WO2017041915A1 - Sensorsystem einer sensoreinrichtung eines kraftfahrzeugs - Google Patents

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WO2017041915A1
WO2017041915A1 PCT/EP2016/063842 EP2016063842W WO2017041915A1 WO 2017041915 A1 WO2017041915 A1 WO 2017041915A1 EP 2016063842 W EP2016063842 W EP 2016063842W WO 2017041915 A1 WO2017041915 A1 WO 2017041915A1
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sensor system
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sensor
light source
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Nadine Sticherling
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Huf Hülsbeck & Fürst Gmbh & Co. Kg
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    • E05Y2900/53—Application of doors, windows, wings or fittings thereof for vehicles characterised by the type of wing
    • E05Y2900/546—Tailgates

Definitions

  • the invention is directed to a sensor system of a
  • Sensor device of a motor vehicle for the optical detection of objects and their spatial movements comprising a 3D camera that detects spatial data with a transit time method and the light source and a light-sensitive
  • Receiving device comprises, wherein the light source and the light-intensive receiving device in a common
  • Sensor housing can be arranged and both to one
  • Detection range of the 3D camera are aligned.
  • Such a sensor system with such a sensor device is nowadays for optically supported detection of
  • Trigger switching operations By way of example, automatic video evaluations of surveillance systems can be mentioned here, which read out patterns or movements from individual images or a sequence of images.
  • many other optically-based systems are known, with the most basic systems including, for example, light barriers or brightness sensors.
  • optical systems of higher complexity often use an array of optically sensitive detection units, usually referred to as pixels, which receive optical information in parallel, for example in the form of a CCD array.
  • DE 10 2008 025 669 A1 discloses an optical sensor which detects a gesture, whereupon a closing element of a vehicle is automatically moved.
  • WO 2008/116699 A2 relates to an optical sensor chip and relates to an optical anti-pinch device for the monitoring of a window, sliding door or a tailgate in a motor vehicle.
  • WO 2012/084222 A1 discloses an optical sensor for actuating and monitoring a closing element.
  • WO 2013/001084 A1 discloses a system for contactless
  • Interferometry and time-of-flight (ToF) can be implemented with optical sensors.
  • the invention relates to a sensor system and a
  • the ToF method is a space area with a
  • Illuminated light source and recorded the duration of the reflected back from an object in the space area light with an area sensor should be arranged as close as possible to each other.
  • the distance between the sensor and the object to be measured can be determined from the linear relationship between the light transit time and the speed of light. To measure the time delay must be a synchronization between
  • the light source is pulsed in this concept.
  • the detection unit so the
  • Pixel array pulsed sensitively switched.
  • the integration window of the individual pixels is synchronized in time with the light source and in the integration period
  • this collection method is not a purely image-based acquisition method. It is determined at each pixel distance information, which by the temporal Light detection takes place. Finally, when using a pixel array, there is a matrix of distance values that allows for cyclic detection interpretation and tracking of object motion.
  • a sensor system of the type designated input is for
  • Example from DE 10 2013 108 824 AI known the sensor device is integrated together with the light source and the receiving or detecting device into a unit in a sensor housing, which is mountable on the motor vehicle.
  • a disadvantage of this prior art is that emitted by the light source
  • Light beam is obliquely aligned with the detection area and incident on this. This results in the area in front of the vehicle, i. the detection area, inhomogeneously illuminated by the light source, causing problems in the
  • the invention has for its object to provide a solution that provides a sensor system in a structurally simple manner and cost, which avoids the known from the prior art problem and for a homogeneous
  • Illumination of the detection range of the 3D camera ensures, so that the detection area experiences a uniform light intensity.
  • the object is achieved in that the light source has a transmitting optics for predetermined dispersion of the emitted light, wherein the transmitting optics, a first lens and a second lens, which is arranged in the direction of the emitted light behind the first lens , wherein at least one interface of at least one of the two lenses as
  • Freeform surface is formed.
  • a sensor system which is characterized by a functional design. Characterized in that at least one interface of at least one of the two lenses formed as a free-form surface is, by a suitable design of the free-form surface or free-form surfaces targeted the illumination of the
  • spatial movements i. of motion gestures, is homogeneous by the measure of at least one free-form surface
  • Sensor device is obtained in terms of detection reliability and detection sensitivity.
  • At least one of the two lenses is quadrangular.
  • Lens can be used to edit the interfaces easier and more precise clamping than a disc-shaped lens.
  • the invention provides in a further embodiment that at least one of the two lenses is rectangular.
  • the first lens thus acts in the
  • the emitted light can be expanded in a first axis or spatial direction after a predetermined dispersion.
  • the radius of curvature of the curvature of the curvature of the second lens it is further provided in an embodiment of the invention that the radius of curvature of the curvature of the curvature of the second lens
  • remote interface of the first lens is smaller than the radius of curvature of the curvature of the second lens facing interface of the first lens.
  • the invention provides for the second lens to be an inward one
  • Interface allows a targeted illumination of the
  • the facing interface of the second lens is a two-dimensional curvature extending transversely to the bulges of the first lens. Accordingly, the first lens provides for a
  • Spatial direction which is transverse to the first spatial direction, is widened.
  • the light is thus widened by means of the two lenses in different axes.
  • the remote from the first lens interface of the second lens has the free-form surface, wherein the free-form surface is formed two-dimensionally.
  • the two-dimensional design causes the expansion in the desired spatial direction or
  • the invention provides in a further embodiment, that the area change of the free-form surface extends transversely to the curvatures of the first lens, wherein the area change from a to be achieved
  • FIG. 1 shows a schematic arrangement of a sensor system according to the invention on a motor vehicle
  • FIG. 2 is a perspective view of the sensor system according to the present invention.
  • FIG 3 is a schematic representation of an inhomogeneous
  • FIG. 4 shows a light source of the sensor system according to the invention in perspective view
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of FIG.
  • FIG. 6 shows an exploded view of a transmission optics of the light source of the sensor system according to the invention
  • FIG. 7 shows a schematic representation of a beam path of the light source of the sensor system in a plan view
  • FIG. 8 shows a perspective plan view of the transmission optics of FIG
  • FIG. 10 shows a perspective side view of the transmission optics of the light source of the sensor system according to the invention.
  • FIG. 1 the rear of a motor vehicle 1 can be seen.
  • this motor vehicle 1 is in the rear-side Bumper, which is a motor vehicle component 2 of the motor vehicle 1 in the context of the invention, a sensor system 3 is arranged.
  • the sensor system 3 comprises a sensor device 4 and a sensor housing 5 accommodating the sensor device 5
  • Sensor device 4 is directed downward, to the sides and to the rear of the motor vehicle 1 away, wherein the sensor system 3 is provided to detect the operating gesture for the operation of a tailgate. This can be done by the user in the
  • Detection area 8 perform a gesture with his foot, which is recognized as a control request and an electric opening of the
  • Tailgate of the motor vehicle 1 triggers.
  • the control is configured to control the motor vehicle 1
  • Plug connection 9 is provided on the sensor housing 5 for coupling to a cable harness.
  • FIG. 3 shows a biaxial diagram in which the sensor device 4 and the detection region 8 illuminated by the light source 6 are shown schematically, the dashed lines representing the outer light beams confining the light cone.
  • the solid line in the diagram of FIG. 3 represents the light intensity 10, with which the light source 6 covers the detection area 9
  • the detection area 8 does not become homogeneous
  • Light intensity 10 'over the detection area 8 constant. This homogeneous illumination of the detection area 8 is based on the particular embodiment of the light source 6 of the sensor system 3 according to the invention, which will be discussed below.
  • the light source 6 is shown in perspective in FIG.
  • the light source 6 comprises a housing 15 and a cover 16 closing the housing 15 to one side, with a transparent window 17, through which light from the
  • Light source 6 is emitted.
  • the light source 6 further comprises an annular adjusting element 18, which is seated on a retaining sleeve 19.
  • a light emitting unit 20 and a transmitting optics 21 is then arranged one behind the other, as can be seen from Figures 5 and 6.
  • FIGS. 5 and 6 As can be seen in FIGS. 5 and 6, FIG. 5
  • the two lenses 22, 23 are formed square in the illustrated embodiment. In particular, the two lenses 22, 23 are rectangular
  • FIGS. 7 and 9 the beam path of the light emission unit 20 is shown
  • FIGS. 8 and 10 show the transmitting optics 21, wherein FIG. 8 shows a plan view corresponding to FIG. 7 and FIG. 10 shows a side view corresponding to FIG. 9 on the transmitting optics 21.
  • the first lens 22 is provided with inwardly curved interfaces 25 and 26
  • the first interface 25 of the first lens 22 is provided with an inwardly directed curvature 27, which is formed two-dimensionally, so that the curvature 27 is formed as a round and in a first spatial direction 28 extending recess on the otherwise flat surface of the interface 25.
  • Spatial direction 28 extends (see, for example, Figure 8).
  • the radius of curvature of the curvature 27 is that of the second lens
  • remote interface 25 of the first lens 22 is smaller than the radius of curvature of the curvature 29 of the second lens 23 facing interface 26 of the first lens 22.
  • the second lens 23 has an inwardly curved interface 31 and one as
  • the inwardly directed curvature 34 (see, for example, FIG. 10), which on the first lens 22 faces the boundary surface 31 of the second lens 23, extends in a second spatial direction 35, which extends transversely to the first spatial direction 28 that the boundary surface 31 is formed two-dimensionally.
  • the bulge 34 of the interface 31 of the second lens 23 extends transversely to the bulges 27, 29 of the first lens 22.
  • This inward bulge 34 of the interface 31 causes a further symmetrical expansion of the light beam within the second lens 23.
  • the free-form surface 32 causes an asymmetrical widening of the light beam along the first spatial direction 28, as can be seen, for example, from FIG. 9.
  • the point 36 represents a vehicle-near area of the detection area 8 and the point 37 is a vehicle-remote area of the detection area 8, such as from the synopsis of Figures 1, 3 and 9 can be seen.
  • the detection area 8 in FIG. 7 is the
  • FIG. 9 shows in particular, due to the particular configuration of the boundary surface 33, FIG
  • Freiform equation 32 achieves an intensity shift in the direction of the vehicle-distant region 37, which is indicated at the distance between the individual beams.
  • the shape of the free-form surface 32 shifts the intensity of the region 36 close to the vehicle in the direction of the area remote from the vehicle, in order to ensure homogeneous illumination of the vehicle
  • the area change of the free-form surface 32 also extends transversely to the bulges 27, 29 of the first lens 22.
  • the second lens 23 essentially has the shape of the number seven, whereby also deviating designs are conceivable as long as the shape of the second lens 23 and in particular of the free-form surface 32 achieves a homogeneous brightness distribution in the detection region 8 of the 3D camera.
  • the light source 6 a transmitting optics 21 to the predetermined
  • Free-form surface 32 is formed. This leads the
  • the light can be individually expanded for each spatial axis 28, 35.

Abstract

Bei einem Sensorsystem (3) einer Sensoreinrichtung (4) eines Kraftfahrzeugs (1) zur optischen Erfassung von Objekten und deren räumlichen Bewegungen, aufweisend eine 3D-Kamera, die räumliche Daten mit einem Laufzeitverfahren erfasst und die eine Lichtquelle (6) und eine lichtsensitive Empfangseinrichtung (7) umfasst, wobei die Lichtquelle (6) und die lichtintensive Empfangseinrichtung (7) in einem gemeinsamen Sensorgehäuse (5) angeordnet sein können und beide zu einem Erfassungsbereich (8) der 3D-Kamera ausgerichtet sind, soll eine Lösung geschaffen werden, die für eine homogene Ausleuchtung des Erfassungsbereichs der 3D-Kamera sorgt. Dies wird dadurch erreich, dass die Lichtquelle (6) eine Sendeoptik (21) zur vorbestimmten Zerstreuung des ausgesandten Lichts aufweist, wobei die Sendeoptik (21) eine erste Linse (22) und eine zweite Linse (23), die in Richtung des ausgesandten Lichts hinter der ersten Linse (22) angeordnet ist, aufweist, wobei wenigstens eine Grenzfläche (33) von zumindest einer der beiden Linsen (22, 23) als Freiformfläche (32) ausgebildet ist.

Description

Sensorsystem einer Sensoreinrichtung eines Kraftfahrzeugs
Die Erfindung richtet sich auf ein Sensorsystem einer
Sensoreinrichtung eines Kraftfahrzeugs zur optischen Erfassung von Objekten und deren räumlichen Bewegungen, aufweisend eine 3D-Kamera, die räumliche Daten mit einem Laufzeitverfahren erfasst und die eine Lichtquelle und eine lichtsensitive
Empfangseinrichtung umfasst, wobei die Lichtquelle und die lichtintensive Empfangseinrichtung in einem gemeinsamen
Sensorgehäuse angeordnet sein können und beide zu einem
Erfassungsbereich der 3D-Kamera ausgerichtet sind.
Ein solches Sensorsystem mit einer solchen Sensoreinrichtung wird neuerdings zur optisch gestützten Erkennung von
Bedienungsgesten oder Bedienungshandlungen an Kraftfahrzeugen eingesetzt. Dabei werden zeitlich und räumlich aufgelöste
Informationen erfasst und ausgewertet, um den Bedienwillen eines Benutzers in Form seiner Geste oder Handlung zu erkennen.
Im Stand der Technik sind optische Verfahren bekannt, die Betätigungen in Reaktion auf eine Auswertung von
Bildinformationen erkennen und daraufhin zum Beispiel
Schaltvorgänge auslösen. Beispielsweise sind hier automatische Videoauswertungen von Überwachungssystemen zu nennen, welche Muster oder Bewegungen aus einzelnen Bildern oder einer Folge von Bildern herauslesen. Außerdem sind zahlreiche andere optisch gestützte Systeme bekannt, wobei zu den grundlegendsten Systemen beispielsweise Lichtschranken oder Helligkeitssensoren gehören. Optische Systeme mit höherer Komplexität bedienen sich jedoch oft eines Arrays von optisch sensitiven Erfassungseinheiten, meist als Pixel bezeichnet, die parallel optische Informationen aufnehmen, beispielsweise in Gestalt eines CCD-Arrays.
Die DE 10 2008 025 669 AI offenbart einen optischen Sensor, welcher eine Geste detektiert, woraufhin ein Schließelement eines Fahrzeugs automatisch bewegt wird.
Die WO 2008/116699 A2 betrifft einen optischen Sensorchip und bezieht sich auf eine optische Einklemmschutzvorrichtung für die Überwachung einer Fensterscheibe, Schiebetür oder einer Heckklappe in einem Kraftfahrzeug.
Die WO 2012/084222 AI offenbart einen optischen Sensor zur Betätigung und Überwachung eines Schließelements.
Da die Gestensteuerung in verschiedenen technischen
Bereichen immer größere Akzeptanz erfährt, wurden auch Versuche unternommen, solche rein optischen Systeme zur Erkennung des Bedienwunsches bei Kraftfahrzeugen zu verwenden. Bei diesen Systemen herrscht jedoch weiterhin die Erfassung von Bedienungen über kapazitive Systeme vor.
Im Bereich der optischen Erfassung sind Systeme bekannt, welche eine pixelbezogene Ortsinformation, insbesondere eine Distanz von der Sensor- oder Erfassungseinrichtung erfassen. Die WO 2013/001084 AI offenbart ein System zur berührungslosen
Erfassung von Gegenständen und Bediengesten mit einer optisch gestützten Einrichtung ähnlicher Art, wie sie auch für das
Sensorsystem der vorliegenden Erfindung einsetzbar ist.
Diese Systeme werden beispielsweise, je nach angewandtem Auswertungsverfahren, als „Time-of-flight"-Systeme oder auch als „3D-Imager" oder „Range Imager" bezeichnet. Die
Anwendungsgebiete solcher Systeme liegen im Bereich der
industriellen Automatisierungstechnik, in der Sicherheitstechnik und im Automobilbereich. In einem Auto werden 3D-Sensoren in Spurhaltesystemen, zum Fußgängerschutz oder als Einparkhilfe eingesetzt. Sowohl Konzepte der Triangulation als auch der
Interferometrie und auch der LichtlaufZeitmessung (Time-of- flight (ToF) ) können mit optischen Sensoren umgesetzt werden.
In diesem Zusammenhang wird auf diesbezügliche
Ausarbeitungen verwiesen, welche die technischen Konzepte und deren Realisierung detailliert beschreiben, insbesondere die Dissertation „Photodetektoren und Auslesekonzepte für 3D-Time- of-Flight-Bildsensoren in 0,35 pm-Standard-CMOS-Technologie" , Andreas Spickermann, Fakultät für Ingenieurwissenschaften der, Universität Duisburg-Essen, 2010.
Außerdem wird auf die Publikation „Optimized Distance
Measurement with 3D-CMOS Image Sensor and Real-Time Processing of the 3D Data for Applications in Automotive and Safety Engineering", Bernhard König, Fakultät für
Ingenieurwissenschaften der Universität Duisburg-Essen, 2008 verwiesen .
Die vorgenannten Arbeiten beschreiben das Konzept und die Realisierung von einsetzbaren optischen Sensorsystemen, so dass im Rahmen dieser Anmeldung auf deren Offenbarung verwiesen wird und nur zum Verständnis der Anmeldung relevante Aspekte
erläutert werden.
Die Erfindung betrifft ein Sensorsystem und eine
Sensoranordnung, welche das Time-of-Flight- (ToF) Verfahren nutzt, so dass dieses hier kurz erläutert wird.
Beim ToF-Verfahren wird ein Raumbereich mit einer
Lichtquelle beleuchtet und die Laufzeit des von einem Objekt im Raumbereich zurück reflektierten Lichtes mit einem Flächensensor aufgenommen. Dazu sollten Lichtquelle und Sensor möglichst nah zueinander angeordnet sein. Aus dem linearen Zusammenhang von Lichtlaufzeit und Lichtgeschwindigkeit lässt sich die Distanz zwischen Sensor und Messobjekt bestimmen. Zur Messung der zeitlichen Verzögerung muss eine Synchronisation zwischen
Lichtquelle und Sensor gegeben sein. Durch die Nutzung gepulster Lichtquellen können die Verfahren optimiert werden, denn kurze Lichtpulse (im ns-Bereich) ermöglichen eine effiziente
Hintergrundlichtunterdrückung. Außerdem werden durch die
Verwendung des gepulsten Lichts mögliche Mehrdeutigkeiten bei der Bestimmung der Distanz vermieden, so lange der Abstand genügend groß ist.
Einerseits wird bei diesem Konzept die Lichtquelle gepulst betrieben. Außerdem wird die Detektionseinheit , also das
Pixelarray, gepulst sensitiv geschaltet. Mit anderen Worten wird das Integrationsfenster der einzelnen Pixel zeitlich mit der Lichtquelle synchronisiert und in der Integrationsdauer
begrenzt. Durch den Vergleich von Ergebnissen mit
unterschiedlichen Integrationsdauern können insbesondere Effekte von Hintergrundlicht herausgerechnet werden.
Wesentlich ist, dass diese Erfassungsmethode keine rein bildbasierte Erfassungsmethode ist. Es wir bei jedem Pixel eine Abstandsinformation ermittelt, was durch die zeitliche Lichtdetektion erfolgt. Bei Verwendung eines Pixelarrays liegt schließlich eine Matrix von Abstandswerten vor, welche bei zyklischer Erfassung eine Interpretation und Verfolgung von Objektbewegungen zulässt.
Ein Sensorsystem der Eingangs bezeichneten Art ist zum
Beispiel aus der DE 10 2013 108 824 AI bekannt. Bei diesem bekannten Sensorsystem ist die Sensoreinrichtung mitsamt der Lichtquelle und der Empfangs- bzw. Erfassungseinrichtung zu einer Einheit in einem Sensorgehäuse integriert, welches am Kraftfahrzeug montierbar ist. Nachteilig bei diesem Stand der Technik ist, dass der von der Lichtquelle ausgesandte
Lichtstrahl schräg auf den Erfassungsbereich ausgerichtet ist und auf diesen auftrifft. Dies führt dazu, dass der Bereich vor dem Fahrzeug, d.h. der Erfassungsbereich, inhomogen von der Lichtquelle ausgeleuchtet ist, was zu Problemen bei der
Detektion von Objekten im Erfassungsbereich führen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Lösung zu schaffen, die auf konstruktiv einfache Weise und kostengünstig ein Sensorsystem bereitstellt, welches das aus dem Stand der Technik bekannte Problem vermeidet und für eine homogene
Ausleuchtung des Erfassungsbereichs der 3D-Kamera sorgt, so dass der Erfassungsbereich eine einheitliche LichtIntensität erfährt.
Bei einem Sensorsystem der Eingangs bezeichneten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Lichtquelle eine Sendeoptik zur vorbestimmten Zerstreuung des ausgesandten Lichts aufweist, wobei die Sendeoptik eine erste Linse und eine zweite Linse, die in Richtung des ausgesandten Lichts hinter der ersten Linse angeordnet ist, aufweist, wobei wenigstens eine Grenzfläche von zumindest einer der beiden Linsen als
Freiformfläche ausgebildet ist.
Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen .
Durch die Erfindung wird ein Sensorsystem zur Verfügung gestellt, welches sich durch eine funktionsgerechte Konstruktion auszeichnet. Dadurch, dass wenigstens eine Grenzfläche von zumindest einer der beiden Linsen als Freiformfläche ausgebildet ist, kann durch eine geeignete Ausbildung der Freiformfläche oder Freiformflächen gezielt die Ausleuchtung des
Erfassungsbereichs vorgegeben werden. Für die vorliegende
Anwendung der optischen Erfassung von Objekten und deren
räumlichen Bewegungen, d.h. von Bewegungsgesten, ist durch die Maßnahme der wenigstens einen Freiformfläche eine homogene
Ausleuchtung des Erfassungsbereichs sichergestellt, wodurch eine sichere und hochauflösende Detektion von Objekten im
Erfassungsbereich der 3D-Kamera gewährleistet ist, was folglich dazu führt, dass insgesamt eine hohe Leistungsfähigkeit der
Sensoreinrichtung im Hinblick auf die Detektionssicherheit und Nachweisempfindlichkeit erhalten wird.
Zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit der Sendeoptik ist es in Ausgestaltung der Erfindung von Vorteil, wenn zumindest eine der beiden Linsen viereckig ausgebildet ist. Eine viereckige
Linse lässt sich zur Bearbeitung der Grenzflächen einfacher und exakter Einspannen als eine scheibenförmige Linse.
Die Erfindung sieht in weiterer Ausgestaltung vor, dass zumindest eine der beiden Linsen rechteckig ausgebildet ist. Durch eine rechteckige Ausbildung der einen Linse oder der beiden Linsen ist eine exakte Positionierung bzw. Anordnung der entsprechende Linse in der Sendeoptik möglich, so dass eine nicht korrekte Ausrichtung der Linse bzw. der Linsen nicht mehr möglich ist, weil die Längsseiten und die Breitenseiten
unterschiedlich lang sind.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Linse mit nach innen gewölbten Grenzflächen
ausgebildet ist. Die erste Linse fungiert demnach in dem
Sensorsystem als Aufweitungsoptik und vergrößert den vom
ausgesandten Licht erzeugten Kegel.
Für eine gezielte Aufweitung des Lichtes ist es dabei in Ausgestaltung der Erfindung vorteilhaft, wenn die nach innen gewölbten Grenzflächen der ersten Linse zweidimensionale
Wölbungen sind, die sich entlang einer ersten Raumrichtung erstrecken. Somit kann das ausgesandte Licht in einer ersten Achse bzw. Raumrichtung nach einer vorgegebenen Zerstreuung aufgeweitet werden. Zur Zerstreuung des Lichts durch die erste Linse ist in Ausgestaltung der Erfindung dann weiter vorgesehen, dass der Krümmungsradius der Wölbung der von der zweiten Linse
abgewandten Grenzfläche der ersten Linse kleiner ist als der Krümmungsradius der Wölbung der der zweiten Linse zugewandten Grenzfläche der ersten Linse.
Die Erfindung sieht in vorteilhafter Ausgestaltung der zweiten Linse vor, dass die zweite Linse eine nach innen
gewölbte Grenzfläche und eine als Freiformfläche ausgebildete Grenzfläche aufweist. Die als Freiformfläche ausgebildete
Grenzfläche ermöglicht eine gezielte Ausleuchtung des
Erfassungsbereichs der 3D-Kamera, so dass der Erfassungsbereich nun mit homogener LichtIntensität beleuchtet werden kann.
Zur gezielten Aufweitung des Lichtstrahls in einer
gewünschten Achse bzw. Raumrichtung ist es bei der zweiten Linse in Ausgestaltung von Vorteil, wenn die der ersten Linse
zugewandte Grenzfläche der zweiten Linse eine zweidimensionale Wölbung ist, die sich quer zu den Wölbungen der ersten Linse erstreckt. Dementsprechend sorgt die erste Linse für eine
Aufweitung des Lichts in eine erste Raumrichtung, wohingegen das aufgeweitete Licht von der zweiten Linse in eine zweite
Raumrichtung, die quer zu der ersten Raumrichtung verläuft, aufgeweitet wird. Das Licht wird somit mittels der beiden Linsen in verschiedenen Achsen aufgeweitet.
In Ausgestaltung der Erfindung ist dann ferner vorgesehen, dass die von der ersten Linse abgewandte Grenzfläche der zweiten Linse die Freiformfläche aufweist, wobei die Freiformfläche zweidimensional ausgebildet ist. Die zweidimensionale Ausbildung bewirkt die Aufweitung in der gewünschten Raumrichtung bzw.
Achse.
Hinsichtlich einer gezielten Verteilung der LichtIntensität im Erfassungsbereich der 3D-Kamera sieht die Erfindung in weiterer Ausgestaltung vor, dass sich die Flächenänderung der Freiformfläche quer zu den Wölbungen der ersten Linse erstreckt, wobei sich die Flächenänderung aus einer zu erzielenden,
homogenen Helligkeitsverteilung im Erfassungsbereich der SD- Kamera ableitet. Für den Anwendungsbereich an einem Kraftfahrzeug haben die Erfinder herausgefunden, dass es von besonderem Vorteil für eine homogene Ausleuchtung des Erfassungsbereiches ist, wenn die zweite Linse im Wesentlichen die Form der Zahl sieben aufweist.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und
nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Der Rahmen der Erfindung ist nur durch die Ansprüche definiert.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung, in der ein beispielhaft
bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist. In der Zeichnung zeigt:
Figur 1 eine schematisch Anordnung eines erfindungsgemäßen Sensorsystems an einem Kraftfahrzeug,
Figur 2 eine perspektivische Darstellung des Sensorsystems gemäß der vorliegenden Erfindung,
Figur 3 eine schematische Darstellung einer inhomogenen
Ausleuchtung eines Erfassungsbereiches,
Figur 4 eine Lichtquelle des erfindungsgemäßen Sensorsystems in Perspektivansicht,
Figur 5 eine perspektivische Einzelteilansicht der
Lichtquelle des erfindungsgemäßen Sensorsystems,
Figur 6 eine Einzelteildarstellung einer Sendeoptik der Lichtquelle des erfindungsgemäßen Sensorsystems,
Figur 7 in schematischer Darstellung einen Strahlengang der Lichtquelle des Sensorsystems in einer Draufsicht,
Figur 8 in perspektivischer Draufsicht die Sendeoptik der
Lichtquelle des erfindungsgemäßen Sensorsystems,
Figur 9 in schematischer Darstellung einen Strahlengang der Lichtquelle des Sensorsystems in einer Seitenansicht und
Figur 10 in perspektivischer Seitenansicht die Sendeoptik der Lichtquelle des erfindungsgemäßen Sensorsystems.
In Figur 1 ist das Heck eines Kraftfahrzeuges 1 zu sehen. Bei diesem Kraftfahrzeug 1 ist in dessen heckseitigem Stoßfänger, der ein Kraftfahrzeugbauteil 2 des Kraftfahrzeugs 1 im Sinne der Erfindung darstellt, ein Sensorsystem 3 angeordnet. Das Sensorsystem 3 umfasst eine Sensoreinrichtung 4 und ein die Sensoreinrichtung 4 unterbringendes Sensorgehäuse 5. Die
Sensoreinrichtung 4 selbst weist eine 3D-Kamera auf, die
räumliche Daten mit einem Laufzeitverfahren erfasst und die eine Lichtquelle 6 und eine lichtsensitive Empfangseinrichtung 7 umfasst. Der Erfassungsbereich 8 der 3D-Kamera der
Sensoreinrichtung 4 ist nach unten, zu den Seiten und nach hinten vom Kraftfahrzeug 1 weg gerichtet, wobei das Sensorsystem 3 dazu vorgesehen ist, die Bediengeste für die Betätigung einer Heckklappe zu erfassen. Dazu kann der Benutzer in dem
Erfassungsbereich 8 eine Geste mit seinem Fuß ausführen, die als Bedienwunsch erkannt wird und eine elektrische Öffnung der
Heckklappe des Kraftfahrzeuges 1 auslöst. Die Ansteuerung,
Auswertung sowie Versorgung der Sensoreinrichtung 4 erfolgt über einen einheitlichen Kabelbaum, wobei insbesondere eine
Steckerverbindung 9 an dem Sensorgehäuse 5 zur Kopplung mit einem Kabelbaum vorgesehen ist.
Der gesamte Erfassungsbereich 8 der 3D-Kamera bzw. der
Sensoreinrichtung 4 erstreckt sich über einen großen Raumwinkel, wie aus den Figuren 1 und 2 hervorgeht, wobei in Figur 2 in perspektivischer Ansicht das Sensorgehäuse 5 und der Kegel des von der Lichtquelle 6 ausgesandten Lichts gezeigt ist. In der Figur 3 ist ein zweiachsiges Diagramm zu sehen, in welchem die Sensoreinrichtung 4 und der von der Lichtquelle 6 ausgeleuchtete Erfassungsbereich 8 schematisch dargestellt sind, wobei die gestrichelt gezeichneten Linien die äußeren und den Lichtkegel begrenzenden Lichtstrahlen darstellen. Die durchgezogene Linie in dem Diagramm der Figur 3 stellt die LichtIntensität 10 dar, mit welcher die Lichtquelle 6 den Erfassungsbereich 9
ausleuchtet. Wie aus dem Diagramm in Figur 3 zu erkennen ist, wird der Erfassungsbereich 8 nicht mit einer homogenen
Intensität ausgeleuchtet. Vielmehr verhält es sich so, dass mit zunehmendem Abstand 11 (x-Achse des Diagramms in Figur 3) vom Kraftfahrzeug 1 die Intensität 12 (y-Achse des Diagramms in Figur 3) des Lichts abnimmt. Das Diagramm in Figur 3 zeigt hierbei einen Zustand, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist. Demgegenüber wird mit der vorliegenden Erfindung eine solche Inhomogenität (Linie 10) vermieden und eine homogene Ausleuchtung des Erfassungsbereiches 8 erzielt, wie es die gestrichelte Linie 14 in Figur 3 zeigt, denn hier ist die
LichtIntensität 10' über den Erfassungsbereich 8 konstant. Diese homogene Ausleuchtung des Erfassungsbereichs 8 basiert auf der besonderen Ausgestaltung der Lichtquelle 6 des erfindungsgemäßen Sensorsystems 3, worauf nachstehend eingegangen wird.
Die Lichtquelle 6 ist in Figur 4 in einer perspektivischen
Ansicht und in Figur 5 in einer Einzelteildarstellung gezeigt. Die Lichtquelle 6 umfasst ein Gehäuse 15 und einen das Gehäuse 15 zu einer Seite hin verschließenden Deckel 16 mit einem transparenten Fenster 17, durch welches Licht von der
Lichtquelle 6 ausgesandt wird. Zu Justierungs-Zwecken weist die Lichtquelle 6 ferner ein ringförmiges Einstellelement 18 auf, welches auf einer Halterungshülse 19 aufsitzt. Innerhalb der Halterungshülse 19 ist dann eine Lichtaussende-Einheit 20 und eine Sendeoptik 21 hintereinanderliegend angeordnet, wie es aus den Figuren 5 und 6 hervorgeht.
Wie den Figuren 5 und 6 zu entnehmen ist, umfasst die
Sendeoptik 21, die zur vorbestimmten Zerstreuung des
ausgesandten Lichts dient, eine erste Linse 22 und eine zweite Linse 23, die in Richtung 24 des ausgesandten Lichts hinter der ersten Linse 22 angeordnet ist. Die beiden Linsen 22, 23 sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel viereckig ausgebildet. Insbesondere sind die beiden Linsen 22, 23 rechteckig
ausgebildet, wobei bei den Linsen 22, 23 deren jeweilige Höhe größer als die jeweilige Breite ist. In den Figuren 7 und 9 ist der Strahlengang des von der Lichtaussende-Einheit 20
ausgesandten Lichts durch beide Linsen 22, 23 gezeigt, wobei die Figur 7 den Strahlengang in einer Draufsicht und Figur 9 den Strahlengang in einer Seitenansicht zeigen. In den Figuren 8 und 10 ist die Sendeoptik 21 gezeigt, wobei Figur 8 eine zu Figur 7 korrespondierende Draufsicht und Figur 10 eine zu Figur 9 korrespondierende Seitenansicht auf die Sendeoptik 21 zeigen. Wie aus den Figuren 6 bis 10 zu erkennen ist, ist die erste Linse 22 mit nach innen gewölbten Grenzflächen 25 und 26
ausgebildet. Die erste Grenzfläche 25 der ersten Linse 22 ist mit einer nach innen gerichteten Wölbung 27 versehen, die zweidimensional ausgebildet ist, so dass die Wölbung 27 als rundliche und sich in eine erste Raumrichtung 28 erstreckende Ausnehmung auf der ansonsten ebenen Oberfläche der Grenzfläche 25 ausgebildet ist. Die andere Grenzfläche 26 der ersten Linse
22 ist ebenfalls zweidimensionale ausgebildet, wobei sich deren nach innen gerichtete Wölbung 29 ebenfalls in die erste
Raumrichtung 28 erstreckt (siehe zum Beispiel Figur 8) . Dabei ist der Krümmungsradius der Wölbung 27 der von der zweiten Linse
23 abgewandten Grenzfläche 25 der ersten Linse 22 kleiner als der Krümmungsradius der Wölbung 29 der der zweiten Linse 23 zugewandten Grenzfläche 26 der ersten Linse 22. Diese
zweidimensionale Ausgestaltung der beiden Grenzflächen 25 und 26 der ersten Linse 22 führt zu der in den Figuren 7 und 9
dargestellten Aufweitung des ausgesandten Lichtstrahls, wie der Strahlengang 30 zeigt. Um nun eine homogene Ausleuchtung des Erfassungsbereichs 8 zu realisieren, weist die zweite Linse 23 eine nach innen gewölbte Grenzfläche 31 und eine als
Freiformfläche 32 ausgebildete Grenzfläche 33 auf. Die nach innen gerichtete Wölbung 34 (siehe zum Beispiel Figur 10), die auf der der ersten Linse 22 zugewandte Grenzfläche 31 der zweiten Linse 23, erstreckt sich in eine zweite Raumrichtung 35, die quer bzw. senkrecht zu der ersten Raumrichtung 28 verläuft, so dass auch die Grenzfläche 31 zweidimensional ausgebildet ist. Somit erstreckt sich die Wölbung 34 der Grenzfläche 31 der zweiten Linse 23 quer zu den Wölbungen 27, 29 der ersten Linse 22. Diese nach innen gerichtete Wölbung 34 der Grenzfläche 31 bewirkt eine weitere symmetrische Aufweitung des Lichtstrahls innerhalb der zweiten Linse 23. Die Grenzfläche 33 mit der
Freiformfläche 32 bewirkt hingegen eine asymmetrische Aufweitung des Lichtstrahls entlang der ersten Raumrichtung 28, wie zum Beispiel der Figur 9 zu entnehmen ist. Dabei stellt der Punkt 36 ein fahrzeugnahes Gebiet des Erfassungsbereiches 8 und der Punkt 37 ein fahrzeugfernes Gebiet des Erfassungsbereiches 8 dar, wie aus der Zusammenschau der Figuren 1, 3 und 9 ersichtlich ist. Es sei angemerkt, dass der Erfassungsbereich 8 in Figur 7 die
Verteilung der Lichtstrahlen in Breitenrichtung des Fahrzeugs 1 wiedergibt. Wie nun insbesondere Figur 9 zeigt, wird aufgrund der besonderen Ausgestaltung der Grenzfläche 33 als
Freiformfläche 32 eine Intensitätsverschiebung in Richtung des fahrzeugfernen Bereichs 37 erzielt, was an dem Abstand zwischen den einzelnen Strahlen angedeutet ist. Erfindungsgemäß wird durch die Formgebung der Freiformfläche 32 die Intensität von dem fahrzeugnahen Bereich 36 in Richtung des fahrzeugfernen Bereichs verschoben, um eine homogene Ausleuchtung des
Erfassungsbereiches 8 zu erzielen. Aus diesem Grund erstreckt sich demzufolge auch die Flächenänderung der Freiformfläche 32 quer zu den Wölbungen 27, 29 der ersten Linse 22. Wie Figur 10 zeigt, weist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel die zweite Linse 23 im Wesentlichen die Form der Zahl sieben auf, wobei auch davon abweichende Gestaltungen denkbar sind, solange die Form der zweiten Linse 23 und insbesondere der Freiformfläche 32 eine homogenen Helligkeitsverteilung im Erfassungsbereich 8 der 3D-Kamera erzielt.
Zusammenfassend ist es der Kerngedanke der Erfindung, dass die Lichtquelle 6 eine Sendeoptik 21 zur vorbestimmten
Zerstreuung des ausgesandten Lichts aufweist, wobei die
Sendeoptik 21 eine erste Linse 22 und eine zweite Linse 23, die in Richtung 24 des ausgesandten Lichts hinter der ersten Linse 22 angeordnet ist, aufweist, wobei wenigstens eine Grenzfläche 33 von zumindest einer der beiden Linsen 22, 23 als
Freiformfläche 32 ausgebildet ist. Dabei leitet sich die
Flächenänderung der Freiformfläche 32 aus einer zu erzielenden, homogenen Helligkeitsverteilung im Erfassungsbereich 8 der 3D- Kamera ab. Mit Hilfe des vorstehend beschriebenen Sensorsystems 3 und der erfindungsgemäßen Sendeoptik 21 ist eine Aufweitung des Lichtstrahls in verschiedene Raumachsen 28, 35 möglich.
Dabei kann das Licht für jede Raumachse 28, 35 individuell aufgeweitet werden.
Die vorstehend beschriebene Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die beschriebene und dargestellte Ausführungsform beschränkt. Es ist ersichtlich, dass an der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform zahlreiche, dem Fachmann
entsprechend der beabsichtigten Anwendung naheliegende
Abänderungen vorgenommen werden können, ohne dass dadurch der Bereich der Erfindung verlassen wird. Zur Erfindung gehört alles dasjenige, was in der Beschreibung enthalten und/oder in der Zeichnung dargestellt ist, einschließlich dessen, was abweichend von dem konkreten Ausführungsbeispiel für den Fachmann
naheliegt .

Claims

Patentansprüche
1. Sensorsystem (3) einer Sensoreinrichtung (4) eines Kraftfahrzeugs (1) zur optischen Erfassung von Objekten und deren räumlichen Bewegungen, aufweisend eine 3D-Kamera, die räumliche Daten mit einem Laufzeitverfahren erfasst und die eine Lichtquelle (6) und eine lichtsensitive
Empfangseinrichtung (7) umfasst,
wobei die Lichtquelle (6) und die lichtintensive
Empfangseinrichtung (7) in einem gemeinsamen Sensorgehäuse (5) angeordnet sein können und beide zu einem Erfassungsbereich (8) der 3D-Kamera ausgerichtet sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Lichtquelle (6) eine Sendeoptik (21) zur
vorbestimmten Zerstreuung des ausgesandten Lichts aufweist, wobei die Sendeoptik (21) eine erste Linse (22) und eine zweite Linse (23) , die in Richtung des ausgesandten Lichts hinter der ersten Linse (22) angeordnet ist, aufweist, wobei wenigstens eine Grenzfläche (33) von zumindest einer der beiden Linsen (22, 23) als Freiformfläche (32) ausgebildet ist .
2. Sensorsystem (3) nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass zumindest eine der beiden Linsen (22, 23) viereckig ausgebildet ist.
3. Sensorsystem (3) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der beiden Linsen (22, 23) rechteckig ausgebildet ist.
4. Sensorsystem (3) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Linse (22) mit nach innen gewölbten Grenzflächen (25, 26) ausgebildet ist .
5. Sensorsystem (3) nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, dass die nach innen gewölbten Grenzflächen (25, 26) der ersten Linse (22) zweidimensionale Wölbungen (27, 29) sind, die sich entlang einer ersten Raumrichtung (28) erstrecken.
6. Sensorsystem (3) nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, dass der Krümmungsradius der Wölbung (27) der von der zweiten Linse (23) abgewandten Grenzfläche (25) der ersten Linse (22) kleiner ist als der Krümmungsradius der Wölbung (29) der der zweiten Linse (23) zugewandten
Grenzfläche (26) der ersten Linse (22) .
7. Sensorsystem (3) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Linse (23) eine nach innen gewölbte Grenzfläche (31) und eine als
Freiformfläche (32) ausgebildete Grenzfläche (33) aufweist.
8. Sensorsystem (3) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die der ersten Linse (22) zugewandten Grenzfläche (31) eine zweidimensionale
Wölbung (34) aufweist, die sich quer zu den Wölbungen (27, 29) der ersten Linse (22) erstreckt.
9. Sensorsystem (3) nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, dass die von der ersten Linse (22) abgewandte Grenzfläche (33) der zweiten Linse (23) die Freiformfläche (32) aufweist, wobei die Freiformfläche (32) zweidimensional ausgebildet ist.
10. Sensorsystem (3) nach Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, dass sich die Flächenänderung der
Freiformfläche (32) quer zu den Wölbungen (27, 29) der ersten Linse (22) erstreckt, wobei sich die Flächenänderung aus einer zu erzielenden, homogenen Helligkeitsverteilung im
Erfassungsbereich (9) der 3D-Kamera ableitet.
11. Sensorsystem (3) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Linse (23) im Wesentlichen Form der Zahl sieben aufweist .
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