EP4698918A1

EP4698918A1 - Schutzvorrichtung vor verschmutzung für einen optischen sensor, insbesondere einen lidar-sensor

Info

Publication number: EP4698918A1
Application number: EP24722486.8A
Authority: EP
Inventors: Daniel Schulze; Nisar Al-Hasan
Original assignee: BMTS Technology GmbH and Co KG
Current assignee: BMTS Technology GmbH and Co KG
Priority date: 2023-04-18
Filing date: 2024-04-12
Publication date: 2026-02-25
Also published as: WO2024218017A1; DE102023109693A1; CN121014000A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung für einen optischen Sensor, insbesondere Lidar-Sensor (10) mit einem Aufnahmebereich, in dem eine optische Einheit angeordnet ist, wobei die optische Einheit im Bereich hinter einer transparenten Licht-Emissionsfläche (12) angeordnet ist, wobei die Licht-Emissionsfläche (12) angeordnet und ausgebildet ist, um Licht, insbesondere Laserlicht, zu transmittieren, insbesondere Licht der optischen Einheit in Richtung hin zu der Umgebung zu transmittieren und/oder Licht aus der Umgebung in Richtung hin zu der optischen Einheit zu transmittieren. Um bei solchen optischen Sensoren einen kontinuierlich sicheren Betrieb, insbesondere bei der Verwendung an einem Erkennungssystem eines Fahrzeugs, zu ermöglichen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Licht-Emissionsfläche (12) eine Schutzvorrichtung (20) zugeordnet ist, die dazu ausgebildet ist, zumindest einen Bereich der der Umgebung zugewandten Oberfläche der Licht-Emissionsfläche (12) mittels einer Gasströmung vor Verschmutzung zu schützen, dass die Schutzvorrichtung (20) eine Gasführung mit wenigstens einer Düsenanordnung (26) aufweist, dass die Düsenanordnung (26) wenigstens eine Düse (25) besitzt, dass die Düsenanordnung (26) ausgebildet ist, um eine gerichtete Gasströmung zu erzeugen, derart, dass die Gasströmung auf der Umgebungsseite einen Gasvorhang (F1-F4) längs der Licht-Emissionsfläche (12) und vorzugsweise zumindest bereichsweise beabstandet zu der Licht-Emissionsfläche (12) erzeugt.

Description

SCHUTZVORRICHTUNG VOR VERSCHMUTZUNG FÜR EINEN OPTISCHEN SENSOR, INSBESONDERE EINEN LIDAR-SENSOR

Die Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung für einen optischen Sensor, insbesondere einen Lidar-Sensor mit einem Aufnahmebereich, in dem eine optische Einheit angeordnet ist, wobei die optische Einheit im Bereich hinter einer transparenten Licht-Emissionsfläche angeordnet ist, und wobei die Licht- Emissionsfläche angeordnet und ausgebildet ist, um Licht, insbesondere Laserlicht, zu transmittieren, insbesondere Licht der optischen Einheit in Richtung hin zu der Umgebung zu transmittieren und/oder Licht aus der Umgebung in Richtung hin zu der optischen Einheit zu transmittieren.

In modernen Kraftfahrzeugen kommen zunehmend optische Sensoren zum Einsatz, die zur Beobachtung der Umgebung eingesetzt werden. Dabei kommen häufig Kameras, Lidar-Sensoren, und weitere optische Sensoren zum Einsatz. Die Relevanz dieser Sensoren ist vor allem bei autonomen Fahrzeugen besonders hoch. Eine Grundvoraussetzung für den sicheren Betrieb des Fahrzeuges ist die ordnungsgemäße Funktion der Sensoren zur Orientierung im Raum. Eine Verschmutzung der Sensoroberfläche, welche beispielsweise durch Kollisionen mit Schmutzpartikeln, Wasser oder Insekten entsteht, steht somit im Widerspruch zum sicheren Betrieb des Fahrzeuges.

Derzeit werden zur Reinigung der transparenten Licht-Emissionsfläche der Sensoroberfläche verschiedene Konzepte verfolgt. Bei den bekannten Konzepten kommen mehrere Reinigungsdüsen zum Einsatz um die Sensoroberfläche durch direktes Anstrahlen mittels gasförmigen und/oder flüssigen Medien zu reinigen, um die Partikel von der transparenten Licht-Emissionsfläche abzureinigen. Neben der Reinigung über Reinigungsdüsen ist eine mechanische Reinigung der Oberfläche mittels verschiedenen Wischkonzepten in Kombination mit einer Flüssigkeitsbenetzung bekannt.

Eine weitere bekannte Methode ist die Reinigung mittels Ultraschall (~35Hz). Dabei wird teilweise zunächst eine Flüssigkeit auf die Sensoroberfläche aufgetragen. Ein Piezo-Kristall versetzt anschließend die Sensoroberfläche in Schwingungen, wodurch sich die Verschmutzungen lösen.

Bei den bekannten Konzepten wird versucht die Sensoroberfläche möglichst gut zu reinigen, bzw. es wird versucht ein Anhaften der Partikel zu vermeiden. Es ist technisch aufwändig eine kontinuierliche und vollständige Reinigung der Oberfläche zu gewährleisten. Beispielsweise ist die maximale Flüssigkeitsmenge, welche im Fahrzeug mitgeführt werden kann, begrenzt. Somit kann die kontinuierliche Reinigung nicht gewährleistet werden bzw. das Reinigungsfluid muss häufig erneuert werden.

Bei allen mechanischen Reinigungskonzepten tritt während der Reinigung eine Art Blindspot auf. D.h. es kommt zu Einschränkungen im Sichtfeld des Sensors.

Ein weiterer Nachteil ist die Anzahl der Komponenten bei den bekannten Konzepten. Meist werden je Sensor mehrere Reinigungsdüsen eingesetzt welche über Schläuche entsprechend mit einem Druckluftsystem oder Flüssigkeitssystem verbunden werden müssen. Aufgrund der Anzahl an Komponenten ist es häufig nicht möglich, eine kompakte Bauweise umzusetzen. Zudem steigen die Kosten und Komplexität mit der Anzahl der Komponenten.

Bei bekannten Konzepten mit gasförmigen Reinigungsmedien (beispielsweise Druckluft), bei welchen das Fluid mittels Düsen direkt auf die Sensoroberfläche strömt, muss stets ein ölfreies Verdichterkonzept umgesetzt werden, um eine Kontamination der Sensorfläche mit Öl zu vermeiden.

Bei den bekannten Konzepten mit gasförmigen Reinigungsmedien erfolgt die Reinigung der Sensoroberfläche über Scherspannungen. Es ist Aufgabe der Erfindung eine Schutzvorrichtung für einen optischen Sensor, insbesondere einen Lidar-Sensor, der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der einen kontinuierlich sicheren Betrieb, insbesondere bei der Verwendung an einem Erkennungssystem eines Fahrzeugs, ermöglicht.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Licht-Emissionsfläche eine Schutzvorrichtung zugeordnet ist, die dazu ausgebildet ist, zumindest einen Bereich der der Umgebung zugewandten Oberfläche der Licht-Emissionsfläche mittels einer Gasströmung vor Verschmutzung zu schützen, dass die Schutzvorrichtung eine Gasführung mit wenigstens einer Düsenanordnung aufweist, dass die Düsenanordnung wenigstens eine Düse besitzt, dass die Düsenanordnung ausgebildet ist, um eine gerichtete Gasströmung zu erzeugen, derart, dass die Gasströmung auf der Umgebungsseite einen Gasvorhang längs der Licht- Emissionsfläche und vorzugsweise zumindest bereichsweise beabstandet zu der Licht-Emissionsfläche erzeugt. Der Abstand zwischen der Düsenauströmfläche und der Sensoroberfläche ist vorzugsweise maximal doppelt so groß wie die charakteristische Länge des Sensorelements, beispielsweise der Durchmesser oder die längste Erstreckung der Sensorelementes.

Mit der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung werden die Partikel der Umgebung über den Gas-, insbesondere Luftvorhang, abgelenkt, bevor diese auf die Licht- Emissionsfläche auftreffen können. Damit wird eine Verschmutzung der Licht- Emissionsfläche verhindert oder zumindest stark reduziert. Der Aufwand zur Reinigung der Sensoroberfläche kann daher verhindert oder zumindest stark reduziert werden. Das zum Betrieb der Schutzvorrichtung benötigte gasförmige Fluid kann über ein Drucksystem, insbesondere ein Druckluftsystem, beispielsweise ein bereits in dem Fahrzeug vorhandenes Druckluftsystem, zur Verfügung gestellt werden. Denkbar ist es, dass das gasförmige Fluid mittels eines Radial- oder Scroll- Verdichters gefördert und der Düsenanordnung zur Verfügung gestellt wird. Im Gegensatz zu Konzepten mit flüssigen Reinigungsmitteln, steht Luft als gasförmiges Fluid unbegrenzt zur Verfügung, was den Wartungsaufwand deutlich vereinfacht. Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann ein kontinuierlicher und dauerhaft sicherer Betrieb des optischen Sensors erreicht werden. Vorteilhaft ist es bei diesem Konzept auch, dass der Gasvorhang nicht oder nur unwesentlich mit der Licht- Emissionsfläche in Kontakt kommt. Somit unterliegt die Wahl des Verdichter- Konzeptes zur Förderung des Gasstroms keiner Einschränkung bezüglich des Schmiermittels, welches in dem Verdichter verwendet wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Düse oder zumindest ein Teil der Düsen der Düsenanordnung eine Geometrie aufweist/aufweisen, mittels der am Düsenaustritt eine Hauptströmungsrichtung des Gases erzeugbar ist, die parallel oder in einem senkrecht zur Licht-Emissionsfläche gemessenen Winkel, verläuft. Verläuft die Hauptströmungsrichtung im Winkel zur Licht-Emissionsfläche nach außen gerichtet, so ergibt sich in der Strömung eine Kraftkomponente, welche senkrecht von der Licht-Emissionsfläche weg weist. Ein, aufgrund der Fahrbewegung eines Fahrzeugs mit hoher kinetischer Energie auftreffender Partikel wird hierdurch sicher abgefangen und abgeleitet.

Vorzugsweise kann es vorgesehen sein, dass die Hauptströmungsrichtung mit der Licht-Emissionsfläche einen senkrecht zur Licht-Emissionsfläche gemessenen Winkel im Bereich zwischen 0° und 60° einschließt. Vorzugsweise ist für Anwendungen in Lastfahrzeugen der Winkel im Bereich zwischen 0° und 20° gewählt. Für Kraftfahrzeuge eignet sich im Besonderen ein Winkel zwischen 5° und 30°.

Ein erfindungsgemäßer optischer Sensor kann so gestaltet sein, dass die Licht- Emissionsfläche zumindest bereichsweise, als ebene Fläche ausgebildet ist, vor der im Umgebungsbereich der Gasvorhang erzeugbar ist, und/oder dass die Licht- Emissionsfläche zumindest bereichsweise als eine in Richtung zur Umgebung gewölbte, insbesondere zylindrische oder teilzylindrische Fläche ausgebildet ist, vor der im Umgebungsbereich der Gasvorhang erzeugbar ist.

Wird eine zylindrische oder teilzylindrische Fläche an der Licht-Emissionsfläche verwirklicht, so kann es insbesondere vorgesehen sein, dass die Hauptströmungsrichtung in Umfangsrichtung der zylindrischen oder teilzylindrischen Licht-Emissionsfläche geneigt verläuft, wobei vorzugsweise der Neigungswinkel im Bereich zwischen 0° und 30° gewählt ist. Durch eine solche Konstruktion wird vermieden, dass der erzeugte Gasvorhang zu stark durch den Fahrtwind, der auf den optischen Sensor einwirkt, beeinflusst wird.

Damit die Licht-Emissionsfläche des optischen Sensors möglichst wenig von der Gasströmung der Schutzvorrichtung beaufschlagt wird, kann es vorgesehen sein, dass die Gasaustrittsfläche am Düsenaustritt der Düsenanordnung beabstandet zu der Licht-Emissionsfläche angeordnet ist, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass die Gasaustrittsfläche in Richtung der Licht-Emissionsfläche versetzt zu der Licht- Emissionsfläche und/oder quer dazu versetzt angeordnet ist. Der Abstand zwischen der Düsenauströmfläche und der Sensoroberfläche ist dabei vorzugsweise maximal doppelt so groß wie die charakteristische Länge des Sensorelements, beispielsweise der Durchmesser oder die längste Erstreckung der Sensorelementes.

Gemäß der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Düsenanordnung im Bereich einer Seite der Licht-Emissionsfläche angeordnet ist, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass an gegenüberliegenden Seiten der Licht-Emissionsfläche jeweils eine Düsenanordnung angeordnet ist, und dass die Düsenanordnung/-en angeordnet und ausgebildet ist/sind, um einen in Richtung zu der gegenüberliegenden Seite der Licht-Emissionsfläche hin gerichteten Gasvorhang zu erzeugen. Die Verwendung einer Düsenanordnung nur an einer Seite der Licht- Emissionsfläche eignet sich insbesondere für kleinere optische Sensoren. Bei großen Licht-Emissionsflächen ist es vorteilhaft, an den gegenüberliegenden Seiten jeweils einen Gasvorhang zu erzeugen, um einen effektiven Schutz der Licht- Emissionsfläche zu erreichen.

Für eine kompakte Bauweise kann es vorgesehen sein, dass die Licht- Emissionsfläche zumindest im Bereich einer Seite der Licht-Emissionsfläche mittels eines Trägers begrenzt ist, und dass der Träger die Düsenanordnung trägt, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass die Licht-Emissionsfläche an gegenüberliegenden Seiten mittels jeweils eines Trägers begrenzt ist, und dass die beiden Träger jeweils eine Düsenanordnung tragen.

Eine denkbare Erfindungsalternative kann dergestalt sein, dass die Licht- Emissionsfläche an gegenüberliegenden Seiten mittels Seitenrändern begrenzt ist, und dass im Bereich zwischen diesen Seitenrändern die/eine Düsenanordnung der Schutzvorrichtung vorgesehen ist. Eine solche Bauweise eignet sich insbesondere dann, wenn innerhalb der Licht-Emissionsfläche ein Bereich vorhanden ist, der nicht für die Licht-Durchstrahlung des Sensors benötigt wird. In diesem Fall ist es besonders vorteilhaft, wenn vorgesehen ist, dass die zwischen den Seitenrändern angeordnete Schutzvorrichtung auf gegenüberliegenden, jeweils einem Seitenrand der Licht-Emissionsfläche zugewandten Seiten jeweils eine Düsenanordnung aufweist, zur Erzeugung jeweils eines, hin zum zugeordneten Seitenrand gerichteten Gasvorhangs

Ein erfindungsgemäßer optischer Sensor kann so ausgebildet sein, dass die Düsenanordnung wenigstens eine durchgehende oder unterbrochene Ringdüse aufweist, die einer, als zumindest teilweise umlaufende Fläche ausgebildeten Licht- Emissionsfläche zugeordnet ist. Bei diesem Konzept kann insbesondere eine Bauweise verwirklicht werden, bei der das gesamte Sichtfeld des Sensors, vorzugsweise auf dem gesamten 360°-Umfang des Sichtfelds nicht beeinträchtigt ist. Denkbar ist es auch, dass die Düsenanordnung eine Vielzahl von Einzeldüsen aufweist.

Eine besonders effektiv arbeitende Schutzvorrichtung für den optischen Sensor zeichnet sich dadurch aus, dass die Gasführung zwei Düsenanordnungen aufweist, die senkrecht zur Licht-Emissionsfläche hintereinander angeordnet sind, und dass die Hauptströmungsrichtungen der beiden Düsenanordnungen zueinander parallel verlaufen, oder dass die Hauptströmungsrichtungen der beiden Düsenanordnungen zueinander im Winkel verlaufen, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass die Hauptströmungsrichtungen senkrecht zu der Licht-Emissionsfläche zueinander im Winkel verlaufen. Vorzugsweise kann der Winkel hierbei im Bereich zwischen 0° und 15° betragen. Auf diese Weise lassen sich Gasströmungen erzielen, die vorzugsweise jeweils einen eigenen Gasvorhang bilden. Diese Gasvorhänge sind senkrecht zur Licht-Emissionsfläche hintereinander angeordnet, was einen besonders effektiven Schutz ermöglicht. Ein Partikel der Umgebung, der beispielsweise nicht vollständig durch den ersten Gasvorhang abgefangen wurde, kann dann sicher über den zweiten Gasvorhang abgeleitet werden. Stehen die beiden Gasvorhänge zueinander im Winkel, da die Hauptströmungsrichtungen zueinander im Winkel sind, so lassen sich die individuellen Eigenschaften eines jeden Gasvorhangs gezielt beeinflussen. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass sich die Gasvorhänge nach einer gewissen Wegstrecke im Anschluss an den Düsenaustritt miteinander vermischen. Denkbar ist es auch, dass je nach Fahrsituation nur einer der beiden Gasvorhänge durch gezielte Ansteuerung der Düsenanordnungen betrieben wird.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert es zeigen:

Figur 1 in perspektivischer Darstellung einen optischen Sensor,

Figur 2 den optischen Sensor gemäß Figur 1 im Vollschnitt,

Figur 3 eine zweite Alternative eines optischen Sensors in perspektivischer Darstellung,

Figur 4 eine dritte Alternative eines optischen Sensors in perspektivischer Darstellung,

Figur 5 eine vierte Alternative eines optischen Sensors im Vollschnitt,

Figur 6 eine fünfte Alternative eines optischen Sensors in perspektivischer Darstellung und,

Figur 7 eine sechste Alternative eines optischen Sensors im Vollschnitt. Figur 1 zeigt einen optischen Sensor, nämlich einen Lidar-Sensor 10, der in einem Aufnahmeraum eine optische Einheit aufnimmt. Der Aufnahmeraum ist von einer Licht-Emissionsfläche 12 umgeben. Mittels der Licht-Emissionsfläche 12 wird der Aufnahmeraum von der Umgebung abgeteilt. An gegenüberliegenden Seitenrändern 14 und 15 der Licht-Emissionsfläche 12 wird der Aufnahmeraum von Trägern 11 und 13 begrenzt. Die Licht-Emissionsfläche 12 kann eine zylindrische Außenfläche besitzen, wie dies die Zeichnungen zeigen. Denkbar ist jedoch auch die Verwendung einer ebenen oder in einer sonstigen Weise gewölbten Licht-Emissionsfläche 12. Die Licht-Emissionsfläche 12 ist zumindest bereichsweise von einem transparenten Material gebildet. Dabei ist die Licht-Emissionsfläche 12 so beschaffen, dass sie Licht, insbesondere Laserlicht, welches die optische Einheit im Aufnahmeraum aussendet transmittieren kann. Reflektiertes Laserlicht kann die transparente Licht- Emissionsfläche 12 aus der Umgebung kommend durch die Licht-Emissionsfläche 12 in den Aufnahmeraum transmittieren. Der Aufbau und die Funktion derartiger Lidar- Sensoren 10 ist aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt.

Solche Lidar-Sensoren 10 können im Rahmen der Erfindung insbesondere bei Kraftfahrzeugen, bevorzugt bei Personenkraftfahrzeugen zum Einsatz kommen. Sie dienen dazu den Umgebungsbereich des Fahrzeugs zu überwachen. Insbesondere kommen solche Lidar-Sensoren 10 zunehmend beim autonomen Fahren zur Überwachung der Umgebung zum Einsatz. Entsprechend können diese Lidar- Sensoren 10 den auf das Kraftfahrzeug einwirkenden Umweltbedingungen ausgesetzt sein.

Wie die Figuren 1 und 2 zeigen, ist dem Lidar-Sensor 10 eine Schutzvorrichtung 20 zugeordnet, vorzugsweise mit diesem verbunden, um eine einheitlich handhabbare Baukomponente zu erhalten.

Die Schutzvorrichtung 20 weist eine Gasführung 21 auf, die über eine Zuströmöffnung 22 eingangsseitig zugänglich ist. Mit der Zuströmöffnung 22 kann die Schutzvorrichtung 20 an eine Gaszuführung, insbesondere an eine Luftzuführung angeschlossen werden. Hierzu kann es vorgesehen sein, dass im Bereich der Zuströmöffnung 22 ein Verbindungsanschluss vorhanden ist, an den ein Kanal der Gaszuführung angekoppelt werden kann. Vorzugsweise ist es so, dass die Schutzvorrichtung 20 einem Druckluftsystem zugeordnet ist, wobei es so sein kann, dass das Druckluftsystem einen Verdichter aufweist, mittels dem Luft aus der Umgebung angesaugt, verdichtet und der Zuströmöffnung 22 zugeführt wird.

Anschließend an die Zuströmöffnung 22 besitzt die Schutzvorrichtung 20 eine Kanalanordnung, mittels der das über die Zuströmöffnung 22 zugeführte Gas wenigstens einer Düsenanordnung 26 zugeleitet werden kann. Es kann so sein, dass die Kanalanordnung einen Verteiler 23 aufweist, mittels dem die Gasströmung aufgeteilt wird, um diese einer oder mehreren Düsen der wenigstens einen Düsenanordnung 26 zuzuleiten.

In dem in Figur 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel besitzt die Düsenanordnung 26 eine Düse 24, die als zumindest teilweise umlaufende Ringdüse ausgebildet sein kann. Dabei kann es so sein, dass die Ringdüse in dem umlaufenden Bereich unterbrechungsfrei ausgebildet ist. Denkbar ist es jedoch auch, dass sich die Ringdüse aus einzelnen Düsensegmenten zusammensetzt.

Die Düse 25 weist einen Düsenaustritt 24 auf. Dieser Düsenaustritt 24 ist gemäß Figur 2 in Richtung der Längserstreckung beabstandet zu der Licht-Emissionsfläche 12 angeordnet. Zusätzlich oder alternativ kann es auch vorgesehen sein, dass der Düsenaustritt 24 in Richtung senkrecht beabstandet zu der Licht-Emissionsfläche 12 angeordnet ist. Entsprechend kann es also so sein, dass bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Düsenaustritt 24 gegenüber der Licht-Emissionsfläche 12 radial nach außen versetzt angeordnet ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Austrittsfläche des Düsenaustritts 24 geringfügig radial nach innen gegenüber der Licht-Emissionsfläche 12 versetzt angeordnet. Denkbar ist es jedoch auch, dass der innere Düsenrand des Düsenaustritts 24 mit der Oberfläche der Licht- Emissionsfläche 12 fluchtet. Auch diese Ausführungsformen sollen im Rahmen der Erfindung möglich sein.

Die Schutzvorrichtung 20 kann so gestaltet sein, dass sie im Anschluss an die Zuströmöffnung 22, beispielsweise im Anschluss an den Verteiler 23 einen oder mehrere Kanalabschnitte aufweist, innerhalb derer der freier Strömungsquerschnitt kleiner ausgebildet ist als der Strömungsquerschnitt im Bereich der Zuströmöffnung 22 und oder im Bereich des Verteilers 23. Auf diese Weise wird in den Kanalabschnitten eine Beschleunigung der Strömung und damit eine Erhöhung der kinetischen Energie des Gasstroms erreicht. Vorzugsweise ist es so, dass sich der Strömungsquerschnitt in dem zumindest einen Kanalabschnitt zumindest bereichsweise kontinuierlich verjüngt, um Strömungsverluste zu vermeiden.

Die Darstellung gemäß Figur 2 zeigt, dass in der Gasführung der Schutzvorrichtung 20 wenigstens ein Leitelement 27 vorhanden sein kann. Mittels des zumindest einen Leitelements 27 kann die Gasströmung der Gaszuführung gerichtet zu der oder den zugeordneten Düsen 25 geführt werden.

In dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel verlässt die Gasströmung die Schutzvorrichtung 20 durch den oder die Düsenaustritte 24. Mittels der Gasströmung wird eine gerichtete Gasströmung erzeugt, derart dass die Gasströmung auf der Umgebungsseite einen Gasvorhang F1 längs der Licht-Emissionsfläche 12 erzeugt. Dabei ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel der Gasvorhang F1 zumindest bereichsweise beabstandet zu der Licht-Emissionsfläche 12 angeordnet.

Im Sinne der Erfindung bedeutet dies, dass die Hauptströmungsrichtung H des Gasstroms im Abstand zu der Licht-Emissionsfläche 12 verläuft um den Gasvorhang F1 zu erzeugen. Dabei kann es so sein, dass Teile der Gasströmung, beispielsweise Wirbel oder dergleichen, die Licht-Emissionsfläche 12 berühren. Dadurch, dass die Hauptströmungsrichtung H beabstandet zu der Licht-Emissionsfläche 12 verläuft, ist der Gasvorhang F1 im Sinne der Erfindung dennoch im Abstand zu der Licht- Emissionsfläche 12 angeordnet.

Wie Figur 2 zeigt, verläuft die Hauptströmungsrichtung H im Bereich des Düsenaustritts 24 so, dass in Richtung von dem ersten Seitenrand 15 zu dem gegenüberliegenden Seitenrand 14 des Lidar-Sensors 10 der Gasvorhang F1 erzeugt wird. Die Hauptströmungsrichtung H kann sich dabei parallel zu der Licht-Emissionsfläche 12 erstrecken. Entsprechend kann es so sein, dass sich die Hauptströmungsrichtung H parallel zu der Mittellängsachse der zylindrischen Licht-Emissionsfläche 12 erstreckt.

Figur 2 zeigt jedoch, dass es auch so sein kann, dass die Hauptströmungsrichtung H mit der Licht-Emissionsfläche 12 einen senkrecht zur Licht-Emissionsfläche 12 nach außen gemessenen Winkel a einschließen kann. Dieser Winkel kann im Bereich zwischen 0° und 60°, vorzugsweise im Bereich zwischen 0° und 30°, besonders bevorzugt zwischen 0° und 15° gewählt werden.

Denkbar ist es so, dass zumindest ein Leitelement 27, vorzugsweise in dem sich verjüngenden Kanalabschnitt, angeordnet ist. Funktional kann das zumindest eine Leitelement 27 ausgebildet sein, um die Strömungsrichtung des in der Gaszuführung geführten Gases zu verändern. Somit kann es so sein, dass die Strömungsrichtung so verändert wird, dass das Gas, welches aus dem Düsenaustritt 24 ausströmt, hinsichtlich seiner Hauptströmungsrichtung H beeinflusst wird.

Figur 3 zeigt eine Ausführungsvariante, bei der die Hauptströmungsrichtung H im Bereich des oder der Düsenaustritte 24 sich beabstandet zu der Licht- Emissionsfläche 12 erstreckt, um einen Gasvorhang F1 vor der Licht- Emissionsfläche 12 zu erzeugen. Die Hauptströmungsrichtung H weist eine Komponente auf, die sich in Umfangsrichtung der Licht-Emissionsfläche 12 erstreckt. Dabei kann es insbesondere so sein, dass die Haupt-Strömungsrichtung H in Umfangsrichtung der zylindrischen oder teilzylindrischen Licht-Emissionsfläche 12 geneigt verläuft, wobei vorzugsweise der Neigungswinkel ß im Bereich zwischen 0° und 30° gewählt ist. Denkbar ist es, diese in Umfangsrichtung geneigte Hauptströmungsrichtung H dadurch zu erreichen, dass das zumindest eine Leitelement 27 entsprechend angestellt in der Gasführung 21 angeordnet ist, um die gewünschte Strömungsrichtung zu erreichen.

Zusätzlich oder alternativ kann bei der Ausgestaltungsvariante gemäß Figur 3 auch eine Neigung der Hauptströmungsrichtung H weg von der Licht-Emissionsfläche 12 vorgesehen sein, wie dies auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 verwirklicht ist.

Figur 2 zeigt weiterhin, dass die Schutzvorrichtung 20 einen Boden 28 aufweisen kann, der dazu verwendet werden kann, um die Gaszuführung 21 teilweise zu begrenzen. Weiterhin kann es so sein, dass der Boden 28 einen Anschlussbereich bildet, mittels dem die Schutzvorrichtung 20 mit dem Träger 13 des Lidar-Sensors 10 10 fest verbunden werden kann.

Bis auf die vorbeschriebenen Unterschiede entspricht das Ausführungsbeispiel 3 im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 1 und 2, sodass auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen werden kann.

Figur 4 veranschaulicht, dass die Schutzvorrichtung 20, wie sie beispielsweise in den Figuren 1-3 gezeigt ist, auch an der Unterseite des Lidar-Sensors 10 angeordnet sein kann, beispielsweise mit dem unteren Träger F verbunden sein kann. In diesem Fall wird ein Gasvorhang F1 erzeugt, welcher vor der Licht-Emissionsfläche 12 von dem unteren Seitenrand 14 hin zu dem oberen Seitenrand 15 der Licht- Emissionsfläche geführt ist.

Figur 5 zeigt eine Ausführungsform, bei der zwei Schutzvorrichtungen 20 auf gegenüberliegenden Seiten der Licht-Emissionsfläche 12, beispielsweise im Bereich der Seitenränder 14, 15, angeordnet sein können. Dabei können die Schutzvorrichtungen 20 entsprechend den Figuren 1 -4 ausgebildet sein.

Die obere Schutzvorrichtung 20 erzeugt einen Gasvorhang F1 vor der Licht- Emissionsfläche 12, die in Richtung von dem oberen Seitenrand 15 zu dem unteren Seitenrand 14 hin gerichtet ist. Die untere Schutzvorrichtung 20 erzeugt einen Gasvorhang F2, der vor der Licht-Emissionsfläche 12 in Richtung von dem unteren Seitenrand 14 hin zu dem oberen Seitenrand 15 gerichtet ist.

In Figur 6 ist eine Schutzvorrichtung 20 gezeigt, die zwei Düsenanordnungen 26 aufweist, wobei die Düsenanordnungen 26 senkrecht zur Licht-Emissionsfläche 12 nach außen hintereinander angeordnet sind. Dabei kann es so sein, wie Figur 6 zeigt, dass jede Düsenanordnung 26 eine zumindest teilweise umlaufende Düse 25 oder mehrere hintereinander angeordnete Düsen 25 aufweist. Mittels der ersten Düsenanordnung 26 wird ein Gasvorhang F1 entsprechend den Figuren 1 -5 erzeugt. Mit der zweiten Düsenanordnung 26 wird ein Gasvorhang F3 erzeugt, der radial nach außen beabstandet von dem inneren Gasvorhang F1 angeordnet ist. Der äußere Gasvorhang F3 kann entsprechend den Ausführungen gemäß den Figuren 1 -5 ausgebildet sein. Insbesondere kann es so sein, dass sich die Hauptströmungsrichtungen H der beiden Gasvorhänge F1 und F3 voneinander unterscheiden. Figur 6 veranschaulicht, dass die Vektoren, welche die Haupt- Strömungsrichtungen H repräsentieren, miteinander einen Winkel y einschließen.

In Figur 7 ist eine weitere Erfindungsalternative dargestellt, die einen Lidar-Sensor 10 entsprechend den Figuren 1-6 verwenden kann. Wie diese Zeichnung veranschaulicht, besitzt die Schutzvorrichtung 20 an gegenüberliegenden Seiten Düsenanordnungen 26 mit jeweils einer oder mehreren Düsen 25, um zwei in Umfangsrichtung zumindest teilweise umlaufende Gasvorhänge F1 und F4 zu erzeugen.

Die Schutzvorrichtung 20 ist in einem Bereich vor der Licht-Emissionsfläche 12 des Lidar-Sensors 10 angeordnet. Dabei ist die Anordnung der Schutzvorrichtung 20 vorzugsweise so gewählt, dass sie in einem Bereich vor der Licht-Emissionsfläche 12 angeordnet ist, die nicht für die Transmission von Licht der im Aufnahmeraum angeordneten optischen Einheit benötigt wird.

Die obere Düsenanordnung 26 erzeugt einen Gasvorhang F1 , der sich von der Düsenanordnung 26 in Richtung zum oberen Seitenrand 15 der Licht- Emissionsfläche 12 hin erstreckt.

Die untere Düsenanordnung 26 erzeugt einen Gasvorhang F4, der sich von der Düsenanordnung 26 in Richtung zum unteren Seitenrand 14 der Licht- Emissionsfläche 12 hin erstreckt. Mit den vorgeschriebenen Schutzvorrichtungen 20 lässt sich vor der Licht- Emissionsfläche 12 ein Gasvorhang F1 - F4 erzeugen, der verhindert, dass Partikel aus der Umgebung auf die Licht-Emissionsfläche 12 auftreffen. Diese Partikel werden durch den Gasvorhang F1 - F4 abgefangen und abgeleitet. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Licht-Emissionsfläche 12 nicht verschmutzt wird. Zumindest wird eine Verschmutzung stark reduziert.

Claims

Ansprüche

1. Optischer Sensor, insbesondere Lidar-Sensor (10) mit einem Aufnahmebereich, in dem eine optische Einheit angeordnet ist, wobei die optische Einheit im Bereich hinter einer transparenten Licht-Emissionsfläche (12) angeordnet ist, wobei die Licht-Emissionsfläche (12) angeordnet und ausgebildet ist, um Licht, insbesondere Laserlicht, zu transmittieren, insbesondere Licht der optischen Einheit in Richtung hin zu der Umgebung zu transmittieren und/oder Licht aus der Umgebung in Richtung hin zu der optischen Einheit zu transmittieren, dadurch gekennzeichnet, dass der Licht-Emissionsfläche (12) eine Schutzvorrichtung (20) zugeordnet ist, die dazu ausgebildet ist, zumindest einen Bereich der der Umgebung zugewandten Oberfläche der Licht-Emissionsfläche (12) mittels einer Gasströmung vor Verschmutzung zu schützen, dass die Schutzvorrichtung (20) eine Gasführung mit wenigstens einer Düsenanordnung (26) aufweist, dass die Düsenanordnung (26) wenigstens eine Düse (25) besitzt, dass die Düsenanordnung (26) ausgebildet ist, um eine gerichtete Gasströmung zu erzeugen, derart, dass die Gasströmung auf der Umgebungsseite einen Gasvorhang (F1-F4) längs der Licht-Emissionsfläche (12) und vorzugsweise zumindest bereichsweise beabstandet zu der Licht- Emissionsfläche (12) erzeugt.

2. Optischer Sensor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (25) oder zumindest ein Teil der Düsen (25) der Düsenanordnung (26) eine Geometrie aufweist/aufweisen, mittels der am Düsenaustritt (24) eine Hauptströmungsrichtung (H) des Gases erzeugbar ist, die parallel oder in einem senkrecht zur Licht-Emissionsfläche (12) gemessenen Winkel (a), verläuft.

3. Optischer Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptströmungsrichtung (H) mit der Licht-Emissionsfläche (12) einen senkrecht zur Licht-Emissionsfläche (12) gemessenen Winkel (a) im Bereich zwischen 0° und 60°, vorzugsweise im Bereich zwischen 0° und 30°, besonders bevorzugt zwischen 0° und 15°, einschließt.

4. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Licht-Emissionsfläche (12) zumindest bereichsweise, als ebene Fläche ausgebildet ist, vor der im Umgebungsbereich der Gasvorhang (F1-F4) erzeugbar ist, und/oder dass die Licht-Emissionsfläche (12) zumindest bereichsweise als eine in Richtung zur Umgebung gewölbte, insbesondere zylindrische oder teilzylindrische Fläche ausgebildet ist, vor der im Umgebungsbereich der Gasvorhang (F1 -F4) erzeugbar ist.

5. Optischer Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptströmungsrichtung (H) in Umfangsrichtung der zylindrischen oder teilzylindrischen Licht-Emissionsfläche (12) geneigt verläuft, wobei vorzugsweise der Neigungswinkel (ß) im Bereich zwischen 0° und 30° gewählt ist.

6. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasaustrittsfläche am Düsenaustritt (24) der Düsenanordnung (26) beabstandet zu der Licht-Emissionsfläche (12) angeordnet ist, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass die Gasaustrittsfläche in Richtung der Licht-Emissionsfläche (12) versetzt zu der Licht-Emissionsfläche (12) und/oder quer dazu versetzt angeordnet ist., wobei vorzugsweise der Abstand zwischen der Düsenauströmfläche und der Sensoroberfläche vorzugsweise maximal doppelt so groß ist wie die charakteristische Länge des Sensorelements, beispielsweise der Durchmesser oder die längste Erstreckung der Sensorelementes.

7. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenanordnung (26) im Bereich einer Seite der Licht- Emissionsfläche (12) angeordnet ist, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass an gegenüberliegenden Seiten der Licht-Emissionsfläche (12) jeweils eine Düsenanordnung (26) angeordnet ist, und dass die Düsenanordnung/-en (26) angeordnet und ausgebildet ist/sind, um einen, in Richtung zu der gegenüberliegenden Seite der Licht-Emissionsfläche (12) hin gerichteten Gasvorhang (F1- F4) zu erzeugen.

8. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Licht-Emissionsfläche (12) zumindest im Bereich einer Seite der Licht-Emissionsfläche (12) mittels eines Trägers (11 , 13) begrenzt ist, und dass der Träger (11 , 13) die Düsenanordnung (26) trägt, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass die Licht-Emissionsfläche (12) zumindest an gegenüberliegenden Seiten mittels jeweils eines Trägers (11 , 13) begrenzt ist, und dass die beiden Träger (11 , 13) jeweils eine Düsenanordnung (26) tragen.

9. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Licht-Emissionsfläche (12) an gegenüberliegenden Seiten mittels Seitenrändern (14, 15) begrenzt ist, und dass im Bereich zwischen diesen Seitenrändern (14, 15) die/eine Düsenanordnung (26) der Schutzvorrichtung (20) vorgesehen ist.

10. Optischer Sensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen den Seitenrändern (14, 15) angeordnete Schutzvorrichtung (20) auf gegenüberliegenden, jeweils einem Seitenrand (14, 15) der Licht-Emissionsfläche (12) zugewandten Seiten jeweils eine Düsenanordnung (26) aufweist zur Erzeugung jeweils eines, hin zum zugeordneten Seitenrand (14, 15) gerichteten Gasvorhangs (F1 , F4).

11. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenanordnung (26) wenigstens eine durchgehende oder unterbrochene Ringdüse aufweist, die einer, als zumindest teilweise umlaufende Fläche ausgebildeten Licht-Emissionsfläche (12), zugeordnet ist, oder dass die Düsenanordnung (26) eine Vielzahl von Einzeldüsen aufweist.

12. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Gasführung zwei Düsenanordnungen (26) aufweist, die senkrecht zur Licht- Emissionsfläche (12) hintereinander angeordnet sind, und dass die Hauptströmungsrichtungen (H) der beiden Düsenanordnungen (26) zueinander parallel verlaufen, oder dass die Hauptströmungsrichtungen (H) der beiden Düsenanordnungen (26) zueinander im Winkel (y) verlaufen, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass die Hauptströmungsrichtungen (H) senkrecht zu der Licht- Emissionsfläche (12) zueinander im Winkel (Y) verlaufen.