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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fensterscheibe.
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Die vorliegende Erfindung betrifft weiter ein optisches System, das eine solche Fensterscheibe umfasst.
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Die vorliegende Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Überwachen einer Fensterscheibe.
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Stand der Technik
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Um Fahrzeuge zu entwickeln, die selbstständig fahren können, werden Sensoren mit optischen Technologien wie Radar-, Sonar-, Kamera- oder LiDAR-Systemen benötigt, um die Umgebung, beispielsweise andere Fahrzeuge in der Umgebung, zu identifizieren. Dieser Sensor wird in das Äußere eines Fahrzeugs integriert werden, sodass er einem sehr ungünstigen Szenario standhalten muss.
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Solche optischen Systeme reagieren sehr empfindlich auf jede Änderung in ihrer Datenerfassung, wenn etwas das natürliche Licht oder die Ausgangssignale blockiert. Die falsche Wahrnehmung der Umgebung kann zu Fehlentscheidungen des Fahrzeugsystems führen und möglicherweise sogar die Insassen in Gefahr bringen. Um Fehler bei der Datenerfassung dieser Systeme zu vermeiden, die dazu beitragen sollen, das Ziel des autonomen Fahrens zu erreichen, sind Lösungen zur Störungsidentifikation, beispielsweise durch Störobjekte auf oder Risse in einer Fensterscheibe erforderlich, die das „Sichtfeld“ des Sensors selbst nicht stören können.
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LiDAR-Systeme zum Beispiel sind sehr abhängig von der Fläche, auf die der Laser den Lichtpuls schießt. Wenn diese Fläche irgendeine Art von Verunreinigung beziehungsweise Schadstoff oder ein Störobjekt oder einen Riss enthält, stoppt dies den Lichtpuls und gibt die Information eines oder mehrerer Pixel mit Abstand 0 oder maximalem Abstand aus, was das System mit falschen Informationen täuscht und alle vom Feedback des LiDAR-Systems abhängigen Systeme kompromittiert. Dasselbe kann mit Kameras oder jeder Art von optischen Sensoren geschehen.
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Problematisch ist, korrekt zu erkennen, wann eine Fensterscheibe, die insbesondere optische Systeme wie Kameras oder LiDAR-Systeme schützt, gereinigt oder repariert bzw. ersetzt werden muss. Eine Verschmutzungs- und/oder Risserkennungseinrichtung könnte die optischen Eigenschaften und den Betrieb der Kamera oder des LiDAR-Systems beeinträchtigen, was nachteilhaft wäre. Auch kann es im Allgemeinen überhaupt schwierig sein, zu erkennen, ob die Fensterscheibe möglicherweise gerissen ist.
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Bekannte Sensoren könnten mit ebenen oder gekrümmten Fensterscheibenplatten inkompatibel sein. Der Stromverbrauch des bekannten Sensors könnte nachteilhaft hoch sein. Der bekannte Sensor könnte den Nachteil haben, gegen Wasser (insbesondere Regen) und eine Vielzahl von Schadstoffen empfindlich zu sein. Der bekannte Sensor wäre unter rauen Umgebungsbedingungen in Bezug auf Temperatur, Vibrationen, Feuchtigkeit, Nebel und Sonneneinstrahlung im Einsatz, was Probleme verursachen kann. Der bekannte Sensor könnte gegenüber einer möglichen Abnutzung anfällig sein, die durch eine Reinigungseinrichtung, wie beispielsweise Scheibenwischer, selbst verursacht wird.
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Aus der
US 2019/075275 ist eine LiDAR-Vorrichtung bekannt. Angrenzend an eine Hochwiderstandsregion, die ein Metallmaterial aufweisen kann, ist eine Niedrigwiderstandsregion, die MOx aufweisen kann, bereitgestellt. Die Hochwiderstandsregion und die Niedrigwiderstandsregion sind auf einem gemeinsamen Substratmaterial angeordnet.
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Die
WO 2018/193045 zeigt und beschreibt einen Detektor zur optischen Erfassung. Eine Substratschicht kann ein transparentes leitfähiges Oxid umfassen, das aluminium-dotiertes Zinkoxid ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird eine Fensterscheibe zur Verfügung gestellt, wobei die Fensterscheibe einen unterbrochenen Schaltkreis aufweist, der dafür eingerichtet ist, beim Eintreten eines Auslöseereignisses automatisch geschlossen zu werden.
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Vorteile der Erfindung
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Die Fensterscheibe hat den Vorteil, dass das Gesamtdesign der Fensterscheibe durch den Schaltkreis nur wenig beeinträchtigt wird und auch die optischen Eigenschaften der Fensterscheibe wenig beeinflusst werden.
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Der Schaltkreis weist vorzugsweise eine Unterbrechung auf, deren Überbrückung oder Zerstörung das Auslöseereignis darstellt und den Schaltkreis automatisch schließt. So kann ein Stromfluss in dem Schaltkreis durch Schließen der Unterbrechung ermöglicht werden, der auf einfache Weise das Eintreten des Auslöseereignisses erkennbar macht. Ein bevorzugtes Auslöseereignis ist das Eintreten einer Verschmutzung der Fensterscheibe, die die Unterbrechung überbrückt. Wird die Unterbrechung durch die Verschmutzung überbrückt, kann der Schaltkreis dadurch automatisch geschlossen werden. Ein weiteres bevorzugtes Auslöseereignis ist das Auftreten eines Risses in der Fensterscheibe, der die Unterbrechung zerstört. Wird die Unterbrechung durch den Riss zerstört, kann der Schaltkreis dadurch ebenfalls automatisch geschlossen werden.
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Die Unterbrechung ist besonders vorzugsweise dafür angeordnet, mittels eines Störobjekts überbrückt zu werden, was das Auslöseereignis darstellt und den Schaltkreis automatisch schließt. So wird das Störobjekt selbst ein Teil des Schaltkreises, was Bauelemente des Schaltkreises sparen kann. Auf diese Weise kann eine Blockierung der Fensterscheibe erkannt werden, durch Kontaktieren des Schaltkreises mit dem Störobjekt, das die Blockierung verursacht. Die Unterbrechung weist eine Breite auf, die ausreicht, um eine elektrische Leitung im Schaltkreis zu verhindern, solange das Auslöseereignis nicht eingetreten ist. Gleichzeitig sollte die Breite der Unterbrechung aber so gewählt sein, dass sie durch erwartete Störobjekte noch überbrückt werden kann. Diese Herangehensweise nutzt die natürliche Leitfähigkeit der Materialien des Störobjekts als ein Hilfsmittel, um die Anwesenheit von Störobjekten, insbesondere auf einem Deckglas eines optischen Systems, das eine bevorzugte Fensterscheibe ist, zu identifizieren. Das Störobjekt ist vorzugsweise eine Art von Verschmutzung, insbesondere Staub oder Sand. Andere mögliche Verschmutzungen sind Wassertropfen, insbesondere Regentropfen, oder Eis. Das Störobjekt muss nur eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit und Abmessung aufweisen, um die Unterbrechung überbrücken und so den Schaltkreis schließen zu können. Auch ein Finger einer Person könnte ein Störobjekt sein. Eine Fensterscheibenplatte, die den Schaltkreis trägt, kann ein Deckglas eines optischen Systems sein, das das optische System nach außen in Bezug auf eine Umwelt abschirmt. Auf solchen Deckgläsern sammelt sich oft Schmutz an und beeinträchtigt den Betrieb des optischen Systems, sodass die Erkennung von Störobjekten auf den Deckgläsern besonders nützlich sein kann. Die Fensterscheibenplatte kann aus Glas oder Kunststoff gebildet sein. Der Kunststoff kann insbesondere ein Polymer umfassen.
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Ein Riss in der Fensterscheibenplatte würde hingegen in einigen Ausführungsformen automatisch zu einer Zerstörung der Unterbrechung führen. Dann kann der Schaltkreis ohne Überbrücken mittels eines Störobjekts geschlossen werden, nur durch die rissbedingte Zerstörung der Unterbrechung. Ein alternatives Auslöseereignis wäre in diesem Fall also die Zerstörung der Unterbrechung. Ein wiederholtes erfolgloses Reinigen der Fensterscheibe, insbesondere des Schaltkreises, der auf der Fensterscheibenplatte angeordnet ist, mittels einer optionalen Reinigungseinrichtung der Fensterscheibe kann daher in Ausführungsformen vorzugsweise durch eine Risserkennungseinrichtung vorteilhaft als mögliche Beschädigung der Fensterscheibenplatte interpretiert werden. In manchen Ausführungsformen ermöglicht die Anwesenheit des unterbrochenen Schaltkreises also eine Verschmutzungserkennung und/oder eine Risserkennung bei der Fensterscheibe.
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Die Unterbrechung ist in manchen Ausführungsformen durch einen Isolator gebildet. So kann der Schaltkreis stabil unterbrochen sein, solange das Auslöseereignis nicht eingetreten ist. Es kann sich bei dem Isolator um eine Isolatordünnschicht handeln. Die gewählte Dicke des Isolators bestimmt in Ausführungsformen die minimale Größe des Störobjekts, um den Schaltkreis zu schließen und so eine Auslösung/Antwort einer Verschmutzungserkennungseinheit zu bewirken.
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Der Isolator ist vorzugsweise dafür angeordnet, einen ersten leitfähigen Bereich des Schaltkreises und einen zweiten leitfähigen Bereich des Schaltkreises elektrisch zu unterbrechen. So kann auf wirksame Weise ein Stromfluss zwischen den beiden leitfähigen Bereichen verhindert werden, solange die Unterbrechung nicht durch das Störobjekt überbrückt oder, alternativ dazu, zerstört wird. Die beiden leitfähigen Bereiche sind elektrisch leitfähig. Der Isolator ist elektrisch isolierend. Vorzugsweise ist der Isolator zwischen den beiden leitfähigen Bereichen angoerdnet. Der Isolator ist vorzugsweise sandwichartig zwischen dem ersten leitfähigen Bereich und dem zweiten leitfähigen Bereich angeordnet. Vorzugsweise dient der erste leitfähige Bereich als Spannungsausgang (Highlevel) und der zweite leitfähige Bereich als Spannungseingang (Lowlevel). Tritt das Auslöseereignis ein, dann führt dies zu einem Strom von der Hochspannungsseite zur Niederspannungsseite. Der Isolator umfasst vorzugsweise ein Material, das dazu eingerichtet ist, das Licht auf der durch den Sensor, der hinter der Fensterscheibenplatte angeordnet werden soll, verwendeten Wellenlänge unverändert zu lassen. Dann verhält sich der Isolator optisch so wie normales Glas, aus dem die Fensterscheibenplatte vorzugsweise besteht. Besonders bevorzugt ist, dass der Isolator aus einem derartig eingerichteten Material besteht. Der Isolator kann als ein optisches Filter wirken. Wenn der Sensor mit Infrarotlicht arbeiten soll, ist der Isolator vorzugsweise eine Ablagerung von Siliziumoxid, Aluminiumoxid oder Siliziumnitrat. In anderen Ausführungsformen ist der Isolator vorzugsweise ein Polytetrafluorethlyen (PTFE) - Kunststofffilm. Die genannten Materialien haben alle den Vorteil, die in Frage kommenden Wellenlängen für entsprechende Sensoren nicht oder zumindest nur wenig zu beeinflussen und so die Messungen mit den Sensoren nicht oder kaum zu verfälschen. Der Isolator kann auf dem ersten leitfähigen Bereich und/oder dem zweiten leitfähigen Bereich abgelagert sein. Der Isolator kann in Ausführungsformen auf der Fensterscheibenplatte abgelagert sein.
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Mindestens einer der beiden leitfähigen Bereiche ist in einigen Ausführungsformen aus einem transparenten leitfähigen Oxid gebildet. Vorzugsweise ist mindestens einer der beiden leitfähigen Bereiche aus einem transparenten leitfähigen Oxid (TCO) gebildet. Besonders vorzugsweise sind beide leitfähigen Bereiche aus TCO gebildet. Das TCO kann aluminiumdotiertes Zinkoxid (AZO) sein. Dadurch wird eine gute Kompatibilität sowohl mit Glas als auch mit Kunststoff als Fensterscheibe ermöglicht. Der Lichtspektralbereich, in dem die Fensterscheibe eingesetzt werden soll, ist ein wichtiger Faktor, um das zu verwendende TCO zu bestimmen. AZO ist eine sehr gute Option, wenn die Aufgabe ist, Licht aus dem IR- oder dem sichtbaren Bereich zu transmittieren. Durch AZO wird nämlich eine Filterwirkung gegen Störlicht erreicht, weil AZO eine gute Transmissivität für Infrarotlicht und sichtbares Licht aufweist, sodass ein Rauscheffekt bei dem Lichtpuls, der das AZO durchdringt und zu einem Empfänger des optischen Systems gelangt, der beispielsweise eine Avalanche-Photodiode oder ein Photodetektor sein kann, verringert wird. Vorzugsweise weist der Isolator dieselben Eigenschaften hinsichtlich der Lichtdurchlässigkeit auf, wie die beiden leitfähigen Bereiche. So kann eine einheitliche Antwort des Empfängers sichergestellt werden, unabhängig davon, ob das Licht durch den Isolator oder durch einen der beiden leitfähigen Bereiche des Schaltkreises auf die Fensterscheibenplatte und durch sie hindurch fällt.
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Der Isolator, der erste leitfähige Bereich und der zweite leitfähige Bereich bilden vorzugsweise zusammen eine freiliegende ebene Oberfläche aus. So kann erleichtert werden, dass das Störobjekt die Unterbrechung überbrücken kann. Auch wird so verhindert, dass eines des ersten leitfähigen Bereichs, des zweiten leitfähigen Bereichs und des Isolators in Bezug auf die anderen hervorsteht und somit durch die Reinigungseinrichtung, insbesondere einen Scheibenwischer, der Fensterscheibe besonders leicht beschädigt werden könnte.
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Bevorzugt ist, dass der erste leitfähige Bereich eine Spannungsquelle umfasst und der zweite leitfähige Bereich einen Ausgabeanschluss umfasst. So kann ein einfacher, aber funktionaler Schaltkreis mit Unterbrechung bereitgestellt werden. Die Spannungsquelle kann eine Niederspannungsquelle, insbesondere eine 9V-Spannungsquelle sein. So können durch die Spannungsquelle insbesondere Leuchtmittel betrieben werden. In alternativen Ausführungsformen sind stattdessen 3,3V- oder 5V-Spannungsquellen vorgesehen. So können durch die Spannungsquelle insbesondere Reinigungseinrichtungen direkt aktiviert werden. Der Ausgabeanschluss kann entsprechend mit einer LED als Leuchtquelle versehen sein, um anzuzeigen, wenn ein Störobjekt den Schaltkreis geschlossen hat. Statt oder zusätzlich zu der LED kann folglich am Ausgabeanschluss eine Verbindung zu der Reinigungseinrichtung bereitgestellt sein, um die Reinigungseinrichtung zu aktivieren, die Fensterscheibe zu reinigen, wenn der Schaltkreis durch das Auslöseereignis geschlossen ist. So kann eine manuelle Aktivierung der Reinigungseinrichtung vermieden werden. Weiter kann der Ausgabeanschluss mit einer Risserkennungseinrichtung verbunden sein, um eine Beschädigung der Fensterscheibe zu erkennen. Die Beschädigung kann durch die Risserkennungseinrichtung insbesondere dann erkannt werden, wenn mehrfaches Reinigen das Auslöseereignis nicht behebt und daher wahrscheinlich die Unterbrechung nicht durch ein Störobjekt überbrückt, sondern durch einen Riss zerstört wurde.
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Vorzugsweise stellt der zweite leitfähige Bereich einen Eingang zu einem Gate eines Transistors bereit, der dafür eingerichtet ist, durch Überbrücken der Unterbrechung mit Spannung versorgt zu werden, sobald das Auslöseereignis eintritt. Auf diese Weise kann der Schaltkreis einfach durchgeschaltet werden, sobald die Spannung aus dem ersten leitfähigen Bereich über die überbrückte oder zerstörte Unterbrechung an dem Transistor-Gate, auch Basis genannt, angelegt wird. So erreicht man eine Anordnung, die zuverlässig erlaubt, beispielsweise die Anwesenheit von Verschmutzungen oder Rissen auf bzw. in der Fensterscheibe zu identifizieren. Der Transistor, den der zweite leitfähige Bereich vorzugsweise aufweist, ist in Ausführungsformen ein MOSFET. Der Transistor kann ein bipolarer NPN-Transistor sein. Ein erster elektrischer Widerstand verbindet vorzugsweise einen Kollektor des Transistors permanent elektrisch mit der Spannungsquelle. Ein zweiter elektrischer Widerstand verbindet vorzugsweise einen Emitter des Transistors permanent elektrisch mit dem Ausgabeanschluss.
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Mindestens einer der beiden leitfähigen Bereiche weist vorzugsweise eine Dicke von weniger als 1 µm senkrecht zu seiner Erstreckungsebene auf. So wird sichergestellt, dass die Schaltung kaum auf der Fensterscheibenplatte aufträgt und die Reinigungseinrichtung nicht stört. Die Dicke liegt vorzugsweise zwischen 500 nm und 1 µm, insbesondere bei 733 nm. Bevorzugt ist also, dass der erste leitfähige Bereich, der zweite leitfähige Bereich und der Isolator eine Schicht auf der Fensterscheibenplatte bilden. Besonders bevorzugt ist, dass der erste leitfähige Bereich, der zweite leitfähige Bereich und der Isolator eine Schicht bilden, die eine gleichmäßige Dicke von weniger als 1 µm senkrecht zur Erstreckungsebene des Schaltkreises auf der Fensterscheibenplatte aufweist. So wird ein insgesamt kompakter und wenig störender Schaltkreis auf der Fensterscheibenplatte bereitgestellt.
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Die Fensterscheibe ist in manchen Ausführungsformen Teil eines optischen Systems, vorzugsweise eines LiDAR-Systems. Gerade LiDAR-Systeme, speziell Automotive-LiDAR-Systeme, sind oft Verschmutzungen durch Störobjekte ausgesetzt, müssen aber sauber bleiben, um einwandfrei zu funktionieren. Auch Risse sind in Fensterscheiben eines LiDAR-Systems oft sehr störend für dessen Funktionalität. Der vorgeschlagene Schaltkreis kann daher besonders in solchen optischen Systemen hilfreich sein. In anderen Ausführungsformen ist die Fensterscheibe vorzugsweise Teil einer Kamera. Auch bei Kamerasystemen, die ebenfalls bevorzugte optische Systeme sind, ist es oft sehr wichtig, dass Verschmutzungen von und Risse in Fensterscheiben, zum Beispiel an einem Objektiv des Kamerasystems, erkannt werden, um den störungsfreien Betrieb aufrecht zu erhalten. Die Fensterscheibe kann auch einfach eine Windschutzscheibe eines Fahrzeugs sein, deren Verschmutzung durch Störobjekte oder Unversehrtheit mittels des Schaltkreises überwacht werden soll. Andere optische Systeme, die die Fensterscheibe vorzugsweise umfassen können, sind Radarsysteme und Sonarsysteme.
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Weiter wird ein optisches System vorgeschlagen, das eine Fensterscheibe umfasst, die einen unterbrochenen Schaltkreis aufweist, der dafür eingerichtet ist, beim Eintreten eines Auslöseereignisses automatisch geschlossen zu werden.
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Das optische System hat den Vorteil, dass das Gesamtdesign der Fensterscheibe durch den Schaltkreis nur wenig beeinträchtigt wird und auch die optischen Eigenschaften des optischen Systems wenig beeinflusst werden.
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Bei der Fensterscheibe kann es sich um ein Deckglas eines LiDAR-Systems handeln. Das Deckglas ist vorzugsweise dafür angeordnet, Licht in das LiDAR-System einzukoppeln und/oder Licht aus dem LiDAR-System auszukoppeln. Andere optische Systeme, die die Fensterscheibe vorzugsweise umfassen können, sind Radarsysteme, Kamerasysteme und Sonarsysteme. Auch eine Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs kann im Sinne der vorliegenden Anmeldung ein optisches System sein.
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Weitere mögliche Ausführungsformen des optischen Systems und deren Vorteile ergeben sich aus den obigen Erläuterungen zur Fensterscheibe, auf die an dieser Stelle verwiesen wird, um Wiederholungen zu vermeiden.
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Weiter wird ein Verfahren zum Überwachen einer Fensterscheibe vorgeschlagen, das den Schritt Überwachen eines unterbrochenen Schaltkreises, den die Fensterscheibe aufweist, darauf, ob ein Auslöseereignis eintritt, das den Schaltkreis automatisch schließt, umfasst.
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Das Verfahren hat den Vorteil, dass das Gesamtdesign Fensterscheibe durch den Schaltkreis nur wenig beeinträchtigt wird und auch die optischen Eigenschaften der Fensterscheibe wenig beeinflusst werden.
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Das Verfahren kann den Schritt Bereitstellen einer transparenten Fensterscheibenplatte, die vorzugsweise aus Glas oder Kunststoff besteht, einschließen. Weiter kann das Verfahren anschließend Auftragen des Schaltkreises auf die Fensterscheibenplatte umfassen. Bevorzugt ist, dass beim Auftragen ein erster leitfähiger Bereich, ein zweiter leitfähiger Bereich und ein Isolator zwischen diesen beiden leitfähigen Bereichen, der als Unterbrechung der elektrischen Leitfähigkeit dient, aufgetragen werden. Bevorzugt ist, dass in dem ersten leitfähigen Bereich eine Spannungsquelle bereitgestellt wird. Bevorzugt ist, dass in dem zweiten leitfähigen Bereich ein Transistor bereitgestellt wird. Bevorzugt ist, dass in dem zweiten leitfähigen Bereich ein Ausgabeanschluss bereitgestellt wird.
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Bevorzugt ist, dass die Fensterscheibe überwacht wird. Vorgesehen ist, dass ein Eintreten eines Auslöseereignisses, vorzugsweise ein Überbrücken der Unterbrechung zwischen den beiden leitfähigen Bereichen durch Kontaktieren des Schaltkreises mit einem Störobjekt oder aber ein Zerstören der Unterbrechung, den Schaltkreis automatisch schließt. Entsprechend ist vorzugsweise vorgesehen, die Fensterscheibe auf ein Eintreten des Auslöseereignisses zu überwachen.
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Weitere mögliche Verfahrensschritte und deren Vorteile ergeben sich aus den obigen Erläuterungen zur Fensterscheibe, auf die an dieser Stelle verwiesen wird, um Wiederholungen zu vermeiden.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,
- 2 ein schematisches Schaltbild des Ausführungsbeispiels aus 1,
- 3 ein Diagramm, das die Abhängigkeit von Lichtwellenlänge zu Transmissivität bei einem in dem Ausführungsbeispiel verwendeten Material zeigt, und
- 4 eine schematische Darstellung eines Verfahrens nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In der 1 ist eine Fensterscheibe 1 gezeigt. Die Fensterscheibe 1 weist einen unterbrochenen Schaltkreis 2 auf, der dafür eingerichtet ist, beim Eintreten eines Auslöseereignisses automatisch geschlossen zu werden. Hier ist die Fensterscheibe 1 beispielhaft Teil eines optischen Systems 3, nämlich eines LiDAR-Systems 3, das ein bevorzugtes optisches System 3 ist. In nicht gezeigten Ausführungsformen ist das optische System 3 ein Kamerasystem, ein Sonarsystem oder ein Radarsystem. Das LiDAR-System 3 weist einen Infrarotlaser als eine Lichtquelle auf (nicht gezeigt), um eine Umwelt des LiDAR-Systems 3 damit abzutasten. Die Fensterscheibe 1 bildet ein Deckglas des LiDAR-Systems 3, durch das hindurch ein Laserstrahl der Lichtquelle aus dem LiDAR-System 3 ausgekoppelt wird, um die Umwelt damit abzutasten, und anschließend wieder in das LiDAR-System 3 eingekoppelt wird.
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Die Fensterscheibe 1 hat den Vorteil, dass das Gesamtdesign der Fensterscheibe 1 durch den Schaltkreis 2 nur wenig beeinträchtigt wird und auch die optischen Eigenschaften der Fensterscheibe 1 wenig beeinflusst werden.
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Der Schaltkreis 2 weist eine Unterbrechung 4 auf, deren Überbrückung oder Zerstörung das Auslöseereignis darstellt und den Schaltkreis 2 automatisch schließt. Die Unterbrechung 4 ist dafür angeordnet, mittels eines Störobjekts überbrückt zu werden, was das Auslöseereignis darstellt und den Schaltkreis 2 automatisch schließt. Die Unterbrechung 4 ist durch einen Isolator 4 gebildet, der dafür angeordnet ist, einen ersten leifähigen Bereich 5 des Schaltkreises 2 und einen zweiten leitfähigen Bereich 6 des Schaltkreises 2 elektrisch zu unterbrechen. Zu diesem Zweck ist der Isolator 4 sandwichartig zwischen dem ersten leitfähigen Bereich 5 und dem zweiten leitfähigen Bereich 6 angeordnet. Sowohl der erste leitfähige Bereich 5 als auch der zweite leitfähige Bereich 6 sind aus einem transparenten leitfähigen Oxid gebildet, nämlich AZO. Beide leitfähigen Bereiche 5, 6 haben trotz gleicher beispielhafter Darstellung unterschiedliche Funktionalitäten, die im Folgenden erläutert werden.
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Die Darstellung in 1 ist nicht maßstabsgetreu. Beide leitfähigen Bereiche 5, 6 weisen eine Dicke von weniger als 1 µm senkrecht zu ihrer Erstreckungsrichtung auf, nämlich hier 733 nm. Der Isolator 4 weist ebenfalls eine Dicke von 733 nm senkrecht zur Erstreckungsrichtung auf. Die Erstreckungsrichtung liegt parallel zu einer Fensterscheibenplatte 7, die ein Träger des ersten leitfähigen Bereichs 5, des zweiten leitfähigen Bereichs 6 und des Isolators 4 ist und hier aus ebenem Glas besteht. Der Isolator 4 ist hier aus demselben Material hergestellt wie die Fensterscheibenplatte 7. In nicht gezeigten Ausführungsformen ist der Isolator 4 aber als eine Ablagerung aus Siliziumoxid, Alumiuniumoxid oder Siliziumnitrat hergestellt.
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Der Isolator 4, der erste leitfähige Bereich 5 und der zweite leitfähige Bereich 6 bilden, wie in 1 dargestellt, zusammen eine freiliegende ebene Oberfläche 8 aus. Die freiliegende Oberfläche 8 dient als Kontaktbereich für das Störobjekt. Die freiliegende Oberfläche 8 ist durchgehend, ohne Lücken, gebildet. So kann das Festsetzen von Störobjekten, wie Schmutz, in solchen Lücken verhindert werden.
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In der 1 nicht zu erkennen ist, dass tatsächlich eine permanente elektrische Verbindung zwischen dem ersten leitfähigen Bereich 5 und dem zweiten leitfähigen Bereich 6 besteht, quasi unter Umgehung der Unterbrechung 4 oder durch diese hindurch. Die Unterbrechung 4 des Schaltkreises 2, die überbrückbar ist, ist also nur im Bereich des Isolators 4 vorhanden, während an einer anderen Stelle des Schaltkreises 2 eine permanente Verbindung im Schaltkreis 2 zwischen den beiden leitfähigen Bereichen 5, 6 bereitgestellt ist. Dies wird anhand 2 deutlicher erkennbar. Der Schaltkreis 2 ist so lange unterbrochen, wie die Unterbrechung 4 nicht durch das Auslöseereignis überbrückt oder zerstört ist.
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2 zeigt nun ein schematisches Schaltbild. Als Störobjekt ist am linken Rand ein Finger veranschaulicht, der die Unterbrechung 4 zwischen dem ersten leitfähigen Bereich 5 und dem zweiten leitfähigen Bereich 6 beispielhaft überbrückt, wodurch das Auslöseereignis eintritt. Der erste leitfähige Bereich 5 umfasst eine Spannungsquelle 9. Der zweite leitfähige Bereich 6 umfasst einen Ausgabeanschluss 10. Der erste leitfähige Bereich 5 umfasst weiter einen ersten Widerstand 11, der 220 Ohm beträgt (dieser erste Widerstand 11 kann jedoch verändert werden, um das System an andere Bedingungen anzupassen, zum Beispiel zur Strombegrenzung). Der zweite leitfähige Bereich 6 umfasst weiter einen bipolaren Transistor 12, einen zweiten Widerstand 13 und eine LED 14.
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Die Spannungsquelle 9 in dem ersten leitfähigen Bereich 5 ist, wie in 2 gezeigt, über den ersten Widerstand 11, unter Umgehung des Isolators 4, mit einem Kollektor 15 des Transistors 12, der in dem zweiten leitfähigen Bereich 6 angeordnet ist, elektrisch verbunden. Dies ist die oben angesprochene permanente elektrische Verbindung zwischen den beiden leitfähigen Bereichen 5, 6. Die freiliegende ebene Oberfläche 8 stellt seitlich neben dem Isolator 4 eine erste Kontaktfläche 16 und eine zweite Kontaktfläche 17 bereit. Die erste Kontaktfläche 16 ist elektrisch mit der Spannungsquelle 9 verbunden. So stellt der erste leitfähige Bereich 5 einen Ausgang für die Spannungsquelle 9 bereit. Genauer gesagt, ist die erste Kontaktfläche zwischen der Spannungsquelle 9 und dem ersten Widerstand 11 elektrisch mit dem Schaltkreis 2 verbunden. Die zweite Kontaktfläche 17 ist elektrisch mit einem Gate 18, oder Basis, des Transistors 12 verbunden. So stellt der zweite elektrisch leitfähige Bereich 6 einen Eingang zu dem Gate 18 des Transistors 12 bereit, der dafür eingerichtet ist, durch Überbrücken der Unterbrechung 4 mit Spannung versorgt zu werden, sobald das Auslöseereignis eintritt, hier beispielhaft das Störobjekt, der Finger, den Schaltkreis 2 schließt, also den Isolator 4 überbrückt. Die erste Kontaktfläche 16, zugeordnet zum ersten leitfähigen Bereich 5, und die zweite Kontaktfläche 17, zugeordnet zum zweiten leitfähigen Bereich 6, sind also die Abschnitte der freiliegenden Oberfläche 8, die nicht durch den Isolator 4 gebildet sind. Die erste Kontaktfläche 16 und die zweite Kontaktfläche 17 stellen solange offene Enden des Schaltkreises 2 dar, bis das Störobjekt sowohl die erste Kontaktfläche 16 wie auch die zweite Kontaktfläche 17 gleichzeitig kontaktiert, sodass es die Unterbrechung 4, die zwischen der ersten Kontaktfläche 16 und der zweiten Kontaktfläche 17 angeordnet ist, elektrisch überbrückt.
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Ein Emitter 19 des Transistors 12 ist über den zweiten Widerstand 13 mit dem Ausgabeanschluss 10 des zweiten leitfähigen Bereichs 6 elektrisch verbunden, an dem die LED 14 angeschlossen ist, wie aus 2 ersichtlich ist. Die LED 14 leuchtet, sobald der Stromkreis 2 durch Eintreten des Auslöseereignisses geschlossen ist, also sobald beispielsweise die Fensterscheibe 1 verschmutzt ist, sodass Schmutz oder Wasser die Unterbrechung 4 des Schaltkreises 2 elektrisch leitend überbrückt, beziehungsweise sobald, wie im gezeigten Beispiel, der Finger die Unterbrechung 4 überbrückt und die erste Kontaktfläche 16 und die zweite Kontaktfläche 17 kontaktiert. Ein Riss in der Fensterscheibenplatte 7 würde hingegen automatisch zu einer Zerstörung der Unterbrechung 4 führen. Dann würde der Schaltkreis 2 ohne Einfluss eines Störobjekts automatisch geschlossen werden, nur durch die rissbedingte Zerstörung des Isolators 4. Eine nicht gezeigte Risserkennungseinrichtung, die ebenfalls am Ausgabeanschluss 10 angeschlossen ist, würde eine Zerstörung des Isolators 4 erkennen, falls nach fünfmaligem Reinigen der Fensterscheibe 1 mit einer nicht gezeigten Reinigungseinrichtung des LiDAR-Systems 3 der Schaltkreis 2 immer noch geschlossen ist. Dies wäre dann der Fall, wenn die Risserkennungseinrichtung im Schaltkreis 2 trotz mehrfachem Reinigen immer noch einen Stromfluss detektieren würde. Das an der LED 14 ankommende elektrische Signal kann dann an ein weiteres System weitergeleitet werden, um eine entsprechende Reinigungsaufgabe auszulösen oder eine Warnung über den Riss bereitzustellen. Weitere Details des Schaltkreises 2 ergeben sich für den Fachmann unmittelbar aus dem Schaltbild in 2.
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3 zeigt ein Diagramm, in dem die optische Transmissivität T, in %, der beiden leitfähigen Bereiche 5, 6 abhängig von der zu transmittierenden Wellenlänge λ, in nm, aufgetragen ist. Hier zeigt sich, dass Licht im Infrarotlichtbereich und im Bereich des sichtbaren Lichts durch das AZO-Material der beiden leitfähigen Bereiche 5, 6 gut transmittiert wird, während Licht längerer Wellenlängen, ab etwa 1500 nm, stärker herausgefiltert wird. Dies reduziert das Rauschen des Empfangssignals des LiDAR-Systems 3 vorteilhaft.
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4 zeigt ein Verfahren zum Überwachen einer Fensterscheibe 1 nach der Erfindung, wie es durch das Ausführungsbeispiel ermöglicht wird. Das Verfahren umfasst den Schritt S42 eines Überwachens eines unterbrochenen Schaltkreises 2, den die Fensterscheibe 1 aufweist, darauf, ob ein Auslöseereignis eintritt, das den Schaltkreis automatisch schließt. Dem voraus geht in dieser Ausführungsform ein allgemeiner Schritt S41 eines Überwachens der Fensterscheibe 1.
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Wie beschrieben, bezieht sich die Erfindung insbesondere auf das Gebiet von LiDAR- und Kamerasystemen zur Identifizierung und Verhinderung von Substanzen in der Fensterscheibe 1, vorzugsweise der vorderen Abdeckung, insbesondere in dem Deckglas, solcher Sensoren. Die Erfindung kann dazu verwendet werden, nicht nur eine Vielzahl von Schadstoffen, sondern auch durch Regen verursachte Wassertropfen zu identifizieren, sodass dieses System nicht nur Schadstoffe identifizieren, sondern auch das Vorhandensein von Regen erkennen kann und zur Aktivierung der üblichen Wassertropfen-Entfernungseinrichtung beziehungsweise der Reinigungseinrichtung verwendet werden kann, die ein Fahrzeug hat, wie die Seiten-, Rück- und Frontscheiben-, Seitenspiegel- und Autoscheinwerfer-Scheibenwischer. Der Schaltkreis 2 implementiert weiter eine passive Filterlösung in dem LiDAR-System 3 für das sichtbare Licht, was zu einer Verringerung eines Rauscheffekts im Lichtpuls, der durch einen Empfänger des LiDAR-Systems 3 empfangen wird, beispielsweise eine Avalanche-Photodiode oder einen Photodetektor, führt. Die Gestaltung des Schaltkreises 2, um eine Ausgabe zu ermöglichen, hat eine niedrige Komplexität. Sie benötigt nur einen Transistor oder MOSFET, der ermöglicht, jedes Mal, wenn ein Auslöseereignis eintritt, also eine Verbindung zwischen den beiden leitfähigen Bereichen 5,6 herstellt, ein Signal in dem Schaltkreis 2 zu geben. Die Spannungsquelle 9 ist in 2 eine 9V-Spannungsquelle. Allerdings ist in nicht gezeigten Ausführungsformen die Spannungsquelle eine 3,3V- oder 5V-Spannungsquelle, sodass es möglich ist, den Schaltkreis 2 direkt als Eingang für die Reinigungseinrichtung zu verwenden. Der Schaltkreis 2 kann weiter verbessert werden, indem man Filter (nicht gezeigt) hinzufügt, um die Ausgangssignalstabilität zu verbessern. Die Fensterscheibe 1 kann insbesondere in jeden beliebigen Automotive-Sensor integriert sein, der eine Verschmutzungs- und/oder Risserkennungseinrichtung benötigt. Beispielhafte Anwendungsbereiche sind ein LiDAR-Deckglas oder aber auch eine Autowindschutzscheibe.
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Die Erfindung hat sehr geringen Einfluss auf die optischen Eigenschaften des optischen Systems 3, wie einer Kamera oder des LiDAR-Systems 3. Die Fensterscheibe 1 kann sowohl eine ebene als auch eine gekrümmte Oberfläche beziehungsweise Fensterscheibenplatte 7 aufweisen. Die freiliegende ebene Oberfläche 8 des Schaltkreises 2 liegt vorzugsweise parallel zur Oberfläche der Fensterscheibenplatte 7, auf der der Schaltkreis 2 angeordnet ist. Sie hat geringe Auswirkungen auf das Gesamtdesign der Kamera oder des LiDAR-Systems 3. Es besteht eine Kompatibilität sowohl mit Glas- als auch mit Polymerabdeckungen. Die Technologie transparenter leitfähiger Oxide ist bereits ausgereift und gut entwickelt. Der Schaltkreis 2 kann verwendet werden, um das Vorhandensein von Wassertropfen, insbesondere Regen, oder Eis auf der Fensterscheibe 1 zu erkennen. Weiter wird jeglicher Riss in der Fensterscheibenplatte 7 die Isolatorschicht 4 zwischen den beiden TCO-Bereichen 5, 6 kompromittieren, weil er die beiden Bereiche 5, 6 miteinander verbinden wird, wodurch dieses alternative Auslöseereignis auf die gleiche Weise wie eine Verschmutzung erkannt werden kann. Der Stromverbrauch des Schaltkreises 2 ist dabei niedrig, da der Schaltkreis 2 nur nach Eintritt des Auslöseereignisses Strom verbraucht. Die vorgeschlagene Fensterscheibe 1 könnte unter rauen Umgebungsbedingungen in Bezug auf Temperatur, Vibrationen, Feuchtigkeit, Nebel und Sonneneinstrahlung im Einsatz sein, da der Schaltkreis 2 für diese Einflüsse wenig empfindlich ist. Der Schaltkreis 2 ist durch seine flache Bauform auch wenig empfindlich in Bezug auf Reinigungseinrichtungen des optischen Systems 3, wie Scheibenwischer und Wassersprühdüsen, die auf die Fensterscheibe 1 einwirken können.
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Weil die beiden leitfähigen Bereiche bzw. Schichten 5, 6 und der Isolator 4 oben auf einer Glasfläche, wie der Fensterscheibenplatte 7, abgelagert sein können, ist ihre Form direkt abhängig von der Gestaltung der Glasfläche bzw. Fensterscheibenplatte 7. Wenn in nicht gezeigten Ausführungsformen eine gekrümmte Fensterscheibenplatte 7 für den Sensor verwendet wird, dann kann das Muster aus den beiden leitfähigen Schichten 5, 6 und dem Isolator 4 mehrfach abgelagert werden, um den empfindlichen Bereich des Schaltkreises 2 zu vergrößern, sodass er dem einer flachen Fensterscheibenplatte 7 entspricht.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2019075275 [0009]
- WO 2018/193045 [0010]
