DE102019207011B4 - Lens for a motor vehicle and system comprising the lens - Google Patents
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Abstract
Sichtscheibe (110) für ein Kraftfahrzeug (105), wobei die Sichtscheibe (110) folgendes umfasst: eine erste Glasschicht (160), eine zweite Glasschicht (165) und eine zwischen den Glasschichten (160, 165) liegende Kunststoffschicht (155); wobei ein vorbestimmter Abschnitt (135) der Sichtscheibe (110) zum Durchtritt von Licht zu einem optischen Sensor (130) eingerichtet ist; einen thermischen Isolator (150), der dazu eingerichtet ist, einen von dem Abschnitt (135) ausgehenden Wärmefluss entlang der Sichtscheibe (110) zu verringern; und eine innerhalb des Abschnitts (135) an der Sichtscheibe (110) angebrachte Heizeinrichtung (145); dadurch gekennzeichnet, dass eine der Glasschichten (160, 165) im Bereich des thermischen Isolators (150) eine verringerte Stärke aufweist oder abgetragen ist, und ein Material (170), das thermisch weniger leitfähig als eine der Glasschichten (160, 165) ist, den thermischen Isolator (150) bildet und die verringerte Stärke oder Abtragung auffüllt, wobei das Material (170) ein Polyester oder ein Epoxidharz ist, wobei die Kunststoffschicht (155) unverändert bleibt oder im Bereich des thermischen Isolators (150) eine verringerte Stärke aufweist.A lens (110) for a motor vehicle (105), the lens (110) comprising: a first glass layer (160), a second glass layer (165), and a plastic layer (155) between the glass layers (160, 165); wherein a predetermined portion (135) of the lens (110) is set up for the passage of light to an optical sensor (130); a thermal isolator (150) configured to reduce heat flow along the lens (110) from the portion (135); and a heater (145) attached to the lens (110) within the portion (135); characterized in that one of the glass layers (160, 165) has a reduced thickness or has been removed in the area of the thermal insulator (150), and a material (170) which is thermally less conductive than one of the glass layers (160, 165), forms the thermal insulator (150) and fills up the reduced thickness or erosion, the material (170) being a polyester or an epoxy resin, the plastic layer (155) remaining unchanged or having a reduced thickness in the region of the thermal insulator (150).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensor, der an einer Sichtscheibe an einem Kraftfahrzeug angebracht ist. Insbesondere betrifft die Erfindung die Verbesserung optischer Eigenschaften der Sichtscheibe im Bereich des Sensors.The present invention relates to a sensor mounted on a lens on a motor vehicle. In particular, the invention relates to improving the optical properties of the viewing pane in the area of the sensor.
Ein Kraftfahrzeug umfasst eine Frontscheibe, an deren Innenseite ein Sensor angebracht ist, der dazu eingerichtet ist, einen vor dem Kraftfahrzeug liegenden Bereich optisch zu erfassen. Die Frontscheibe umfasst üblicherweise Glas und kann bei ungünstigen Wetterverhältnissen auf der Außenseite mit Eis, Schnee oder Raureif bedeckt sein, sodass die Umwelterfassung des Sensors beeinträchtigt sein kann. Zum Entfernen solcher witterungsbedingter Ablagerungen kann die Frontscheibe aktiv beheizt werden.A motor vehicle includes a windshield, on the inside of which a sensor is attached that is set up to optically detect an area in front of the motor vehicle. The front screen usually comprises glass and in unfavorable weather conditions can be covered with ice, snow or hoarfrost on the outside, so that the environmental detection of the sensor can be impaired. The windscreen can be actively heated to remove such weather-related deposits.
Befindet sich das Kraftfahrzeug in einem Normalbetrieb, so kann die gesamte Frontscheibe oder ein Abschnitt mittels erwärmter Luft erwärmt werden. Zur schnelleren Erwärmung kann die Frontscheibe mit Heizdrähten versehen sein, durch die ein elektrischer Strom geleitet werden kann. Solche Heizdrähte können jedoch die optischen Eigenschaften der Frontscheibe verändern und insbesondere eine ungleichmäßige Veränderung des Brechungsindexes bewirken, sodass der optische Pfad zum Sensor gestört und die Umwelterfassung einer Verzerrung unterworfen sein kann. Ein an der Frontscheibe angebrachtes Heizelement kann wenig effizient sein, weil bereitgestellte Wärme durch die gläserne Frontscheibe seitlich abgeleitet werden kann, sodass der für den Sensor relevante Bereich weniger stark erwärmt wird. Eine Erhitzung mittels Infrarotstrahlung hat sich aufgrund begrenzter Leistungsfähigkeit und möglicherweise bewirkter optischer Verzerrungen ebenfalls nicht bewährt.If the motor vehicle is in normal operation, the entire windscreen or a section can be heated using heated air. For faster heating, the windscreen can be provided with heating wires through which an electric current can be passed. However, such heating wires can change the optical properties of the front pane and in particular cause an uneven change in the refractive index, so that the optical path to the sensor can be disturbed and the environmental detection can be subject to distortion. A heating element attached to the front screen can be inefficient because the heat provided can be dissipated laterally through the glass front screen, so that the area relevant to the sensor is heated less. Heating by means of infrared radiation has also not proven itself due to limited performance and the optical distortions that may be caused.
Als relevanter Stand der Technik sind außerdem die
Eine der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht in der Angabe einer verbesserten Technik zur Erwärmung einer Sichtscheibe eines Kraftfahrzeugs im Bereich eines optischen Sensors. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.One of the objects on which the present invention is based is to specify an improved technique for heating a viewing window of a motor vehicle in the area of an optical sensor. The invention solves this problem by means of the subject matter of the independent claims. Subclaims reflect preferred embodiments.
Eine Sichtscheibe für ein Kraftfahrzeug umfasst eine Glasschicht. Ein vorbestimmter Abschnitt der Sichtscheibe ist zum Durchtritt von Licht zu einem optischen Sensor eingerichtet. Ferner umfasst die Sichtscheibe einen thermischen Isolator, der dazu eingerichtet ist, einen von dem Abschnitt ausgehenden Wärmefluss entlang der Sichtscheibe zu verringern.A lens for a motor vehicle includes a glass layer. A predetermined section of the viewing pane is set up for the passage of light to an optical sensor. Furthermore, the visor includes a thermal insulator which is set up to reduce a heat flow emanating from the section along the visor.
Es wurde erkannt, dass thermische Energie, die zum Erwärmen des Abschnitts der Sichtscheibe eingesetzt wird, durch die Glasschicht entlang der Sichtscheibe abgeleitet werden kann, sodass er nicht für den Abschnitt zur Verfügung steht. Durch den thermischen Isolator kann ein Fluss von Wärme von dem Abschnitt in die umgebende Glasschicht verringert werden. Der Abschnitt kann dadurch schneller oder stärker erwärmt werden. Eine Befreiung des Abschnitts beispielsweise von Schnee, Eis oder Raureif kann eine kürzere Zeit benötigen. Der Sensor kann schneller vollständig genutzt werden. Der Sensor kann beispielsweise eine Kamera umfassen und allgemein zur Steuerung des Kraftfahrzeugs genutzt werden, optional auch an einem autonom steuerbaren Kraftfahrzeug.It has been recognized that thermal energy used to heat the portion of the lens can be dissipated through the glass layer along the lens so that it is not available to the portion. A flow of heat from the section into the surrounding glass layer can be reduced by the thermal insulator. As a result, the section can be heated faster or more intensely. It may take a shorter time to clear the section of snow, ice or hoarfrost, for example. The sensor can be fully used more quickly. The sensor can include a camera, for example, and can be used in general to control the motor vehicle, optionally also on an autonomously controllable motor vehicle.
Es ist bevorzugt, dass der thermische Isolator den Abschnitt umschließt. So kann Wärme an dem Abschnitt weiter verbessert konzentriert werden. Das Umschließen ist bevorzugt vollständig, sodass möglichst in keiner Richtung entlang der Sichtscheibe eine Wärmebrücke existiert.It is preferable that the thermal insulator encloses the section. Thus, heat can be further improved concentrated at the portion. The enclosing is preferably complete, so that as far as possible there is no thermal bridge in any direction along the visor.
Erfindungsgemäß umfasst die Sichtscheibe eine Kunststoffschicht, die zwischen einer inneren Glasschicht und einer äußeren Glasschicht liegt. Ein solches Material ist unter der Bezeichnung Verbund-Sicherheitsglas (VSG) bekannt.According to the invention, the viewing pane comprises a plastic layer which lies between an inner glass layer and an outer glass layer. Such a material is known as laminated safety glass (VSG).
Die innere Glasschicht oder die äußere Glasschicht weist erfindungsgemäß im Bereich des thermischen Isolators eine verringerte Stärke auf oder ist abgetragen. Durch das Verringern des Querschnitts der inneren Glasschicht kann bereits ein beträchtlicher Isolationseffekt erzielt werden. Dabei können die äußere Glasschicht und/oder die Kunststoffschicht unverändert bleiben. Bleibt die äußere Glasschicht bestehen, so kann eine Resistenz gegen Abrasion oder Verkratzen unverändert hoch sein. Bleibt die Kunststoffschicht bestehen, so kann ihr Einfluss auf ein Bruchverhalten der Sichtscheibe, insbesondere bei einem Aufprall einer Person oder eines Objekts, unverändert sein.According to the invention, the inner glass layer or the outer glass layer has a reduced thickness in the area of the thermal insulator or has been removed. A considerable insulation effect can already be achieved by reducing the cross-section of the inner glass layer. The outer glass layer and/or the plastic layer can remain unchanged. If the outer glass layer remains, resistance to Abrasion or scratching will remain high. If the plastic layer remains, its influence on the rupture behavior of the lens, especially when a person or an object impacts, can remain unchanged.
Eine thermische Leitfähigkeit von Glas liegt üblicherweise etwa eine Größenordnung höher als die der Kunststoffschicht. Erfindungsgemäß weist die Kunststoffschicht im Bereich des thermischen Isolators eine verringerte Stärke auf oder bleibt unverändert.A thermal conductivity of glass is usually about an order of magnitude higher than that of the plastic layer. According to the invention, the plastic layer has a reduced thickness in the area of the thermal insulator or remains unchanged.
In dem zur Durchtritt von Licht eingerichteten Abschnitt selbst ist eine hohe Wärmeleitfähigkeit entlang der Sichtscheibe allgemein erwünscht, um Wärme von der Heizeinrichtung weiterzuleiten und für ein gutes Abtauverhalten zu sorgen. In diesem Bereich erfolgt bevorzugt keine Veränderung der Sichtscheibe. Allerdings kann hier beispielsweise aus fertigungs- oder sicherheitstechnischen Gründen ebenfalls Glas oder Kunststoff in seiner Stärke verringert oder abgetragen werden.In the section designed for the passage of light itself, a high thermal conductivity along the viewing pane is generally desired in order to conduct heat from the heating device and to ensure good defrosting behavior. In this area there is preferably no change in the viewing pane. However, the thickness of glass or plastic can also be reduced or removed here, for example for production or safety reasons.
Erfindungsgemäß füllt ein Material, das thermisch weniger leitfähig als eine der Glasschichten ist, die verringerte Stärke oder Abtragung auf. Das Material wird flüssig oder pastös eingefüllt und härtet später zu einem Feststoff aus oder bindet später zu einem Feststoff ab. Erfindungsgemäß wird ein Polyester oder ein Epoxidharz verwendet. Bevorzugt ist das Material zumindest nach dem Aushärten farblos und/oder transparent, sodass optische Eigenschaften der Sichtscheibe möglichst wenig beeinträchtigt werden.According to the invention, a material that is less thermally conductive than one of the glass layers fills in the reduced thickness or erosion. The material is filled in as a liquid or pasty and later hardens to form a solid or later binds to form a solid. According to the invention, a polyester or an epoxy resin is used. The material is preferably colorless and/or transparent, at least after curing, so that the optical properties of the viewing panel are impaired as little as possible.
In einer Ausführungsform wird mehr Material eingefüllt als durch die verringerte Stärke oder Abtragung entfernt oder eingespart wurde. Die Sichtscheibe kann somit im Bereich des thermischen Isolators oder an dem Abschnitt leicht konvex geformt sein.In one embodiment, more material is filled in than removed or saved by the reduced thickness or erosion. The viewing pane can thus be slightly convex in shape in the area of the thermal insulator or on the section.
Erfindungsgemäß ist innerhalb des Abschnitts eine Heizeinrichtung an der Sichtscheibe angebracht. Die Heizeinrichtung befindet sich bevorzugt in Anlage mit der Sichtscheibe und kann den Abschnitt auf einer Innenseite des thermischen Isolators umschließen. Durch die Heizeinrichtung bereitgestellte Wärme kann von einer Ableitung in einer Richtung von dem Abschnitt weg abgehalten werden, sodass der Abschnitt verbessert gleichmäßig erwärmt werden kann. Bevorzugt ist die Heizeinrichtung durch ein elektrisch leitfähiges Material gebildet, das mittels eines elektrischen Stroms erwärmt werden kann.According to the invention, a heating device is attached to the viewing pane within the section. The heating device is preferably in contact with the viewing window and can enclose the section on an inside of the thermal insulator. Heat provided by the heater can be kept from dissipating in a direction away from the portion, so that the portion can be heated evenly in an improved manner. The heating device is preferably formed by an electrically conductive material that can be heated by means of an electric current.
Die Sichtscheibe kann eines von einer Frontscheibe, einer Heckscheibe und einer Seitenscheibe des Kraftfahrzeugs umfassen. In einer weiteren Variante kann auch ein Dachfenster oder eine andere Sichtscheibe betroffen sein.The lens may include one of a front window, a rear window, and a side window of the automobile. In a further variant, a skylight or another window can also be affected.
In einer anderen Ausführungsform ist das an der Sichtscheibe angebrachte Material opak. Das opake Material ist bevorzugt flächig derart an der Glasscheibe angebracht, dass es von der Außenseite der Sichtscheibe zu sehen ist. Dadurch kann von außen einfallendes Sonnenlicht zur Erwärmung der Sichtscheibe nahe dem Bereich verwendet werden.In another embodiment, the material attached to the lens is opaque. The opaque material is preferably attached to the glass pane over a large area in such a way that it can be seen from the outside of the viewing pane. This allows outside sunlight to be used to heat the lens near the area.
Ein System umfasst eine hierin beschriebene Sichtscheibe und eine an dem Abschnitt angebrachte Sensoranordnung. Die Sensoranordnung umfasst einen optischen Sensor, beispielsweise eine Kamera, eine Tiefenkamera oder einen optischen Entfernungsmesser. Optional ist an der Sensoranordnung eine Heizeinrichtung angebracht, die dazu eingerichtet ist, den Abschnitt zu erwärmen, beispielsweise mittels infraroter Strahlung.A system includes a lens as described herein and a sensor assembly attached to the portion. The sensor arrangement includes an optical sensor, for example a camera, a depth camera or an optical range finder. Optionally, a heating device is attached to the sensor arrangement, which is set up to heat the section, for example by means of infrared radiation.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
-
1 ein beispielhaftes System zur Verwendung an Bord eines Kraftfahrzeugs; und -
2 einen Schnitt durch eine beispielhafte Sichtscheibe für ein Kraftfahrzeug darstellt.
-
1 an exemplary system for use on board a motor vehicle; and -
2 represents a section through an exemplary lens for a motor vehicle.
Die Sensoranordnung 115 umfasst bevorzugt wenigsten seinen optischen Sensor 130, beispielsweise einen Helligkeitssensor, eine Kamera oder einen Sensor für eine Sonneneinstrahlung. Es können auch mehrere Sensoren 130 vorgesehen sein, die unterschiedliche Ausrichtungen oder Öffnungswinkel aufweisen oder gegenüber Licht unterschiedlicher Wellenlängen empfindlich sein können. In einer Ausführungsform ist eine Lichtquelle von der Sensoranordnung 115 umfasst.The
Licht, das zwischen der Sensoranordnung 115 und dem Außenraum 125 ausgetauscht wird, fällt durch einen vorbestimmten Abschnitt 135 der Sichtscheibe 110. Eine optionale Streulichtblende 140 ist dazu eingerichtet, seitlich einfallendes oder ausfallendes Licht im Innenraum abzuschirmen. Die Streulichtblende 140 kann sich nach Art eines Trichters zwischen der Sensoranordnung 115 und einer inneren Oberfläche der Sichtscheibe 110 im Bereich des Abschnitts 135 erstrecken und optional eine Haltefunktion für die Sensoranordnung 115 an der Sichtscheibe 110 erfüllen. Dazu kann die Streulichtblende 140 mit der Sichtscheibe 110 verklebt sein.Light that is exchanged between the
Weiter bevorzugt ist an der Sichtscheibe 110 eine Heizeinrichtung 145 vorgesehen, die dazu eingerichtet ist, die Sichtscheibe 110 im Bereich des Abschnitts 135 zu erwärmen. Vorliegend umfasst die Heizeinrichtung 145 ein elektrisch leitfähiges Material, das möglichst flächig an der Sichtscheibe 110 anliegt und Anschlüsse zur Verbindung mit einer Stromquelle aufweisen kann. Bevorzugt liegt die Heizeinrichtung außerhalb des Abschnitts 135, um optische Eigenschaften der Sensoranordnung 115 nicht zu beeinträchtigen, aber gleichzeitig möglichst nahe an dem Abschnitt 135, um den Abschnitt 135 zu erwärmen. Zweck der Heizeinrichtung 145 ist, den Abschnitt 135 bei Bedarf abzutauen, also so weit zu erwärmen, dass sich Eis, Schnee oder Raureif im Außenraum 125 in Wasser umwandeln und auch, dass dort befindliches Wasser verdunstet oder verdampft.More preferably, a
Um ein Ableiten von Wärme entlang der Sichtscheibe 110 zu verhindern wird vorgeschlagen, einen thermischen Isolator 150 vorzusehen, der so angebracht ist, dass er einen Wärmefluss von der Heizeinrichtung 145 in einer Richtung vom Abschnitt 135 weg möglichst eindämmt. Dazu kann der thermische Isolator 150 auf einer vom Abschnitt 135 entfernten Seite der Heizeinrichtung 145 liegen und insbesondere an oder in der Sichtscheibe 110 angebracht sein.In order to prevent heat from being dissipated along the
Die Sichtscheibe 110 ist bevorzugt als Verbund-Sicherheitsglas ausgeführt und umfasst eine Kunststoffschicht 155, die unmittelbar zwischen einer inneren Glasschicht 160 und einer äußeren Glasschicht 165 liegt und mit diesen flächig verbunden ist. Die Kunststoffschicht 155 kann aus einem Duroplast, beispielsweise CR-39, einem Epoxid und/oder einem Acryl herstellbar sein. Die Glasschichten 160, 165 haben üblicherweise relativ geringe thermische Widerstände im Bereich von ca.
Um ein Abfließen von Wärme von der Heizeinrichtung 145 in
Die innere Glasschicht 160, die Kunststoffschicht 155 und/oder die äußere Glasschicht 160 können jeweils in ihrer Dicke zwischen dem Innenraum 120 und dem Außenraum 125 (in
In der in
BezugszeichenlisteReference List
- 100100
- Systemsystem
- 105105
- Kraftfahrzeugmotor vehicle
- 110110
- Sichtscheibewindow
- 115115
- Sensoranordnungsensor arrangement
- 120120
- Innenrauminner space
- 125125
- Außenraumoutdoor space
- 130130
- Sensorsensor
- 135135
- Abschnittsection
- 140140
- Streulichtblendelens hood
- 145145
- Heizeinrichtungheating device
- 150150
- thermischer Isolatorthermal insulator
- 155155
- Kunststoffschichtplastic layer
- 160160
- innere Glasschichtinner glass layer
- 165165
- äußere Glasschichtouter glass layer
- 170170
- Materialmaterial
- 175175
- opake Schichtopaque layer
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