DE112004002622B4 - Vorrichtung zur Erfassung von Verschmutzungen auf einer lichtdurchlässigen Abdeckscheibe vor einer optischen Einheit - Google Patents
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Abstract
Optisches Umgebungserfassungssystem für ein Kraftfahrzeug,
mit einer Sende- und Empfangseinheit (3,4), welche Licht in ein vorgegebenes Zielgebiet sendet und ankommendes Licht erfasst und auswertet, wobei die Sende- und Empfangseinheit (3,4) hinter einer lichtdurchlässigen Abdeckscheibe (1) angeordnet ist, wobei
zur Erfassung von Verschmutzungen auf der lichtdurchlässigen Abdeckscheibe (1) eine Einkoppel- und eine Auskoppelstelle (32,42) angeordnet sind, wobei Mittel (42) zur Einkopplung von Licht vorgesehen sind, welche das Licht an der vorgegebenen Einkoppelstelle (42) mit einer vorgegebenen Richtung längs in die Abdeckscheibe (1) einkoppeln und das Licht die Abdeckscheibe (1) längs (13) durchquert,
Mittel (3) zur Erfassung des an der vorgegebenen Auskoppelstelle (32) ankommenden Anteils des Lichts vorgesehen sind,
und von der Sendeeinheit (4) des optischen Umgebungserfassungssystems ein Abtaststrahl in die Einkoppelstelle (42) gesendet und von der Empfangseinheit (3) der an der Auskoppelstelle (32) ankommende Anteil erfasst und aus diesem Anteil auf die Verschmutzung geschlossen wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Abtaststrahl über den erfassten Zielbereich schwenkbar (31,41) ist,
die Einkoppel- und die Auskoppelstelle (32,42) an einer vorgesehenen Schwenkposition angeordnet sind und
in dieser Schwenkposition von der Sendeeinheit (4) des optischen Umgebungserfassungssystems der Abtaststrahl in die Einkoppelstelle (42) derart gesendet wird, dass Licht in die Abdeckscheibe (1) in Längsrichtung mit einem Einkoppelwinkel so eingekoppelt wird, dass es zu Reflexionen an den Grenzflächen der Vorder-und Rückseite der Abdeckscheibe (1) zur Umgebung kommt, wobei der Einkoppelwinkel so gewählt ist, dass das Licht auf die Grenzflächen mit einem Winkel auftrifft, der noch nicht zur Totalreflexion führt.
mit einer Sende- und Empfangseinheit (3,4), welche Licht in ein vorgegebenes Zielgebiet sendet und ankommendes Licht erfasst und auswertet, wobei die Sende- und Empfangseinheit (3,4) hinter einer lichtdurchlässigen Abdeckscheibe (1) angeordnet ist, wobei
zur Erfassung von Verschmutzungen auf der lichtdurchlässigen Abdeckscheibe (1) eine Einkoppel- und eine Auskoppelstelle (32,42) angeordnet sind, wobei Mittel (42) zur Einkopplung von Licht vorgesehen sind, welche das Licht an der vorgegebenen Einkoppelstelle (42) mit einer vorgegebenen Richtung längs in die Abdeckscheibe (1) einkoppeln und das Licht die Abdeckscheibe (1) längs (13) durchquert,
Mittel (3) zur Erfassung des an der vorgegebenen Auskoppelstelle (32) ankommenden Anteils des Lichts vorgesehen sind,
und von der Sendeeinheit (4) des optischen Umgebungserfassungssystems ein Abtaststrahl in die Einkoppelstelle (42) gesendet und von der Empfangseinheit (3) der an der Auskoppelstelle (32) ankommende Anteil erfasst und aus diesem Anteil auf die Verschmutzung geschlossen wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Abtaststrahl über den erfassten Zielbereich schwenkbar (31,41) ist,
die Einkoppel- und die Auskoppelstelle (32,42) an einer vorgesehenen Schwenkposition angeordnet sind und
in dieser Schwenkposition von der Sendeeinheit (4) des optischen Umgebungserfassungssystems der Abtaststrahl in die Einkoppelstelle (42) derart gesendet wird, dass Licht in die Abdeckscheibe (1) in Längsrichtung mit einem Einkoppelwinkel so eingekoppelt wird, dass es zu Reflexionen an den Grenzflächen der Vorder-und Rückseite der Abdeckscheibe (1) zur Umgebung kommt, wobei der Einkoppelwinkel so gewählt ist, dass das Licht auf die Grenzflächen mit einem Winkel auftrifft, der noch nicht zur Totalreflexion führt.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung von Verschmutzungen auf einer lichtdurchlässigen Abdeckscheibe vor einer optischen Einheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Derartige Vorrichtungen sind insbesondere bei Umgebungsüberwachungssystemen erforderlich, welche Licht aussenden und aus den im Zielgebiet reflektierten Lichtanteil Informationen über die Umgebung ableiten. Derartige Umgebungserfassungssysteme werden in Zukunft insbesondere im Kraftfahrzeugbereich für die Erkennung der Sitzbelegung oder die Abstandsregelung, Spurwarnung und Spurführung oder zur Einleitung von Maßnahmen bei einem drohenden Zusammenstoß eingesetzt. Die Erfassung der Verschmutzung ermöglicht es dabei, die Sendeleistung oder Empfangsempfindlichkeit entsprechend anzupassen und den empfangenen reflektierten Lichtanteil richtig zu bewerten.
- Bisherige Vorrichtungen zur Erfassung des Verschmutzungsgrades sind beispielsweise aus der
DE 196 46 078 ,DE 197 04 793 bekannt und senden Licht senkrecht auf die an sich lichtdurchlässige Abdeckscheibe, wobei mit zunehmender Verschmutzung auch die Reflexionen zunehmen. Zur Erfassung wird der dabei im Inneren von der Abdeckscheibe reflektierte Anteil gemessen und bewertet. Dies setzt separate Empfangseinheiten oder eine komplizierte Unterscheidung von Reflexionen außerhalb der Abdeckscheibe und entsprechend komplizierte Vorrichtungen voraus. Insbesondere für ein optisches Umgebungserfassungssystem mit einer schwenkbaren Sende- und Empfangseinheit, also einer letztlich jeweils eher punktuellen Beleuchtung der Abdeckscheibe und des Zielgebiets sind die bisherigen Vorrichtungen ungeeignet, da so nicht oder nur mit erheblichem Aufwand die Abdeckscheibe großflächig auf Verschmutzungen hin überprüft werden kann. - Die
JP H05 302 887 A - Aus der
EP 0 927 883 A1 ist ein Verfahren zum Untersuchen einer Ungleichmäßigkeit eines transparenten Substrats bekannt, bei dem ein Laserstrahl in das transparente Substrat eingekoppelt wird. - Die
FR 2 781 576 A1 - Aufgabe der Erfindung ist es, eine alternative Vorrichtung vorzustellen, die einfach und dennoch genau und über die Abdeckscheibe hinweg eine Verschmutzungserfassung ermöglicht. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
- Wie auch im Stand der Technik wird die Reflexionswirkung an der verschmutzten Grenzfläche von Abdeckscheibe zur Umgebung genutzt. Das Licht wird längs also seitlich in die Scheibe eingekoppelt, wobei die Abdeckscheibe als eine großflächige, jedoch dünne durchsichtige Struktur aus Glas oder Kunststoff zu verstehen ist, wobei die Seitenflächen am dünnen, umlaufenden Rand sind, während die großflächige Vorder- und Rückseite zwischen dem Sende- und Empfangseinheit und der Umgebung mit dem Zielgebiet angeordnet und dazu vorzugsweise annähernd senkrecht steht. Die Abdeckscheibe bildet somit annähernd eine Ebene, innerhalb der sich das Licht zur Verschmutzungsmessung bewegt, wobei die Dicke der Ebene gegenüber ihren Längsausdehnungen vernachlässigbar ist.
- Das Licht wird dabei schon aufgrund der Streuung in die Abdeckscheibe auch bei Einkopplung in Längsrichtung so eingekoppelt, dass es zu Reflexionen an den Grenzflächen der Vorder- und Rückseite kommt. Der Reflexionsfaktor hängt dabei wieder von der Verschmutzung ab, so dass über die Länge der Abdeckscheibe hinweg durch mehrmalige Reflexion nur ein gewisser Anteil des Lichts an der Austrittsstelle ankommt. Erfindungsgemäß ist der Einkoppelwinkel so, dass das Licht auf die Grenzflächen mit einem Winkel auftrifft, der noch nicht zur Totalreflexion führt.
- Erfindungsgemäß ist der Abtaststrahl über den erfassten Zielbereich schwenkbar und die Einkoppel- und die Auskoppelstelle sind an einer vorgesehenen Schwenkposition angeordnet. In dieser Schwenkposition von der Sendeeinheit des optischen Umgebungserfassungssystems wird der Abtaststrahl in die Einkoppelstelle derart gesendet, dass Licht in die Abdeckscheibe in Längsrichtung mit einem Einkoppelwinkel derart eingekoppelt wird, dass es zu Reflexionen an den Grenzflächen der Vorder- und Rückseite der Abdeckscheibe zur Umgebung kommt, wobei der Einkoppelwinkel derart gewählt ist, dass das Licht auf die Grenzflächen mit einem Winkel auftrifft, der noch nicht zur Totalreflexion führt.
- Vorzugsweise wird das Licht zwischen Ein- und Austrittsstelle dabei zumindest einmal innerhalb der Abdeckscheibe in Längsrichtung umgelenkt, verläuft also beispielsweise danach senkrecht oder entgegengesetzt, vorzugsweise versetzt durch einen anderen Bereich der Scheibe.
- Eine solche Vorrichtung ermöglicht auch eine großflächige Verschmutzungsmessung bei optischen Umgebungserfassungssystemen mit einer schwenkbaren Sende- und Empfangseinheit, in dem die Sende- und Empfangseinheit auf die Ein- und Auskoppelstelle, bspw. am Rand der Abdeckscheibe schwenkbar sind, d.h. Sende- und Empfangsrichtung auf diesen Rand zeigen und in dieser Schwenkposition statt der Reflexionen aus dem Zielgebiet den Lichtanteil erfassen, der längs durch die Scheibe gelaufen ist.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren näher erläutert. Kurze Beschreibung der Figuren:
-
1 Vorrichtung zur Erfassung von Verschmutzungen auf einer lichtdurchlässigen Abdeckscheibe vor einer optischen Einheit -
2 Schnittansicht zu1 -
3 Ein- und Auskoppelstelle sowie Lichtverlauf längs durch die Scheibe -
4 Verlauf des Lichts in der Scheibe bei Umlenkung -
5 Grabenstruktur in der Scheibe zur Bildung einer optischen Grenzfläche als Umlenkmittel - Die
1 skizziert eine Vorrichtung zur Erfassung von Verschmutzungen auf einer lichtdurchlässigen Abdeckscheibe einer optischen Einheit am Beispiel eines Umgebungserfassungssystems, wie es beispielsweise in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden kann. - Es sind Mittel
42 zur Einkopplung von Licht vorgesehen sind, welche das Licht an einer vorgegebenen Einkoppelstelle mit einer vorgegebenen Richtung längs in die Abdeckscheibe einkoppeln und das Licht die Abdeckscheibe1 längs (siehe Lichtstrahlverlauf13 ) durchquert. Eine mögliche Ausgestaltung dieser Einkopplungsmittel ist in3 im Detail dargestellt. So ist ein Einkoppelzapfen42 vorgesehen, welcher Eintrittsfläche421 aufweist, die so geneigt ist, dass der Lichtstrahl annähernd senkrecht auftrifft. Die Seitenflächen422 des Zapfens wirken als Führungsflächen mit relativ hohem Reflexionsanteil, vorzugsweise Totalreflexion gegenüber dem einfallenden Licht und leiten dies in die Scheibe, wobei zumindest ein nicht unwesentlicher Teil des Lichts längs in Abdeckscheibe eingekoppelt wird. Ein Graben423 bildet zusätzlich eine Grenzfläche, an der das Licht in die gewünschte Richtung gelenkt wird. Der Graben weist dazu eine zum Einkoppelzapfen näherungsweise parallel laufende Seitenfläche als optische Grenzfläche zu einem Medium mit anderem Brechungsindex, bspw. Luft, auf, die so aufgrund des Winkels zum Licht für dieses zumindest einen hohen Reflexionsgrad aufweist. Das eingekoppelte Licht durchquert dann die Scheibe1 längs, wie in den Figuren dargestellt, wobei es dabei nur auf eine Grobausrichtung ankommt und gerade keine planparallel Ausrichtung zur Abdeckscheibe erforderlich oder gewünscht ist, sondern die Reflexionen an den beiden Grenzflächen der Abdeckscheibe1 zur Umgebungsluft und damit auch zu dem potentiell verschmutzten Bereich hin gewünscht sind, wobei der Winkel, unter dem die Lichtstrahlen auf diese Grenzflächen auftreffen, so gewählt ist, dass nur eine teilweise Reflexion erreicht wird. Der Reflexionsgrad an der lichtdurchlässigen Abdeckung hängt damit vom Verschmutzungsgrad der Abdeckscheibe1 ab, wird bei zunehmender Verschmutzung also höher werden, wobei der Verlauf nicht linear ist. - In dem das Licht bei seiner Längsdurchquerung der Scheibe
1 mehrfach auch an der verschmutzungsgefährdeten äußeren Grenzfläche der Abdeckscheibe1 teilreflektiert wird, vervielfacht sich dabei gegenüber herkömmlicher senkrechter Bestrahlung der Scheibe und einfacher Reflexion die Verschmutzungsabhängigkeit und erfasst zudem die Scheibe über die gesamt Länge. - Zudem sind Mittel
3 zur Erfassung des an einer vorgegebenen Lichtauskoppelstelle32 ankommenden Anteils des Lichts vorgesehen. Die Lichtauskoppelstelle32 wird in3 in Form von Gräben realisiert, welche Grenzflächen mit einem Winkel von ca. 45 Grad aufweisen, so dass die Reflexionen an dieser Grenzfläche möglichst klein sind und eine hohe Auskopplung erreicht wird. - Die gezeigte Vorrichtung ermöglicht mit ihrer Längsausbreitung des Lichts quasi parallel in der Ebene der Abdeckscheibe, daß auf der der Lichteinkoppelstelle in Längsrichtung der Abdeckscheibe
1 gegenüberliegenden Seite Mittel51 ,52 zur Umlenkung des eingekoppelten Lichts vorgesehen werden, welche das Licht zumindest einmal zur Auskoppelstelle hin umlenken. Die Mittel51 ,52 zur Umlenkung des längs in die Abdeckscheibe eingekoppelten Lichts sind so ausgebildet, dass das Licht zumindest zweimal an abweichender Stelle die Abdeckscheibe längs13 ,15 durchquert. Das bedeutet, dass Licht kann mehrfach innerhalb der Abdeckscheibe umgelenkt und so die Verschmutzungsabhängigkeit erhöht und zudem die Abdeckscheibe in ihrer Gesamtgröße gut erfasst werden. Wie5 skizziert, sind die Umlenkmittel51 ,25 auch als Grabenstrukturen mit optischen Grenzflächen realisierbar, wobei hier für eine hohen Reflexionsgrad die Grenzfläche512 wieder senkrecht zur Abdeckscheibe1 steht. - Um eine Umlenkung des Lichts in einen anderen Bereich der Abdeckscheibe
1 zu erreichen, weist der Graben einen nicht senkrechten Winkel in Bezug auf die vorherige Ausbreitungsrichtung des Lichts in der Abdeckscheibe1 auf. So sind in unserem Ausführungsbeispiel die Gräben gerade in einem Winkel von 45 Grad angeordnet, wie in1 und5 skizziert, so dass das Licht die Scheibe näherungsweise parallel versetzt die Abdeckscheibe ein zweites Mal durchquert. Natürlich könnten die Umlenkungen noch häufiger erfolgen als hier skizziert. - Die hier gezeigten Ein- und Auskoppel- und Umlenkmittel sind nur beispielhaft und weisen eine relativ einfache Integration in die Abdeckscheibe auf.
- Aufgrund der Umlenkung ergibt sich auch die Möglichkeit, dass die Einkoppelstelle
42 und die Auskoppelstelle32 beide an einer Seite der Abdeckscheibe1 angeordnet sind, die näherungsweise senkrecht der Längsrichtung der Abdeckscheibe1 ist. Dies ist wichtig für Systeme mit einer schwenkbaren Sende- und Empfangseinheit, wie nachfolgend am Ausführungsbeispiel erläutert wird. - So weist das in
1 und2 skizzierte optische Umgebungserfassungssystem eine schwenkbare Sende- und Empfangseinheit3 ,4 , welche einen Sendelichtimpuls in ein vorgegebenes Zielgebiet sendet und die Impulsantwort erfasst und auswertet. Neben einer direkten Schwenkung der Sende- und Empfangseinheit3 ,4 gibt es auch Systeme, die mit schwenkbaren optischen Umlenkmitteln arbeiten, wie beispielsweise rotierenden Prismen, wie in1 und2 angedeutet. Allen solchen Systemen ist gemeinsam, dass sie jeweils nur einen Teilbereich des gesamten Zielgebiets in einer Zeiteinheit beleuchten und erfassen. Eine Verschmutzungsmessung nach klassischer Art durch senkrechten Lichteinfall auf die Scheibe und Reflexionsmessung würde bei solchen Systemen sehr lange dauern, um die gesamte Scheibe zu erfassen, da das System dazu die Scheibe über die gesamte Länge schrittweise abtasten müsste, so wie es das System zur Erfassung des Zielgebiets durchführt. - Wird jedoch eine Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche vorgesehen ist und die Sende- und Empfangseinheit
3 ,4 bzw. die Umlenkmittel31 ,41 in eine Position schwenkbar sind, an der die Einkoppel- und Auskoppelstelle32 ,42 angeordnet sind und von der Sendeeinheit4 ein Lichtimpuls in die Einkoppelstelle42 gesendet und von der Empfangseinheit3 der an der Auskoppelstelle32 ankommende Anteil erfasst und aus diesem Anteil auf die Verschmutzung geschlossen wird. - Vorzugsweise sind Einkoppel- und Auskoppelstelle
32 ,42 am Rand12 der Abdeckscheibe1 angeordnet und ist der Rand12 der Abdeckscheibe1 zum Zielgebiet hin lichtundurchlässig abgedeckt, wie in1 und2 skizziert. Die Sende- und Empfangseinheit3 ,4 bzw. deren Umlenkmittel31 ,41 schwenken also in einen Randbereich, so dass in dieser Schwenkposition die Verschmutzungsmessung erfolgt.
Claims (6)
- Optisches Umgebungserfassungssystem für ein Kraftfahrzeug, mit einer Sende- und Empfangseinheit (3,4), welche Licht in ein vorgegebenes Zielgebiet sendet und ankommendes Licht erfasst und auswertet, wobei die Sende- und Empfangseinheit (3,4) hinter einer lichtdurchlässigen Abdeckscheibe (1) angeordnet ist, wobei zur Erfassung von Verschmutzungen auf der lichtdurchlässigen Abdeckscheibe (1) eine Einkoppel- und eine Auskoppelstelle (32,42) angeordnet sind, wobei Mittel (42) zur Einkopplung von Licht vorgesehen sind, welche das Licht an der vorgegebenen Einkoppelstelle (42) mit einer vorgegebenen Richtung längs in die Abdeckscheibe (1) einkoppeln und das Licht die Abdeckscheibe (1) längs (13) durchquert, Mittel (3) zur Erfassung des an der vorgegebenen Auskoppelstelle (32) ankommenden Anteils des Lichts vorgesehen sind, und von der Sendeeinheit (4) des optischen Umgebungserfassungssystems ein Abtaststrahl in die Einkoppelstelle (42) gesendet und von der Empfangseinheit (3) der an der Auskoppelstelle (32) ankommende Anteil erfasst und aus diesem Anteil auf die Verschmutzung geschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Abtaststrahl über den erfassten Zielbereich schwenkbar (31,41) ist, die Einkoppel- und die Auskoppelstelle (32,42) an einer vorgesehenen Schwenkposition angeordnet sind und in dieser Schwenkposition von der Sendeeinheit (4) des optischen Umgebungserfassungssystems der Abtaststrahl in die Einkoppelstelle (42) derart gesendet wird, dass Licht in die Abdeckscheibe (1) in Längsrichtung mit einem Einkoppelwinkel so eingekoppelt wird, dass es zu Reflexionen an den Grenzflächen der Vorder-und Rückseite der Abdeckscheibe (1) zur Umgebung kommt, wobei der Einkoppelwinkel so gewählt ist, dass das Licht auf die Grenzflächen mit einem Winkel auftrifft, der noch nicht zur Totalreflexion führt.
- Optisches Umgebungserfassungssystem nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass Lichtimpulse als Abtaststrahl vorgesehen sind. - Optisches Umgebungserfassungssystem nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass auf der der Einkoppelstelle (42) in Längsrichtung der Abdeckscheibe (1) gegenüberliegenden Seite Mittel (51,52) zur Umlenkung des eingekoppelten Lichts vorgesehen sind, welche das Licht zumindest einmal zur Auskoppelstelle (32) hin umlenken. - Optisches Umgebungserfassungssystem nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Einkoppelstelle (42) und die Auskoppelstelle (32) beide an einer Seite der Abdeckscheibe (1) angeordnet sind, die näherungsweise senkrecht der Längsrichtung der Abdeckscheibe (1) ist. - Optisches Umgebungserfassungssystem nach
Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (51,52) zur Umlenkung des längs in die Abdeckscheibe (1) eingekoppelten Lichts so ausgebildet sind, dass das Licht zumindest zweimal an abweichender Stelle die Abdeckscheibe (1) längs (13,15) durchquert. - Optisches Umgebungserfassungssystem nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Einkoppel- und Auskoppelstelle (32,42) am Rand (12) der Abdeckscheibe (1) angeordnet sind und der Rand (12) der Abdeckscheibe (1) zum Zielgebiet hin lichtundurchlässig abgedeckt ist, wobei Einkoppel- (42) und Auskoppelstelle (32) für das Zielgebiet zur Erfassung von Verschmutzungen auf der lichtdurchlässigen Abdeckscheibe (1) genutzt werden
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