WO2024002954A1 - Anordnung für fahrerassistenzsystem - Google Patents

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WO2024002954A1
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layer
driver
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PCT/EP2023/067284
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Jan Hagen
Valentin SCHULZ
Michele CAPPUCCILLI
Julian GREVERATH
Markus KEWITZ
Original Assignee
Saint-Gobain Glass France
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    • C03C2217/734—Anti-reflective coatings with specific characteristics comprising an alternation of high and low refractive indexes

Definitions

  • the invention relates to an arrangement with a windshield, a radiation source for emitting infrared radiation and a radiation receiver for receiving infrared radiation for a driver assistance system of a vehicle, which enables infrared-based monitoring of the driver.
  • the invention further relates to the use of the arrangement in a driver assistance system, a driver assistance system of a vehicle with such an arrangement, and a method for monitoring the driver of a vehicle.
  • Modern vehicles are often equipped with electronic driver assistance systems that support the driver in controlling the vehicle, for example through automatic braking intervention if there is a risk of a collision or automatic lane keeping if the vehicle leaves the lane.
  • driver assistance systems have proven very useful in practice, especially if they have a monitoring function for the driver, for example to detect driver fatigue at an early stage, but also to detect excessive distraction from safe vehicle driving, for example by operating a mobile phone.
  • Algorithms can be used to record the direction and duration of the driver's gaze, which can, for example, indicate tiredness if the duration of the gaze in a certain direction is unusually long (staring gaze). On the other hand, averting your gaze too often from the direction of travel can indicate distraction. It is also possible to recognize facial expressions, which can also provide an indication of the driver's condition.
  • EP 1 333 410 A2 discloses a device for eye tracking of the driver of a vehicle using infrared radiation.
  • JP H03 42337 A discloses an arrangement for detecting the driving status of a vehicle driver using infrared radiation.
  • DE 10 2014 115 958 A1 discloses a system for monitoring a driver of a vehicle, comprising an infrared flash for shining an infrared light onto the driver, an infrared camera for capturing an image illuminated by the beam including reflections, and a reflective infrared film inserted into the Windshield of the vehicle is recorded.
  • US 2020/143184 A1 discloses a head-up display arrangement for a motor vehicle with a human driver, comprising a windshield with a layer that reflects infrared energy, a light source positioned and configured to emit a light field so that the light field is reflected from the windshield and appears to the driver as a virtual image outside the windshield, and an IR camera positioned and configured to receive infrared energy reflected from the driver's face and reflected from the windshield layer .
  • a layer that reflects infrared energy a coating of a variety of dielectric films can be used.
  • WO 2023/052067 A1 discloses an arrangement for a driver assistance system of a vehicle, comprising a radiation source for emitting infrared radiation, a radiation receiver for receiving infrared radiation, a windshield made of an outer pane and an inner pane, which are connected to one another via a thermoplastic intermediate layer, the windshield being at least has a functional layer that reflects infrared radiation, wherein the radiation source is arranged such that infrared radiation can be reflected from the functional layer as a first reflection radiation onto the face of a driver, the first reflection radiation can be reflected from the driver's face as a second reflection radiation onto the functional layer, and wherein the Radiation receiver is arranged so that the second reflection radiation reflected by the functional layer as third reflection radiation is reflected to the radiation receiver and can be received by the radiation receiver.
  • WO 2014/103768 A1 discloses a composite pane with a coating that reflects infrared radiation and which consists of an alternating layer sequence of high-refractive index layers with a refractive index greater than 1.90 and low-refractive index layers with a refractive index less than 1.56.
  • JP 2010 222233 A discloses a composite pane with a coating that reflects infrared radiation and consists of an alternating layer sequence of high-refractive index and low-refractive index dielectric layers.
  • US 2012/026580 A1 discloses an infrared light reflecting film comprising a dielectric multilayer film consisting of an alternating laminate of a low refractive index dielectric layer and a high refractive index dielectric layer and an infrared light reflecting layer containing cholesteric liquid crystal , where all dielectric layers consist of an inorganic material other than a metal and meet the requirements 225 nm ⁇ ni x di ⁇ 350 nm, where ni represents the refractive index of an i-th dielectric layer and di represents the thickness of an i-th dielectric layer.
  • Modern driver assistance systems with an infrared-based monitoring function work with wavelengths in the range from 1 pm (micrometer) to 2 pm, in particular with infrared radiation with a wavelength of 940 nm or with infrared radiation with a wavelength of 1400 nm or with infrared radiation with a wavelength of 1550 nm.
  • the object of the present invention is to provide an improved arrangement for a driver assistance system with an infrared-based monitoring function for the driver, which enables simple and reliable acquisition of information about the driver and in particular for driver assistance systems that use infrared radiation with wavelengths of 940 nm or 1400 nm or 1550 nm is optimized.
  • the invention relates to an arrangement for a driver assistance system for a vehicle, in particular a motor vehicle, with a monitoring function of a driver of the vehicle based on infrared radiation.
  • the arrangement includes a radiation source for emitting infrared radiation and a radiation receiver for receiving infrared radiation.
  • the arrangement further comprises a windshield consisting of an outer pane and an inner pane, which are connected to one another via a thermoplastic intermediate layer.
  • the windshield is therefore a composite pane.
  • the windshield is intended to separate the interior of a vehicle from the outside environment in a window opening.
  • the inner pane refers to the pane of the composite pane facing the vehicle interior.
  • the outer pane refers to the pane facing the external environment.
  • the outer pane and the inner pane each have an outside surface and an interior surface and a circumferential side edge running between them.
  • the outside surface refers to the main surface which is intended to face the external environment in the installed position.
  • the interior-side surface refers to the main surface which is intended to face the interior in the installed position.
  • the interior surface of the outer pane and the outside surface of the inner pane face each other and are connected to one another by the thermoplastic intermediate layer.
  • the outside surface of the outer pane is referred to as side I.
  • the interior surface of the outer pane is referred to as side II.
  • the outside surface of the inner pane is referred to as side III.
  • the interior surface of the inner pane is referred to as side IV.
  • the windshield has a functional layer.
  • the functional layer is a functional layer that reflects infrared radiation.
  • the functional layer is therefore suitable for reflecting infrared radiation.
  • the radiation source is arranged in such a way that infrared radiation emitted by the radiation source is directed onto the functional layer and can be reflected from the functional layer onto a driver's face.
  • the infrared radiation emitted by the radiation source therefore hits the functional layer directly without prior reflection and is reflected by it.
  • the infrared radiation reflected by the functional layer is referred to as first reflection radiation.
  • the first reflection radiation hits the driver's face and can be reflected from the driver's face back onto the functional layer.
  • the infrared radiation reflected from the driver's face is referred to as second reflected radiation.
  • the second reflection radiation striking the functional layer is then reflected by the functional layer reflected.
  • the infrared radiation reflected by the functional layer is referred to as third reflection radiation.
  • the radiation receiver is arranged in such a way that the third reflection radiation reflected by the functional layer is reflected to the radiation receiver and can be received by the radiation receiver.
  • the radiation source, the functional layer and the radiation receiver are arranged so that infrared radiation emitted by the radiation source can be reflected by the functional layer as the first reflection radiation onto the face of a driver, the first reflection radiation from the driver's face as the second reflection radiation onto the Functional layer can be reflected, and the second reflection radiation reflected by the functional layer as third reflection radiation can be reflected to the radiation receiver and received by the radiation receiver.
  • the infrared radiation emitted by the radiation source is reflected only in a first portion of the windshield.
  • the third reflection radiation is reflected only in a second portion of the windshield.
  • the first portion and the second portion may be separate from each other, partially overlap, or completely overlap (i.e., identical).
  • the functional layer consists of an alternating layer sequence of high-refractive index layers and low-refractive index layers.
  • the alternating layer sequence of high-index layers and low-index layers begins with a high-index layer and ends with a high-index layer.
  • the surfaces of the functional layer, with which the layer stack of the functional layer begins and ends, are therefore each formed by a high-refractive index layer.
  • the layers immediately adjacent to a low-refractive index layer are high-refractive and the layers of the layer sequence immediately adjacent to a high-refractive index layer are low-refractive.
  • the functional layer consists of two high-refractive index layers and a low-refractive index layer and the low-refractive index layer is arranged between the two high-refractive index layers immediately adjacent to them.
  • the functional layer has the following layer sequence:
  • the functional layer consists of three high-refractive index layers and two low-refractive index layers and each of the two low-refractive index layers is arranged between two high-refractive index layers immediately adjacent to them.
  • the functional layer has the following layer sequence:
  • the functional layer consists of four high-refractive index layers and three low-refractive index layers and each of the two low-refractive index layers is arranged between two high-refractive index layers immediately adjacent to them.
  • the functional layer has the following layer sequence:
  • the functional layer preferably consists of a total of three to seven layers, with high-refractive index layers and low-refractive index layers being arranged in an alternating layer sequence and the surfaces of the functional layer, with which the layer stack of the functional layer begins and ends, are each formed by a high-refractive index layer.
  • a high-refractive index layer has a refractive index greater than 1.9, preferably greater than 2.1, and a low-refractive index layer has a refractive index less than 1.6, preferably less than 1.5.
  • the values given for refractive indices are measured at a wavelength of 550 nm. Methods for determining refractive indices are known to those skilled in the art.
  • the refractive indices specified in the invention can be determined, for example, by means of ellipsometry, whereby commercially available ellipsometers can be used.
  • the functional layer is arranged on the interior surface of the inner pane.
  • the functional layer is therefore designed as a coating on the interior surface of the inner pane.
  • the functional layer is arranged on the outside surface of the inner pane.
  • the functional layer is therefore designed as a coating on the outside surface of the inner pane.
  • the functional layer is arranged on the interior surface of the outer pane.
  • the functional layer is therefore designed as a coating on the interior surface of the outer pane.
  • the high-refractive index layers based on silicon nitride, tin-zinc oxide, silicon-zirconium nitride, silicon-titanium nitride, silicon-hafnium nitride, or titanium oxide are preferred, particularly based on silicon-zirconium nitride or, in particular, titanium oxide is preferred.
  • the low-refractive index layers are preferably formed based on silicon dioxide or doped silicon oxide.
  • the thickness of the high-index layers is between 50 nm and 200 nm, particularly preferably between 50 nm and 180 nm, very particularly preferably between 80 nm and 150 nm.
  • the thickness of the low-refractive layers is between 100 nm and 300 nm, particularly preferably between 150 nm and 300 nm, very particularly preferably between 160 nm and 280 nm.
  • the windshield has a functional layer as described above.
  • the functional layer preferably extends over a large area over the windshield.
  • the term large area means that the functional layer extends over at least 50%, at least 60%, at least 70%, at least 75% or preferably at least 90% of the windshield.
  • the functional layer can also only extend over a partial area of the windshield.
  • the functional layer particularly preferably extends over the entire surface of the entire windshield.
  • the functional layer is transparent to visible light.
  • transparent means that the total transmission of the windshield complies with the legal regulations and preferably has a transmittance of more than 70% and in particular more than 75% for visible light. Accordingly, “opaque” means a light transmission of less than 15%, preferably less than 5%, in particular 0%.
  • the values for light transmission (TL) refer (as is usual for automobile glazing) to illuminant A, i.e. the visible portion of sunlight at a wavelength of 380 nm to 780 nm, i.e. essentially the visible spectrum of solar radiation. Infrared rays are understood to be rays with a wavelength greater than approximately 800 nm.
  • the layer structure of the functional layer is generally obtained through a sequence of deposition processes that are carried out using a vacuum process such as magnetic field-assisted cathode sputtering or chemical vapor deposition (CVD).
  • a vacuum process such as magnetic field-assisted cathode sputtering or chemical vapor deposition (CVD).
  • CVD chemical vapor deposition
  • the layer structure of the functional layer can also be obtained by wet coating.
  • the outer pane and the inner pane of the windshield preferably contain or consist of glass, particularly preferably flat glass, float glass, quartz glass, borosilicate glass, soda-lime glass, or clear plastics, preferably rigid clear plastics, in particular polyethylene, polypropylene, polycarbonate, polymethyl methacrylate, polystyrene, Polyamide, polyester, polyvinyl chloride and/or mixtures thereof.
  • the outer pane and the inner pane can be clear and colorless, but also tinted or colored.
  • the outer pane and the inner pane can be independently non-prestressed, partially prestressed or prestressed. If at least one of the panes is to have a prestress, this can be a thermal or chemical prestress.
  • the thickness of the outer pane and the inner pane can vary widely and be adapted to the requirements of the individual case. Discs with standard thicknesses of 1.0 mm to 25 mm and preferably 1.4 mm to 2.1 mm are preferably used. For example, the outer pane is 2.1 mm thick and the inner pane is 1.6 mm thick. The outer pane or in particular the inner pane can also be thin glass with a thickness of, for example, 0.55 mm. The size of the outer pane and the inner pane can vary widely and depends on the use.
  • the thermoplastic intermediate layer contains or consists of at least one thermoplastic, preferably polyvinyl butyral (PVB), ethylene vinyl acetate (EVA) and/or polyethylene terephthalate (PET).
  • the thermoplastic intermediate layer can also be, for example, polyurethane (PU), polypropylene (PP), polyacrylate, polyethylene (PE), polycarbonate (PC), polymethyl methacrylate, polyvinyl chloride, polyacetate resin, casting resin, acrylate, fluorinated ethylene propylene, polyvinyl fluoride and / or Ethylene-tetrafluoroethylene, or a copolymer or mixture thereof.
  • the thermoplastic intermediate layer can be formed by one or more thermoplastic films arranged one above the other, the thickness of a thermoplastic film preferably being from 0.25 mm to 1 mm, typically 0.38 mm or 0.76 mm.
  • the thermoplastic intermediate layer can also be a film with functional properties, for example a film with acoustically dampening properties.
  • An advantage of the arrangement according to the invention is that the infrared radiation can hit the driver's face from the front due to the reflection on the functional layer.
  • the radiation reflected onto the driver's face can therefore contain a portion of radiation that falls perpendicularly onto the driver's face.
  • the infrared radiation reflected in a corresponding manner from the face can be received, which contains a radiation component that is reflected perpendicularly from the driver's face.
  • the radiation source and radiation receiver only have to be positioned on the functional layer with a view to a suitable reflection of the infrared radiation, which can usually be done in such a way that they are not or at least practically not visible to the driver and front passenger, for example in the rear area of the console. This is another advantage of the invention.
  • the radiation source is arranged such that the first reflected radiation has a radiation component that strikes the driver's face perpendicularly. It can be advantageous here if the first reflection radiation is reflected from an area of the windshield that results at least partially from a horizontal projection of the driver's face onto the windshield. The first reflection radiation can preferably hit the driver's face in a horizontal direction or along a vertical line. This enables very good recognition of details of the driver's face and, in particular, eye movements. Equally, it is advantageous if the radiation receiver is arranged in such a way that radiation reflected by the functional layer (i.e.
  • third reflection radiation can be received, which is based on second reflection radiation which has a radiation component that was reflected perpendicularly from the driver's face.
  • the third reflection radiation is advantageously reflected from an area of the windshield, which results at least partially from a horizontal projection of the driver's face onto the windshield.
  • the second reflection radiation can then preferably impinge on the functional layer in a horizontal direction or along a vertical line. This also enables very good recognition of details of the driver's face and, in particular, eye movements.
  • a further advantage of the arrangement according to the invention is that the functional layer consisting of an alternating layer sequence of high-refractive index layers and low-refractive index layers is optimized for the reflection of a wavelength range in the range from 1 pm to 2 pm.
  • the functional layer is optimized for driver assistance systems that work with infrared radiation with wavelengths of 940 nm or 1400 nm or 1550 nm.
  • the invention further extends to a driver assistance system with an infrared-based monitoring function for the driver of a vehicle, which includes an arrangement according to the invention.
  • the driver assistance system also includes at least one actuator and/or at least one signal output device, as well as an electronic control device, which is set up to determine information about the driver based on an output signal of the radiation receiver and, based on the determined information about the driver, to send an electrical signal to the at least one actuator for executing a mechanical Action and / or to deliver to the at least one signal output device for outputting an optical and / or acoustic signal.
  • the invention extends to a method for monitoring a driver of a vehicle, in particular for implementation in a driver assistance system according to the invention, which comprises the following steps: a) emitting infrared radiation onto a functional layer of a windshield that reflects infrared radiation, such that infrared radiation is reflected by the functional layer hits the driver's face as the first reflection radiation, the first reflection radiation from the driver's face hitting the functional layer as the second reflection radiation and being reflected by the functional layer as the third reflection radiation, b) receiving the third reflection radiation, c) determining information about the driver , d) executing an action and/or issuing a visual and/or acoustic signal based on the information determined about the driver.
  • the functional layer consists of an alternating layer sequence of high-index layers and low-index layers, whereby the alternating layer sequence begins with a high-index layer and ends with a high-index layer.
  • the invention extends to the use of the arrangement according to the invention in a driver assistance system of a vehicle, in particular a motor vehicle, for traffic on land, on water or in the air.
  • FIG. 1 shows a schematic view of the front part of a vehicle with a driver with an arrangement and driver assistance system according to the invention for infrared-based monitoring of the driver
  • FIG. 8 shows a flowchart to illustrate a method according to the invention for infrared-based monitoring of a driver of a vehicle
  • FIG. 9 shows a schematic view of the functional blocks of a driver assistance system according to the invention.
  • FIG. 14 Reflection spectra of a windshield according to comparative example M. 1 shows a schematic view of the front part of a vehicle 2 with driver 3 with an arrangement 1 according to the invention and driver assistance system 100 for infrared-based monitoring of driver 3.
  • the arrangement 1 comprises a windshield 5 of a vehicle 2, which comprises an outer pane 9 and an inner pane 10, which are firmly connected to one another by a thermoplastic intermediate layer 11, and has a functional layer 12.
  • the arrangement 1 further comprises a radiation source 7 and a radiation receiver 8, which, as shown schematically in FIG. 1, are arranged next to one another, but can also be installed in an assembly. Both the radiation source 7 and the radiation receiver 8 are installed here, for example, in the rear area of the console 6, where they are practically not visible to vehicle occupants.
  • the radiation source 7 is positioned and aligned in such a way that the infrared radiation 13 emitted by the radiation source 7 is directed onto the interior surface IV of the inner window 10 and is reflected there by the functional layer 12 as the first reflection radiation 14 to the face 23 of the driver 3.
  • the infrared radiation 13 emitted by the radiation source 7 is reflected in a first partial area 20 of the windshield 5 by the functional layer 12 and hits the face 23 of the driver 3 from the front as the first reflection radiation 14.
  • the first reflection radiation 14 in particular has a radiation component that is perpendicular hits the face 23 of the driver 3, ie in the horizontal direction if the vehicle 2 is standing on a flat surface.
  • the first reflection radiation 14 is reflected from the face 23 of the driver 3 as the second reflection radiation 15 in the direction of the functional layer 12.
  • the second reflection radiation 15 in particular has a radiation component that is reflected vertically from the face 23 of the driver 3, ie in the horizontal direction if the vehicle 2 is standing on a flat surface.
  • the second reflection radiation 15 is reflected from the functional layer 12 onto the radiation receiver 8 as the third reflection radiation 16.
  • the third reflection radiation 16 is reflected by a second portion 21 of the windshield 5.
  • the first portion 20 and the second portion 21 may partially overlap, completely overlap (ie, be identical), or not overlap.
  • the first sub-area 20 and the second sub-area 21 together form the reflection area 22 of the windshield 5.
  • the radiation receiver 8 is directed towards the interior-side surface IV of the inner pane 10 and can receive the third reflection radiation 16 reflected by the functional layer 12.
  • the first partial area 20 preferably corresponds to an area of the windshield 5 which is at least partially opposite the driver's face, ie an area which results from a horizontal projection of the face 23 of the driver 3 onto the windshield 5.
  • the second partial area 21 preferably corresponds to an area of the windshield 5 which is at least partially opposite the driver's face, ie an area which results from a horizontal projection of the face 23 of the driver 3 onto the windshield 5.
  • the radiation source 7 and the radiation receiver 8 can be arranged in the rear area of the console 6 so that they can be easily integrated into the interior of the vehicle and do not disturb the design of the vehicle interior.
  • Fig. 2 shows a cross section through an embodiment of an arrangement 1 according to the invention.
  • the arrangement 1 comprises a radiation source 7 for emitting infrared radiation, a radiation receiver s for receiving infrared radiation and a windshield 5.
  • the windshield 5 comprises an outer pane 9 with an outside surface I, an inside surface II and an inner pane 10 with an outside surface III and an inside surface IV, which are connected to one another via a thermoplastic intermediate layer 11.
  • the windshield 5 has a functional layer 12.
  • the outer pane 9 consists, for example, of green soda-lime glass and has a thickness of, for example, 2.1 mm.
  • the inner pane 10 consists, for example, of soda-lime glass and has a thickness of, for example, 1.6 m.
  • the thermoplastic intermediate layer 11 consists, for example, of PVB and has a thickness of, for example, 0.76 mm.
  • the functional layer 12 is designed as a coating on the interior surface IV of the inner pane 10.
  • the functional layer 12 consists of an alternating layer sequence of high-refractive index layers 24 with a refractive index greater than 1.9 and low-refractive index layers 25 with a refractive index less than 1.6, the alternating layer sequence beginning with a high-refractive index layer 24 and ending with a high-refractive index layer 24.
  • the functional layer 12 is constructed, for example, as shown in FIGS. 5, 6 or 7.
  • the radiation source 7, the functional layer 12 and the radiation receiver 8 are arranged so that infrared radiation 13 emitted by the radiation source 7 can be reflected by the functional layer 12 as the first reflection radiation 14 onto the face 23 of a driver 3, the first reflection radiation 14 from the face 23 of the driver 3 Driver 3 can be reflected onto the functional layer 12 as a second reflection radiation 15, and the second reflection radiation 15 reflected by the functional layer 12 as a third reflection radiation 16 is reflected to the radiation receiver s and can be received by the radiation receiver s.
  • the driver 3, the infrared radiation 13 emitted by the radiation source 7, the first reflection radiation 14, the second reflection radiation 15 and the third reflection radiation 16 are not shown in FIG.
  • Fig. 3 shows a cross section through a further embodiment of an arrangement 1 according to the invention.
  • the embodiment shown in Fig. 3 differs from that shown in Fig. 2 only in that the functional layer 12 is not a coating on the interior surface IV of the inner pane 10, but is designed as a coating on the outside surface III of the inner pane 10.
  • Fig. 4 shows a cross section through a further embodiment of an arrangement 1 according to the invention.
  • the embodiment shown in Fig. 4 differs from that shown in Fig. 2 only in that the functional layer 12 is not a coating on the interior surface IV of the inner pane 10, but is designed as a coating on the interior surface II of the outer pane 9.
  • 5 shows a cross section through an embodiment of the functional layer 12.
  • the functional layer 12 consists of two high-refractive index layers 24 with a refractive index greater than 1.9 and a low-refractive index layer 25 with a refractive index less than 1.6 .
  • the low-refractive index layer 25 is arranged between the two high-refractive index layers 24 and is directly adjacent to the high-refractive index layers 24.
  • the functional layer 12 has the following layer sequence:
  • the high-refractive index layers 24 consist, for example, of TiÜ2 with a refractive index of 2.45 and the low-refractive index layer 25 consists, for example, of SiÜ2 with a refractive index of 1.45.
  • FIG. 6 shows a cross section through a further embodiment of the functional layer 12.
  • the high-refractive index layers 24 and the low-refractive index layers 25 are arranged alternately.
  • Each of the low-refractive index layers 25 is arranged between two high-refractive index layers 24 and is directly adjacent to the two high-refractive index layers 24 between which it is arranged.
  • the functional layer 12 has the following layer sequence:
  • the high-refractive index layers 24 consist, for example, of TiÜ2 with a refractive index of 2.45 and the low-refractive index layers 25 consist, for example, of SiÜ2 with a refractive index of 1.45.
  • 7 shows a cross section through a further embodiment of the functional layer 12. In the embodiment shown in FIG. 6.
  • the high-refractive index layers 24 and the low-refractive index layers 25 are arranged alternately.
  • Each of the low-refractive index layers 25 is arranged between two high-refractive index layers 24 and is directly adjacent to the two high-refractive index layers 24 between which it is arranged.
  • the functional layer 12 has the following layer sequence:
  • the high-refractive index layers 24 consist, for example, of TiÜ2 with a refractive index of 2.45 and the low-refractive index layers 25 consist, for example, of SiÜ2 with a refractive index of 1.45.
  • FIG. 1 A method according to the invention for monitoring a driver is illustrated in FIG.
  • the process includes at least the following process steps:
  • block E represents the part of the driver assistance system 100 that relates to the use of infrared radiation
  • block F represents the processing of the signal data acquired here to determine information about the driver 3
  • block G possible actions based on the determined information about the driver 3.
  • step A1 infrared radiation is emitted by the radiation source 7 in the direction of the windshield 5 and reflected by the functional layer 12 in the direction of the face 23 of the driver 3 and in step A2 the infrared radiation reflected by the face 23 of the driver 3 is reflected by the functional layer 12 reflected in the direction of the radiation receiver 8 and received by the radiation receiver 8.
  • block F which is implemented in the vehicle 2 by an electronic control device (ECU)
  • ECU electronice control device
  • information about the driver 3 is determined using known algorithms, here for example a head position (B1) and an eye position (B2) of the driver 3. In addition, this takes place for example an identification (B3) of the driver 3 based on preset personalized driver data.
  • driver 3 can be determined using suitable algorithms, such as the presence of tiredness or sleepiness (C1), which can be detected in particular based on a reduced frequency of eye movements, or excessive distraction (C2) of the driver 3, E.g. recognizable by viewing directions that are not primarily directed towards the front and therefore do not serve to guide the vehicle.
  • C1 tiredness or sleepiness
  • C2 excessive distraction
  • the driver state determined here can in particular also be subjected to personalization (C3) in order to be able to determine driver-specific information, which requires that the driver (B3) has been identified.
  • C3 personalization
  • an intervention in the vehicle control can take place as a result of the determination of information about the driver 3 using actuators.
  • a steering intervention to keep in lane takes place when tiredness, in particular microsleep, has been detected in the driver 3.
  • an acoustic and/or optical signal can be output by a signaling device, for example a visual indication that the driver 3 has been recognized as tired, optionally supported by an acoustic warning signal.
  • the invention is explained below using examples and a comparative example.
  • the reflection properties of windshields with a functional layer and a windshield without a functional layer are compared below.
  • the layer sequence, the layer thicknesses and the refractive indices n in windshields according to Examples H, J, K and L according to the invention and Comparative Example M are given in Tables 1 to 3.
  • the reflectance describes the proportion of the total irradiated radiation that is reflected. It is given in % (based on 100% irradiated radiation) or as a unitless number from 0 to 1 (normalized to the irradiated radiation). Plotted depending on the wavelength, it forms the reflection spectrum.
  • the reflection spectrum of example H at incidence angles of 8° and 65° is shown in Fig. 10. It can be seen from the reflection spectrum shown in FIG. 10 that the functional layer as designed in Example H is particularly suitable for driver assistance systems that work with infrared radiation with a wavelength of 940 nm.
  • the composite pane according to Example H has a high degree of reflectance against radiation with a wavelength of 940 nm.
  • Example J The reflection spectrum of Example J at incidence angles of 8° and 65° is shown in Fig. 11. It can be seen from the reflection spectrum shown in FIG. 11 that the functional layer as designed in Example J is particularly suitable for driver assistance systems that work with infrared radiation with a wavelength of 1400 nm or 1550 nm.
  • the composite pane according to Example J has a high reflectance to radiation with a wavelength of 1400 nm and also has a high reflectance to radiation with a wavelength of 1550 nm.
  • the layer thickness of the high-refractive index layers in Example J is greater than the layer thickness of the high-refractive index layers in Example H.
  • the layer thickness of the low-refractive index layer in Example J is greater than the layer thickness of the low-refractive index layer in Example H.
  • the comparison of those in FIGS. 10 and 11 shows that by increasing the layer thickness of the high-refractive index layers and the low-refractive index layer, the reflection maximum for infrared radiation is shifted to higher wavelengths.
  • a layer structure with thicker individual layers is therefore particularly suitable for driver assistance systems that work with infrared radiation with a wavelength of 1400 nm or 1550 nm.
  • Example K The reflection spectrum of example K at incidence angles of 8° and 65° is shown in Fig. 12. It can be seen from the reflection spectrum shown in FIG. 12 that the functional layer as designed in Example K is particularly suitable for driver assistance systems that work with infrared radiation with a wavelength of 940 nm.
  • the composite pane according to Example K has a high degree of reflectance against radiation with a wavelength of 940 nm.
  • the functional layer consists of a total of three layers and in example K, the functional layer consists of a total of five layers.
  • FIGS. 12 The comparison of the reflection spectra shown in FIGS.
  • the reflection spectrum of example L at incidence angles of 8° and 65° is shown in Fig. 13. It can be seen from the reflection spectrum shown in FIG. 13 that the functional layer as in example L is designed for driver assistance systems which are equipped with information Rared radiation with a wavelength of 1400 nm or 1550 nm is particularly suitable.
  • the composite pane according to Example L has a high degree of reflectance against radiation with a wavelength of 1400 nm and also has a high degree of reflection against radiation with a wavelength of 1550 nm.
  • the composite pane according to example L differs from the composite pane according to example J in terms of structure only in that in example L the functional layer is arranged on the outside surface of the inner pane and in example J the functional layer is arranged on the inside surface of the inner pane.
  • the comparison of the reflection spectra shown in FIGS. 11 and 13 shows that when the functional layer is arranged on the interior surface of the inner pane, a higher degree of reflectance against infrared radiation is achieved than when the functional layer is arranged on the outside surface of the inner pane.
  • Fig. 14 shows that a composite pane without a functional layer does not have sufficient reflection against infrared radiation and is therefore not suitable for an arrangement for an infrared-based driver assistance system.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung (1) für ein Fahrerassistenzsystem (100) eines Fahrzeugs (2), umfassend eine Strahlungsquelle (7) zum Aussenden von Infrarotstrahlung, einen Strahlungsempfänger (8) zum Empfangen von Infrarotstrahlung, und eine Windschutzscheibe (5) umfassend eine Außenscheibe (9) mit einer außenseitigen Oberfläche (I) und einer innenraumseitigen Oberfläche (II) und eine Innenscheibe (10) mit einer außenseitigen Oberfläche (III) und einer innenraumseitigen Oberfläche (IV), die über eine thermoplastische Zwischenschicht (11) miteinander verbunden sind, wobei die Windschutzscheibe (5) eine Infrarotstrahlung reflektierende Funktionsschicht (12) aufweist. Die Strahlungsquelle (7), die Funktionsschicht (12) und der Strahlungsempfänger (8) sind so angeordnet, dass von der Strahlungsquelle (7) ausgesendete Infrarotstrahlung (13) von der Funktionsschicht (12) als erste Reflexionsstrahlung (14) auf das Gesicht (23) eines Fahrers (3) reflektiert werden kann, die erste Reflexionsstrahlung (14) vom Gesicht (23) des Fahrers (3) als zweite Reflexionsstrahlung (15) auf die Funktionsschicht (12) reflektiert werden kann, und die von der Funktionsschicht (12) als dritte Reflexionsstrahlung (16) reflektierte zweite Reflexionsstrahlung (15) zum Strahlungsempfänger (8) reflektiert und vom Strahlungsempfänger (8) empfangen werden kann. Die Funktionsschicht (12) besteht aus einer alternierenden Schichtenabfolge hochbrechender Schichten (24) mit einem Brechungsindex von mindestens 1,9 und niedrigbrechender Schichten (25) mit einem Brechungsindex von höchstens 1,6, wobei die alternierende Schichtenabfolge mit einer hochbrechenden Schicht (24) beginnt und mit einer hochbrechenden Schicht (24) endet.

Description

ANORDNUNG FÜR FAHRERASSISTENZSYSTEM
Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einer Windschutzscheibe, einer Strahlungsquelle zum Aussenden von Infrarotstrahlung und einem Strahlungsempfänger zum Empfangen von Infrarotstrahlung für ein Fahrerassistenzsystem eines Fahrzeugs, das eine Infrarot-basierte Überwachung des Fahrers ermöglicht. Des Weiteren betrifft die Erfindung die Verwendung der Anordnung in einem Fahrerassistenzsystem, ein Fahrerassistenzsystem eines Fahrzeugs mit einer solchen Anordnung, sowie ein Verfahren zum Überwachen des Fahrers eines Fahrzeugs.
Moderne Fahrzeuge werden häufig mit elektronischen Fahrerassistenzsystemen ausgerüstet, die den Fahrer bei der Führung des Fahrzeugs unterstützen, beispielsweise durch automatischen Bremseingriff bei Gefahr einer Kollision oder automatisches Spurhalten, wenn das Fahrzeug die Fahrspur verlässt. Derartige Fahrerassistenzsysteme haben sich in der Praxis sehr bewährt, insbesondere, wenn sie eine Überwachungsfunktion für den Fahrer aufweisen, etwa um frühzeitig Müdigkeit des Fahrers zu erkennen, aber auch um eine übermäßige Ablenkung von der sicheren Fahrzeugführung, beispielsweise durch Bedienen eines Mobiltelefons, zu erkennen.
Zu diesem Zweck ist es bekannt, das Gesicht und insbesondere die Augen des Fahrers mit Hilfe von Infrarotstrahlung abzutasten, welche für das bloße Auge nicht sichtbar ist und somit den Fahrer und die übrigen Fahrzeuginsassen nicht stört. Hierbei können über Algorithmen Blickrichtung und Blickdauer des Fahrers erfasst werden, was beispielweise auf Müdigkeit hinweisen kann, wenn die Blickdauer in eine bestimmte Blickrichtung ungewöhnlich lange ist (stierender Blick). Andererseits kann ein zu häufiges Abwenden des Blicks von der Fahrtrichtung auf Ablenkung hinweisen. Möglich ist auch das Erkennen von Gesichtsausdrücken, welche auch einen Hinweis auf den Zustand des Fahrers geben können.
In EP 1 333 410 A2 ist eine Vorrichtung zur Blickverfolgung bzw. Eyetracking des Fahrers eines Fahrzeugs mit Hilfe von Infrarotstrahlung offenbart.
JP H03 42337 A offenbart eine Anordnung für die Detektion des Fahrzustands eines Fahrzeugführers mit Hilfe von Infrarotstrahlung. DE 10 2014 115 958 A1 offenbart ein System zum Überwachen eines Fahrers eines Fahrzeugs, umfassend einen Infrarotblitz zum Strahlen eines Infrarotlichts auf den Fahrer, eine Infrarotkamera zum Aufnehmen eines Bilds, das vom Strahl beleuchtet wird, einschließlich Reflexionen und eine reflektierende Infrarotfolie, die in die Windschutzscheibe des Fahrzeugs aufgenommen ist.
US 2020/143184 A1 offenbart eine Head-up-Display-Anordnung für ein Kraftfahrzeug mit einem menschlichen Fahrer, umfassend eine Windschutzscheibe mit einer Schicht, die Infrarotenergie reflektiert, eine Lichtquelle, die so positioniert und konfiguriert ist, dass sie ein Lichtfeld aussendet, sodass das Lichtfeld von der Windschutzscheibe reflektiert wird und dem Fahrer als virtuelles Bild außerhalb der Windschutzscheibe erscheint, und eine IR-Kamera, die so positioniert und konfiguriert ist, dass sie Infrarotenergie empfängt, die vom Gesicht des Fahrers reflektiert und von der Schicht der Windschutzscheibe reflektiert wird. Als Schicht, welche Infrarotenergie reflektiert, kann eine Beschichtung aus einer Vielzahl dielektrischer Filme verwendet werden.
WO 2023/052067 A1 offenbart eine Anordnung für Fahrerassistenzsystem eines Fahrzeugs, umfassend eine Strahlungsquelle zum Aussenden von Infrarotstrahlung, einen Strahlungsempfänger zum Empfangen von Infrarotstrahlung, eine Windschutzscheibe aus einer Außenscheibe und einer Innenscheibe, die über eine thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden sind, wobei die Windschutzscheibe mindestens eine Infrarotstrahlung reflektierende Funktionsschicht aufweist, wobei die Strahlungsquelle so angeordnet ist, dass Infrarotstrahlung von der Funktionsschicht als erste Reflexionsstrahlung auf das Gesicht eines Fahrers reflektiert werden kann, die erste Reflexionsstrahlung vom Gesicht des Fahrers als zweite Reflexionsstrahlung auf die Funktionsschicht reflektiert werden kann, und wobei der Strahlungsempfänger so angeordnet ist, dass die von der Funktionsschicht als dritte Reflexionsstrahlung reflektierte zweite Reflexionsstrahlung zum Strahlungsempfänger reflektiert und vom Strahlungsempfänger empfangen werden kann.
WO 2014/103768 A1 offenbart eine Verbundscheibe mit einer Infrarotstrahlung reflektierenden Beschichtung, welche aus einer alternierenden Schichtenabfolge hochbrechender Schichten mit einem Brechungsindex größer 1 ,90 und niedrigbrechender Schichten mit einem Brechungsindex kleiner 1 ,56 besteht. In JP 2010 222233 A ist eine Verbundscheibe mit einer Infrarotstrahlung reflektierenden Beschichtung, welche aus einer alternierenden Schichtenfolge hochbrechender und niedrigbrechender dielektrischer Schichten besteht, offenbart.
US 2012/026580 A1 offenbart einen Infrarotlicht-reflektierender Film, der einen dielektrischen mehrschichtigen Film umfasst, der aus einem abwechselnden Laminat aus einer dielektrischen Schicht mit niedrigem Brechungsindex und einer dielektrischen Schicht mit hohem Brechungsindex und einer cholesterischen Flüssigkristall enthaltenden Infrarotlicht-reflektieren- den Schicht besteht, wobei alle dielektrischen Schichten aus einem anderen anorganischen Material als einem Metall bestehen und die Anforderungen 225 nm < ni x di < 350 nm erfüllen, wobei ni den Brechungsindex einer i-ten dielektrischen Schicht und di die Dicke einer i-ten dielektrischen Schicht darstellt.
Moderne Fahrerassistenzsysteme mit Infrarot-basierter Überwachungsfunktion arbeiten mit Wellenlängen im Bereich von 1 pm (Micrometer) bis 2 pm, insbesondere mit Infrarotstrahlung mit einer Wellenlänge von 940 nm oder mit Infrarotstrahlung mit einer Wellenlänge von 1400 nm oder mit Infrarotstrahlung mit einer Wellenlänge von 1550 nm.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Anordnung für ein Fahrerassistenzsystem mit Infrarot-basierter Überwachungsfunktion für den Fahrer bereitzustellen, die eine einfache und zuverlässige Erfassung von Informationen über den Fahrer ermöglicht und insbesondere für Fahrerassistenzsysteme, welche mit Infrarotstrahlung mit Wellenlängen von 940 nm bzw. 1400 nm bzw. 1550 nm arbeiten, optimiert ist.
Diese und weitere Aufgaben werden nach dem Vorschlag der Erfindung durch eine Anordnung, ein Fahrerassistenzsystem und ein Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Die Erfindung betrifft eine Anordnung für ein Fahrerassistenzsystem für ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit Überwachungsfunktion eines Fahrers des Fahrzeugs auf Basis von Infrarotstrahlung. Die Anordnung umfasst eine Strahlungsquelle zum Aussenden von Infrarotstrahlung und einen Strahlungsempfänger zum Empfangen von Infrarotstrahlung. Die Anordnung umfasst weiterhin eine Windschutzscheibe aus einer Außenscheibe und einer Innenscheibe, die über eine thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden sind. Die Windschutzscheibe ist somit eine Verbundscheibe. Die Windschutzscheibe ist dafür vorgesehen, in einer Fensteröffnung eines Fahrzeugs den Innenraum gegenüber der äußeren Umgebung abzutrennen. Mit Innenscheibe wird im Sinne der Erfindung die dem Fahrzeuginnenraum zugewandte Scheibe der Verbundscheibe bezeichnet. Mit Außenscheibe wird die der äußeren Umgebung zugewandte Scheibe bezeichnet.
Die Außenscheibe und die Innenscheibe weisen jeweils eine außenseitige und eine innenraumseitige Oberfläche auf und eine dazwischen verlaufende, umlaufende Seitenkante. Mit außenseitiger Oberfläche wird im Sinne der Erfindung diejenige Hauptfläche bezeichnet, welche dafür vorgesehen ist, in Einbaulage der äußeren Umgebung zugewandt zu sein. Mit innenraumseitiger Oberfläche wird im Sinne der Erfindung diejenige Hauptfläche bezeichnet, welche dafür vorgesehen ist, in Einbaulage dem Innenraum zugewandt zu sein. Die innenraumseitige Oberfläche der Außenscheibe und die außenseitige Oberfläche der Innenscheibe sind einander zugewandt und durch die thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden.
Die außenseitige Oberfläche der Außenscheibe wird als Seite I bezeichnet. Die innenraumseitige Oberfläche der Außenscheibe wird als Seite II bezeichnet. Die außenseitige Oberfläche der Innenscheibe wird als Seite III bezeichnet. Die innenraumseitige Oberfläche der Innenscheibe wird als Seite IV bezeichnet.
Erfindungsgemäß weist die Windschutzscheibe eine Funktionsschicht auf. Erfindungsgemäß ist die Funktionsschicht eine Infrarotstrahlung reflektierende Funktionsschicht. Die Funktionsschicht ist somit geeignet, Infrarotstrahlung zu reflektieren.
Die Strahlungsquelle ist so angeordnet, dass von der Strahlungsquelle ausgesandte Infrarotstrahlung auf die Funktionsschicht gerichtet ist und von der Funktionsschicht auf das Gesicht eines Fahrers reflektiert werden kann. Die von der Strahlungsquelle ausgesandte Infrarotstrahlung trifft somit ohne vorherige Reflexion direkt auf die Funktionsschicht und wird von dieser reflektiert. Zur leichteren Bezugnahme wird die von der Funktionsschicht reflektierte Infrarotstrahlung als erste Reflexionsstrahlung bezeichnet. Hierbei trifft die erste Reflexionsstrahlung auf das Gesicht des Fahrers und kann vom Gesicht des Fahrers wieder auf die Funktionsschicht reflektiert werden. Zur leichteren Bezugnahme wird die vom Gesicht des Fahrers reflektierte Infrarotstrahlung als zweite Reflexionsstrahlung bezeichnet. Die auf die Funktionsschicht auftreffende zweite Reflexionsstrahlung wird dann von der Funktionsschicht reflektiert. Zur leichteren Bezugnahme wird die von der Funktionsschicht reflektierte Infrarotstrahlung als dritte Reflexionsstrahlung bezeichnet. Hierbei ist der Strahlungsempfänger so angeordnet, dass die von der Funktionsschicht reflektierte dritte Reflexionsstrahlung zum Strahlungsempfänger reflektiert und vom Strahlungsempfänger empfangen werden kann.
Somit sind in der erfindungsgemäßen Anordnung die Strahlungsquelle, die Funktionsschicht und der Strahlungsempfänger so angeordnet, dass von der Strahlungsquelle ausgesendete Infrarotstrahlung von der Funktionsschicht als erste Reflexionsstrahlung auf das Gesicht eines Fahrers reflektiert werden kann, die erste Reflexionsstrahlung vom Gesicht des Fahrers als zweite Reflexionsstrahlung auf die Funktionsschicht reflektiert werden kann, und die von der Funktionsschicht als dritte Reflexionsstrahlung reflektierte zweite Reflexionsstrahlung zum Strahlungsempfänger reflektiert und vom Strahlungsempfänger empfangen werden kann.
Vorzugsweise wird die von der Strahlungsquelle ausgesendete Infrarotstrahlung nur in einem ersten Teilbereich der Windschutzscheibe reflektiert. Gleichermaßen bevorzugt wird die dritte Reflexionsstrahlung nur in einem zweiten Teilbereich der Windschutzscheibe reflektiert. Der erste Teilbereich und der zweite Teilbereich können voneinander getrennt sein, teilweise überlappen, oder vollständig überlappen (d.h. identisch sein).
Erfindungsgemäß besteht, die Funktionsschicht aus einer alternierenden Schichtenabfolge hochbrechender Schichten und niedrigbrechender Schichten. Die alternierende Schichtenabfolge hochbrechender Schichten und niedrigbrechender Schichten beginnt mit einer hochbrechenden Schicht und endet mit einer hochbrechenden Schicht. Die Oberflächen der Funktionsschicht, mit der der Schichtstapel der Funktionsschicht beginnt und abschließt, werden somit jeweils von einer hochbrechenden Schicht gebildet.
Bei einer alternierenden Schichtenabfolge hochbrechender Schichten und niedrigbrechender Schichten sind die unmittelbar an eine niedrigbrechende Schicht grenzenden Schichten hochbrechend und die unmittelbar an eine hochbrechende Schicht grenzenden Schichten der Schichtenabfolge niedrigbrechend.
In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Funktionsschicht aus zwei hochbrechenden Schichten und einer niedrigbrechenden Schicht und die niedrigbrechende Schicht ist zwischen den beiden hochbrechenden Schichten unmittelbar angrenzend an diese angeordnet. Somit weist in dieser Ausführungsform die Funktionsschicht die nachfolgende Schichtenabfolge auf:
Hochbrechende Schicht - niedrigbrechende Schicht - hochbrechende Schicht
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besteht die Funktionsschicht aus drei hochbrechenden Schichten und zwei niedrigbrechenden Schichten und jede der beiden niedrigbrechenden Schichten ist zwischen zwei hochbrechenden Schichten unmittelbar angrenzend an diese angeordnet. Somit weist in dieser Ausführungsform die Funktionsschicht die nachfolgende Schichtenabfolge auf:
Hochbrechende Schicht - niedrigbrechende Schicht - hochbrechende Schicht - niedrigbrechende Schicht - hochbrechende Schicht
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besteht die Funktionsschicht aus vier hochbrechenden Schichten und drei niedrigbrechenden Schichten und jede der beiden niedrigbrechenden Schichten ist zwischen zwei hochbrechenden Schichten unmittelbar angrenzend an diese angeordnet. Somit weist in dieser Ausführungsform die Funktionsschicht die nachfolgende Schichtenabfolge auf:
Hochbrechende Schicht - niedrigbrechende Schicht - hochbrechende Schicht - niedrigbrechende Schicht - hochbrechende Schicht - niedrigbrechende Schicht - hochbrechende Schicht
Bevorzugt besteht die Funktionsschicht aus insgesamt drei bis sieben Schichten, wobei hochbrechende Schichten und niedrigbrechende Schichten in alternierender Schichtenabfolge angeordnet sind und die Oberflächen der Funktionsschicht, mit der der Schichtstapel der Funktionsschicht beginnt und abschließt, jeweils von einer hochbrechenden Schicht gebildet werden.
Erfindungsgemäß weist eine hochbrechende Schicht einen Brechungsindex größer 1 ,9, bevorzugt größer 2, 1 , auf und eine niedrigbrechende Schicht weist einen Brechungsindex kleiner 1 ,6, bevorzugt kleiner 1 ,5, auf. Die angegebenen Werte für Brechungsindizes sind bei einer Wellenlänge von 550 nm gemessen. Methoden zur Bestimmung von Brechungsindizes sind dem Fachmann bekannt. Die im Rahmen der Erfindung angegebenen Brechungsindizes sind beispielsweise mittels Ellipso- metrie bestimmbar, wobei kommerziell erhältliche Ellipsometer eingesetzt werden können.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Funktionsschicht auf der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe angeordnet. Die Funktionsschicht ist somit in dieser Ausführungsform als eine Beschichtung der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe ausgebildet.
In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform ist die Funktionsschicht auf der außenseitigen Oberfläche der Innenscheibe angeordnet. Die Funktionsschicht ist somit in dieser Ausführungsform als eine Beschichtung der außenseitigen Oberfläche der Innenscheibe ausgebildet.
In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform ist die Funktionsschicht auf der innenraumseitigen Oberfläche der Außenscheibe angeordnet. Die Funktionsschicht ist somit in dieser Ausführungsform als eine Beschichtung der innenraumseitigen Oberfläche der Außenscheibe ausgebildet.
Besonders bevorzugt ist die Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung, in der die Funktionsschicht auf der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe angeordnet ist.
Bevorzugt sind die hochbrechenden Schichten auf Basis von Siliziumnitrid, Zinn-Zink-Oxid, Silizium-Zirkonium-Nitrid, Silizium-Titan-Nitrid, Silizium-Hafnium-Nitrid, oder Titanoxid, wobei auf Basis von Silizium-Zirkonium-Nitrid oder insbesondere Titanoxid besonders bevorzugt ist, ausgebildet.
Bevorzugt sind die niedrigbrechenden Schichten auf Basis von Siliziumdioxid oder dotiertem Siliziumoxid ausgebildet.
Die Dicke der hochbrechenden Schichten beträgt in einer bevorzugten Ausführungsform jeweils zwischen 50 nm und 200 nm, besonders bevorzugt zwischen 50 nm und 180 nm, ganz besonders bevorzugt zwischen 80 nm und 150 nm. Die Dicke der niedrigbrechenden Schichten beträgt in einer bevorzugten Ausführungsform jeweils zwischen 100 nm und 300 nm, besonders bevorzugt zwischen 150 nm und 300 nm, ganz besonders bevorzugt zwischen 160 nm und 280 nm.
Die Windschutzscheibe weist wie oben beschrieben erfindungsgemäß eine Funktionsschicht auf. Die Funktionsschicht erstreckt sich vorzugsweise großflächig über die Windschutzscheibe. Der Ausdruck großflächig bedeutet, dass sich die Funktionsschicht über mindestens 50%, mindestens 60%, mindestens 70%, mindestens 75% oder bevorzugt mindestens 90% der Windschutzscheibe erstreckt. Die Funktionsschicht kann sich aber auch nur über einen Teilbereich der Windschutzscheibe erstrecken.
Besonders bevorzugt erstreckt sich die Funktionsschicht vollflächig über die gesamte Windschutzscheibe.
Die Funktionsschicht ist transparent für sichtbares Licht. Im Sinne vorliegender Erfindung bedeutet "transparent", dass die Gesamttransmission der Windschutzscheibe den gesetzlichen Bestimmungen entspricht und für sichtbares Licht bevorzugt eine Durchlässigkeit von mehr als 70% und insbesondere von mehr als 75% aufweist. Entsprechend bedeutet "opak" eine Lichttransmission von weniger als 15%, vorzugsweise weniger als 5%, insbesondere 0%. Die Werte für die Lichttransmission (TL) beziehen sich (wie für Automobilverglasungen üblich) auf die Lichtart A, d.h. den sichtbaren Anteil des Sonnenlichts bei einer Wellenlänge von 380 nm bis 780 nm, also im Wesentlichen das sichtbare Spektrum der Sonnenstrahlung. Als Infrarotstrahlen werden Strahlen einer Wellenlänge von größer als etwa 800 nm verstanden.
Der Schichtaufbau der Funktionsschicht wird im Allgemeinen durch eine Folge von Abscheidevorgängen erhalten, die durch ein Vakuumverfahren wie die magnetfeldgestützte Katho- denzerstäubung oder durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD) durchgeführt werden. Alternativ kann der Schichtaufbau der Funktionsschicht auch durch Nassbeschichtung erhalten werden.
Die Außenscheibe und die Innenscheibe der Windschutzscheibe enthalten oder bestehen bevorzugt aus Glas, besonders bevorzugt Flachglas, Floatglas, Quarzglas, Borosilikatglas, Kalk- Natron-Glas, oder klare Kunststoffe, vorzugsweise starre klare Kunststoffe, insbesondere Polyethylen, Polypropylen, Polycarbonat, Polymethylmethacrylat, Polystyrol, Polyamid, Polyester, Polyvinylchlorid und/oder Gemische davon. Die Außenscheibe und die Innenscheibe können klar und farblos, aber auch getönt oder gefärbt sein. Die Außenscheibe und die Innenscheibe können unabhängig voneinander nicht vorgespannt, teilvorgespannt oder vorgespannt sein. Soll mindestens eine der Scheiben eine Vorspannung aufweisen, so kann dies eine thermische oder chemische Vorspannung sein.
Die Dicke der Außenscheibe und der Innenscheibe kann breit variieren und den Erfordernissen des Einzelfalls angepasst werden. Vorzugsweise werden Scheiben mit den Standardstärken von 1 ,0 mm bis 25 mm und bevorzugt von 1 ,4 mm bis 2,1 mm verwendet. Beispielsweise ist die Außenscheibe 2,1 mm dick und die Innenscheibe 1 ,6 mm dick. Es kann sich bei der Außenscheibe oder insbesondere der Innenscheibe aber auch um Dünnglas mit einer Dicke von beispielsweise 0,55 mm handeln. Die Größe der Außenscheibe und der Innenscheibe kann breit variieren und richtet sich nach der Verwendung.
Die thermoplastische Zwischenschicht enthält oder besteht aus mindestens einem thermoplastischen Kunststoff, bevorzugt Polyvinylbutyral (PVB), Ethylenvinylacetat (EVA) und/oder Polyethylenterephthalat (PET). Die thermoplastische Zwischenschicht kann aber auch beispielsweise Polyurethan (PU), Polypropylen (PP), Polyacrylat, Polyethylen (PE), Polycarbonat (PC), Polymethylmetacrylat, Polyvinylchlorid, Polyacetatharz, Gießharz, Acrylat, fluori- nierte Ethylen-Propylen, Polyvinylfluorid und/oder Ethylen-Tetrafluorethylen, oder ein Copolymer oder Gemisch davon enthalten. Die thermoplastische Zwischenschicht kann durch eine oder mehrere übereinander angeordnete thermoplastische Folien ausgebildet werden, wobei die Dicke einer thermoplastischen Folie bevorzugt von 0,25 mm bis 1 mm beträgt, typischerweise 0,38 mm oder 0,76 mm. Es kann sich bei der thermoplastischen Zwischenschicht auch um eine Folie mit funktionellen Eigenschaften, beispielsweise eine Folie mit akustisch dämpfenden Eigenschaften handeln.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung liegt darin, dass die Infrarotstrahlung aufgrund der Reflexion an der Funktionsschicht von vorne auf das Gesicht des Fahrers treffen kann. Die auf das Gesicht des Fahrers reflektierte Strahlung kann somit einen Strahlungsanteil enthalten, der senkrecht auf das Gesicht des Fahrers fällt. Gleichermaßen kann die in entsprechender Weise vom Gesicht reflektierte Infrarotstrahlung empfangen werden, die einen Strahlungsanteil enthält, der senkrecht vom Gesicht des Fahrers reflektiert wird. Zudem müssen Strahlungsquelle und Strahlungsempfänger durch die indirekte Bestrahlung des Gesichts lediglich in Hinblick auf eine geeignete Reflexion der Infrarotstrahlung an der Funktionsschicht positioniert werden, was in aller Regel so machbar ist, dass sie vom Fahrer und Beifahrer nicht oder zumindest praktisch nicht erkennbar sind, beispielsweise im hinteren Bereich der Konsole. Dies ist ein weiterer Vorteil der Erfindung.
Wie vorstehend beschrieben, ist es vorteilhaft, wenn die Strahlungsquelle so angeordnet ist, dass die erste Reflexionsstrahlung einen Strahlungsanteil aufweist, der senkrecht auf das Gesicht des Fahrers trifft. Hierbei kann es vorteilhaft sein, wenn die erste Reflexionsstrahlung von einem Bereich der Windschutzscheibe reflektiert wird, der sich zumindest teilweise aus einer horizontalen Projektion des Gesichts des Fahrers auf die Windschutzscheibe ergibt. Die erste Reflexionsstrahlung kann vorzugsweise in horizontaler Richtung bzw. entlang einer Senkrechten auf das Gesicht des Fahrers auf das Gesicht treffen. Dies ermöglicht eine sehr gute Erkennung von Einzelheiten des Gesichts des Fahrers und insbesondere von Augenbewegungen. Gleichermaßen ist es vorteilhaft, wenn der Strahlungsempfänger so angeordnet ist, dass von der Funktionsschicht reflektierte Strahlung (d.h. dritte Reflexionsstrahlung) empfangen werden kann, die auf zweiter Reflexionsstrahlung basiert, die einen Strahlungsanteil aufweist, der senkrecht vom Gesicht des Fahrers reflektiert wurde. Vorteilhaft wird die dritte Reflexionsstrahlung von einem Bereich der Windschutzscheibe reflektiert, der sich zumindest teilweise aus einer horizontalen Projektion des Gesichts des Fahrers auf die Windschutzscheibe ergibt. Die zweite Reflexionsstrahlung kann dann vorzugsweise in horizontaler Richtung bzw. entlang einer Senkrechten auf die Funktionsschicht treffen. Auch dies ermöglicht eine sehr gute Erkennung von Einzelheiten des Gesichts des Fahrers und insbesondere von Augenbewegungen.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung liegt darin, dass die aus einer alternierenden Schichtenabfolge hochbrechender Schichten und niedrigbrechender Schichten bestehende Funktionsschicht auf die Reflexion von einem Wellenlängenbereich im Bereich von 1 pm bis 2 pm optimiert ist. Insbesondere ist die Funktionsschicht für Fahrerassistenzsysteme, welche mit Infrarotstrahlung mit Wellenlängen von 940 nm bzw. 1400 nm bzw. 1550 nm arbeiten, optimiert.
Die Erfindung erstreckt sich weiterhin auf ein Fahrerassistenzsystem mit Infrarot-basierter Überwachungsfunktion für den Fahrer eines Fahrzeugs, welches eine erfindungsgemäße Anordnung umfasst. Das Fahrerassistenzsystem umfasst weiterhin mindestens einen Aktor und/oder mindestens eine Signalausgabevorrichtung, sowie eine elektronische Kontrolleinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, auf Basis eines Ausgangssignals des Strahlungsempfängers Informationen über den Fahrer zu ermitteln und auf Basis der ermittelten Informationen über den Fahrer ein elektrisches Signal an den mindestens einen Aktor zum Ausführen einer mechanischen Aktion und/oder an die mindestens eine Signalausgabevorrichtung zum Ausgeben eines optischen und/oder akustischen Signals abzugeben.
Ferner erstreckt sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Überwachung eines Fahrers eines Fahrzeugs, insbesondere zur Durchführung in einem erfindungsgemäßen Fahrerassistenzsystem, welches die folgenden Schritte umfasst: a) Aussenden von Infrarotstrahlung auf eine Infrarotstrahlung reflektierende Funktionsschicht einer Windschutzscheibe, derart, dass von der Funktionsschicht reflektierte Infrarotstrahlung als erste Reflexionsstrahlung auf das Gesicht des Fahrers trifft, wobei die erste Reflexionsstrahlung vom Gesicht des Fahrers als zweite Reflexionsstrahlung auf die Funktionsschicht trifft und von der Funktionsschicht als dritte Reflexionsstrahlung reflektiert wird, b) Empfangen der dritten Reflexionsstrahlung, c) Ermitteln von Informationen über den Fahrer, d) Ausführen einer Aktion und/oder Ausgeben eines optischen und/oder akustischen Signals auf Basis der ermittelten Informationen über den Fahrer.
Die Funktionsschicht besteht aus einer alternierenden Schichtenabfolge hochbrechender Schichten und niedrigbrechender Schichten, wobei die alternierende Schichtenabfolge mit einer hochbrechenden Schicht beginnt und mit einer hochbrechenden Schicht endet.
Die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anordnung gelten entsprechend auch für das erfindungsgemäße Verfahren.
Des Weiteren erstreckt sich die Erfindung auf die Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung in einem Fahrerassistenzsystem eines Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeugs, für den Verkehr zu Lande, zu Wasser oder in der Luft.
Die verschiedenen Ausgestaltungen der Erfindung können einzeln oder in beliebigen Kombinationen realisiert sein. Insbesondere sind die vorstehend genannten und nachstehend erläuterten Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche bzw. gleichwirkende Elemente sind mit dem gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen in vereinfachter, nicht maßstabsgetreuer Darstellung:
Fig. 1 eine schematische Ansicht des vorderen Teils eines Fahrzeugs mit Fahrer mit einer erfindungsgemäßen Anordnung und Fahrerassistenzsystem zur Infrarot-basierten Überwachung des Fahrers,
Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung,
Fig. 3 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung,
Fig. 4 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung,
Fig. 5 einen Querschnitt durch eine Ausgestaltung der Funktionsschicht,
Fig. 6 einen Querschnitt durch eine weitere Ausgestaltung der Funktionsschicht,
Fig. 7 einen Querschnitt durch eine weitere Ausgestaltung der Funktionsschicht,
Fig. 8 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Infrarot-basierten Überwachung eines Fahrers eines Fahrzeugs,
Fig. 9 eine schematische Ansicht der funktionellen Blöcke eines erfindungsgemäßen Fahrerassistenzsystems,
Fig. 10 Reflexionsspektren einer Windschutzscheibe gemäß Beispiel H,
Fig. 11 Reflexionsspektren einer Windschutzscheibe gemäß Beispiel J,
Fig. 12 Reflexionsspektren einer Windschutzscheibe gemäß Beispiel K,
Fig. 13 Reflexionsspektren einer Windschutzscheibe gemäß Beispiel L, und
Fig. 14 Reflexionsspektren einer Windschutzscheibe gemäß Vergleichsbeispiel M. In Fig. 1 ist eine schematische Ansicht des vorderen Teils eines Fahrzeugs 2 mit Fahrer 3 mit einer erfindungsgemäßen Anordnung 1 und Fahrerassistenzsystem 100 zur Infrarot-basierten Überwachung des Fahrers 3 dargestellt.
Die erfindungsgemäße Anordnung 1 umfasst eine Windschutzscheibe 5 eines Fahrzeugs 2, welche eine Außenscheibe 9 und eine Innenscheibe 10, die durch eine thermoplastische Zwischenschicht 11 fest miteinander verbunden sind, umfasst und eine Funktionsschicht 12 aufweist.
Die Anordnung 1 umfasst weiterhin eine Strahlungsquelle 7 und einen Strahlungsempfänger 8, die, wie in Fig. 1 schematisch gezeigt, nebeneinander angeordnet, jedoch auch in einer Baugruppe verbaut sein können. Sowohl die Strahlungsquelle 7 als auch der Strahlungsempfänger 8 sind hier beispielsweise im hinteren Bereich der Konsole 6 verbaut, wo sie für Fahrzeuginsassen praktisch nicht sichtbar sind. Die Strahlungsquelle 7 ist so positioniert und ausgerichtet, dass die von der Strahlungsquelle 7 ausgesendete Infrarotstrahlung 13 auf die innenraumseitige Oberfläche IV der Innenscheibe 10 gerichtet ist und dort von der Funktionsschicht 12 als erste Reflexionsstrahlung 14 zum Gesicht 23 des Fahrers 3 reflektiert wird. Die von der Strahlungsquelle 7 ausgesendete Infrarotstrahlung 13 wird in einem ersten Teilbereich 20 der Windschutzscheibe 5 von der Funktionsschicht 12 reflektiert und trifft als erste Reflexionsstrahlung 14 von vorn auf das Gesicht 23 des Fahrers 3. Die erste Reflexionsstrahlung 14 hat insbesondere einen Strahlungsanteil, der senkrecht auf das Gesicht 23 des Fahrers 3 trifft, d.h. in horizontaler Richtung, falls das Fahrzeug 2 auf einer ebenen Unterlage steht. Vom Gesicht 23 des Fahrers 3 wird die erste Reflexionsstrahlung 14 als zweite Reflexionsstrahlung 15 in Richtung der Funktionsschicht 12 reflektiert. Die zweite Reflexionsstrahlung 15 hat insbesondere einen Strahlungsanteil, der senkrecht vom Gesicht 23 des Fahrers 3 reflektiert wird, d.h. in horizontaler Richtung, falls das Fahrzeug 2 auf einer ebenen Unterlage steht. Von der Funktionsschicht 12 wird die zweite Reflexionsstrahlung 15 als dritte Reflexionsstrahlung 16 auf den Strahlungsempfänger 8 reflektiert. Die dritte Reflexionsstrahlung 16 wird von einem zweiten Teilbereich 21 der Windschutzscheibe 5 reflektiert. Der erste Teilbereich 20 und der zweite Teilbereich 21 können teilweise überlappen, vollständig überlappen (d.h. identisch sein) oder nicht überlappen. Der erste Teilbereich 20 und der zweite Teilbereich 21 bilden zusammen den Reflexionsbereich 22 der Windschutzscheibe 5. Der Strahlungsempfänger 8 ist auf die innenraumseitige Oberfläche IV der Innenscheibe 10 gerichtet und kann die von der Funktionsschicht 12 reflektierte dritte Reflexionsstrahlung 16 empfangen. Der erste Teilbereich 20 entspricht vorzugsweise einem Bereich der Windschutzscheibe 5, der dem Gesicht des Fahrers zumindest abschnittsweise gegenüberliegt, d.h. einem Bereich, der sich aus einer horizontalen Projektion des Gesichts 23 des Fahrers 3 auf die Windschutzscheibe 5 ergibt. Gleichermaßen entspricht der zweite Teilbereich 21 vorzugsweise einem Bereich der Windschutzscheibe 5, der dem Gesicht des Fahrers zumindest abschnittsweise gegenüberliegt, d.h. einem Bereich, der sich aus einer horizontalen Projektion des Gesichts 23 des Fahrers 3 auf die Windschutzscheibe 5 ergibt.
Basierend auf den auf diese Weise erfassten Fahrerdaten können in besonders zuverlässiger Weise Informationen über den Fahrer 3 ermittelt werden, da einerseits die von der Funktionsschicht 12 reflektierte erste Reflexionsstrahlung 14 insbesondere einen Strahlungsanteil hat, der senkrecht auf das Gesicht 23 des Fahrers 3 trifft, und andererseits die von der Funktionsschicht 12 reflektierte dritte Reflexionsstrahlung 16 insbesondere einen Strahlungsanteil hat, der senkrecht von dem Gesicht 23 des Fahrers 3 reflektiert wurde. Eigenheiten des Gesichts, wie Mimik, und Augenbewegungen können somit besonders gut und zuverlässig ermittelt werden. Zudem können die Strahlungsquelle 7 und der Strahlungsempfänger 8 im hinteren Bereich der Konsole 6 angeordnet werden, so dass sie in das Innere des Fahrzeugs gut integrierbar sind und die Gestaltung des Designs im Fahrzeuginnern nicht stören.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung 1. In der in der Fig. 2 gezeigten Ausführungsform umfasst die Anordnung 1 eine Strahlungsquelle 7 zum Aussenden von Infrarotstrahlung, einen Strahlungsempfänger s zum Empfangen von Infrarotstrahlung und eine Windschutzscheibe 5. Die Windschutzscheibe 5 umfasst eine Außenscheibe 9 mit einer außenseitigen Oberfläche I, einer innenraumseitigen Oberfläche II und eine Innenscheibe 10 mit einer außenseitigen Oberfläche III und einer innenraumseitigen Oberfläche IV, die über eine thermoplastische Zwischenschicht 11 miteinander verbunden sind. Zudem weist die Windschutzscheibe 5 eine Funktionsschicht 12 auf.
Die Außenscheibe 9 besteht beispielsweise aus grünem Kalk-Natron-Glas und weist beispielsweise eine Dicke von 2,1 mm auf. Die Innenscheibe 10 besteht beispielweise aus Kalk- Natron-Glas und weist eine beispielsweise Dicke von 1 ,6 m auf. Die thermoplastische Zwischenschicht 11 besteht beispielsweise aus PVB und weist eine Dicke von beispielsweise 0,76 mm auf. In der in der Fig. 2 gezeigten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung 1 ist die Funktionsschicht 12 als eine Beschichtung der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 10 ausgebildet.
Die Funktionsschicht 12 besteht aus einer alternierenden Schichtenabfolge hochbrechender Schichten 24 mit einem Brechungsindex größer 1 ,9 und niedrigbrechender Schichten 25 mit einem Brechungsindex kleiner 1 ,6, wobei die alternierende Schichtenabfolge mit einer hochbrechenden Schicht 24 beginnt und mit einer hochbrechenden Schicht 24 endet. Zur vereinfachten Darstellung sind die einzelnen Schichten der Funktionsschicht 12 in der Fig. 2 nicht dargestellt. Die Funktionsschicht 12 ist beispielsweise wie in den Fig. 5, 6 oder 7 gezeigt aufgebaut.
Die Strahlungsquelle 7, die Funktionsschicht 12 und der Strahlungsempfänger 8 sind so angeordnet, dass von der Strahlungsquelle 7 ausgesendete Infrarotstrahlung 13 von der Funktionsschicht 12 als erste Reflexionsstrahlung 14 auf das Gesicht 23 eines Fahrers 3 reflektiert werden kann, die erste Reflexionsstrahlung 14 vom Gesicht 23 des Fahrers 3 als zweite Reflexionsstrahlung 15 auf die Funktionsschicht 12 reflektiert werden kann, und die von der Funktionsschicht 12 als dritte Reflexionsstrahlung 16 reflektierte zweite Reflexionsstrahlung 15 zum Strahlungsempfänger s reflektiert und vom Strahlungsempfänger s empfangen werden kann. Zur vereinfachten Darstellung sind in der Fig. 2 der Fahrer 3, die von der Strahlungsquelle 7 ausgesendete Infrarotstrahlung 13, die erste Reflexionsstrahlung 14, die zweite Reflexionsstrahlung 15 und die dritte Reflexionsstrahlung 16 nicht eingezeichnet.
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung 1. Die in der Fig. 3 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der in der Fig. 2 gezeigten nur dahingehend, dass die Funktionsschicht 12 nicht als eine Beschichtung der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 10, sondern als eine Beschichtung der außenseitigen Oberfläche III der Innenscheibe 10 ausgebildet ist.
Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung 1. Die in der Fig. 4 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der in der Fig. 2 gezeigten nur dahingehend, dass die Funktionsschicht 12 nicht als eine Beschichtung der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 10, sondern als eine Beschichtung der innenraumseitigen Oberfläche II der Außenscheibe 9 ausgebildet ist. Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch eine Ausgestaltung der Funktionsschicht 12. In der in der Fig. 5 gezeigten Ausführungsform besteht die Funktionsschicht 12 aus zwei hochbrechenden Schichten 24 mit einem Brechungsindex größer 1 ,9 und einer niedrigbrechenden Schicht 25 mit einem Brechungsindex kleiner 1 ,6. Die niedrigbrechende Schicht 25 ist zwischen den beiden hochbrechenden Schichten 24 angeordnet und grenzt unmittelbar an die hochbrechenden Schichten 24 an.
Somit weist in der in der Fig. 5 gezeigten Ausführungsform, die Funktionsschicht 12 die nachfolgende Schichtenabfolge auf:
Hochbrechende Schicht 24 - niedrigbrechende Schicht 25 - hochbrechende Schicht 24
Die hochbrechenden Schichten 24 bestehen beispielsweise aus TiÜ2 mit einem Brechungsindex von 2,45 und die niedrigbrechende Schicht 25 besteht beispielsweise aus SiÜ2 mit einem Brechungsindex von 1 ,45.
Fig. 6 zeigt einen Querschnitt durch eine weitere Ausgestaltung der Funktionsschicht 12. In der in der Fig. 6 gezeigten Ausführungsform besteht die Funktionsschicht 12 aus drei hochbrechenden Schichten 24 mit einem Brechungsindex größer 1 ,9 und zwei niedrigbrechenden Schichten 25 mit einem Brechungsindex kleiner 1 ,6. Die hochbrechenden Schichten 24 und die niedrigbrechenden Schichten 25 sind alternierend angeordnet. Jede der niedrigbrechenden Schichten 25 ist zwischen zwei hochbrechenden Schichten 24 angeordnet und grenzt unmittelbar an die zwei hochbrechenden Schichten 24, zwischen denen diese angeordnet ist, an.
Somit weist in der in der Fig. 6 gezeigten Ausführungsform, die Funktionsschicht 12 die nachfolgende Schichtenabfolge auf:
Hochbrechende Schicht 24 - niedrigbrechende Schicht 25 - hochbrechende Schicht 24 - niedrigbrechende Schicht 25 - hochbrechende Schicht 24
Die hochbrechenden Schichten 24 bestehen beispielsweise aus TiÜ2 mit einem Brechungsindex von 2,45 und die niedrigbrechenden Schichten 25 bestehen beispielsweise aus SiÜ2 mit einem Brechungsindex von 1 ,45. Fig. 7 zeigt einen Querschnitt durch eine weitere Ausgestaltung der Funktionsschicht 12. In der in der Fig. 7 gezeigten Ausführungsform besteht die Funktionsschicht 12 aus vier hochbrechenden Schichten 24 mit einem Brechungsindex größer 1 ,9 und drei niedrigbrechenden Schichten 25 mit einem Brechungsindex kleiner 1 ,6. Die hochbrechenden Schichten 24 und die niedrigbrechenden Schichten 25 sind alternierend angeordnet. Jede der niedrigbrechenden Schichten 25 ist zwischen zwei hochbrechenden Schichten 24 angeordnet und grenzt unmittelbar an die zwei hochbrechenden Schichten 24, zwischen denen diese angeordnet ist, an.
Somit weist in der in der Fig. 7 gezeigten Ausführungsform, die Funktionsschicht 12 die nachfolgende Schichtenabfolge auf:
Hochbrechende Schicht 24 - niedrigbrechende Schicht 25 - hochbrechende Schicht 24 - niedrigbrechende Schicht 25 - hochbrechende Schicht 24 - niedrigbrechende Schicht 25 - hochbrechende Schicht 24
Die hochbrechenden Schichten 24 bestehen beispielsweise aus TiÜ2 mit einem Brechungsindex von 2,45 und die niedrigbrechenden Schichten 25 bestehen beispielsweise aus SiÜ2 mit einem Brechungsindex von 1 ,45.
In Figur 8 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Überwachen eines Fahrers veranschaulicht.
Das Verfahren umfasst zumindest die folgenden Verfahrensschritte:
51 Aussenden von Infrarotstrahlung 13 auf eine Infrarotstrahlung reflektierende Funktionsschicht 12 einer Windschutzscheibe 5, derart, dass von der Funktionsschicht 12 reflektierte Infrarotstrahlung als erste Reflexionsstrahlung 14 auf das Gesicht des Fahrers 3 trifft, wobei die erste Reflexionsstrahlung 14 vom Gesicht des Fahrers 3 als zweite Reflexionsstrahlung 15 auf die Funktionsschicht 12 trifft und von der Funktionsschicht 12 als dritte Reflexionsstrahlung 16 reflektiert wird, wobei die Funktionsschicht 12 aus einer alternierenden Schichtenabfolge hochbrechender Schichten 24 mit einem Brechungsindex größer 1 ,9 und niedrigbrechender Schichten 25 mit einem Brechungsindex kleiner 1 ,6 besteht, wobei die alternierende Schichtenabfolge mit einer hochbrechenden Schicht 24 beginnt und mit einer hochbrechenden Schicht 24 endet,
52 Empfangen der dritten Reflexionsstrahlung 16,
53 Ermitteln von Informationen über den Fahrer 3, S4 Ausführen einer Aktion und/oder Ausgeben eines optischen und/oder akustischen Signals auf Basis der ermittelten Informationen über den Fahrer 3.
In Fig. 9 sind die funktionellen Komponenten eines erfindungsgemäßen Fahrerassistenzsystems 100 mit Überwachungsfunktion für den Fahrer 3 auf Basis von Infrarotstrahlen schematisch veranschaulicht. Hierbei repräsentiert Block E den Teil des Fahrerassistenzsystems 100, der die Anwendung von Infrarotstrahlung betrifft, Block F die Verarbeitung der hierbei erfassten Signaldaten zum Ermitteln von Informationen über den Fahrer 3 und Block G mögliche Aktionen auf Basis der ermittelten Informationen über den Fahrer 3.
In Block E, Schritt A1 , wird durch die Strahlungsquelle 7 Infrarotstrahlung in Richtung der Windschutzscheibe 5 ausgesendet und von der Funktionsschicht 12 in Richtung des Gesichts 23 des Fahrers 3 reflektiert und in Schritt A2 die vom Gesicht 23 des Fahrers 3 reflektierte Infrarotstrahlung von der Funktionsschicht 12 in Richtung des Strahlungsempfänger 8 reflektiert und vom Strahlungsempfänger 8 empfangen. In Block F, welcher im Fahrzeug 2 durch eine elektronische Kontrolleinrichtung (ECU) implementiert ist, werden anhand an sich bekannter Algorithmen Informationen über den Fahrer 3 ermittelt, hier beispielsweise eine Kopfposition (B1) und eine Augenposition (B2) des Fahrers 3. Zudem erfolgt beispielsweise eine Identifikation (B3) des Fahrers 3 auf Basis voreingestellter personalisierter Fahrerdaten. Zudem können anhand geeigneter Algorithmen weitergehende Informationen über den Fahrer 3 ermittelt werden, wie z.B. das Vorliegen von Müdigkeit bzw. Schläfrigkeit (C1), die insbesondere anhand einer verringerten Frequenz von Augenbewegungen erfasst werden kann, oder eine übermäßige Ablenkung (C2) des Fahrers 3, z.B. erkennbar an Blickrichtungen, die nicht primär nach vorne gerichtet sind und somit auch nicht der Fahrzeugführung dienen. Der hierbei ermittelte Fahrerzustand kann insbesondere auch einer Personalisierung (C3) unterworfen werden, um fahrerspezifisch Informationen ermitteln zu können, was voraussetzt, dass eine Identifikation des Fahrers (B3) erfolgt ist. In Block G kann als Resultat der Ermittlung von Informationen über den Fahrer 3 mittels Aktuatoren ein Eingriff in die Fahrzeugführung erfolgen. Beispielsweise erfolgt ein Lenkeingriff zum Spurhalten (D1), wenn Müdigkeit, insbesondere Sekundenschlaf, beim Fahrer 3 erkannt wurde. Alternativ oder ergänzend kann die Ausgabe eines akustischen und/oder optischen Signals (D2) durch eine Signaleinrichtung erfolgen, beispielswiese ein optischer Hinweis, dass beim Fahrer 3 Müdigkeit erkannt wurde, gegebenenfalls unterstützt durch ein akustisches Warnsignal. Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Beispielen und einem Vergleichsbeispiel erläutert. Die Reflexionseigenschaften von Windschutzscheiben mit einer Funktionsschicht und einer Windschutzscheibe ohne Funktionsschicht werden im Folgenden verglichen. Die Schichtenabfolge, die Schichtdicken sowie die Brechungsindices n in Windschutzscheiben gemäß den erfindungsgemäßen Beispielen H, J, K und L und dem Vergleichsbeispiel M sind in den Tabellen 1 bis 3 angegeben.
Tabelle 1
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Tabelle 2
Figure imgf000022_0001
Tabelle 3
Figure imgf000022_0002
Der Reflexionsgrad beschreibt den Anteil der insgesamt eingestrahlten Strahlung, der reflektiert wird. Er wird in % angegeben (bezogen auf 100% eingestrahlte Strahlung) oder als einheitenlose Zahl von 0 bis 1 (normiert auf die eingestrahlte Strahlung). Aufgetragen in Abhängigkeit von der Wellenlänge bildet er das Reflexionsspektrum. Das Reflexionsspektrum des Beispiels H bei Einstrahlwinkeln von 8° und 65° ist in Fig. 10 gezeigt. Dem in der Fig. 10 gezeigten Reflexionsspektrum ist zu entnehmen, dass die Funktionsschicht wie sie in Beispiel H ausgebildet ist, für Fahrerassistenzsysteme, welche mit Infrarotstrahlung mit einer Wellenlänge von 940 nm arbeiten, besonders geeignet ist. Die Verbundscheibe gemäß Beispiel H weist einen hohen Reflexionsgrad gegenüber Strahlung mit einer Wellenlänge von 940 nm auf. Das Reflexionsspektrum des Beispiels J bei Einstrahlwinkeln von 8° und 65° ist in Fig. 11 gezeigt. Dem in der Fig. 11 gezeigten Reflexionsspektrum ist zu entnehmen, dass die Funktionsschicht wie sie in Beispiel J ausgebildet ist für Fahrerassistenzsysteme, welche mit Infrarotstrahlung mit einer Wellenlänge von 1400 nm oder 1550 nm arbeiten, besonders geeignet ist. Die Verbundscheibe gemäß Beispiel J weist einen hohen Reflexionsgrad gegenüber Strahlung mit einer Wellenlänge von 1400 nm auf und weist auch einen hohen Reflexionsgrad gegenüber Strahlung mit einer Wellenlänge von 1550 nm auf. Die Schichtdicke der hochbrechenden Schichten beim Beispiel J ist größer als die Schichtdicke der hochbrechenden Schichten beim Beispiel H. Ebenso ist die Schichtdicke der niedrigbrechenden Schicht beim Beispiel J größer als die Schichtdicke der niedrigbrechenden Schicht beim Beispiel H. Der Vergleich der in den Fig. 10 und 11 gezeigten Reflexionsspektren zeigt, dass durch Erhöhung der Schichtdicke der hochbrechenden Schichten und der niedrigbrechenden Schicht das Reflexionsmaximum für Infrarotstrahlung zu höheren Wellenlängen verschoben wird. Somit eignet sich ein Schichtaufbau mit dickeren Einzelschichten insbesondere für Fahrerassistenzsysteme, welche mit Infrarotstrahlung mit einer Wellenlänge von 1400 nm oder 1550 nm arbeiten.
Das Reflexionsspektrum des Beispiels K bei Einstrahlwinkeln von 8° und 65° ist in Fig. 12 gezeigt. Dem in der Fig. 12 gezeigten Reflexionsspektrum ist zu entnehmen, dass die Funktionsschicht wie sie in Beispiel K ausgebildet ist, für Fahrerassistenzsysteme, welche mit Infrarotstrahlung mit einer Wellenlänge von 940 nm arbeiten, besonders geeignet ist. Die Verbundscheibe gemäß Beispiel K weist einen hohen Reflexionsgrad gegenüber Strahlung mit einer Wellenlänge von 940 nm auf. In Beispiel H besteht die Funktionsschicht aus insgesamt drei Schichten und in Beispiel K besteht die Funktionsschicht aus insgesamt fünf Schichten. Der Vergleich der in den Fig. 10 und 12 gezeigten Reflexionsspektren zeigt, dass durch Erhöhung Gesamtzahl der Schichten die Flanken des Reflexionsmaximums gegenüber Infrarotstrahlung steiler sind und somit die Funktionsschicht selektiver reflektiert und zudem ein höherer Reflexionsgrad gegenüber Infrarotstrahlung mit einer Wellenlänge von 940 nm erzielt werden kann.
Das Reflexionsspektrum des Beispiels L bei Einstrahlwinkeln von 8° und 65° ist in Fig. 13 gezeigt. Dem in der Fig. 13 gezeigten Reflexionsspektrum ist zu entnehmen, dass die Funktionsschicht wie sie in Beispiel L ausgebildet ist, für Fahrerassistenzsysteme, welche mit Inf- rarotstrahlung mit einer Wellenlänge von 1400 nm oder 1550 nm arbeiten, besonders geeignet ist. Die Verbundscheibe gemäß Beispiel L weist einen hohen Reflexionsgrad gegenüber Strahlung mit einer Wellenlänge von 1400 nm auf und weist auch einen hohen Reflexionsgrad gegenüber Strahlung mit einer Wellenlänge von 1550 nm auf. Die Verbundscheibe gemäß dem Beispiel L unterscheidet sich von der Verbundscheibe gemäß dem Beispiel J vom Aufbau nur dahingehend, dass beim Beispiel L die Funktionsschicht auf der außenseitigen Oberfläche der Innenscheibe angeordnet ist und beim Beispiel J die Funktionsschicht auf der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe angeordnet ist. Der Vergleich der in den Fig. 11 und 13 gezeigten Reflexionsspektren zeigt, dass bei Anordnung der Funktionsschicht auf der innen- raumseitigen Oberfläche der Innenscheibe eine höherer Reflexionsgrad gegenüber Infrarotstrahlung erreicht wird als bei Anordnung der Funktionsschicht auf der außenseitigen Oberfläche der Innenscheibe.
Das Reflexionsspektrum des Vergleichsbeispiels M bei Einstrahlwinkeln von 8° und 65° ist in Fig. 14 gezeigt. Der Fig. 14 ist zu entnehmen, dass eine Verbundscheibe ohne Funktionsschicht keine ausreichende Reflexion gegenüber Infrarotstrahlung aufweist und somit nicht für eine Anordnung für ein Infrarot-basiertes Fahrerassistenzsystem geeignet ist.
Bezugszeichenliste
1 Anordnung
2 Fahrzeug
3 Fahrer
4 Lenkrad
5 Windschutzscheibe
6 Konsole
7 Strahlungsquelle
8 Strahlungsempfänger
9 Außenscheibe
10 Innenscheibe
11 thermoplastische Zwischenschicht
12 Funktionsschicht
13 von der Strahlungsquelle 7 ausgesendete Infrarotstrahlung
14 erste Reflexionsstrahlung
15 zweite Reflexionsstrahlung
16 dritte Reflexionsstrahlung
20 erster Teilbereich
21 zweiter Teilbereich
22 Reflexionsbereich
23 Gesicht
24 hochbrechende Schicht
25 niedrigbrechende Schicht
100 Fahrerassistenzsystem

Claims

Patentansprüche Anordnung (1) für ein Fahrerassistenzsystem (100) eines Fahrzeugs (2), umfassend
- eine Strahlungsquelle (7) zum Aussenden von Infrarotstrahlung,
- einen Strahlungsempfänger (8) zum Empfangen von Infrarotstrahlung, und
- eine Windschutzscheibe (5) umfassend eine Außenscheibe (9) mit einer außenseitigen Oberfläche (I) und einer innenraumseitigen Oberfläche (II) und eine Innenscheibe (10) mit einer außenseitigen Oberfläche (III) und einer innenraumseitigen Oberfläche (IV), die über eine thermoplastische Zwischenschicht (11 ) miteinander verbunden sind, wobei die Windschutzscheibe (5) eine Infrarotstrahlung reflektierende Funktionsschicht (12) aufweist, wobei die Strahlungsquelle (7), die Funktionsschicht (12) und der Strahlungsempfänger (8) so angeordnet sind, dass von der Strahlungsquelle (7) ausgesendete Infrarotstrahlung (13) von der Funktionsschicht (12) als erste Reflexionsstrahlung (14) auf das Gesicht (23) eines Fahrers (3) reflektiert werden kann, die erste Reflexionsstrahlung (14) vom Gesicht (23) des Fahrers (3) als zweite Reflexionsstrahlung (15) auf die Funktionsschicht (12) reflektiert werden kann, und die von der Funktionsschicht (12) als dritte Reflexionsstrahlung (16) reflektierte zweite Reflexionsstrahlung (15) zum Strahlungsempfänger (8) reflektiert und vom Strahlungsempfänger (8) empfangen werden kann, und wobei die Funktionsschicht (12) aus einer alternierenden Schichtenabfolge hochbrechender Schichten (24) mit einem Brechungsindex größer 1 ,9 und niedrigbrechender Schichten (25) mit einem Brechungsindex kleiner 1 ,6 besteht, wobei die alternierende Schichtenabfolge mit einer hochbrechenden Schicht (24) beginnt und mit einer hochbrechenden Schicht (24) endet. Anordnung (1) nach Anspruch 1 , wobei die Funktionsschicht (12) aus zwei hochbrechenden Schichten (24) und einer niedrigbrechenden Schicht (25) besteht und die niedrigbrechende Schicht (25) zwischen den beiden hochbrechenden Schichten (24) unmittelbar angrenzend an diese angeordnet ist. Anordnung (1) nach Anspruch 1 , wobei die Funktionsschicht (12) aus drei hochbrechenden Schichten (24) und zwei niedrigbrechenden Schichten (25) besteht und jede niedrigbrechende Schicht (25) zwischen zwei hochbrechenden Schichten (24) unmittelbar angrenzend an diese angeordnet ist. 4. Anordnung (1) nach Anspruch 1 , wobei die Funktionsschicht (12) aus vier hochbrechenden Schichten (24) und drei niedrigbrechenden Schichten (25) besteht und jede niedrigbrechende Schicht (25) zwischen zwei hochbrechenden Schichten (24) unmittelbar angrenzend an diese angeordnet ist.
5. Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Funktionsschicht (12) auf der innenraumseitigen Oberfläche (IV) der Innenscheibe (10) angeordnet ist.
6. Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Funktionsschicht (12) auf der außenseitigen Oberfläche (III) der Innenscheibe (10) angeordnet ist.
7. Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Funktionsschicht (12) auf der innenraumseitigen Oberfläche (II) der Außenscheibe (9) angeordnet ist.
8. Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die hochbrechenden Schichten
(24) auf Basis von Siliziumnitrid, Zinn-Zink-Oxid, Silizium-Zirkonium-Nitrid, Silizium- Titan-Nitrid, Silizium-Hafnium-Nitrid oder Titanoxid, bevorzugt auf Basis von Silizium- Zirkonium-Nitrid oder Titanoxid, ausgebildet sind und die niedrigbrechenden Schichten
(25) auf Basis von Siliziumdioxid oder dotiertem Siliziumoxid ausgebildet sind.
9. Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die hochbrechenden Schichten (24) zwischen 50 nm und 200 nm, bevorzugt zwischen 50 nm und 180 nm, besonders bevorzugt zwischen 80 nm und 150 nm, dick sind und/oder wobei die niedrigbrechenden Schichten (25) zwischen 100 nm und 300 nm, bevorzugt zwischen 150 nm und 300 nm, besonders bevorzugt zwischen 160 nm und 280 nm, dick sind.
10. Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die hochbrechenden Schichten (24) einen Brechungsindex größer 2,1 und/oder die niedrigbrechenden Schichten (25) einen Brechungsindex kleiner 1 ,5 aufweisen.
11 . Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Funktionsschicht (12) sich vollflächig über die gesamte Windschutzscheibe (5) erstreckt.
12. Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Funktionsschicht (12) in einem Teilbereich der Windschutzscheibe (5) angeordnet ist. Fahrerassistenzsystem (100) mit Infrarot-basierter Überwachungsfunktion für einen Fahrer (3) eines Fahrzeugs (2), umfassend
- eine Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
- mindestens einen Aktor und/oder mindestens eine Signalausgabevorrichtung,
- eine elektronische Kontrolleinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, auf Basis eines Ausgangssignals des Strahlungsempfängers (8) Informationen über den Fahrer (3) zu ermitteln und auf Basis der ermittelten Informationen ein elektrisches Signal an den mindestens einen Aktor zum Ausführen einer mechanischen Aktion und/oder an die mindestens eine Signalausgabevorrichtung zum Ausgeben eines optischen und/oder akustischen Signals abzugeben. Verfahren zur Überwachung eines Fahrers (3) eines Fahrzeugs (2), welches die folgenden Schritte umfasst a) Aussenden von Infrarotstrahlung (13) auf eine Infrarotstrahlung reflektierende Funktionsschicht (12) einer Windschutzscheibe (5), derart, dass von der Funktionsschicht (12) reflektierte Infrarotstrahlung als erste Reflexionsstrahlung (14) auf das Gesicht (23) des Fahrers (3) trifft, wobei die erste Reflexionsstrahlung (14) vom Gesicht (23) des Fahrers (3) als zweite Reflexionsstrahlung (15) auf die Funktionsschicht (12) trifft und von der Funktionsschicht (12) als dritte Reflexionsstrahlung (16) reflektiert wird, wobei die Funktionsschicht (12) aus einer alternierenden Schichtenabfolge hochbrechender Schichten (24) mit einem Brechungsindex größer 1 ,9 und niedrigbrechender Schichten (25) mit einem Brechungsindex kleiner 1 ,6 besteht, wobei die alternierende Schichtenabfolge mit einer hochbrechenden Schicht (24) beginnt und mit einer hochbrechenden Schicht (24) endet; b) Empfangen der dritten Reflexionsstrahlung (16); c) Ermitteln von Informationen über den Fahrer (3); d) Ausführen einer Aktion und/oder Ausgeben eines optischen und/oder akustischen Signals auf Basis der ermittelten Informationen über den Fahrer (3). Verwendung der Anordnung (1) nach einem Ansprüche 1 bis 12 in einem Fahrerassistenzsystem (100) mit Infrarot-basierter Überwachung eines Fahrers (3) eines Fahrzeugs (2) für den Verkehr zu Lande, zu Wasser oder in der Luft.
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