Fahrzeugs zurückgestreutes Licht detektiert. Anhand der Laufzeit des Lichts wird der Abstand des Objekts zum Fahrzeug bestimmt. In einem Kraftfahrzeug wird LiDAR benutzt, um Personen und Gegenstände im Umfeld des Fahrzeugs zu erkennen und ihren Abstand zu bestimmen.
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Da LiDAR-Module Strahlung aussenden und empfangen müssen, benötigen sie optische Fenster im Fahrzeug. Die rückgestreute Strahlungsleistung ist im Allgemeinen sehr klein. Um die Signalstärke zu erhöhen, ist es vorteilhaft, ein Detektorsystem mit großem Öffnungswinkel einzusetzen. Dies erfordert große Fenster (Öffnungen) im Fahrzeug. Da diese Öffnungen im Scheinwerfer schon vorhanden sind und die Scheinwerferoptiken einen vergleichsweise großen Öffnungswinkel besitzen, ist es von großem praktischen Nutzen, diese sowieso schon vorhandenen Einrichtungen und Komponenten des Scheinwerfers gleichzeitig für ein im Fahrzeug integriertes LiDAR-Modul einzusetzen. Ein entsprechender Scheinwerfer mit integriertem LiDAR-Modul ist bspw. aus der
DE 197 31 754 C2 sowie der
DE 10 2015 007 172 A1 bekannt.
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In modernen Scheinwerfern für Kraftfahrzeuge stellt die Enttauung (d.h. das Entfernen eines Beschlags) der Abdeckscheibe eine Herausforderung dar, da die in dem Lichtmodul zur Erzeugung der Lichtverteilung des Scheinwerfers verwendeten modernen Lichtquellen häufig nur einen geringen Infrarotanteil aufweisen und somit die Abdeckscheibe beim Durchtritt kaum bzw. nur unzureichend aufheizen und enttauen. Ein Beschlag der Abdeckscheibe kann gefrorenes Wasser (z.B. Raureif, Schnee, Eis) auf der Außenseite oder Wasserdampf an der Innenseite der Abdeckscheibe umfassen.
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Vor diesem Hintergrund ist bspw. aus der
DE 197 33 000 B4 ein Kraftfahrzeugscheinwerfer mit integrierten Betauungsschutzvorrichtungen bekannt, durch die ein Beschlagen des Abdeckscheibe von innen vermieden werden kann. Ferner ist aus der
DE 10 2011 080 488 A1 ein Kraftfahrzeugscheinwerfer bekannt, der neben einem Lichtmodul in dem Gehäuse auch einen zusätzlichen Infrarotstrahler aufweist, der die Abdeckscheibe von innen mit Infrarotstrahlung anstrahlt, so dass die Abdeckscheibe aufgeheizt wird. Auf diese Weise kann ein Beschlag an der Innen- und/oder Außenseite der Abdeckscheibe sowie die Bildung von Raureif, Schnee und Eis an der Außenseite der Abdeckscheibe verhindert bzw. entfernt werden.
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Wenn ein LiDAR-Modul in einem Scheinwerfer eingebaut wird, so ergibt sich die Notwendigkeit, die Abdeckscheibe des Scheinwerfers mittels einer Scheinwerferreinigungsanlage zu reinigen, um die Systemleistung des LiDAR-Moduls bezüglich Reichweite, Auflösung und totem Winkel, die durch Schmutz oder ähnliches auf der Abdeckscheibe reduziert werden könnte, zu gewährleisten. Das Licht des Lichtmoduls kann zum Enttauen der des Sende- und Empfangspfads des LiDAR- Moduls in der Regel nicht genutzt werden, da diese Flächenbereiche durch das sichtbare Licht des Lichtmoduls nicht erreicht werden. Zudem ist insbesondere die rückgestreute Strahlungsleistung im Empfangspfad des LiDAR-Moduls im Allgemeinen sehr klein, so dass die IR-Strahlung des LiDAR-Moduls allenfalls zum Enttauen des ersten Flächenbereichs des Sendepfads genutzt werden kann.
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Ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Scheinwerfer der eingangs genannten Art dahingehend auszugestalten und weiterzubilden, dass er eine schnelle und effiziente Enttauung insbesondere in einem zweiten Flächenbereich der Abdeckscheibe, durch den ein Empfangspfad des LiDAR-Moduls verläuft, ermöglicht.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Kraftfahrzeugscheinwerfer mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Insbesondere wird ausgehend von dem Scheinwerfer der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass der Scheinwerfer außerhalb des Gehäuses mindestens einen Infrarotstrahler aufweist, der derart ausgebildet und angeordnet ist, dass er Infrarotstrahlung auf eine Außenseite der Abdeckscheibe aussendet, und dass die von dem Infrarotstrahler ausgesandte Infrarotstrahlung zumindest den zweiten Flächenbereich der Abdeckscheibe in dem Empfangspfad des LiDAR-Moduls abdeckt.
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Vorzugsweise umfasst der Infrarotstrahler mindestens eine Infrarot (IR)-Halbleiterlichtquelle, insbesondere eine IR-Diode. Eine solche IR-Halbleiterlichtquelle ist kleinbauend und effizient. Der IR-Strahler kann an einer beliebigen Stelle am Kraftfahrzeug außerhalb der Abdeckscheibe des Scheinwerfers derart angeordnet und ausgerichtet sein, dass die ausgesandte IR-Strahlung auf die Außenseite der Abdeckscheibe, insbesondere auf den zweiten Flächenbereich des Empfangspfads, trifft. Vorteilhafterweise ist der IR-Strahler auf einer Stoßstange, einer Zierblende zwischen Stoßstange und Karosserie des Fahrzeugs oder einem Reinigungssystem einer der Abdeckscheibe zugeordneten Scheinwerferreinigungsanlage angeordnet. Vorzugsweise ist der IR-Strahler versenkbar ausgebildet, so dass er zwischen einer versenkten Ruheposition, in der er vor Schmutz, Stößen und Umwelteinflüssen geschützt im Kraftfahrzeug angeordnet ist, und einer ausgefahrenen Arbeitsposition bewegbar ist, in der der IR-Strahler die IR-Strahlung auf die Außenseite der Abdeckscheibe aussenden kann.
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Durch die von dem IR-Strahler ausgesandte IR-Strahlung kann insbesondere der zweite Flächenbereich der Abdeckscheibe in dem Empfangspfad des LiDAR-Moduls enttaut werden. Der zweite Flächenbereich würde ansonsten weder durch das sichtbare Licht des Lichtmoduls noch durch die zuvor von dem LiDAR-Modul auf dem Sendepfad ausgesandte und an einem Objekt im Umfeld des Fahrzeugs reflektierte IR-Strahlung ausreichend enttaut. Der vorgeschlagene externe IR-Strahler sorgt somit dafür, dass ein Beschlag der Abdeckscheibe, insbesondere in dem zweiten Flächenbereich des Empfangspfads, die Systemleistung des LiDAR-Moduls in Bezug auf Reichweite, Auflösung und totem Winkel nicht beeinträchtigen kann bzw. dass die Beeinträchtigungen auf ein Minimum reduziert werden. Selbstverständlich ist es auch denkbar, dass die IR-Strahlung des IR-Strahlers auch zum Enttauen des ersten Flächenbereichs in dem Sendepfad des LiDAR-Moduls sowie anderer Flächenbereiche der Abdeckscheibe genutzt wird. Dies kann bspw. dadurch erzielt werden, dass der Öffnungswinkel der von dem IR-Strahler ausgesandten IR-Strahlung so groß ist, dass die angestrahlte Fläche auf der Abdeckscheibe größer ist als der zweite Flächenbereich in dem Empfangspfad. Die Größe des Öffnungswinkels kann bspw. durch Anordnung und besondere Ausgestaltung geeigneter Optiken (z.B. Linsen, Reflektoren, Vorsatzoptiken) im Strahlengang der von dem IR-Strahler ausgesandten IR-Strahlung variiert werden.
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Die von dem externen IR-Strahler ausgesandte IR-Strahlung kann kontinuierlich oder aber zu bestimmten Zeitpunkten, z.B. gepulst ausgesandte werden. Denkbar ist bspw., dass die Impulse der von dem externen IR-Strahler ausgesandten IR-Strahlung zum Enttauen der Abdeckscheibe derart auf die Impulse der von dem LiDAR-Modul ausgesandten Infrarotstrahlung zur optischen Abstandsmessung abgestimmt sind, dass sich die IR-Impulse nicht gegenseitig stören. Insbesondere wird verhindert, dass die an einem Objekt im Umfeld des Kraftfahrzeugs reflektierte IR-Strahlung im Empfangspfad des LiDAR-Moduls durch die IR-Strahlung des externen IR-Strahlers beeinträchtigt bzw. gestört wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der außerhalb des Gehäuses des Scheinwerfers angeordnete mindestens eine Infrarotstrahler auf einem Reinigungssystem einer der Abdeckscheibe des Scheinwerfers zugeordneten Scheinwerferreinigungsanlage des Scheinwerfers angeordnet ist. Das Reinigungssystem umfasst bspw. einen starren Träger, der sich von der Karosserie oder der Stoßstange des Fahrzeugs bis in einen Bereich in Fahrtrichtung vor der Abdeckscheibe des Scheinwerfers erstreckt. An einem distalen Ende des Trägers kann eine Reinigungsdüse angeordnet sein, über die eine Reinigungsflüssigkeit mit einem relativ hohen Druck auf die Außenseite der Abdeckscheibe gespritzt werden kann, um auf der Außenseite der Abdeckscheibe haftenden Schmutz aufzuweichen, zu lösen und wegzuspülen. Die Betätigung des Reinigungssystems, d.h. das Spritzen von Reinigungsflüssigkeit auf die Abdeckscheibe, kann entweder manuell oder aber automatisch zusammen mit einer Aktivierung einer Reinigungsanlage für eine Windschutzscheibe, ggf. nur bei eingeschaltetem Scheinwerfer, erfolgen. Alternativ kann das Reinigungssystem auch einen teleskopisch ausfahrbaren Träger umfassen, der zwischen einer versenkten Ruheposition und einer ausgefahrenen Arbeitsposition bewegbar ist. In der Ruheposition ist die Reinigungsdüse vor Schmutz, Stößen und Umwelteinflüssen geschützt im Kraftfahrzeug angeordnet. In der Arbeitsposition ist der Träger ausgefahren und erstreckt sich von der Karosserie oder der Stoßstange des Fahrzeugs bis zu dem distalen Ende mit der Reinigungsdüse in einem Bereich in Fahrtrichtung vor der Abdeckscheibe des Scheinwerfers.
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Es ist denkbar, dass der Sendepfad und der Empfangspfad des LiDAR-Moduls durch den gleichen Flächenbereich der Abdeckscheibe verlaufen. Besonders bevorzugt ist es aber, wenn der erste Flächenbereich in dem Sendepfad und der zweite Flächenbereich in dem Empfangspfad unterschiedliche Flächenbereiche der Abdeckscheibe sind. Dadurch können sich Vorteile bei der Robustheit des LiDAR-Systems ergeben, da durch den Sendepfad verursachte auf den Empfangspfad des LiDAR-Moduls wirkende interne Störeinflüsse reduziert werden. Bei Scheinwerfern mit solchen LiDAR-Modulen war bisher eine effiziente Enttauung im Bereich des zweiten Flächenbereichs des Empfangspfads nicht möglich.
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Um ein möglichst effizientes Enttauen der Abdeckscheibe zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass die von dem mindestens einen Infrarotstrahler ausgesandte Infrarotstrahlung überwiegend in einem Wellenlängenbereich liegt, in dem ein Absorptionsgrad von Wasser ein Maximum aufweist. Auf diese Weise werden Wasserdampf, Eis, Schnee und Raureif besonders wirkungsvoll erhitzt und dadurch von der Abdeckscheibe entfernt. Besonderes bevorzugt ist es, wenn die von dem mindestens einen Infrarotstrahler ausgesandte Infrarotstrahlung überwiegend in einem Wellenlängenbereich von 1.300 nm bis 1.600 nm, insbesondere bei 1.450 nm, liegt. Diese Wellenlänge liegt im Übergang zwischen dem kurzwelligen Teil des NIR (nahen Infrarot)-Bereichs (780 nm - 1.400 nm) und dem langwelligen Teil des NIR-Bereichs (1.400 nm - 3.000 nm).
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Scheinwerfer mindestens ein für die Infrarotstrahlung undurchlässiges erstes Blendenelement aufweist, welches in dem Gehäuse des Scheinwerfers angeordnet und ausgebildet ist, den Empfangspfad des LiDAR-Moduls gegen externe und/oder interne Störeinflüsse abzuschirmen. Externe Störeinflüsse werden bspw. durch Sonnenstrahlung, oder Strahlung von anderen Kraftfahrzeugen verursacht. Interne Störeinflüsse werden bspw. durch die IR-Strahlung im Sendepfad des LiDAR-Moduls verursacht. Vor diesem Hintergrund wird vorgeschlagen, dass das erste Blendenelement ausgebildet und angeordnet ist, zumindest einen Teil des Empfangspfads gegenüber der Infrarotstrahlung des Sendepfads abzuschirmen. In diesem Zusammenhang wäre es denkbar, dass das erste Blendenelement zumindest einen Teil des Empfangspfads, bspw. zwischen der Abdeckscheibe und einem IR-Sensor des LiDAR-Moduls, rohr- oder trichterförmig umgibt. Alternativ wäre es auch denkbar, dass das erste Blendenelement zumindest einen Teil des Sendepfads, bspw. zwischen einem IR-Strahler des LiDAR-Moduls und der Abdeckscheibe, rohr- oder trichterförmig umgibt.
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Wenn das erste Blendenelement bis an die Innenseite der Abdeckscheibe geführt ist, aber noch einen Abstand zwischen dem Ende des Blendenelements und der Innenseite der Abdeckscheibe verbleibt, kann ein aufgewärmter Luftstrom aus dem Inneren des Scheinwerfergehäuses, bspw. von dem Lichtmodul, einem Steuergerät, oder dem LiDAR-Modul, an die Innenseite der Abdeckscheibe geführt werden, über den Abstand entweichen und über die Innenseite der Abdeckscheibe entlang streichen, um die Abdeckscheibe zu erwärmen und zu enttauen. Dies kann die Wirkung der IR-Strahlung des externen IR-Strahlers unterstützen. Vorzugsweise erstreckt sich das erste Blendenelement jedoch bis an die Innenseite der Abdeckscheibe, so dass nur die an dem Objekt im Umfeld des Fahrzeugs reflektierte Infrarotstrahlung von außerhalb des Scheinwerfers über den Empfangspfad zu dem LiDAR-Modul gelangen kann. Das LiDAR-Modul ist dadurch besonders robust gegen interne und/oder externe Störeinflüsse.
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Um einen Luftstrom im Inneren des Scheinwerfergehäuses im Bereich des Empfangspfads nicht vollständig zu unterbinden, kann vorgesehen sein, dass das erste Blendenelement Lamellen aufweist, die derart ausgebildet und angeordnet sind, dass sie einen Luftstrom entlang der Innenseite der Abdeckscheibe erlauben und gleichzeitig zumindest einen Teil des Empfangspfads gegenüber der Infrarotstrahlung des Sendepfads abschirmen. Die Lamellen sind also in einem Abstand zueinander angeordnet, wobei der Luftstrom durch die Abstände der Lamellen verläuft. Ferner weisen die Lamellen jeweils Flächenabschnitte auf, die einen Anteil der Flächenerstreckung haben, der quer zu der Richtung der Infrarotstrahlung im Sendepfad verläuft und so Infrarotstrahlung aus dem Sendepfad daran hindert, direkt (noch im Scheinwerfergehäuse) in den Empfangspfad zu gelangen.
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Um durch das im Scheinwerfergehäuse angeordnete LiDAR-Modul den ästhetischen Gesamteindruck, den der Scheinwerfer auf einen Betrachter hat, nicht zu beeinträchtigen, ist das LiDAR-Modul im Scheinwerfergehäuse vorzugsweise gegen Blicke von außen geschützt. In diesem Zusammenhang wird vorgeschlagen, dass die Abdeckscheibe als eine Zweikomponenten-Abdeckscheibe ausgebildet ist, die zumindest in dem zweiten Flächenbereich des Empfangspfads eine Komponente aufweist, die für das für das menschliche Auge sichtbare Licht undurchlässig und für die Infrarotstrahlung durchlässig ist. Dadurch ist zumindest der Empfangspfad des LiDAR-Moduls vor Blicken von außerhalb des Scheinwerfergehäuses geschützt, wobei die an einem Objekt reflektierte IR-Strahlung nach wie vor durch die Abdeckscheibe bzw. die entsprechende Komponente zu dem IR-Sensor des LiDAR-Moduls gelangen kann. Die für das sichtbare Licht undurchlässige und für die Infrarotstrahlung durchlässige Komponente der Abdeckscheibe ist vorzugsweise schwarz eingefärbt.
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Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Scheinwerfer an der Innenseite der Abdeckscheibe ein zweites Blendenelement aufweist, das zumindest in dem zweiten Flächenbereich des Empfangspfads angeordnet ist und das für das für das menschliche Auge sichtbare Licht undurchlässig und für die Infrarotstrahlung durchlässig ist. Das Blendenelement kann auch als eine unmittelbar auf die Abdeckscheibe aufgebrachte Beschichtung ausgebildet sein, die für das für das menschliche Auge sichtbare Licht undurchlässig und für die Infrarotstrahlung durchlässig ist. Die Beschichtung kann eine Farbe (z.B. schwarz, Farbe der Fahrzeugkarosserie, o.ä.) oder aber eine Metallisierungsschicht (z.B. Silber, Chrom) sein.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn der mindestens eine externe IR-Strahler nicht nur zum Enttauen der Abdeckscheibe, insbesondere in dem zweiten Flächenbereich der Abdeckscheibe des Empfangspfads, sondern auch zur Detektion einer Verschmutzung der Abdeckscheibe bzw. zur Ermittlung eines Verschmutzungsgrads genutzt wird. In diesem Zusammenhang wird vorgeschlagen, dass das LiDAR-Modul ausgebildet ist, die von dem mindestens einen Infrarotstrahler ausgesandte Infrarotstrahlung zu erfassen und auszuwerten, um einen Verschmutzungsgrad der Abdeckscheibe zu ermitteln. So wäre es bspw. möglich, dass der IR-Sensor des LiDAR-Moduls zwischen einem ersten Betriebsmodus (LiDAR-Modus), in dem er an einem Objekt im Umfeld des Fahrzeugs reflektierte IR-Strahlung empfängt, und einem zweiten Betriebsmodus (Detektionsmodus) umgeschaltet werden kann, in dem er den Verschmutzungsgrad der Abdeckscheibe ermittelt. Vorzugsweise wird kontinuierlich zwischen den beiden Betriebsmodi umgeschaltet. Zur Detektion des Verschmutzungsgrads der Abdeckscheibe kann vorgesehen sein, dass der IR-Sensor keine IR-Strahlung des mindestens einen externen IR-Strahlers empfängt (die IR-Strahlung kann ohne nennenswerte Streuung/Ablenkung durch die Abdeckscheibe hindurchtreten), wenn die Abdeckscheibe sauber ist (d.h. der Verschmutzungsgrad unterhalb eines vorgebbaren Grenzwertes liegt) und dass der IR-Sensor IR-Strahlung des mindestens einen externen IR-Strahlers empfängt (die IR-Strahlung wird beim Hindurchtreten durch die Abdeckscheibe gestreut! abgelenkt), wenn die Abdeckscheibe verschmutzt ist (d.h. der Verschmutzungsgrad oberhalb des vorgebbaren Grenzwertes liegt). Je nach Ausgestaltung und Anordnung des LiDAR-Moduls und des externen IR-Strahlers wäre es alternativ auch denkbar, dass der IR-Sensor IR-Strahlung des mindestens einen externen IR-Strahlers empfängt, wenn die Abdeckscheibe sauber ist und dass der IR-Sensor keine IR-Strahlung des mindestens einen externen IR-Strahlers empfängt, wenn die Abdeckscheibe verschmutzt ist.
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Weiterhin zur Ermittlung des Verschmutzungsgrads der Abdeckscheibe wird gemäß einer alternative Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, dass der Scheinwerfer außerhalb des Gehäuses mindestens einen Strahlungsdetektor aufweist, der derart ausgebildet und angeordnet ist, dass er von dem LiDAR-Modul ausgesandte Infrarotstrahlung erfasst, und dass der Scheinwerfer Mittel zum Auswerten der von dem Strahlungsdetektor erfassten Infrarotstrahlung aufweist, um einen Verschmutzungsgrad der Abdeckscheibe zu ermitteln. Der mindestens eine Strahlungsdetektor ist vorzugsweise nahe bei dem mindestens einen externen IR-Strahler angeordnet, vorzugsweise an der gleichen Komponente bzw. dem gleichen Bauteil des Fahrzeugs, an dem bereits der mindestens eine externe IR-Strahler befestigt ist (z.B. auf einer Stoßstange, einer Zierblende zwischen Stoßstange und Karosserie des Fahrzeugs oder einem Reinigungssystem einer der Abdeckscheibe zugeordneten Scheinwerferreinigungsanlage, insbesondere an dem distalen Ende des Reinigungssystems nahe der Reinigungsdüse).
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Vorteilhafterweise ist der mindestens eine Strahlungsdetektor als mindestens ein außerhalb des Gehäuses des Scheinwerfers angeordneter Infrarotstrahler ausgebildet, wenn dieser zumindest zeitweise in einem Fotozellenmodus betrieben ist. Dabei ist besonders vorteilhaft, wenn der mindestens eine externe IR-Strahler, der zum Enttauen zumindest des zweiten Flächenbereichs der Abdeckscheibe in dem Empfangspfad dient, zeitweise im Fotozellenmodus betrieben wird und dann als der mindestens eine Strahlungsdetektor dient, um den Verschmutzungsgrad der Abdeckscheibe zu ermitteln. Auch hier kann vorgesehen sein, dass eine verschmutzte Abdeckscheibe erkannt wird (der Verschmutzungsgrad liegt oberhalb eines vorgegebenen Grenzwerts), wenn der mindestens eine Strahlungsdetektor von dem LiDAR-Modul ausgesandte Infrarotstrahlung erfasst (die erfasste Infrarotstrahlung liegt oberhalb eines vorgegebenen Grenzwerts) oder nicht (die erfasste Infrarotstrahlung liegt unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts). Grundsätzlich führt eine verschmutzte Abdeckscheibe zu einer Streuung der hindurchtretenden Infrarotstrahlung, so dass die gestreute Strahlung auf den mindestens einen Strahlungsdetektor gelenkt wird (es wird Infrarotstrahlung erfasst) oder von diesem weg gelenkt wird (es wird keine Infrarotstrahlung erfasst).
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Sofern der Scheinwerfer mit einem der Abdeckscheibe zugeordneten Reinigungssystem einer Scheinwerferreinigungsanlage ausgestattet ist, wird vorgeschlagen, dass in Abhängigkeit von dem ermittelten Verschmutzungsgrad und/oder von einem Flächenbereich einer Verschmutzung auf der Abdeckscheibe das Reinigungssystem der Scheinwerferreinigungsanlage gezielt aktiviert und die Abdeckscheibe gezielt gereinigt wird. Gemäß dieser Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Abdeckscheibe im Rahmen einer „intelligenten“ Reinigung automatisch mit Reinigungsflüssigkeit gereinigt wird, wenn der Verschmutzungsgrad der Abdeckscheibe einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass eine Reinigung der Abdeckscheibe nur oder hauptsächlich in demjenigen Flächenbereich erfolgt, wo eine Verschmutzung erkannt wurde. Dabei können die Reinigungsdüse und der IR-Strahler (der zumindest zeitweise als Strahlungsdetektor dienen kann) beweglich in dem Reinigungssystem angeordnet, bevorzugt auf einem gemeinsamen Trägerelement, so dass sie gemeinsam bewegt werden können. Ein Abstrahlkegel des IR-Strahlers bzw. ein Empfangskegel des Strahlungsdetektors entspricht dabei in etwa einem Flüssigkeitskegel eines Sprühstrahls der Reinigungsdüse oder ist etwas kleiner als der Flüssigkeitskegel. Der Abstrahlkegel bzw. der Empfangskegel sowie der Flüssigkeitskegel sind dabei kleiner als die gesamte Fläche der Abdeckscheibe. Die Abdeckscheibe kann mit dem beweglichen Infrarotstrahler bzw. Strahlungsdetektor abgetastet werden. Wird in einer bestimmten Position des Infrarotstrahlers bzw. Strahlungsdetektors ein verschmutzter Flächenbereich erkannt, wird die Reinigungsdüse des Reinigungssystems aktiviert, so dass Reinigungsflüssigkeit mit hohem Druck auf den verschmutzten Flächenbereich gesprüht wird und diesen reinigt.
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In diesem Zusammenhang wird insbesondere vorgeschlagen, dass das Reinigungssystem eine bewegliche Reinigungsdüse aufweist, so dass ein Flüssigkeitskegel einer Reinigungsflüssigkeit der Scheinwerferreinigungsanlage gezielt auf verschiedene Flächenbereiche der Abdeckscheibe ausrichtbar ist, und dass der mindestens eine Infrarotstrahler zum Aussenden von Infrarotstrahlung, die von dem LiDAR-Modul empfangen werden kann, oder mindestens ein Strahlungsdetektor zum Erfassen der von dem LiDAR-Modul ausgesandten Infrarotstrahlung zusammen mit der beweglichen Reinigungsdüse bewegbar ist, so dass der mindestens eine Infrarotstrahler oder der mindestens eine Strahlungsdetektor auf die verschiedenen Flächenbereiche der Abdeckscheibe ausrichtbar ist. Auf diese Weise kann ein Verschmutzungsgrad verschiedener Flächenbereiche der Abdeckscheibe detektiert und gezielt gereinigt werden.
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Zusammenfassend betrifft die Erfindung also einen Kraftfahrzeugscheinwerfer mit einem Lichtmodul zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung und mit einem LiDAR-Modul zur optischen Abstandsmessung. Außerhalb des Scheinwerfers ist ein Infrarotstrahler angeordnet, dessen Infrarotstrahlenbündel auf die Außenseite der Abdeckscheibe, insbesondere auf einen zweiten Flächenbereich der Abdeckscheibe im Empfangspfad des LiDAR-Moduls, gerichtet ist. Die Infrarotstrahlung dient zum Enttauen der Abdeckscheibe, zumindest in dem zweiten Flächenbereich. Zusätzlich kann die von dem externen Infrarotstrahler ausgesandte Infrarotstrahlung auch zeitweise von dem LiDAR-Modul des Scheinwerfers empfangen werden, um einen Verschmutzungsgrad der Abdeckscheibe ermitteln zu können. Alternativ kann der externe Infrarotstrahler auch zeitweise in einem Fotozellenmodus betrieben werden, so dass er von dem LiDAR-Modul ausgesandte gepulste Infrarotstrahlung empfangen kann, um einen Verschmutzungsgrad der Abdeckscheibe zu ermitteln. Der externe Infrarotstrahler ist vorzugsweise an dem distalen Ende eines Reinigungssystems einer der Abdeckscheibe zugeordneten Scheinwerferreinigungsanlage angeordnet.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1 einen erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugscheinwerfer gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform in einem schematischen Längsschnitt,
- 2 einen erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugscheinwerfer gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform mit einer sauberen Abdeckscheibe in einem schematischen Längsschnitt,
- 3 den Kraftfahrzeugscheinwerfer aus 2 mit einer verschmutzten Abdeckscheibe in einem schematischen Längsschnitt, und
- 4 einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugscheinwerfers gemäß noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform in einem schematischen Querschnitt.
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Scheinwerfer 2 eines Kraftfahrzeugs, wie er in einem ersten Ausführungsbeispiel in 1 gezeigt ist. Der Scheinwerfer 2 umfasst ein Gehäuse 4 mit einer durch eine transparente Abdeckscheibe 6 verschlossenen Lichtaustrittsöffnung und mindestens ein in dem Gehäuse 4 angeordnetes Lichtmodul 8 zur Erzeugung einer Lichtverteilung 10 des Scheinwerfers 2 vor dem Fahrzeug. Das Lichtmodul 8 ist in 1 nur schematisch gezeigt und kann als ein Reflexionsmodul oder als ein Projektionsmodul ausgebildet sein. Das Lichtmodul 8 umfasst mindestens eine Lichtquelle zum Aussenden von Licht in einem für das menschliche Auge sichtbarem Wellenlängenbereich. Die Lichtquelle kann insbesondere als eine Glühlampe, eine Gasentladungslampe, eine Leuchtdiode zum Aussenden von weißem Licht oder eine Laserdiode ausgebildet sein. Das von dem Lichtmodul 8 ausgesandte Licht kann durch optische Elemente (z.B. einen Reflektor, eine oder mehrere Linsen, eine Vorsatzoptik, eine Blockoptik, o.ä.) des Lichtmoduls 8 geformt und gelenkt werden, so dass das Licht in einem Flächenbereich 6a durch die Abdeckscheibe 6 hindurchtritt und zur Erzeugung der Lichtverteilung 10 vor dem Fahrzeug geeignet ist. Die Lichtverteilung 10 kann bspw. ein Abblendlicht, ein Fernlicht, ein statisches oder dynamisches Kurvenlicht, ein Nebellicht, eine adaptive Lichtverteilung (z.B. Teilfernlicht oder Markierungslicht), Stadtlicht, Landstraßenlicht, Autobahnlicht o.ä. sein.
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Ferner umfasst der Scheinwerfer 2 ein in dem Gehäuse 4 angeordnetes LiDAR-Modul 12 zur optischen Abstandsmessung anhand einer Laufzeitmessung von Strahlung zwischen einem Aussenden der Strahlung durch das LiDAR-Modul 12, der Reflexion an einem Objekt 14 im Umfeld des Fahrzeugs und einem Empfang der reflektierten Strahlung durch das LiDAR-Modul 12. Das LiDAR-Modul 12 umfasst mindestens einen IR-Strahler 12a zum Aussenden der Strahlung und mindestens einen IR-Sensor 12b zum Empfangen der an dem Objekt 14 reflektierten Strahlung. Die Strahlung ist vorzugsweise Infrarotstrahlung, insbesondere gepulste Strahlung, ganz besonders bevorzugt gepulste Laser-IR-Strahlung. Die ausgesandte Strahlung verläuft auf einem durch einen ersten Flächenbereich 6b der Abdeckscheibe 6 verlaufenden Sendepfad 12c. Die reflektierte Strahlung verläuft auf einem durch einen zweiten Flächenbereich 6c der Abdeckscheibe 6 verlaufenden Empfangspfad 12d. Über den Empfangspfad 12d kann das LiDAR-Modul 12 zumindest einen Teil der von dem LiDAR-Modul 12 ausgesandten und an dem Objekt 14 im Umfeld des Fahrzeugs reflektierten Infrarotstrahlung empfangen. Der optische Pfad der Infrarotstrahlung des LiDAR-Moduls 12 kann auch teilweise zwischen Sende- und Empfangspfad 12c, 12d kombiniert sein, z.B. indem ein Strahlteiler genutzt wird. Der erste Flächenbereich 6b des Sendepfads 12c und der zweite Flächenbereich 6c des Empfangspfads 12d sind vorzugsweise unterschiedliche Flächenbereiche der Abdeckscheibe 6. Sowohl in dem Sendepfad 12c als auch in dem Empfangspfad 12d können optische Elemente (z.B. eine oder mehrere Linsen) 16a, 16b zur Strahlformung und Strahllenkung angeordnet sein.
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Um eine Enttauung der Abdeckscheibe 6, insbesondere des zweiten Flächenbereichs 6c des Empfangspfads 12d effizienter zu gestalten, schlägt die vorliegende Erfindung vor, dass der Scheinwerfer 2 außerhalb des Gehäuses 4 mindestens eine Strahlungsquelle 18 aufweist, die insbesondere als Infrarotstrahler ausgebildet ist. Der Infrarotstrahler 18 ist derart ausgebildet und angeordnet, dass er Infrarotstrahlung 20 auf eine Außenseite der Abdeckscheibe 6 aussendet. Die von dem Infrarotstrahler 18 ausgesandte Infrarotstrahlung 20 deckt zumindest den zweiten Flächenbereich 6c der Abdeckscheibe 6 in dem Empfangspfad 12d des LiDAR-Moduls 12 ab. Durch die ausgesandte Infrarotstrahlung 20 kann ein Beschlag 22 auf Wasserbasis (z.B. in Form von Wasserdampf, Raureif, Schnee, Eis, Wassertropfen) auf der Abdeckscheibe 6, insbesondere in dem zweiten Flächenbereich 6c, durch Erhitzen der Abdeckscheibe 6 bzw. des Beschlags 22 wirksam entfernt werden. Der Infrarotstrahler 18 sendet die Infrarotstrahlung 20 in einem Strahlkegel in Richtung in Richtung Abdeckscheibe 6 aus. Dabei ist bevorzugt eine Optik 19 (z.B. eine Linse) vor der Strahlungsquelle 18 angeordnet, welche den Strahlkegel formt und gleichzeitig die Strahlungsquelle 18 vor äußeren Einflüssen schützt.
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Der außerhalb des Gehäuses 4 des Scheinwerfers 2 angeordnete mindestens eine Infrarotstrahler 18 ist vorzugsweise auf einem Reinigungssystem 24 einer der Abdeckscheibe 6 des Scheinwerfers 2 zugeordneten Scheinwerferreinigungsanlage des Scheinwerfers 2 angeordnet. Das Reinigungssystem 24 umfasst bspw. einen starren Träger, der sich von der Karosserie oder der Stoßstange des Fahrzeugs bis in einen Bereich in Fahrtrichtung vor der Abdeckscheibe 6 des Scheinwerfers 2 erstreckt. An einem distalen Ende des Trägers kann eine Reinigungsdüse 26 angeordnet sein, über die eine Reinigungsflüssigkeit 28 mit einem relativ hohen Druck auf die Außenseite der Abdeckscheibe 6 gespritzt werden kann, um auf der Außenseite der Abdeckscheibe 6 haftenden Schmutz aufzuweichen, zu lösen und wegzuspülen. Die Betätigung des Reinigungssystems 24, d.h. das Spritzen von Reinigungsflüssigkeit 28 auf die Abdeckscheibe 6, kann entweder manuell oder aber automatisch zusammen mit einer Aktivierung einer Reinigungsanlage für eine Windschutzscheibe des Fahrzeugs, ggf. nur bei eingeschaltetem Scheinwerfer 2, erfolgen. Alternativ kann das Reinigungssystem 24 auch einen teleskopisch ausfahrbaren Träger umfassen, der zwischen einer versenkten Ruheposition und einer ausgefahrenen Arbeitsposition bewegbar ist. In der Ruheposition ist die Reinigungsdüse 26 vor Schmutz, Stößen und Umwelteinflüssen geschützt im Kraftfahrzeug angeordnet. In der Arbeitsposition ist der Träger ausgefahren und erstreckt sich von der Karosserie oder der Stoßstange des Fahrzeugs bis zu dem distalen Ende mit der Reinigungsdüse 26 in einem Bereich in Fahrtrichtung vor der Abdeckscheibe 6 des Scheinwerfers 2.
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Ein Durchmesser bzw. eine Umrandung des optischen Empfangspfads 12d ist bevorzugt mit einem ersten Blendenelement 30 gegen interne/externe Störeinflüsse abgeschirmt. Das erste Blendenelement 30 ist dabei so gestaltet, dass es das Sichtfeld (sog. Field of View) des Empfangspfads 12d gerade nicht abschattet, so dass ein möglichst großer Anteil der von dem Objekt 14 reflektierten bzw. gestreuten Strahlung auf dem Empfangspfad 12d zu dem LiDAR-Modul 12 gelangen kann. Andererseits wird alles Licht bzw. alle Strahlung von außerhalb des Sichtfelds blockiert. Dies verbessert das Signal-Rauschverhältnis des LiDAR-Moduls 12.
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Bevorzugt ist das erste Blendenelement 30 bis maximal nah an die Innenseite der Abdeckscheibe 6 herangezogen, sodass nur externe Strahlung von außerhalb des Scheinwerfers 2 in den Empfangspfad 12d gelangen kann und internes Streulicht bzw. interne Streustrahlung und Reflexionen, die z.B. von in dem Sendepfad 12c an der Abdeckscheibe 6 erzeugt werden, nicht zu einer Störung des LiDAR-Moduls 12 führen.
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Die Abdeckscheibe 6 kann in den Flächenbereichen 6b, 6c des LiDAR-Moduls 12 nicht als klare Scheibe ausgeführt sein, sondern als eine 2K-Abdeckscheibe mit einer Komponente, bspw. einer Schwarzkomponente, die für sichtbares Licht intransparent ist, für die LiDAR-Strahlung im IR-Bereich jedoch transparent. So können das LiDAR-Modul 12, Blenden und ähnliches durch die Schwarzkomponente verdeckt werden, ohne das Design des Scheinwerfers 2 und die Funktionsfähigkeit des LiDAR-Moduls 12 negativ zu beeinflussen. Statt einer Schwarzkomponente in der Abdeckscheibe 6 kann auch ein zusätzliches Teil, z.B. ein zweites Blendenelement oder eine Beschichtung der Abdeckscheibe 6 in den Flächenbereichen 6b, 6c, mit entsprechenden optischen Eigenschaften in dem Gehäuse 4 des Scheinwerfers 2 vor dem LiDAR-Modul 12 angeordnet werden.
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Falls der Flächenbereich 6c der Abdeckscheibe 6 im Empfangspfad 12d gegenüber externen (Stör-) Einflüssen geschützt ist, kann dieser Bereich 6c auch nicht mehr durch Lichtquellen des Lichtmoduls 8 bzw. Strahlungsquellen des LiDAR-Moduls 12 oder eine interne Belüftung des Scheinwerfers 2 enttaut werden. Genau hier kann die Erfindung Abhilfe schaffen, indem außerhalb des Scheinwerfers 2 die mindestens eine externe Strahlungsquelle 18 vorgesehen ist, deren Strahlung 20 zum Enttauen zumindest des Flächenbereichs 6c der Abdeckscheibe 6 genutzt werden kann.
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Außer zum Enttauen der Abdeckscheibe 6 kann die mindestens eine externe Strahlungsquelle 18 auch zur Ermittlung eines Verschmutzungsgrads der Abdeckscheibe 6 genutzt werden, was nachfolgend an dem Beispiel der 2 und 3 näher erläutert wird. Dabei gibt es verschiedene Realisierungsmöglichkeiten, von denen hier einige beispielhaft angeführt sind. Die Wellenlänge der Strahlung 20 der Strahlungsquelle 18 ist bevorzugt derart, dass sie einerseits möglichst gut zur Enttauung der Abdeckscheibe 6 geeignet ist, und andererseits durch den mindestens einen IR-Sensor 12b des Lidarmoduls 12 detektiert werden kann.
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In dem Fall der 2 mit einer sauberen Abdeckscheibe 6 ist der Strahlengang der Strahlungsquelle 18 derart, dass von ihr ausgesandte Strahlung 20 nicht direkt in den IR-Sensor 12b leuchtet, sondern an dem ersten Blendenelement 30 des Empfangspfads 12d (oder wahlweise an einem anderen Bauteil des Scheinwerfers 2) absorbiert und/oder möglichst oft reflektiert wird, so dass der Anteil der in den IR-Sensor 12d trifft, minimiert wird. Befindet sich jedoch - wie in 3 gezeigt - Schmutz 32 im Bereich 6c auf der Abdeckscheibe 6, so wird die Strahlung 20 dort gestreut. Anteile der Strahlung 20 werden auch in Richtung des IR-Sensors 12b gelenkt. Wenn in dem IR-Sensor 12b ein Signal durch die Strahlungsquelle 18 erzeugt wird, deutet dies auf eine Verschmutzung der Abdeckscheibe 6 hin.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform könnte der optische Pfad zur Detektion von Schmutz auf der Abdeckscheibe 6 auch umgekehrt werden. Dabei könnte der IR-Strahler 12a des LiDAR-Moduls 12 als Lichtquelle genutzt werden und außerhalb des Scheinwerfers 2 ein Strahlungsdetektor vorgesehen werden. Vorzugsweise könnte der Strahlungsdetektor ebenfalls an dem Reinigungssystem 24 der Scheinwerferreinigungsanlage angeordnet sein. Besonders bevorzugt wäre es dabei, wenn die Strahlungsquelle 18 zumindest vorübergehend (z.B. zu bestimmten Zeitpunkten, insbesondere in regelmäßigen zeitlichen Abständen) in einem Fotozellenmodus als Strahlungsdetektor betrieben wird. Im Falle einer sauberen Abdeckscheibe 6 würde die IR-Strahlung des Sendepfads 12c ungehindert aus der Abdeckscheibe 6 herausleuchten. Falls sich jedoch Schmutz auf der Abdeckscheibe 6 befindet, würde ein Anteil der IR-Strahlung des Sendepfads 12c in Richtung des Strahlungsdetektors an dem Reinigungssystem 24 gestreut. Wird ein Signal des IR-Strahlers 12a in dem Strahlungsdetektor an dem Reinigungssystem 24 detektiert, würde dies ebenfalls auf eine Verschmutzung der Abdeckscheibe 6 hindeuten.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform ist es denkbar, dass das erste Blendenelement 30 aus Lamellen 34 besteht, um einerseits Licht bzw. Strahlung zu absorbieren, aber andererseits einen Luftstrom 36 durch das Blendenelement 30 hindurch an der Abdeckscheibe 6 entlang zu ermöglichen. Die Lamellen 34 sind dabei vorzugsweise so angeordnet, dass sie den Luftstrom 36 in der vorgesehenen Richtung möglichst nicht oder nur geringfügig ablenken und internes Streulicht, insbesondere von dem IR-Strahler 12a des LiDAR-Moduls 12 nicht in Richtung des IR-Sensors 12b gelangen kann. Bevorzugt ist das erste Blendenelement 30 trichterartig um das Sichtfeld des IR-Sensors 12b bzw. um den Empfangspfad 12d herum angeordnet. Es ist jedoch auch möglich, dass das erste Blendenelement 30 nur die Richtungen um den IR-Sensor 12b herum abschirmt, aus denen Störeinflüsse zu erwarten sind, z.B. zwischen IR-Sensor 12b und Senderpfad 12c. In diesem Fall wäre dann auch eine Luftströmung 36 weniger stark beeinträchtigt, als durch ein geschlossenes trichterförmiges Blendenelement 30.
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Da der Strahlquerschnitt des Senderpfads 12c häufig kleiner als der Strahlquerschnitt des Empfangspfads 12d ist, kann auch nur der Senderpfad 12c mit einem Blendenelement abgeschirmt werden, sodass ungewollte Reflexionen in den Empfangspfad 12d hinein reduziert werden. Das Blendenelement könnte dann kleiner ausfallen und würde eine etwaige Luftströmung 36 weniger stark beeinträchtigen. Allerdings wäre dann auch das Signal-Rauschverhältnis des IR-Sensors 12b nicht verbessert.
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Ferner wäre es denkbar, dass das erste Blendenelement 30 um den Empfangspfad 12d so gestaltet ist, dass es gezielt als Luftführung fungiert. So kann z.B. das LiDAR-Modul 12 von hinten mit einem Lüfter (nicht dargestellt) belüftet werden, und die erwärmte Kühlluft wird durch das Blendenelement 30 an die Abdeckscheibe 6 geführt, sodass diese an dieser Stelle durch den Luftstrom gezielt erwärmt wird. Das erste Blendenelement 30 geht in dieser Variante bevorzugt nicht bis ganz an die Abdeckscheibe 6 heran, sondern lässt den Luftstrom an der Abdeckscheibe 6 z.B. nach oben abströmen.
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Um im Falle einer erkannten Verschmutzung der Abdeckscheibe 6 den Reinigungsaufwand zu reduzieren, kann auch eine „intelligente“ Reinigung der Abdeckscheibe 6 durchgeführt werden, die nur dann aktiviert wird, wenn die Abdeckscheibe 6 wirklich verschmutzt ist. Ferner wäre es denkbar, dass die Abdeckscheibe 6 im Rahmen der „intelligenten“ Reinigung nur in denjenigen Flächenbereichen gereinigt wird, wo die Abdeckscheibe 6 verschmutzt ist. So wäre es bspw. denkbar, die Reinigungsdüse 26 und die Strahlungsquelle 18 bzw. - sofern vorhanden - deren Optik 19 beweglich anzuordnen, bevorzugt auf einem gemeinsamen Trägerrahmen. Der Abstrahlkegel der Strahlungsquelle 18 entspricht dabei ungefähr einem Flüssigkeitskegel eines Sprühstrahls der Reinigungsdüse 26. Die von den Kegeln abgedeckte Fläche auf der Abdeckscheibe 6 ist dabei jeweils kleiner als die gesamte zu reinigende Fläche der Abdeckscheibe 6. In diesem Fall könnte die Abdeckscheibe 6 mit der beweglichen Strahlungsquelle 18 abgerastert werden. Falls in einer bestimmten Ausrichtung der Strahlungsquelle 18 das detektierte Licht der Strahlungsquelle 18 signifikant erhöht ist, deutet dies auf Schmutz auf der Abdeckscheibe 6 an dem entsprechenden Flächenbereich hin. In diesem Fall kann dann die Reinigungsdüse 26 aktiviert werden, um den verschmutzten Bereich gezielt zu reinigen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19731754 C2 [0003]
- DE 102015007172 A1 [0003]
- DE 19733000 B4 [0005]
- DE 102011080488 A1 [0005]
