EP2737334A1 - Optische messvorrichtung für ein fahrzeug - Google Patents

Optische messvorrichtung für ein fahrzeug

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Publication number
EP2737334A1
EP2737334A1 EP12733432.4A EP12733432A EP2737334A1 EP 2737334 A1 EP2737334 A1 EP 2737334A1 EP 12733432 A EP12733432 A EP 12733432A EP 2737334 A1 EP2737334 A1 EP 2737334A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
window
measuring device
optics
contour
optical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12733432.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Schuler
Peter Horvath
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Original Assignee
Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Schalter und Sensoren GmbH filed Critical Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Publication of EP2737334A1 publication Critical patent/EP2737334A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4811—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements common to transmitter and receiver
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/93—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S17/931—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles

Definitions

  • the invention relates to an optical measuring device for a vehicle referred to in the preamble of claim 1 Art.
  • laser scanner for vehicles used for detection of objects or obstacles in a monitoring area are known, determine the time-of Lichtimpulslauf- after which the distance to recognized objects in the monitoring area or obstacles.
  • Such an optical measuring device is usually mounted on the front part, for example on the radiator grille of a vehicle, but can also be attached to the rear part of the vehicle. Due to the intended installation location of the laser scanner in the vehicle, ie integrated directly in the radiator grille on the front part in front of the radiator, the outside area of the laser scanner must be adaptable to the design of the radiator grille without taking up too much space, ie stay relatively flat from the construction.
  • a fisheye lens as used in known cameras, for example, brings no advantage here, since the fisheye lens would project too far.
  • a possible opening angle of the optical measuring device should be as wide as possible in order to be able to scan the largest possible area in front of the vehicle.
  • patent document DE 10 2005 055 572 B4 describes a scanning optical distance sensor.
  • the described distance sensor comprises at least one laser as optical transmitter, at least one detector as optical receiver and a deflection unit, which deflects a generated laser radiation with a first mirror to the scene to be measured, and with a second mirror the backscattered from objects laser pulses on the at least one Detector deflects.
  • an optical sensor device is described, which uses a lens plate, which on its light transmitter or a light receiver facing surface Fresnel
  • the described lens plate is used for coupling out parallel beams from a disk and for coupling parallel beams into a disk.
  • US Pat. No. 7,544,945 B2 describes a lidar system for monitoring the surroundings of a vehicle.
  • the described lidar system comprises at least one transmitting and / or receiving device and an optical system for influencing the beam path of the generated or received radiation.
  • a Fresnel lens in front of a collector can be used to focus parallel beams.
  • the object of the invention is to propose an optical measuring device for a vehicle, which has a window appearance whose outer contour is matched to the outer contour of the installation location without any loss of performance. This object is achieved by an optical measuring ⁇ device for a vehicle with the features of claim 1. Further embodiments of the invention contain ausgestaltende features in advantageous manner, the sub ⁇ claims.
  • the advantage achieved by the invention is that the optical properties of the window optics is adapted to the outer contour of the window optics, which is predetermined by the outer contour of the installation location to the largest possible opening angle of the window optics for transmission radiation and / or receiving radiation to be able to implement and maintain the performance of the optical measuring device.
  • Embodiments of the present invention advantageously a functional adjustment of Novaop ⁇ tik with respect to the design of the installation site and an optimization of the outer contour of the window optics of the optical measuring device, which is designed for example as a laser scanner.
  • the basic idea of the invention is based on the fact that the optical properties of the window optics prescribed by the outer contour for decoupling the transmission radiation or
  • Coupling of the resulting receiving radiation by appropriate measures, such as material selection and / or by specifying an inner window contour, adapted so that the window optics has a maximum opening angle for the transmission radiation and / or receiving radiation given installation conditions.
  • An inventive optical measuring device for a driving ⁇ generating comprises at least one transmitting and / or Empfangseinrich ⁇ tung, a window design with a defined opening angle, which comprises a transmitting window and a receiving window, wherein the transmitting and / or receiving device generates a transmission radiation and the Transmitting window of the window optics radiates in a measurement environment and receives a resulting receive radiation through the receiving window of the window optics from a measurement environment and evaluates.
  • the window look a predetermined outer window contour, which is adapted to an externa ⁇ ßere contour of a mounting location, wherein the optical ⁇ properties of the window optics are adapted to the outer window contour that the window optics a maximum opening angle for the transmitted radiation and / or Receiving radiation has.
  • the optical properties of the window optics can be adjusted by material selection and / or by specifying an inner window contour.
  • the optical window may for example comprise different Abschnit ⁇ te, the materials having different refractive indices.
  • the course of the radiation between the inner and outer contours of the window optics can be changed in such a way that the largest possible opening angle is established and the largest possible area in front of the vehicle can be scanned and monitored.
  • the window optics can be structured in an advantageous manner so that first sections, wel ⁇ che are each made of a material having a first refractive index, are arranged at edge regions of the window system. Further, at least a second portion which is ge ⁇ made of a material having a second refractive index which is lower than the first refractive index is substantially arranged arrival in the central region of the window appearance. As a result, the transmission radiation or reception radiation is refracted more strongly at the edge of the window optics, resulting in a larger opening angle for the window optics.
  • the inner window contour may have a plurality of structural lens sections.
  • the individual structural lens sections may have a planar surface with a predetermined width.
  • the planar surfaces of the individual structured lens sections are aligned at a predeterminable angle to the transmitting and / or receiving device.
  • the longitudinal edges of the planar surfaces of the individual structural lens sections essentially run parallel to each other.
  • the flat surfaces of the individual structural lens portions may be performed with different widths from ⁇ , where structure lens portions are formed at the edge regions of the window optics arranged, the plane surface-surface having a minimum width and wherein the width of the flat surfaces of the individual structural lens sections towards the center of the window optics increases.
  • the inner window contour may have a Fresnel lens structure to effect the targeted deflection of the transmission radiation or reception radiation.
  • the transmitting and / or receiving device operates in the infrared frequency range, wherein the window optical system is permeable only to the infrared frequency range.
  • FIG. 1 is a perspective view of an exemplary embodiment of an optical measuring device according to the invention for a vehicle.
  • Fig. 2 is a plan view of the inventive optical measuring ⁇ apparatus for a vehicle in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a schematic sectional view of an inventive optical measuring device for a vehicle with a first embodiment of a window lens.
  • Fig. 4 is a detailed sectional view of the fiction, modern ⁇ optical measuring apparatus for a vehicle in Fig. 3.
  • FIG. 5 shows a detailed representation of the first exemplary embodiment of the window optical system for the optical measuring device according to the invention for a vehicle from FIGS. 3 and 4.
  • Fig. 6 is a schematic sectional view of a fiction, ⁇ contemporary optical measuring device for a vehicle with a second embodiment of a window system.
  • Fig. 7 is a schematic sectional view of an optical measuring device according to the invention for a vehicle with a third embodiment of a window system.
  • an optical measuring device 1, 1 ', 1 "for a vehicle include a sensor unit designed as a laser scanner with a housing.
  • a transmission window ⁇ 10.1 is emitted through the, for example, pulsed laser light, and a reception window are introduced 10.2, is received by the objects in a surveillance area reflected laser light.
  • the transmission window and the reception window 10.1 10.2 are part of a window, optics 10, 10 ', 10 / y that determines the Ab ⁇ beam area of the transmitter radiation 30 and receiving range of the receiving radiation 30 with a defined opening angle ⁇ .
  • an electrical connecting device 3.1 is provided in order to supply the optical measuring device 1, 1 ', 1''with energy and to enable communication with the optical measuring device 1, 1', 1 ''.
  • the transmitting and / or receiving device 20 comprises a non-illustrated te transmitter board, on which, for example, a designed as a pulsed laser optical transmitter is arranged with a transmitting optics, a receiver board on which, for example, an unrepresented as a detector running optical receiver is arranged, and a receiving optics, which is executed in ⁇ example, as a parabolic mirror.
  • the optical transmitter generates pulsed laser beams, which are deflected via the transmitting ⁇ mirror unit and emitted by the transmission window 10.1 in the area to be monitored.
  • the reception window 10.2 receives pulsed laser beams which are reflected in response to the emitted pulsed laser beams from objects or obstacles arranged in the surveillance area.
  • the received laser beams are deflected via the receiving mirror unit and directed from the receiving optics to the optical receiver.
  • the output of the optical receiver is then evaluated to determine the transit time of the laser beams to determine the distance to a detected object in the surveillance area.
  • the window optics 10, 10 ', 10'', a given before ⁇ outer window contour 14 which is adapted to an outer contour of a mounting location, wherein the optical properties of the window, optics 10, 10', 10 '' as the outer window contour 14 adapted that the window optics 10, 10 ', 10''has a maximum opening angle ⁇ for the Sendestrah ⁇ ment 30 and / or receiving radiation 30.
  • Embodiments of the present invention fit the outer contour 14 of the window optics 10, 10 ', 10''so on to the outer contour of the mounting position, that the optical measuring device 1, 1', 1 '' optimally at the intended installation location in the vehicle inte ⁇ can be grated.
  • the optical measuring device 1, 1 ', 1'' in an advantageous manner at the front of the vehicle in front of the radiator, possibly even be integrated directly in the radiator grille.
  • the outer region 14 of the optical measuring device 1, 1 ', 1'' can be adapted to the design of the radiator grille with optimum space utilization and still has the largest possible opening angle ⁇ for the transmission radiation 30 and / or reception radiation 30.
  • the window optics 10, 10 ', 10'' has the task of distributing the light rays in such a way that a maximum opening angle • in the range of 130 ° to 170 ° can be realized while respecting the contour of the installation.
  • the function ⁇ on the window optics 10, 10 ', 10'' is not the bundling of the light beams, but the correct distribution and direction of the light beams.
  • the advantage of the optical measuring device 1, 1 ', 1 "according to the invention with the new window optics 10, 10', 10" is that it can be easily integrated into the installation site contour on the vehicle.
  • the transmitting and / or receiving device 20 operates preferential ⁇ way in the infrared frequency range at a wavelength of 905nm, the window optics 10, 10 ', 10''is permeable only for the infrared frequency range, ie for the human eye is the window optics 10, 10' , 10 '' black.
  • the beams should, in order to avoid reflection losses, be passed directly through the window optics 10, 10 ', 10''. This makes it possible to achieve a greater range of the optical measuring device 1, 1 ', 1''.
  • the transmission power of the optical measuring device 1, 1 ', 1'' is about 70W and the reception sensitivity is at a power of about 100nW.
  • FIGS. 3 to 5 a first embodiment of the window optics 10 will be described for the optical measuring apparatus 1 ⁇ below.
  • the illustrated first exemplary embodiment of the window optical system 10 has a predetermined outer window contour 14, which is adapted to the desired outer contour 5 of the installation location.
  • FIGS. 3 to 5 illustrate the course of the transmitted radiation or receiving beams 30, which in the illustrated exemplary embodiment is influenced by a structure on an inner contour 12 of the window optical system 10. is bathbar.
  • the inner window contour 12 of the window optical system 10 has a predefined structure which has a plurality of structural lens sections 12. 1.
  • the individual structured lens sections 12. 1 have a plane surface with a predetermined width B, which is under a
  • the individual structural lens sections 12.1 are arranged such that a strip with a high refractive index results at the lateral edges of the window optical system 10, which strip decreases in the direction of the center of the window optical system 10.
  • the planar surfaces of the individual structural lens sections 12. 1 are therefore designed to have different widths, wherein structural lens sections 12. 1, whose plane surfaces have a minimum width B, are arranged on the edge regions of the window optical system 10. In the direction of the center of the window optical system 10, the width B of the planar surfaces of the individual structural lens sections 12.1 increases.
  • the longitudinal edges of the planar surfaces of the individual structural lens sections 12.1 are substantially parallel to one another.
  • the window optical system 10 then has a minimum value for the refractive index. This results in flat and, in the middle region, steep decoupling or coupling-in angle at the edges.
  • This structure can be realized, for example, by a microlens structure, different coating or similar measures which perform the same optical function.
  • the window optics 10 ' is the same specified differently bene outer window contour 14 as the first embodiment, which is adapted to the desired outer contour 5 of the installation location.
  • a material is used for first portions 12.2, which has a first refractive index
  • second portions 12.3 a material is used, wel ⁇ ches having a second refractive index which is lower than the first refractive index.
  • a second portion is arranged 12.3 with the lower refractive index in the Wesentli ⁇ chen in a central strip portion of the window optics 10 '.
  • first sections with the higher Bre ⁇ chungsindex join on both sides and each form a lateral edge region of the window 10 '.
  • FIG. 7 shows a third example of the window from ⁇ guide optical system 10 '' for the optical measuring apparatus 1 ⁇ '' will be described below.
  • the window optics 10 ' also' the sliding ⁇ che predetermined outer window contour 14 as the first and second exemplary embodiment, which is adapted to the desired outer contour 5 of the installation location.
  • the inner window Terkontur 12 11 of the window optics 10 analogous to the first embodiment, a predetermined structure, which is designed for ge ⁇ targeted deflection of the transmission radiation or reception radiation as a Fresnel lens structure 12.4.
  • Embodiments of the present invention allow in an advantageous manner a technical function adaptation of the op ⁇ tables measuring device to the predetermined design at the installation site.
  • the geometry of the window optics can be adapted to the design surface at the installation site.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine optische Messvorrichtung (1) für ein Fahrzeug mit mindestens einer Sende- und/oder Empfangseinrichtung (20), einer Fensteroptik (10) mit einem definierten Öffnungswinkel (a),welche ein Sendefenster und ein Empfangsfenster umfasst, wobei die Sende- und/oder Empfangseinrichtung (20) eine Sendestrahlung (30) erzeugt und über das Sendefenster der Fensteroptik (10) in ein Messumfeld abstrahlt und eine resultierende Empfangsstrahlung (30) über das Empfangsfenster der Fensteroptik (10) aus einem Messumfeld empfängt und auswertet. Um eine optische Messvorrichtung für ein Fahrzeug mit einer Fensteroptik zu ermöglichen, deren äussere Kontur ohne Einbussen der Leistungsfähigkeit an die äussere Kontur des Einbauorts angepasst ist, weist die Fensteroptik (10) eine vorgegebene äussere Fensterkontur (14) auf, welche an eine äussere Kontur (5) des Einbauortes angepasst ist, wobei die optischen Eigenschaften der Fensteroptik (10) so an die äussere Fensterkontur (14) angepasst sind, dass die Fensteroptik (10) einen maximalen Öffnungswinkel (.) für die Sendestrahlung (30) und/oder Empfangsstrahlung (30) aufweist.

Description

Optische Messvorrichtung für ein Fahrzeug
Die Erfindung betrifft eine optische Messvorrichtung für ein Fahrzeug der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.
Aus dem Stand der Technik sind abtastende optische Messvor¬ richtungen, so genannte Laserscanner, für Fahrzeuge zur Erkennung von Objekten bzw. Hindernissen in einem Überwachungsbereich bekannt, welche die Entfernung zu im Überwachungsbereich erkannten Objekten bzw. Hindernissen nach dem Lichtimpulslauf- zeitverfahren bestimmen. Eine solche optische Messvorrichtung ist üblicherweise am vorderen Teil, z.B. am Kühlergrill, eines Fahrzeugs angebracht, kann aber auch am hinteren Teil des Fahrzeugs angebracht werden. Aufgrund des vorgesehenen Einbau- orts des Laserscanners im Fahrzeug, d.h. am vorderen Teil vor dem Kühler ggf. sogar direkt im Kühlergrill integriert, muss der Außenbereich des Laserscanners an dem Design des Kühlergrills anpassbar sein, ohne dennoch zu viel Platz in Anspruch zu nehmen, d.h. relativ flach vom Aufbau bleiben. Dies führt dazu, dass eine Fischaugenlinse, wie sie beispielsweise bei bekannten Kameras verwendet wird, hier keinen Vorteil bringt, da die Fischaugenlinse zu weit hervorstehen würde. Um eine gu¬ te Erfassung der Fahrzeugumgebung zu erzielen, sollte ein möglicher Öffnungswinkel der optischen Messvorrichtung so breit wie möglich sein, um einen möglichst großen Bereich vor dem Fahrzeug abtasten zu können.
In der Patentschrift DE 10 2005 055 572 B4 wird beispielsweise ein abtastender optischer Entfernungssensor beschrieben. Der beschriebene Entfernungssensor umfasst mindestens einen Laser als optischen Sender, mindestens einen Detektor als optischen Empfänger und eine Umlenkeinheit, welche mit einem ersten Spiegel eine erzeugte Laserstrahlung auf die zu vermessende Szene umlenkt, und mit einem zweiten Spiegel die von Objekten zurückgestreuten Laserimpulse auf den mindestens einen Detektor umlenkt. In der Patentschrift DE 10 2007 036 492 B4 wird beispielsweise eine optische Sensorvorrichtung beschrieben, welche eine Linsenplatte verwendet, welche auf ihrer einem Lichtsender oder einem Lichtempfänger zugewandten Fläche Fresnel-
Linsenstrukturen und auf der gegenüberliegenden, einer Scheibe zugewandten Fläche Fresnel-Reflektorstrukturen aufweist. Die beschriebene Linsenplatte dient zum Auskoppeln von parallelen Strahlen aus einer Scheibe und zum Einkoppeln von parallelen Strahlen in eine Scheibe.
In der Patentschrift US 7,544,945 B2 wird beispielsweise ein Lidar-System zur Umfeldüberwachung eines Fahrzeugs beschrieben. Das beschriebene Lidar-System umfasst mindestens eine Sende- und/oder Empfangseinrichtung und eine Optik zur Beeinflussung des Strahlengangs der erzeugten bzw. empfangenen Strahlung. So kann beispielsweise eine Fresnellinse vor einem Kollektor verwendet werden, um parallele Strahlen zu bündeln. Aufgabe der Erfindung ist es, eine optische Messvorrichtung für ein Fahrzeug vorzuschlagen, welche eine Fensteroptik aufweist, deren äußere Kontur ohne Einbußen der Leistungsfähigkeit an die äußere Kontur des Einbauorts angepasst ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine optische Mess¬ vorrichtung für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere die Ausführungsformen der Erfindung in vorteilhafter Weise ausgestaltende Merkmale enthalten die Unter¬ ansprüche .
Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht darin, dass die optischen Eigenschaften der Fensteroptik an die äußere Kontur der Fensteroptik angepasst wird, welche von der äußeren Kontur des Einbauortes vorgegeben ist, um einen möglichst großen Öff- nungswinkels der Fensteroptik für eine Sendestrahlung und/oder Empfangsstrahlung umsetzen zu können und die Leistungsfähigkeit der optischen Messvorrichtung zu erhalten. Somit ermögli- chen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise eine funktionstechnische Anpassung der Fensterop¬ tik bezüglich des Designs des Einbauorts und eine Optimierung der äußeren Kontur der Fensteroptik der optischen Messvorrich- tung, welche beispielsweise als Laserscanner ausgeführt ist.
Der Grundgedanke der Erfindung basiert darauf, dass die durch die äußere Kontur vorgegebenen optischen Eigenschaften der Fensteroptik zur Auskopplung der Sendestrahlung bzw.
Einkopplung der resultierenden Empfangsstrahlung durch geeignete Maßnahmen, wie beispielsweise Materialauswahl und/oder durch Vorgabe einer inneren Fensterkontur, so angepasst werden, dass die Fensteroptik bei gegebenen Einbaubedingungen einen maximalen Öffnungswinkel für die Sendestrahlung und/oder Empfangsstrahlung aufweist.
Durch Anbringung von Fresnel-Strukturen, Mikrooptiken und/oder Verwendung von verschiedenen Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindizes kann man die optischen Eigenschaften der Fensteroptik an die äußere Kontur der Designfläche anpassen.
Eine erfindungsgemäße optische Messvorrichtung für ein Fahr¬ zeug umfasst mindestens eine Sende- und/oder Empfangseinrich¬ tung, eine Fensteroptik mit einem definierten Öffnungswinkel, welche ein Sendefenster und ein Empfangsfenster umfasst, wobei die Sende- und/oder Empfangseinrichtung eine Sendestrahlung erzeugt und über das Sendefenster der Fensteroptik in ein Messumfeld abstrahlt und eine resultierende Empfangsstrahlung über das Empfangsfenster der Fensteroptik aus einem Messumfeld empfängt und auswertet. Erfindungsgemäß weist die Fensteroptik eine vorgegebene äußere Fensterkontur auf, welche an eine äu¬ ßere Kontur eines Einbauortes angepasst ist, wobei die opti¬ schen Eigenschaften der Fensteroptik so an die äußere Fensterkontur angepasst sind, dass die Fensteroptik einen maximalen Öffnungswinkel für die Sendestrahlung und/oder Empfangsstrahlung aufweist. In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Messvorrichtung können die optischen Eigenschaften der Fensteroptik durch Materialauswahl und/oder durch Vorgabe einer inneren Fensterkontur angepasst werden.
So kann die Fensteroptik beispielsweise verschiedene Abschnit¬ te aufweisen, deren Materialien verschiedene Brechungsindizes aufweisen. Dadurch kann der Strahlungsverlauf zwischen der inneren und äußeren Kontur der Fensteroptik so verändert werden, dass sich ein möglichst großer Öffnungswinkel einstellt und ein möglichst großer Bereich vor dem Fahrzeug abgetastet und überwacht werden kann. So kann die Fensteroptik in vorteilhafter Weise so strukturiert werden, dass erste Abschnitte, wel¬ che jeweils aus einem Material mit einem ersten Brechungsindex gefertigt sind, an Randbereichen der Fensteroptik angeordnet sind. Des Weiteren wird mindesten ein zweiter Abschnitt, welcher aus einem Material mit einem zweiten Brechungsindex ge¬ fertigt ist, welcher niedriger als der erste Brechungsindex ist, im Wesentlichen im mittleren Bereich der Fensteroptik an- geordnet. Dadurch wird die Sendestrahlung bzw. Empfangsstrahlung am Rand der Fensteroptik stärker gebrochen, so dass sich ein größerer Öffnungswinkel für die Fensteroptik ergibt.
In alternativer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsge- mäßen Messvorrichtung kann die innere Fensterkontur eine Mehrzahl von Strukturlinsenabschnitten aufweisen. Zur gezielten Umlenkung der Sendestrahlung bzw. Empfangsstrahlung können die einzelnen Strukturlinsenabschnitte eine plane Oberfläche mit einer vorgegebenen Breite aufweisen. Um eine gewünschte Umlen- kung der Sendestrahlung und/oder Empfangsstrahlung zu erreichen, sind die planen Oberflächen der einzelnen Strukturlinsenabschnitte unter einem vorgebbaren Winkel zur Sende- und/oder Empfangseinrichtung ausgerichtet. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Messvorrichtung verlaufen die Längskanten der planen Oberflächen der einzelnen Strukturlinsenabschnitte im Wesentlichen parallel zueinander. Zudem können die planen Oberflächen der einzelnen Strukturlinsenabschnitte unterschiedlich breit aus¬ geführt werden, wobei an den Randbereichen der Fensteroptik Strukturlinsenabschnitte angeordnet sind, deren plane Oberflä- che eine minimale Breite aufweisen, und wobei die Breite der planen Oberflächen der einzelnen Strukturlinsenabschnitte in Richtung Mitte der Fensteroptik zunimmt.
Zusätzlich oder alternativ kann die innere Fensterkontur eine Fresnel-Linsenstruktur aufweisen, um die gezielte Umlenkung der Sendestrahlung bzw. Empfangsstrahlung zu bewirken.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Messvorrichtung arbeitet die Sende- und/oder Empfangseinrich- tung im Infrarotfrequenzbereich, wobei die Fensteroptik nur für den Infrarotfrequenzbereich durchlässig ist.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer zeichnerischen Darstellung näher erläutert. In den
Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.
In der Darstellung zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbei- spiels einer erfindungsgemäßen optischen Messvorrichtung für ein Fahrzeug.
Fig. 2 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße optische Mess¬ vorrichtung für ein Fahrzeug aus Fig. 1.
Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungs- gemäßen optischen Messvorrichtung für ein Fahrzeug mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer Fensteroptik. Fig. 4 eine detailliertere Schnittdarstellung der erfindungs¬ gemäßen optischen Messvorrichtung für ein Fahrzeug aus Fig. 3.
Fig. 5 eine Detaildarstellung des ersten Ausführungsbeispiels der Fensteroptik für die erfindungsgemäße optische Messvorrichtung für ein Fahrzeug aus Fig. 3 und 4.
Fig. 6 eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungs¬ gemäßen optischen Messvorrichtung für ein Fahrzeug mit einem zweiten Ausführungsbeispiel einer Fensteroptik.
Fig. 7 eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen optischen Messvorrichtung für ein Fahrzeug mit einem dritten Ausführungsbeispiel einer Fensteroptik.
Wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, umfassen die dargestell¬ ten Ausführungsbeispiele einer optischen Messvorrichtung 1, 1 ' , 1 ' ' für ein Fahrzeug eine als Laserscanner ausgeführte Sensoreinheit mit einem Gehäuse. Im Gehäuse sind ein Sende¬ fenster 10.1, durch das beispielsweise gepulstes Laserlicht abgestrahlt wird, und ein Empfangsfenster 10.2 eingebracht, durch das von Objekten in einem Überwachungsbereich reflektiertes Laserlicht empfangen wird. Das Sendefenster 10.1 und das Empfangsfenster 10.2 sind Teil einer Fensteroptik 10, 10 ' , 10/ y mit einem definierten Öffnungswinkel ·, welcher den Ab¬ strahlbereich der Sendestrahlung 30 bzw. den Empfangsbereich der Empfangsstrahlung 30 bestimmt. Des Weiteren ist eine elektrische Anschlussvorrichtung 3.1 vorgesehen, um die optische Messvorrichtung 1, 1 ' , 1 ' ' mit Energie zu versorgen und eine Kommunikation mit der optischen Messvorrichtung 1, 1 ' , 1 ' ' zu ermöglichen.
Innerhalb des Gehäuses 3 sind verschiedene Komponenten wie beispielsweise eine Sende- und/oder Empfangseinrichtung 20 so¬ wie eine Umlenkspiegelanordnung angeordnet. Die Sende- und/oder Empfangseinrichtung 20 umfasst eine nicht dargestell- te Senderplatine, auf welcher beispielsweise ein als gepulster Laser ausgeführter optischer Sender mit einer Sendeoptik angeordnet ist, eine Empfängerplatine, auf welcher beispielsweise ein nicht dargestellter als Detektor ausgeführter optischer Empfänger angeordnet ist, und eine Empfangsoptik, welche bei¬ spielsweise als Parabolspiegel ausgeführt ist. Der optische Sender erzeugt gepulste Laserstrahlen, welche über die Sende¬ spiegeleinheit umgelenkt und durch das Sendefenster 10.1 in den zu überwachenden Bereich abgestrahlt werden. Über das Emp- fangsfenster 10.2 werden gepulste Laserstrahlen empfangen, die in Reaktion auf die ausgesendeten gepulsten Laserstrahlen von Objekten bzw. Hindernissen reflektiert werden, welche im Überwachungsbereich angeordnet sind. Die empfangenen Laserstrahlen werden über die Empfangsspiegeleinheit umgelenkt und von der Empfangsoptik zum optischen Empfänger geleitet. Das Ausgangssignal des optischen Empfängers wird dann zur Ermittlung der Laufzeit der Laserstrahlen ausgewertet, um die Entfernung zu einem erkannten Objekt im Überwachungsbereich zu ermitteln. Erfindungsgemäß weist die Fensteroptik 10, 10 ' , 10 '' eine vor¬ gegebene äußere Fensterkontur 14 auf, welche an eine äußere Kontur eines Einbauortes angepasst ist, wobei die optischen Eigenschaften der Fensteroptik 10, 10 ' , 10 '' so an die äußere Fensterkontur 14 angepasst sind, dass die Fensteroptik 10, 10 ' , 10 '' einen maximalen Öffnungswinkel · für die Sendestrah¬ lung 30 und/oder Empfangsstrahlung 30 aufweist.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung passen die äußere Kontur 14 der Fensteroptik 10, 10 ' , 10 '' so an die äußere Kon- tur des Einbauortes an, dass die optische Messvorrichtung 1, 1 ' , 1 ' ' optimal am vorgesehenen Einbauort im Fahrzeug inte¬ griert werden kann. So kann die optische Messvorrichtung 1, 1 ' , 1 ' ' in vorteilhafter Weise am vorderen Teil des Fahrzeugs vor dem Kühler ggf. sogar direkt im Kühlergrill integriert werden. Das bedeutet, dass der Außenbereich 14 der optischen Messvorrichtung 1, 1 ' , 1 ' ' bei optimaler Platzausnutzung an das Design des Kühlergrills angepasst werden kann und trotzdem einen möglichst großen Öffnungswinkel · für die Sendestrahlung 30 und/oder Empfangsstrahlung 30 aufweist.
Die Fensteroptik 10, 10 ' , 10 '' hat die Aufgabe die Lichtstrah- len in der Art zu verteilen, dass ein maximaler Öffnungswinkel • im Bereich von 130° bis 170° bei gleichzeitiger Beachtung der Kontur des Einbauortes realisiert werden kann. Die Funkti¬ on der Fensteroptik 10, 10 ' , 10 '' ist nicht die Bündelung der Lichtstrahlen, sondern die richtige Verteilung bzw. Leitung der Lichtstrahlen. Der Vorteil der erfindungsgemäßen optischen Messvorrichtung 1, 1 ' , 1 ' ' mit der neuen Fensteroptik 10, 10 ' , 10 '' ist, dass sie sich einfach in die Einbauortkontur am Fahrzeug integrieren lässt. Die Sende- und/oder Empfangseinrichtung 20 arbeitet vorzugs¬ weise im Infrarotfrequenzbereich bei einer Wellenlänge von 905nm, wobei die Fensteroptik 10, 10 ' , 10 '' nur für den Infrarotfrequenzbereich durchlässig ist, d.h. für das menschliche Auge ist die Fensteroptik 10, 10 ' , 10 '' schwarz. Die Strahlen sollen, um Reflexionsverluste vermeiden zu können, direkt durch die Fensteroptik 10, 10 ' , 10 '' geleitet werden. Dadurch kann man eine größere Reichweite der optischen Messvorrichtung 1, 1 ' , 1 ' ' erreichen. Die Sendeleistung der optischen Messvorrichtung 1, 1 ' , 1 ' ' liegt bei ca. 70W und die Empfangsempfind- lichkeit liegt bei einer Leistung von ca. lOOnW.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3 bis 5 wird nachfolgend ein erstes Ausführungsbeispiel der Fensteroptik 10 für die optische Mess¬ vorrichtung 1 beschrieben.
Wie aus Fig. 3 bis 5 ersichtlich ist, weist das dargestellte erste Ausführungsbeispiel der Fensteroptik 10 eine vorgegebene äußere Fensterkontur 14 auf, welche an die gewünschte äußere Kontur 5 des Einbauortes angepasst ist. Fig. 3 bis 5 verdeut- liehen den Verlauf der Sendestrahlung bzw. Empfangsstrahlen 30, welcher im dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine Struktur an einer inneren Kontur 12 der Fensteroptik 10 beein- flussbar ist. Zur Anpassung der optischen Eigenschaften der Fensteroptik 10 und zur Erzielung eines maximalen Öffnungswinkels · weist die innere Fensterkontur 12 der Fensteroptik 10 eine vorgegebene Struktur auf, welche eine Mehrzahl von Struk- turlinsenabschnitten 12.1 aufweist. Zur gezielten Umlenkung der Sendestrahlung bzw. Empfangsstrahlung 30 weisen die einzelnen Strukturlinsenabschnitte 12.1 eine plane Oberfläche mit einer vorgegebenen Breite B auf, welche unter einem
vorgebbaren Winkel zur Sende- und/oder Empfangseinrichtung 20 ausgerichtet ist. Die einzelnen Strukturlinsenabschnitte 12.1 sind so angeordnet, dass sich an den seitlichen Rändern der Fensteroptik 10 ein Streifen mit einem großen Brechungsindex ergibt, welcher in Richtung Mitte der Fensteroptik 10 abnimmt. Daher sind die planen Oberflächen der einzelnen Strukturlin- senabschnitte 12.1 unterschiedlich breit ausgeführt, wobei an den Randbereichen der Fensteroptik 10 Strukturlinsenabschnitte 12.1 angeordnet sind, deren plane Oberflächen eine minimale Breite B aufweisen. In Richtung Mitte der Fensteroptik 10 nimmt die Breite B der planen Oberflächen der einzelnen Struk- turlinsenabschnitte 12.1 zu. Zudem verlaufen die Längskanten der planen Oberflächen der einzelnen Strukturlinsenabschnitte 12.1 im Wesentlichen parallel zueinander. In einem mittleren Streifen weist die Fensteroptik 10 dann einen minimalen Wert für den Brechungsindex auf. Dadurch ergeben sich an den Rän- dern flache und im mittleren Bereich steile Auskoppel- bzw. Einkoppelwinkel .
Diese Struktur kann beispielsweise durch eine Mikrolinsen- struktur, unterschiedliche Beschichtung oder ähnliche Maßnah- men realisiert werden, welche die gleiche optische Funktion ausführen .
Unter Bezugnahme auf Fig. 6 wird nachfolgend ein zweites Aus¬ führungsbeispiel der Fensteroptik 10 ' für die optische Mess- Vorrichtung 1 ' beschrieben. Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, weist das dargestellte zweite Ausführungsbeispiel der Fensteroptik 10 ' die gleiche vorgege¬ bene äußere Fensterkontur 14 wie das erste Ausführungsbeispiel auf, welche an die gewünschte äußere Kontur 5 des Einbauortes angepasst ist. Zur Anpassung der optischen Eigenschaften der Fensteroptik 10 ' und zur Erzielung eines maximalen Öffnungswinkels · weist die dargestellte Fensteroptik 10 ' verschiedene Abschnitte 12.2, 12.3 auf, deren Materialien verschiedene Bre¬ chungsindizes aufweisen und die Strahlung zwischen der äußeren Fensterkontur 14 und einer inneren Fensterkontur 12 ' und umgekehrt umlenken. So wird für erste Abschnitte 12.2 ein Material verwendet, welches einen ersten Brechungsindex aufweist, und für zweite Abschnitte 12.3 wird ein Material verwendet, wel¬ ches einen zweiten Brechungsindex aufweist, welcher niedriger als der erste Brechungsindex ist.
Wie aus Fig. 6 weiter ersichtlich ist, ist ein zweiter Abschnitt 12.3 mit dem niedrigeren Brechungsindex im Wesentli¬ chen in einem mittleren Streifenbereich der Fensteroptik 10 ' angeordnet. An den zweiten Abschnitt 12.3 schließen sich auf beiden Seiten jeweils erste Abschnitte mit dem höheren Bre¬ chungsindex an und bilden jeweils einen seitlichen Randbereich der Fensteroptik 10 ' . Dadurch ergeben sich auch beim zweiten Ausführungsbeispiel an den Rändern flache und im mittleren Be- reich steile Auskoppel- bzw. Einkoppelwinkel.
Unter Bezugnahme auf Fig. 7 wird nachfolgend ein drittes Aus¬ führungsbeispiel der Fensteroptik 10 '' für die optische Mess¬ vorrichtung 1 ' ' beschrieben.
Wie aus Fig. 7 ersichtlich ist, weist das dargestellte dritte Ausführungsbeispiel der Fensteroptik 10 '' ebenfalls die glei¬ che vorgegebene äußere Fensterkontur 14 wie das erste und zweite Ausführungsbeispiel auf, welche an die gewünschte äuße- re Kontur 5 des Einbauortes angepasst ist. Zur Anpassung der optischen Eigenschaften der Fensteroptik 10 '' und zur Erzielung eines maximalen Öffnungswinkels · weist die innere Fens- terkontur 1211 der Fensteroptik 10 analog zum ersten Ausführungsbeispiel eine vorgegebene Struktur auf, welche zur ge¬ zielten Umlenkung der Sendestrahlung bzw. Empfangsstrahlung als Fresnel-Linsenstruktur 12.4 ausgeführt ist. Dadurch erge- ben sich auch beim dritten Ausführungsbeispiel an den Rändern flache und im mittleren Bereich steile Auskoppel- bzw.
Einkoppelwinkel .
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglichen in vorteilhafter Weise eine funktionstechnische Anpassung der op¬ tischen Messvorrichtung an das vorgegebene Design am Einbauort. Durch Anbringung von Fresnel-Linsenstrukturen, Mikroopti- ken oder Verwendung von verschiedenen Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindices kann die Geometrie der Fenster- optik an die Designfläche am Einbauort angepasst werden.

Claims

Patentansprüche
Optische Messvorrichtung für ein Fahrzeug mit mindestens einer Sende- und/oder Empfangseinrichtung (20), einer Fensteroptik (10, 10y, 10/ y) mit einem definierten Öffnungswinkel (·), welche ein Sendefenster (10.1) und ein Empfangsfenster (10.2) umfasst, wobei die Sende- und/oder Empfangseinrichtung (20) eine Sendestrahlung (30) erzeugt und über das Sendefenster (10.1) der Fensteroptik (10, 10 ' , 10 '') in ein Messumfeld abstrahlt und eine resultie¬ rende Empfangsstrahlung (30) über das Empfangsfenster (10.2) der Fensteroptik (10, 10y, 10/ y) aus einem Messumfeld empfängt und auswertet,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Fensteroptik (10, 10 ' , 10 '') eine vorgegebene äußere Fensterkontur (14) aufweist, welche an eine äußere Kontur (5) eines Einbauortes angepasst ist, wobei die op¬ tischen Eigenschaften der Fensteroptik (10, 10y, 10/ y) so an die äußere Fensterkontur (14) angepasst sind, dass die Fensteroptik (10, 10 ' , 10 '') einen maximalen Öffnungswinkel (·) für die Sendestrahlung (30) und/oder Empfangsstrahlung (30) aufweist.
Messvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die optischen Eigenschaften der Fensteroptik (10, 10 ' , 10 '') durch Materialauswahl und/oder durch Vorgabe einer inneren Fensterkontur (12, 12 '') anpassbar sind. Messvorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Fensteroptik (10 ') verschiedene Abschnitte
(12.2, 12.3) aufweist, deren Materialien verschiedene Brechungsindizes aufweisen.
Messvorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass erste Abschnitte (12.2), welche aus einem Material mit einem ersten Brechungsindex gefertigt sind, an Rand¬ bereichen der Fensteroptik (10 ') angeordnet sind, und ein zweiter Abschnitt (12.3), welcher aus einem Material mit einem zweiten Brechungsindex, welcher niedriger als der erste Brechungsindex ist, gefertigt ist, im Wesentlichen im mittleren Bereich der Fensteroptik (10 ') angeordnet ist .
Messvorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die innere Fensterkontur (12, 12 '') eine Mehrzahl von Strukturlinsenabschnitten (12.1) aufweist.
Messvorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die einzelnen Strukturlinsenabschnitte (12.1) eine plane Oberfläche mit einer vorgegebenen Breite (B) auf¬ weisen, welche unter einem vorgebbaren Winkel zur Sende und/oder Empfangseinrichtung (20) ausgerichtet ist.
Messvorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Längskanten der planen Oberflächen der einzelnen Strukturlinsenabschnitte (12.1) im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen.
Messvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die planen Oberflächen der einzelnen Strukturlinsen abschnitte (12.1) unterschiedlich breit ausgeführt sind, wobei an den Randbereichen der Fensteroptik (10) Strukturlinsenabschnitte (12.1) angeordnet sind, deren plane Oberfläche eine minimale Breite (B) aufweisen, und wobei die Breite (B) der planen Oberflächen der einzelnen Strukturlinsenabschnitte (12.1) in Richtung Mitte der
Fensteroptik (10) zunimmt.
Messvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die innere Fensterkontur (12/ y) eine Fresnel
Linsenstruktur (12.4) aufweist.
Messvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 1 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Sende- und/oder Empfangseinrichtung (20) im rarotfrequenzbereich arbeitet, wobei die Fensteroptik (10, 10 ' , 10 '') nur für den Infrarotfrequenzbereich durchlässig ist.
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