WO2012163342A1 - Vorrichtung mit optischem sensorsystem und antibeschlaglösung - Google Patents

Vorrichtung mit optischem sensorsystem und antibeschlaglösung Download PDF

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WO2012163342A1
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sensor system
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Henryk Frenzel
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Continental Automotive Technologies GmbH
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    • G01S17/931—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles

Definitions

  • the invention relates to a device for a vehicle, which comprises a housing and at least one optical sensor system and is arranged in the interior of a vehicle behind a vehicle window, with a view towards and / or through the vehicle window.
  • optical sensor systems for example for detecting the vehicle environment, e.g. Camera systems or lidar sensors (light detection and ranging).
  • a majority of these sensor systems looks in the direction of travel through a vehicle window, in particular through the windshield of the vehicle, and undertakes various driver-assisting functions by means of special electronic devices and software.
  • Driver assistance functions For example, the use of cameras for driver assistance systems is known. Due to the exposed mounting position of the camera systems, usually directly behind the windshield of the vehicle, with a more or less complete volume of air, for example in the form of a hermetically sealed reformtrichters between camera optics and windshield, it comes under certain environmental conditions to fog the disc, especially on the disc inside. Such a disc fitting leads to the fact that functions assigned to the camera system as well as other optical sensor systems can not be temporarily realized since no evaluable image can be delivered or because malfunctioning of assistance functions could occur, for example to a false triggering of automatic windscreen wipers. By integrating ever more important and sensitive functions, such as automatic lighting control or Pedestrian protection, are times when optical sensor systems are unavailable and the likelihood of malfunctioning, by customers and legislators, is becoming less tolerated.
  • optical sensor systems are already known from the prior art, which have a device for freeing vehicle windows in the viewing area from fogging.
  • Such a device for example, DE 10 2007 035 027, which discloses a viewing window for an optical sensor and / or detection system, wherein within the viewing window at least one field of view of the optical system is defined.
  • a device for window heating is arranged around the field of view surrounding a device for window heating.
  • the window heating is realized by means of thermal lines or as a heating wire, which is integrated into the disc and used to heat the field of view and thus to release of fog.
  • the invention is therefore based on the object, a device for releasing fogging of a vehicle window which is less expensive and more efficient than the systems known from the prior art.
  • the aim is in particular to effectively and efficiently eliminate windshield fogging in the field of vision of an optical sensor system by generating heat as quickly as possible and exactly where it is required.
  • the device according to the invention is preferably arranged in the interior of a vehicle, in particular behind a vehicle window of the vehicle, e.g. the windshield, and includes a housing and at least one optical sensor system.
  • the at least one optical sensor system of the device according to the invention can serve for the detection of information from the surroundings of the vehicle and data and information for one or more
  • the device according to the invention furthermore comprises at least one active light source, for example a light-emitting diode, which generates or emits electromagnetic radiation.
  • the at least one active light source serves, in particular, to radiate electromagnetic radiation onto at least part of the area of the vehicle window, through or onto which the at least one optical sensor system looks, in particular in order to heat this area.
  • the entire area of the vehicle window can be illuminated and heated, through or onto which the at least one optical sensor system of the device according to the invention faces.
  • the warming of the Vehicle window is in particular such that the electromagnetic radiation emitted by the active light source is at least partially absorbed by the material of the vehicle window and converted into heat.
  • the at least one active light source can be configured in such a way that it emits electromagnetic radiation from a specific wavelength range, in particular in a specific range between 200 nm and 1200 nm, ie from the ultraviolet range via visible light to the infrared range.
  • the at least one active light source is preferably arranged in a cavity between the housing of the device according to the invention and the vehicle window, in particular in the view funnel of the at least one optical sensor system with direct emission direction in the direction of the vehicle window.
  • the at least one active light source is preferably used to eliminate fog, which forms in certain weather ⁇ or environmental conditions on the inside and / or on the outside of the vehicle window, by the heating of the vehicle window.
  • the region of the vehicle window, which is to be freed from fog has a temperature which is only slightly increased in relation to the temperature of the remaining area of the vehicle window. It suffices, for example, if a temperature difference of, for example, 1 ° C. is achieved by the irradiation of the vehicle window with the active light source, so that the moisture settles in the areas of the vehicle window which have a lower temperature and are not within the viewing range of the at least one optical sensor system.
  • the at least one active light source is preferably used only when there is actually fogging on the vehicle window or when the use of the at least one active light source to heat the vehicle window is actually necessary.
  • the activation of the at least one active light source can take place, for example, if it is detected by the at least one optical sensor system of the device according to the invention that obstructions and / or fog are located on the inside and / or outside of the vehicle window.
  • the heating of the disc in addition to the elimination of fog, serve other purposes, for example, with appropriate design of the active light source with very high performance for eliminating or defrosting of snow and ice on the outside and / or inside of the vehicle window.
  • a significant advantage of the device according to the invention with an active light source for releasing window fitting is that compared to thermal heating cables no electrical and / or mechanical connections within the vehicle window are necessary and no connections to located within the disc heating elements. The release of fitting takes place in particular contactless.
  • the at least one optical sensor system of the device according to the invention is preferably a lidar sensor, a camera system or other optical detection and / or environmental detection, wherein the combined use of two or even further optical sensor systems in a device according to the invention is possible.
  • the device according to the invention comprises, for example, a camera system and a lidar sensor.
  • the camera system which can be arranged in the device according to the invention, preferably comprises an image sensor, for example a CMOS or CCD image chip, having a surface sensitive to electromagnetic radiation and an imaging system or a lens for projecting electromagnetic radiation onto the surface sensitive surface of the image sensor.
  • the camera system is preferably arranged in the housing of the device according to the invention with a view towards an area of the vehicle window, eg for rain detection, and / or with viewing direction through an area of the vehicle window into an ambient area of the vehicle, eg in the direction of travel of the vehicle.
  • the device according to the invention comprises at least one
  • the scattered light diaphragm is preferably arranged for the at least one optical sensor system in the housing of the device according to the invention, in particular in the cavity or in the hopper of the optical sensor system between the housing and the vehicle window.
  • the scattered light diaphragm preferably serves to prevent stray light from being incident into the at least one optical sensor system, for example into the imaging system of a camera system, e.g. due to reflections on the vehicle window and / or on elements of the device according to the invention itself.
  • the light-scattering screen can be arranged, for example, below the optical axis and horizontally or at a certain angle of inclination to the optical axis of the at least one optical sensor system.
  • the at least one active light source is preferably arranged within the scattered light diaphragm, in particular with direct emission direction in the direction of the vehicle window.
  • the at least one active light source can be equipped, for example, on a printed circuit board, which is arranged below the scattered light diaphragm, and emit electromagnetic radiation through a recessed area of the scattered light diaphragm on the vehicle window.
  • the device according to the invention is configured with a scattered light diaphragm for the at least one optical sensor system and the at least one active light source is arranged below the scattered light diaphragm.
  • the at least one active light source is arranged in the direction of the vehicle window, in particular with the emission direction through the scattered light diaphragm, wherein the scattered light diaphragm is designed with electromagnetic filter characteristics at least in the transmission range of the electromagnetic radiation emitted by the at least one active light source.
  • the scattered light diaphragm can be designed, for example, in the transmission region of a preferably black material which is permeable to electromagnetic radiation from the infrared range.
  • the lens hood from the outside is homogeneous, and that the at least one active light source below the lens hood, due to the black but infrared-transparent material, is invisible and the optical path of the at least one optical sensor system of device according to the invention does not interfere.
  • the at least one active light source is a light-emitting diode, for example an LED (light-emitting diode) or OLED (organic light-emitting diode).
  • a light-emitting diode for example an LED (light-emitting diode) or OLED (organic light-emitting diode).
  • any known light-emitting diode can be used for heating the vehicle window, since, as already described above, a temperature difference of only a few degrees Celsius is sufficient so that the moisture or the window fitting does not settle in the viewing area of the at least one optical sensor system, but in particular on other areas the vehicle window.
  • Such temperature differences can be achieved with light-emitting diodes with low power, for example, light-emitting diodes, which are operated at 70 mA or light emitting diodes with a power consumption of 1 W.
  • light-emitting diodes which are operated at 70 mA or light emitting diodes with a power consumption of 1 W.
  • a high-performance light emitting diode as the active light source, for example light emitting diodes which are operated with up to 500mA or have a power consumption of 3 W or 5W.
  • the at least one active light source is a laser diode.
  • the electromagnetic radiation emitted by the at least one active light source is electromagnetic radiation in the infrared range, ie in particular electromagnetic radiation in the wavelength range of greater than or equal to 750 nm
  • an active light source may be configured with an electromagnetic filter, or an infrared LED or an infrared diode may be used as the active light source.
  • Particularly advantageous in this embodiment is the fact that electromagnetic radiation in the infrared range is not visible to the human eye and the at least one optical sensor system, in particular in the embodiment of the sensor system with infrared filter, also by electromagnetic radiation in the infrared range is not disturbed.
  • the vehicle window in particular when the vehicle window is the windscreen of the vehicle, at least in a part of the area, through or on which the at least one optical sensor system views, with infrared filter properties and / or UV filter properties designed.
  • the entire vehicle window has electromagnetic filter properties, for example, to prevent the passenger compartment or the vehicle interior from being heated to a great extent by intensive solar radiation.
  • Vehicle windows with infrared or UV filter properties, in particular windshields, are already standard features in many vehicles. Especially at
  • Embodiment of the device according to the invention with an active light source emitting electromagnetic radiation in the infrared range the infrared radiation of the light source is even better absorbed and converted into heat when irradiating the vehicle window (with IR blocking) in this case.
  • the fact that the function of the at least one optical sensor system is not disturbed, in particular when the sensor system is equipped with an infrared filter, e.g. with a filter glass in the imaging system, or by a suitable timing of the at least one active light source.
  • the at least one active light source is mounted on a printed circuit board, for example as an SMD component (surface-mounted device).
  • the circuit board can already Component of the electronics of the at least one optical sensor system of the device according to the invention, so that in an advantageous manner, additional circuit complexity for the arrangement of the at least one active light source is avoided.
  • the circuit board on which the at least one active light source is equipped preferably below the lens hood in the housing of the device according to the invention.
  • the at least one active light source is used for further functions.
  • the at least one active light source can be used, for example, to detect obstructions on the vehicle window, in particular pollution, rain, snow and / or ice, for example by evaluating the electromagnetic radiation emitted by the light source and reflected by obstructions by means of the at least one optical sensor system Device according to the invention.
  • the at least one active light source can furthermore advantageously be used for the transmission of data signals. When configuring the at least one active light source as infrared-emitting diodes, this can be used, for example, to generate a data stream or a useful signal for various data transmission applications, e.g. for analysis functions in the workshop or for car-2-car communication.
  • a further advantageous function of the at least one active light source can be to produce a specific operating temperature for the at least one optical sensor system when the device according to the invention is put into operation, for example when starting the vehicle. Is it For example, when commissioning the device according to the invention particularly cold (eg -30 ° or -40 ° C), for example, at least the optical path of the at least one optical sensor system can be heated by means of the at least one active light source.
  • the device can also be designed with one or more active light sources, in particular in order to increase the power with respect to the heat generated.
  • the vehicle window behind which the device according to the invention is arranged, it is preferably the windshield of a vehicle, which may also be any other vehicle window, such as the rear window or a side window.
  • the at least one optical sensor system arranged in the device according to the invention can be used to detect another surrounding area of the vehicle, for example a lead-in area, a side area or
  • driver assistance systems include, in particular, anti-lock braking systems (ABS),
  • ASR Traction control
  • ESP Electronic Stability Program
  • EDS Electronic differential lock
  • Auto light Adaptive Headlights
  • Adaptive High Beam Assistant Night Vision Assistant
  • Night Vision Automatic windscreen wiper
  • HUD Head-Up Display
  • BAS Brake Assist
  • ANB Automatic Emergency Braking
  • Hill Start Assist Hill Descent Control
  • Cruise Control Cruise Control
  • Adaptive cruise control ACC
  • distance warning blind spot monitoring
  • traffic jam assistant lane departure warning system
  • lane departure warning / lane departure assistant lane departure support
  • lane change support lane change support
  • lane change assistance Intelligent Speed Adaptation
  • ISA Intelligent Speed Adaptation
  • Car2Car Communication Tire Pressure Monitoring System
  • Parking Assistance ultrasonic sensors for obstacle and distance detection
  • driver drowsiness detection Traffic Sign Recognition.
  • Fig. 1 shows a simplified representation of a preferred embodiment of the device according to the invention.
  • the device of Fig. 1 is arranged in this case behind a windshield 1 in the interior of a vehicle.
  • the device comprises a housing 2, in which a camera system, as an optical sensor system, is arranged.
  • the camera system comprises an image sensor 3 on a printed circuit board and an imaging system, in this case an objective 4 with a plurality of lenses 5, which serves for the projection of electromagnetic radiation onto a surface of the image sensor 3 that is sensitive to electromagnetic radiation.
  • the camera system is aligned with the viewing direction 6 through a region 7 of the windshield 1, in this case for detecting an environmental region of the vehicle ahead in the direction of travel.
  • the device according to the invention corresponding to FIG.
  • the camera system can also serve to detect a region of the windshield 1 itself, for example for rain detection.
  • the apparatus of Fig. 1 further comprises a lens hood 8, which is arranged in the view funnel of the camera system behind the windshield 1, wherein the view funnel of the camera system exists in the form of a cavity 9 between the housing 2 and windshield 1 or as a cavity between the windshield 1 of the Vehicle and the lens 4 and the lens hood 8 of the device according to the invention.
  • the device according to the invention from FIG. 1 furthermore comprises an active light source 10, in this case an infrared light-emitting diode (LED).
  • an active light source 10 in this case an infrared light-emitting diode (LED).
  • LED infrared light-emitting diode
  • electromagnetic radiation from the infrared range can be emitted to the windshield 1, in particular to the area 7 through which the camera system of the device according to the invention looks.
  • the electromagnetic radiation emitted by the light-emitting diode is at least partially absorbed by the material of the windshield 1 and converted into heat, as a result of which the windshield 1 heats up in the relevant region 7.
  • the heating of the windshield 1 in the viewing area 7 of the camera system preferably serves to remove or release moisture.
  • the light-emitting diode is arranged in this special case within the scattered light aperture 8 with direct emission direction 11 in the direction of the windshield 1.
  • the light-emitting diode is further arranged on a printed circuit board 12 which is located below the scattered light aperture 8 in the housing 2 of the device according to the invention, wherein the light emitting diode 10 the electromagnetic radiation radiates through a recessed area 13 in the scattered light aperture 8 to the windshield 1.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Vorrichtung, welche ein Gehäuse (2) und mindestens ein optisches Sensorsystem umfasst und im Innenraum eines Fahrzeugs hinter einer Fahrzeugscheibe (1) angeordnet ist, mit Blickrichtung (6) auf und/oder durch die Fahrzeugscheibe (1). Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung dient eine aktive Lichtquelle (10) zur Erwärmung der Fahrzeugscheibe in zumindest einem Teil des Blickbereichs (7) des optischen Sensorsystems, insbesondere zur Beseitigung von Beschlag.

Description

Vorrichtung mit optischem Sensorsystem und Antibeschlaglösung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für ein Fahrzeug, welche ein Gehäuse und mindestens ein optisches Sensorsystem umfasst und im Innenraum eines Fahrzeugs hinter einer Fahrzeugscheibe angeordnet ist, mit Blickrichtung auf und/oder durch die Fahrzeugscheibe.
Seit einigen Jahren werden in Fahrzeugen vermehrt optische Sensorsysteme eingesetzt, beispielsweise zur Erfassung des Fahrzeugumfeldes, z.B. Kamerasysteme oder Lidar-Sensoren (light detection and ranging) . Ein Großteil dieser Sensorsysteme blickt dabei durch eine Fahrzeugscheibe, insbesondere durch die Windschutzscheibe des Fahrzeugs hindurch, in Fahrtrichtung und übernimmt mittels spezieller elektronischer Einrichtungen und Software verschiedene fahrerunterstützende Funktionen bzw.
Fahrerassistenzfunktionen. Bekannt ist beispielsweise der Einsatz von Kameras für Fahrerassistenzsysteme. Durch die exponierte Einbaulage der Kamerasysteme, in der Regel direkt hinter der Windschutzscheibe des Fahrzeugs, mit einem mehr oder weniger abgeschlossenen Luftvolumen, beispielsweise in Form eines luftdicht abgeschlossenen Sichttrichters zwischen Kameraoptik und Windschutzscheibe, kommt es bei bestimmten Umweltbedingungen zum Beschlag der Scheibe, insbesondere auf der Scheibeninnenseite. Derartiger Scheibenbeschlag führt dazu, dass dem Kamerasystem sowie anderen optischen Sensorsystemen zugewiesene Funktionen temporär nicht realisiert werden können, da kein auswertbares Bild geliefert werden kann oder weil es zu Fehlauslösungen von Assistenzfunktionen kommen könnte, beispielsweise zu einer Fehlauslösung von automatischen Scheibenwischern. Durch die Integration immer wichtigerer und sensiblerer Funktionen, beispielsweise automatische Lichtsteuerung oder Fußgängerschutz, werden Zeiten in denen optische Sensorsysteme nicht verfügbar sind und die Möglichkeit von Fehlfunktionen, von Kunden und Gesetzgebern immer weniger toleriert.
Aufgrund der oben genannten Probleme sind aus dem Stand der Technik bereits optische Sensorsysteme bekannt, die eine Vorrichtung aufweisen, um Fahrzeugscheiben im Blickbereich von Beschlag zu befreien.
Eine solche Vorrichtung zeigt beispielsweise die DE 10 2007 035 027, welche ein Sichtfenster für ein optisches Sensor- und/oder Erkennungssystem offenbart, wobei innerhalb des Sichtfensters wenigstens ein Sichtfeld des optischen Systems definiert ist. Um das Sichtfeld umlaufend ist eine Vorrichtung zur Fensterbeheizung angeordnet. Die Fensterbeheizung ist dabei mittels thermischer Leitungen bzw. als Heizungsdraht realisiert, der in die Scheibe integriert ist und zum Beheizen des Sichtfelds und damit zu Lösen von Beschlag dient.
Wesentliche Nachteile bei dem oben beschriebenen System sowie bei anderen aus dem Stand der Technik bekannten Systemen zum Lösen von Scheibenbeschlag im Sichtbereich optischer Sensorsysteme bestehen darin, dass die Scheibe nur am Rand des Sichtbereichs erwärmt wird und nicht dort, wo die Wärme eigentlich benötigt wird. Das Integrieren von thermischen Leitungen in eine Fahrzeugscheibe ist zudem mit hohen Kosten und entsprechendem Fertigungsaufwand verbunden. Ein Nachrüsten eines solchen Systems ist nur durch einen Austausch der Fahrzeugscheibe möglich. Darüber hinaus erfolgt die Erwärmung einer Scheibe mittels thermischen Leitungen in der Regel nur sehr langsam.
Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Lösen von Beschlag einer Fahrzeugscheibe anzugeben, die kostengünstiger und leistungsfähiger ist, als die bislang aus dem Stand der Technik bekannten Systeme. Ziel ist es insbesondere Scheibenbeschlag im Blickbereich eines optischen Sensorsystems möglichst effektiv und effizient zu beseitigen, indem Wärme möglichst schnell und genau dort erzeugt wird, wo diese erforderlich ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen, wobei auch Kombinationen und Weiterbildungen einzelner Merkmale miteinander denkbar sind.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist vorzugsweise im Innenraum eines Fahrzeugs angeordnet, insbesondere hinter einer Fahrzeugscheibe des Fahrzeugs, z.B. der Windschutzscheibe, und umfasst ein Gehäuse und mindestens ein optisches Sensorsystem. Das mindestens eine optische Sensorsystem der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann dabei zur Erfassung von Informationen aus der Umgebung des Fahrzeugs dienen und Daten und Informationen für eines oder mehrerer
Fahrerassistenzsysteme im Fahrzeug bereitstellen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst weiterhin wenigstens eine aktive Lichtquelle, beispielsweise eine Leuchtdiode, die elektromagnetische Strahlung erzeugt bzw. emittiert. Die wenigstens eine aktive Lichtquelle dient insbesondere dazu, elektromagnetische Strahlung auf zumindest einen Teil des Bereichs der Fahrzeugscheibe zu strahlen, durch bzw. auf den das mindestens eine optische Sensorsystem blickt, insbesondere um diesen Bereich dadurch zu erwärmen. Vorzugweise kann mittels der wenigstens einen aktiven Lichtquelle der gesamte Bereich der Fahrzeugscheibe angestrahlt und erwärmt werden, durch bzw. auf den das mindestens eine optische Sensorsystem der erfindungsgemäßen Vorrichtung blickt. Die Erwärmung der Fahrzeugscheibe erfolgt dabei insbesondere derart, dass die von der aktiven Lichtquelle emittierte elektromagnetische Strahlung vom Material der Fahrzeugscheibe zumindest teilweise absorbiert und in Wärme umgesetzt wird. Die wenigstens eine aktive Lichtquelle kann dabei derart ausgestaltet sein, dass diese elektromagnetische Strahlung aus einem bestimmten Wellenlängenbereich emittiert, insbesondere in einem bestimmten Bereich zwischen 200 nm und 1200 nm, d.h. vom Ultraviolett-Bereich über sichtbares Licht bis in den Infrarotbereich .
Die wenigstens eine aktive Lichtquelle ist vorzugsweise in einem Hohlraum angeordnet, zwischen dem Gehäuse der erfindungsgemäßen Vorrichtung und der Fahrzeugscheibe, insbesondere im Sichttrichter des mindestens einen optischen Sensorsystems mit direkter Emissionsrichtung in Richtung der Fahrzeugscheibe .
Die wenigstens eine aktive Lichtquelle wird bevorzugt dafür eingesetzt, um Beschlag, der sich bei bestimmten Witterungs¬ bzw. Umweltbedingungen auf der Innenseite und/oder auf der Außenseite der Fahrzeugscheibe bildet, durch das Erwärmen der Fahrzeugscheibe zu beseitigen. Hierzu kann es bereits ausreichen, wenn der Bereich der Fahrzeugscheibe, welcher von Beschlag befreit werden soll, eine Temperatur aufweist, die gegenüber der Temperatur des restlichen Bereichs der Fahrzeugscheibe nur leicht erhöht ist. Es reicht beispielweise aus, wenn durch die Bestrahlung der Fahrzeugscheibe mit der aktiven Lichtquelle ein Temperaturunterschied von z.B. 1°C erreicht wird, so dass sich die Feuchtigkeit in den Bereichen der Fahrzeugscheibe absetzt, die eine niedrigere Temperatur aufweisen und sich nicht im Blickbereich des mindestens einen optischen Sensorsystems befinden. Die wenigstens eine aktive Lichtquelle wird dabei vorzugsweise nur dann eingesetzt, wenn sich tatsächlich Beschlag auf der Fahrzeugscheibe befindet bzw. wenn der Einsatz der wenigstens einen aktiven Lichtquelle zur Erwärmung der Fahrzeugscheibe tatsächlich nötig ist. Die Aktivierung der wenigstens einen aktiven Lichtquelle kann beispielsweise dann erfolgen, wenn durch das mindestens eine optische Sensorsystem der erfindungsgemäßen Vorrichtung erkannt wird, dass sich Obstruktionen und/oder Beschlag auf der Innen- und/oder Außenseite der Fahrzeugscheibe befinden. Erfindungsgemäß kann die Erwärmung der Scheibe, neben der Beseitigung von Beschlag, weiteren Zwecken dienen, beispielsweise bei entsprechender Ausgestaltung der aktiven Lichtquelle mit besonders hoher Leistung zum Beseitigen bzw. zum Abtauen von Schnee und Eis auf der Außenseite und/oder Innenseite der Fahrzeugscheibe.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer aktiven Lichtquelle zum Lösen von Scheibenbeschlag besteht darin, dass gegenüber thermischen Heizleitungen keine elektrischen und/oder mechanischen Anbindungen innerhalb der Fahrzeugscheibe notwendig sind sowie keine Anbindungen an innerhalb der Scheibe befindliche Heizelemente. Das Lösen von Beschlag erfolgt insbesondere kontaktlos.
Bei dem mindestens einen optischen Sensorsystem der erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es sich bevorzugt um einen Lidar-Sensor, um ein Kamerasystem oder um eine andere optische Erkennungs- und/oder Umgebungserfassung, wobei auch der kombinierte Einsatz von zwei oder noch weiteren optischen Sensorsystemen in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich ist. In vorteilhafter Ausgestaltung umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung beispielsweise ein Kamerasystem und einen Lidar-Sensor. Das Kamerasystem, welches in der erfindnugsgemäßen Vorrichtung angeordnet sein kann, umfasst vorzugsweise einen Bildsensor, z.B. einen CMOS- oder CCD- Bildchip, mit einer für elektromagnetische Strahlung sensitiven Fläche und ein Abbildungssystem bzw. ein Objektiv, zur Projektion von elektromagnetischer Strahlung auf die sensitive Fläche des Bildsensors. Das Kamerasystem ist bevorzugt in dem Gehäuse der erfindungsgemäßen Vorrichtung angeordnet mit Blickrichtung auf einen Bereich der Fahrzeugscheibe, z.B. zur Regenerkennung, und/oder mit Blickrichtung durch einen Bereich der Fahrzeugscheibe hindurch in einen Umgebungsbereich des Fahrzeugs, z.B. in Fahrtrichtung des Fahrzeugs. In einer bevorzugten Ausführungsvariante umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung mindestens eine
Streulichtblende. Die Streulichtblende ist bevorzugt für das mindestens eine optische Sensorsystem in dem Gehäuse der erfindungsgemäßen Vorrichtung angeordnet, insbesondere im Hohlraum bzw. im Sichttrichter des optischen Sensorsystems zwischen Gehäuse und Fahrzeugscheibe. Die Streulichtblende dient dabei vorzugsweise der Vermeidung, dass Streulicht in das mindestens eine optische Sensorsystem einfällt, beispielsweise in das Abbildungssystem eines Kamerasystems, z.B. aufgrund von Reflexionen an der Fahrzeugscheibe und/oder an Elementen der erfindungsgemäßen Vorrichtung selbst. Die Streulichtblende kann beispielsweise unterhalb der optischen Achse sowie waagegerecht oder mit einem gewissen Neigungswinkel zur optischen Achse des mindestens einen optischen Sensorsystems angeordnet sein.
Bei Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Streulichtblende, insbesondere im Sichttrichter des mindestens einen optischen Sensorsystems, ist die wenigstens eine aktive Lichtquelle bevorzugt innerhalb der Streulichtblende angeordnet, insbesondere mit direkter Emissionsrichtung in Richtung der Fahrzeugscheibe. Die wenigstens eine aktive Lichtquelle kann dabei beispielsweise auf einer Leiterplatte, die unterhalb der Streulichtblende angeordnet ist, bestückt sein und elektromagnetische Strahlung durch einen ausgesparten Bereich der Streulichtblende auf die Fahrzeugscheibe ausstrahlen . In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Streulichtblende für das mindestens eine optische Sensorsystem ausgestaltet und die wenigstens eine aktive Lichtquelle unterhalb der Streulichtblende angeordnet. Die wenigstens eine aktive Lichtquelle ist dabei insbesondere mit Emissionsrichtung durch die Streulichtblende hindurch in Richtung der Fahrzeugscheibe angeordnet, wobei die Streulichtblende zumindest im Transmissionsbereich der von der wenigstens einen aktiven Lichtquelle emittierten elektromagnetischen Strahlung mit elektromagnetischen Filtereigenschaften ausgestaltet ist. Die Streulichtblende kann beispielweise im Transmissionsbereich aus einem vorzugsweise schwarzen Material ausgestaltet sein, das für elektromagnetische Strahlung aus dem Infrarotbereich durchlässig ist. Besonders vorteilhaft an dieser Ausgestaltung ist die Tatsache, dass die Streulichtblende von außen betrachtet homogen ist, und dass die wenigstens eine aktive Lichtquelle unterhalb der Streulichtblende, aufgrund des schwarzen aber Infrarot-durchlässigen Materials, unsichtbar ist und den optischen Pfad des mindestens einen optischen Sensorsystems der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht stört.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es sich bei der wenigstens einen aktiven Lichtquelle um eine Leuchtdiode, z.B. eine LED (light-emitting diode) oder OLED (organic light- emitting diode). Erfindungsgemäß kann jede bekannte Leuchtdiode zur Erwärmung der Fahrzeugscheibe eingesetzt werden, da wie bereits vorangehend beschrieben, bereits ein Temperaturunterschied von wenigen Grad Celsius ausreicht, damit sich die Feuchtigkeit bzw. der Scheibenbeschlag nicht im Blickbereich des mindestens einen optischen Sensorsystems absetzt, sondern insbesondere auf anderen Bereichen der Fahrzeugscheibe. Derartige Temperaturunterschiede können bereits mit Leuchtdioden mit geringer Leistung erreicht werden, beispielsweise Leuchtdioden, die mit 70 mA betrieben werden bzw. Leuchtdioden mit einer Leistungsaufnahme von 1 W. Je nach Anwendungsfall und spezieller Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es erforderlich sein, dass sich die Leuchtdiode nahe dem zu bestrahlenden bzw. zu erwärmenden Bereich der Fahrzeugscheibe befindet, insbesondere um eine bestimmte Erwärmung zu erreichen.
Je nach Anwendungsfall bzw. je nach Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es zudem vorteilhaft sein, eine Hochleistungs-Leuchtdiode als aktive Lichtquelle zu verwenden, beispielsweise Leuchtdioden die mit bis zu 500mA betrieben werden bzw. die eine Leistungsaufnahme von 3 W oder 5W aufweisen.
In einer besonderen Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es sich bei der wenigstens einen aktiven Lichtquelle um eine Laserdiode.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es sich bei der elektromagnetischen Strahlung, welche durch die wenigstens eine aktive Lichtquelle emittiert wird, um elektromagnetische Strahlung im Infrarotbereich, d.h. insbesondere um elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich von größer oder gleich 750 nm. Hierzu kann die wenigstens eine aktive Lichtquelle beispielweise mit einem elektromagnetischen Filter ausgestaltet sein bzw. es kann eine Infrarot-LED bzw. eine Infrarotdiode als aktive Lichtquelle verwendet werden. Besonders vorteilhaft an dieser Ausgestaltung ist die Tatsache, dass elektromagnetische Strahlung im Infrarotbereich für das menschliche Auge nicht sichtbar ist und das mindestens eine optische Sensorsystem, insbesondere bei Ausgestaltung des Sensorsystems mit Infrarotfilter, ebenfalls durch elektromagnetische Strahlung im Infrarotbereich nicht gestört wird .
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Fahrzeugscheibe, insbesondere wenn es sich bei der Fahrzeugscheibe um die Windschutzscheibe des Fahrzeugs handelt, zumindest in einem Teil des Bereichs, durch bzw. auf den das mindestens eine optische Sensorsystem blickt, mit Infrarotfiltereigenschaften und/oder UV-Filtereigenschaften ausgestaltet. Vorzugsweise weist die gesamte Fahrzeugscheibe elektromagnetische Filtereigenschaften auf, beispielsweise zur Vermeidung, dass sich die Fahrgastzelle bzw. der Fahrzeuginnenraum durch intensive Sonneneinstrahlung zur stark erwärmt.
Fahrzeugscheiben mit Infrarot- bzw. UV-Filtereigenschaften, insbesondere Windschutzscheiben, gehören bei vielen Fahrzeugen bereits zur Standardausstattung. Insbesondere bei
Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer aktiven Lichtquelle, die elektromagnetische Strahlung im Infrarotbereich ausstrahlt, wird beim Bestrahlen der Fahrzeugscheibe (mit IR Blocking) in diesem Fall die Infrarotstrahlung der Lichtquelle noch besser absorbiert und in Wärme umgewandelt. Besonders vorteilhaft an dieser Ausgestaltung ist zudem die Tatsache, dass die Funktion des mindestens einen optischen Sensorsystems nicht gestört wird, insbesondere bei Ausführung des Sensorsystems mit einem Infrarotfilter, z.B. mit einem Filterglas im Abbildungssystem, oder durch eine geeignete Taktung der wenigstens einen aktiven Lichtquelle .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die wenigstens eine aktive Lichtquelle auf einer Leiterplatte bestückt, beispielsweise als SMD-Bauteil ( surface-mounted device) . Die Leiterplatte kann dabei bereits Bestandteil der Elektronik des mindestens einen optischen Sensorsystems der erfindungsgemäßen Vorrichtung sein, so dass in vorteilhafter Weise, zusätzlicher Schaltungsaufwand für die Anordnung der wenigstens einen aktiven Lichtquelle vermieden wird. Bei Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Streulichtblende und bei Anordnung der wenigstens einen aktiven Lichtquelle innerhalb der Streulichtblende, ist die Leiterplatte, auf der die wenigstens eine aktive Lichtquelle bestückt ist, vorzugweise unterhalb der Streulichtblende im Gehäuse der erfindungsgemäßen Vorrichtung angeordnet.
In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die wenigstens eine aktive Lichtquelle für weitere Funktionen eingesetzt. Die wenigstens eine aktive Lichtquelle kann beispielsweise genutzt werden, um Obstruktionen auf der Fahrzeugscheibe zu erkennen, insbesondere Verschmutzung, Regen, Schnee und/oder Eis, beispielsweise durch Auswertung der von der Lichtquelle emittierten und von Obstruktionen reflektierten elektromagnetischen Strahlung mittels des mindestens einen optischen Sensorsystems der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die wenigstens eine aktive Lichtquelle kann weiterhin vorteilhaft zur Aussendung von Datensignalen eingesetzt werden. Bei Ausgestaltung der wenigstens einen aktiven Lichtquelle als Infratrot-Dioden, kann diese beispielweise dazu genutzt werden, um einen Datenstrom bzw. ein Nutzsignal für verschiedene Datenübertragungsanwendungen zu erzeugen, z.B. für Analysefunktionen in der Werkstatt oder zur Car-2-Car- Kommunikation .
Eine weitere vorteilhafte Funktion der wenigstens einen aktiven Lichtquelle kann darin bestehen, bei Inbetriebnahme der erfindungsgemäßen Vorrichtung, beispielsweise beim Fahrzeugstart, eine bestimmte Betriebstemperatur für das mindestens eine optische Sensorsystem herzustellen. Ist es beispielsweise bei Inbetriebnahme der erfindungsgemäßen Vorrichtung besonders kalt (z.B. -30 ° oder -40°C), kann mittels der wenigstens einen aktiven Lichtquelle beispielsweise zumindest der optische Pfad des mindestens einen optischen Sensorsystems erwärmt werden.
Erfindungsgemäß kann die Vorrichtung auch mit einer oder mehreren aktiven Lichtquellen ausgestaltet sein, insbesondere um die Leistung bezüglich der erzeugten Wärme zu erhöhen.
Bei der Fahrzeugscheibe, hinter der die erfindungsgemäße Vorrichtung angeordnet ist, handelt es sich bevorzugt um die Windschutzscheibe eines Fahrzeugs, wobei es sich auch um eine beliebige andere Fahrzeugscheibe handeln kann, beispielsweise die Heckscheibe oder um eine Seitenscheibe. Je nach Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Fahrzeuginnenraum kann das mindestens eine in der erfindungsgemäßen Vorrichtung angeordnete optische Sensorsystem zur Erfassung eines anderen Umgebungsbereich des Fahrzeugs dienen, beispielsweise eines Vorausbereichs, eines Seitenbereichs oder des
Fahrzeugrückraums .
Zu den in der Beschreibung genannten Fahrerassistenzsystemen zählen insbesondere Antiblockiersystem (ABS) ,
Antriebsschlupfregelung (ASR) , Autonomer Halt (Nothaltsystem bei gesundheitlichen Problemen des Fahrers) , Elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP) , Antriebs-Schlupf-Regelung, Motor- Schleppmoment-Regelung, Elektronische Differentialsperre (EDS) , Lichtautomatik, Adaptives Kurvenlicht, Adaptiver Fernlichtassistent, Nachtsicht-Assistent, oder auch Night Vision, Scheibenwischer-Automatik, Head-Up-Display (HUD) , Bremsassistent (BAS) , Automatische Notbremsung (ANB) , Berganfahrhilfe, Bergabfahrhilfe (Hill Descent Control) , Tempomat (Geschwindigkeitsregelanlage) , Abstandsregeltempomat , Adaptive Cruise Control (ACC) , Abstandswarner, Totwinkel- Überwachung, Stauassistent, Spurerkennungssystem, Spurhalteassistent/Spurassistent (Querführungsunterstützung, lane departure warning) , Spurhalteunterstützung (lane keeping support) ) , Spurwechselassistent (lane change assistance) , Spurwechselunterstützung (lane change support) , Intelligent Speed Adaption (ISA), Car2Car Communication (Funkgestütze Kommunikation zwischen Fahrzeugen) , Reifendruckkontrollsystem, Einparkhilfe (Ultraschallsensoren zur Hindernis- und Abstandserkennung) , Fahrerzustandserkennung (driver drowsiness detection) , Verkehrszeichenerkennung (Traffic Sign Recognition) .
Weitere Vorteile sowie optionale Ausgestaltungen gehen aus der Beschreibung und der Zeichnung hervor. Ausführungsbeispiele sind dabei vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine vereinfachte Darstellung einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Vorrichtung aus Fig. 1 ist in diesem Fall hinter einer Windschutzscheibe 1 im Innenraum eines Fahrzeugs angeordnet. Die Vorrichtung umfasst ein Gehäuse 2, in dem ein Kamerasystem, als optisches Sensorsystem, angeordnet ist. Das Kamerasystem umfasst dabei einen Bildsensor 3 auf einer Leiterplatte sowie ein Abbildungssystem, in diesem Fall ein Objektiv 4 mit mehreren Linsen 5, das zur Projektion von elektromagnetischer Strahlung auf eine für elektromagnetische Strahlung sensitive Fläche des Bildsensors 3 dient. Das Kamerasystem ist mit Blickrichtung 6 durch einen Bereich 7 der Windschutzscheibe 1 ausgerichtet, in diesem Fall zur Erfassung eines in Fahrtrichtung vorausliegenden Umgebungsbereichs des Fahrzeugs. Die erfindungsgemäße Vorrichtung entsprechend Fig. 1 dient in diesem Fall zur Erfassung von Informationen aus dem in Fahrtrichtung vorausliegenden Umgebungsbereich des Fahrzeugs. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, kann das Kamerasystem auch zur Erfassung eines Bereichs der Windschutzscheibe 1 selbst dienen, beispielsweise zur Regenerkennung. Die Vorrichtung aus Fig. 1 umfasst weiterhin eine Streulichtblende 8, die im Sichttrichter des Kamerasystems hinter der Windschutzscheibe 1 angeordnet ist, wobei der Sichttrichter des Kamerasystems in Form eines Hohlraums 9 zwischen Gehäuse 2 und Windscheibe 1 existiert bzw. als Hohlraum zwischen der Windschutzscheibe 1 des Fahrzeugs und dem Objektiv 4 sowie der Streulichtblende 8 der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung aus Fig. 1 umfasst weiterhin eine aktive Lichtquelle 10, in diesem Fall eine Infrarot- Leuchtdiode (LED) . Mittels der Leuchtdiode kann elektromagnetische Strahlung aus dem Infrarotbereich auf die Windschutzscheibe 1 emittiert werden, insbesondere auf den Bereich 7, durch den das Kamerasystem der erfindungsgemäßen Vorrichtung blickt. Die von der Leuchtdiode emittierte elektromagnetische Strahlung wird dabei vom Material der Windschutzscheibe 1 zumindest teilweise absorbiert und in Wärme umgesetzt, wodurch sich die Windschutzscheibe 1 im betreffenden Bereich 7 erwärmt. Erfindungsgemäß dient die Erwärmung der Windschutzscheibe 1 im Blickbereich 7 des Kamerasystems bevorzugt der Beseitigung bzw. dem Lösen von Feuchtigkeitsbeschlag .
Die Leuchtdiode ist in diesem speziellen Fall innerhalb der Streulichtblende 8 angeordnet mit direkter Emissionsrichtung 11 in Richtung der Windschutzscheibe 1. Die Leuchtdiode ist weiterhin auf einer Leiterplatte 12 angeordnet, die sich unterhalb der Streulichtblende 8 im Gehäuse 2 der erfindungsgemäßen Vorrichtung befindet, wobei die Leuchtdiode 10 die elektromagnetische Strahlung durch einen ausgesparten Bereich 13 in der Streulichtblende 8 hindurch auf die Windschutzscheibe 1 ausstrahlt. Bezeichnungsliste Windschutzscheibe
Gehäuse
Bildsensor
Objektiv
Linse
Blickrichtung
Bereich der Windschutzscheibe
Streulichtblende
Hohlraum
aktive Lichtquelle
Emissionsrichtung
Leiterplatte
ausgesparter Bereich der Streulichtblende

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung für ein Fahrzeug,
die im Fahrzeuginnenraum hinter einer Fahrzeugscheibe (1) angeordnet ist,
umfassend ein Gehäuse (2) und mindestens ein optisches Sensorsystem, mit Blickrichtung (6) auf und/oder durch einen Bereich (7) der Fahrzeugscheibe (1),
dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorrichtung wenigstens eine aktive Lichtquelle (10) umfasst, mittels derer elektromagnetische Strahlung auf zumindest einen Teil des Bereichs (7) der Fahrzeugscheibe (1) gestrahlt wird, durch bzw. auf den das mindestens eine optische Sensorsystem blickt, zur Erwärmung des zumindest einen Teils des Bereichs (7) der
Fahrzeugscheibe (1) .
2. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem mindestens einen optischen Sensorsystem um ein Kamerasystem oder einen Lidar-Sensor handelt.
3. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, umfassend mindestens eine Streulichtblende (8) für das mindestens eine optische Sensorsystem, zur Vermeidung von Reflexionen seitlich einfallenden Lichts an Teilen der Vorrichtung und an der Fahrzeugscheibe (1),
dadurch gekennzeichnet, dass
die wenigstens eine aktiven Lichtquelle (10) innerhalb der Streulichtblende (8) angeordnet ist, mit
Emissionsrichtung (11) in Richtung der Fahrzeugscheibe (1) ·
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass
die wenigstens eine aktive Lichtquelle (10) unterhalb der Streulichtblende (8) angeordnet ist, mit
Emissionsrichtung (11) durch die Streulichtblende (8) hindurch in Richtung der Fahrzeugscheibe (1), wobei die Streulichtblende (8) zumindest im Transmissionsbereich der von der wenigstens einen aktiven Lichtquelle (10) emittierten elektromagnetischen Strahlung aus einem für Infrarotstrahlung durchlässigem Material ausgestaltet ist .
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
es sich bei der wenigstens einen aktiven Lichtquelle (10) um eine Leuchtdiode handelt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
es sich bei der wenigstens einen aktiven Lichtquelle (10) um eine Laserdiode handelt.
7. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
es sich bei der elektromagnetischen Strahlung, welche durch die wenigstens eine aktiven Lichtquelle (10) emittiert wird, um elektromagnetische Strahlung im
Infrarotbereich handelt.
8. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Fahrzeugscheibe (1) zumindest in einem Teil des
Bereichs (7), durch bzw. auf den das mindestens eine optische Sensorsystem blickt, mit
Infrarotfiltereigenschaften ausgestaltet ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die wenigstens eine aktive Lichtquelle (10) als SMD- Bauteil auf einer Leiterplatte (12) bestückt ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
es sich bei der Fahrzeugscheibe (1) um die
Windschutzscheibe des Fahrzeugs handelt.
11. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das mindestens eine optische Sensorsystem mit einem
Infrarotfilter ausgestaltet ist.
12. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die wenigstens eine aktive Lichtquelle (10) zusätzlich zur Erkennung von Obstruktionen auf der Fahrzeugscheibe (1) eingesetzt wird.
13. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die wenigstens eine aktive Lichtquelle (10) zusätzlich zur Aussendung von Datensignalen eingesetzt wird.
14. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die wenigstens eine aktive Lichtquelle (10) bei
Inbetriebnahme der Vorrichtung dazu eingesetzt wird, eine Betriebstemperatur der Vorrichtung herzustellen.
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