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Die Erfindung betrifft ein Sensorsystem für ein Fahrerassistenzsystem eines Kraftfahrzeuges umfassend mehrere Komponenten, nämlich zumindest einen Sensor zur Generierung von Sensordaten und eine Aufbereitungseinheit zur Aufbereitung der Sensordaten.
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Aktuell werden in Kraftfahrzeugen mehr und mehr elektrische Verbraucher und elektronische Komponenten, wie Sensoren oder Sensorsysteme, verbaut, wobei diese typischerweise über ein so genanntes Bordnetz von einer zentralen Energiequelle aus mit elektrischer Energie gespeist werden. Zudem erfolgt typischerweise über das Bordnetz der Austausch von Daten zwischen verschiedenen elektronischen Komponenten, sodass das Bordnetz in der Regel eine ganze Reihe von Kabelverbindungen umfasst, die über die gesamte Karosserie des Kraftfahrzeuges verteilt angeordnet sind.
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Für die entsprechenden Kabelverbindungen des Bordnetzes steht dabei in der Regel nur ein begrenzter Bauraum zur Verfügung, sodass die Freiheiten bei der Positionierung der Kabelverbindungen und somit bei der Positionierung der elektrischen Verbraucher und der elektronischen Komponenten eingeschränkt sind. Es lassen sich daher nicht beliebig viele elektrische Verbraucher oder elektronische Komponenten an beliebigen Positionen im Kraftfahrzeug positionieren, sodass diesbezüglich häufig Kompromisse eingegangen werden müssen. Dies stellt insbesondere im Falle von Sensoren oder Sensorsystemen ein Problem dar, da deren Effektivität vielfach von der relativen Position im Kraftfahrzeug oder am Kraftfahrzeug abhängt, sodass hier eine Anpassung der Positionierung an dem vorhandenen Bauraum nicht ohne Weiteres vorgenommen werden kann und statt dessen in solchen Fällen eine Anpassung des Bauraumes an die vorgesehene Position des Sensors oder des Sensorsystems vorgenommen werden muss.
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Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, zusätzliche Freiheiten bei der Gestaltung von Kraftfahrzeugen hinsichtlich der Integration elektrischer Verbraucher oder elektronischer Komponenten zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Sensorsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den rückbezogenen Ansprüchen enthalten.
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Der Erfindung liegt hierbei die Idee zugrunde, ein ohnehin vorgesehenes Bauteil, also insbesondere ein Trägerbauteil oder ein Strukturbauteil, zu modifizieren, sodass dieses zusätzlich für eine optische Übertragung von Daten genutzt werden kann. Die auf diese Weise geschaffene Datenübertragungsstrecke wird dann an Stelle eines klassischen Kabels oder einer klassischen flexiblen Leitung zur zumindest abschnittsweisen Übertragung von Daten genutzt und dementsprechend wird dann auf den Einsatz eines entsprechenden Kabels bzw. einer entsprechenden Leitung im entsprechenden Abschnitt verzichtet. Aufgrund dieses Verzichts und der Nutzung eines ohnehin vorgesehenen Bauteils wird zur Realisierung der Datenübertragungsstrecke kein zusätzlicher Bauraum benötigt und es bieten sich flexiblere Möglichkeiten eine Datenübertragungsstrecke zur Übertragung von Daten zwischen elektronischen Komponenten in einem Kraftfahrzeug zu realisieren.
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Eine entsprechend umgesetzte Datenübertragungsstrecke ist jedoch nicht nur als Alternative zu einer klassischen Kabelverbindung vorgesehen, sondern wird in einigen Anwendungsfällen ergänzend realisiert, um auf diese Weise eine Art Zwei-Wege-System vorzugeben, wobei eine der beiden Übertragungsstrecken des Zwei-Wege-Systems als Standard-Übertragungsstrecke genutzt wird, wohingegen die andere Übertragungsstrecke aus Ausweich-Lösung oder Notfall-Lösung vorgesehen ist, für den Fall, dass die Standard-Übertragungsstrecke beispielsweise defektbedingt nicht nutzbar ist. In einem derartigen Szenario erfolgt die Datenübertragung dann beispielsweise standardmäßig über das klassische Bordnetz des Kraftfahrzeuges und im Falle einer Störung dieser Datenübertragungsstrecke, beispielsweise aufgrund eines Kabelbruchs, erfolgt behelfsweise die Übermittelung der Daten durch optische Übertragung über das für eine optische Übertragung modifizierte Bauteil.
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Ein derartiges Bauteil ist hierbei als mechanisch steifes Bauteil ausgelegt und als optisch transparentes Bauteil ausgebildet. Weiter wird das Bauteil zur Übermittlung von Daten, insbesondere Sensordaten, durch optische Übertragung genutzt und hierfür umfasst das Bauteil ein optisches Medium, welches zur Lichtleitung, insbesondere von Licht im Infrarotbereich, geeignet ist. Mit Hilfe des Bauteils ist somit eine optische Datenübertragungsstrecke realisiert, mittels derer eine zumindest abschnittsweise Übermittlung von Sensordaten von einem Sensor, beispielsweise einer Kamera, an eine Aufbereitungseinheit, zum Beispiel eine Sensordatenfusionseinheit, erfolgt.
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Bei jenem Sensor handelt es sich dabei um eine Komponente eines Sensorsystems für ein Fahrerassistenzsystem eines Kraftfahrzeuges oder eines anderen Fortbewegungsmittels, also zum Beispiel eines Personenkraftwagens, eines Flugzeugs oder eines Schiffes. Mit diesem Sensor werden hierbei Sensordaten generiert, die dann an eine weitere Komponente des Sensorsystems, nämlich die Aufbereitungseinheit, übermittelt werden, um die Sensordaten dann in der Aufbereitungseinheit aufzubereiten. Bevorzugt wird mit Hilfe des mechanisch steifen und optisch transparenten Bauteils hierbei die gesamte Datenübertragungsstrecke zwischen dem Sensor und der Aufbereitungseinheit realisiert, sodass für die Übermittlung der Sensordaten keinerlei klassische Kabel oder flexible Leitungen, also auch keine optischen Kabel, wie Glasfaserkabel, und auch keine klassische Steckverbindungen genutzt und benötigt werden. Durch den gezielten Verzicht auf klassische Kabelverbindungen und insbesondere auf klassische Steckverbindungen lassen sich nicht nur Kosteneinsparungen erzielen, darüber hinaus ist es auch möglich, einzelne Komponenten des Sensorsystems oder das komplette Sensorsystem frei im Kraftfahrzeug zu positionieren, ohne dass hierfür das klassische Bordnetz des Kraftfahrzeuges angepasst werden muss oder dass zusätzliche Kabelverbindungen oder Leitungen vorgesehen und in das Kraftfahrzeug integriert werden müssen. Es werden also einerseits Kabelverbindungen und Steckverbindungen eingespart und andererseits lassen sich Sensoren oder Sensorsysteme freier positionieren und im Kraftfahrzeug verteilen oder anordnen.
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Bevorzugt ist zudem zumindest eine Komponente, insbesondere der Sensor, an dem mechanisch steifen und optisch transparenten Bauteil befestigt, sodass das Bauteil nicht nur als Träger- oder Strukturbauteil im Kraftfahrzeug fungiert, sondern auch als Träger für zumindest eine Komponente des Sensorsystems und bevorzugt für alle Komponenten des Sensorsystems. Auf diese Weise lassen sich dann weitere Bauteile einsparen, da z. B. auf zusätzliche Gehäusebauteile für die Komponenten des Sensorsystems verzichtet werden kann, wenn deren Funktion durch das mechanisch steife und optisch transparente Bauteil mit übernommen wird.
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Dabei ist es weiter von Vorteil, wenn das mechanisch steife und optisch transparente Bauteil plattenartig ausgestaltet ist und die Position der an diesem Bauteil befestigten Komponente variabel wählbar ist. Die Befestigung der Komponente kann somit an verschiedenen Positionen relativ zum Bauteil erfolgen, ohne dass das Bauteil hierfür angepasst werden muss und dementsprechend können das Bauteil und die Komponente zur Realisierung verschiedener Ausführungen genutzt werden, die sich hinsichtlich der Position der Komponente unterscheiden. Hierdurch werden zusätzliche Freiheiten bei der Gestaltung des Sensorsystems und/oder bei der Integration in ein Kraftfahrzeug geschaffen.
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Von Vorteil ist es des Weiteren eine Fensterscheibe als mechanisch steifes und optisch transparentes Bauteil zu nutzen. Entsprechende Fensterscheiben sind bei einem Kraftfahrzeug ohnehin vorgesehen und lassen sich mit verhältnismäßig geringem technischem Aufwand modifizieren, sodass diese zur optischen Übertragung von Sensordaten genutzt werden können.
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Dabei wird eine entsprechende Fensterscheibe für die optische Übertragung bevorzugt mit einer Lichtleiterschicht versehen, mit deren Hilfe optische Signale durch Totalreflektion übertragen werden. Die Lichtleiterschicht fungiert in diesem Fall also als optische Übertragungsstrecke für die Sensordaten und dementsprechend werden zur Übertragung von Sensordaten Lichtsignale in die Lichtleiterschicht eingekoppelt. Diese Lichtsignale breiten sich dann in der Lichtleiterschicht aus, wobei die Signalstärke der Lichtsignale aufgrund der Totalreflektion auch bei größeren Wegstrecken kaum abnimmt. Die Einkoppelung entsprechender Lichtsignale ist dabei unabhängig von der relativen Position zur Fensterscheibe oder an der problemlos möglich, sodass im Prinzip die gesamte Fensterscheibe genutzt werden kann, um zwischen zwei beliebigen Positionen an der Oberfläche der Fensterscheibe eine optische Übertragungsstrecke zu realisieren. Da für die optische Übertragung von Sensordaten typischerweise Licht genutzt wird mit einer Wellenlänge außerhalb des so genannten sichtbaren Spektrums, wird durch die Nutzung der Fensterscheibe für die optische Übertragung von Sensordaten die klassische Funktion der Fensterscheibe im Kraftfahrzeug nicht beeinträchtigt, sodass selbst Bereiche im so genannten Sichtfeld des Fahrzeugführers des Kraftfahrzeuges für eine entsprechende optische Übertragung genutzt werden können.
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In bevorzugter Ausgestaltung ist dabei die Fensterscheibe aus zwei Glasscheiben mit dazwischen liegender Zwischenschicht aufgebaut und somit nach Art einer Verbundglasscheibe ausgebildet. Dabei dient die Zwischenschicht als Lichtleiterschicht und ist bevorzugt durch eine Polyvinylbutyral-Folie (PVB-Folie) gegeben. Eine derart gestaltete Fensterscheibe kommt dabei insbesondere zum Einsatz, wenn die Frontscheibe eines Kraftfahrzeuges als mechanisch steifes und optisch transparentes Bauteil genutzt werden soll.
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Zur Ein- und/oder Auskoppelung eines optischen Signals oder Lichtsignals in bzw. aus dem mechanisch steifen und optisch transparenten Bauteil ist weiter bevorzugt ein optisches Koppelelement zwischen der zumindest einen Komponente, die an dem mechanisch steifen und optisch transparenten Bauteil befestigt ist, und diesem Bauteil positioniert. Dieses Koppelelement dient dabei zudem bevorzugt ausschließlich zur Einbringung optischer Signale in eine Lichtleiterschicht des Bauteils und dementsprechend nicht zur Befestigung der Komponente am Bauteil. Das Koppelelement ist hierzu z. B. nach Art eines Prismas gestaltet und dient somit zur Manipulation der Ausbreitungsrichtung der optischen Signale.
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Einer weiteren Ausgestaltungsvariante des Sensorsystems entsprechend werden zwei beabstandete, mechanisch steife und optische transparente Bauteile für die optische Übertragung von Sensordaten genutzt, wobei diese zudem bevorzugt optisch miteinander gekoppelt sind. Es werden also beispielsweise zwei Fensterscheiben eines Kraftfahrzeuges mittels eines Glasfaserkabels optisch miteinander gekoppelt, sodass im Falle einer Übertragung von Sensordaten Lichtsignale aus einer der beiden Fensterscheiben in das Glasfaserkabel eingekoppelt werden und am anderen Ende aus dem Glasfaserkabel in die andere Fensterscheibe eingekoppelt werden. Hierdurch lassen sich z. B. verschiedene Komponenten des Sensorsystems an verschiedenen Fensterscheiben des Kraftfahrzeuges positionieren, die dann durch optische Übertragung Sensordaten über die Fensterscheiben und die optische Koppelung zwischen den Fensterscheiben untereinander austauschen und auf diese Weise untereinander kommunizieren.
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Von Vorteil ist es darüber hinaus, wenn das Sensorsystem derart gestaltet ist, dass mittels der optischen Übertragung nicht nur eine Übermittlung von Sensordaten erfolgt sondern zudem die Energieversorgung zumindest einer Komponente, insbesondere eines Sensors, sicher gestellt wird. Das mechanisch steife und optisch transparente Bauteil wird dann also nicht nur als Datenübertragungsstrecke genutzt sondern zudem quasi als Energieversorgungsleitung, über welche Energie in Form von Licht an zumindest einer der Komponenten zur Energieversorgung dieser Komponente übertragen wird. In der Komponente erfolgt dann zweckdienlicherweise eine Umwandlung von Licht in elektrische Energie für elektronische Bausteine in der Komponente. Alternativ lassen sich für eine Energieversorgung auch klassische Kabelverbindungen nutzen oder aber Metallleiterbahnen, die beispielsweise auf das mechanisch steife und optisch transparente Bauteil aufgedampft oder in eine Fensterscheibe einlaminiert werden.
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Insbesondere in den Fällen, in denen eine Fensterscheibe als mechanisch steifes und optisch transparentes Bauteil genutzt wird, erfolgt zwangsläufig auch eine Einkoppelung von Umgebungslicht in die optische Übertragungsstrecke, also beispielsweise in die Lichtleiterschicht der Fensterscheibe. Dabei lässt sich dieser eigentlich unerwünschte und störende Effekt vorteilhaft ausnutzen, indem dadurch bedingte Störeinflüsse auf die optische Übertragung von Sensordaten ermittelt und ausgewertet werden. Hierbei werden auf der Basis der Störeinflüsse Umgebungsparameter ermittelt, die insbesondere die Sichtverhältnisse im Umfeld des Kraftfahrzeuges charakterisieren.
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Vorteilhaft ist hierbei zum Beispiel, wenn ein Umgebungsparameter ermittelt wird, der die Lichtverhältnisse in der Umgebung charakterisiert. Im einfachsten Fall wird dabei eine reine Differenzierung zwischen hell und dunkel vorgenommen und mit Hilfe dieser Information erfolgt dann die Steuerung des Abblendlichts des Kraftfahrzeuges im Rahmen einer Lichtanlagenautomatik, sodass beispielsweise das Abblendlicht vollautomatisch eingeschaltet wird, wenn das Kraftfahrzeug in einen Tunnel einfährt, und vollautomatisch wieder ausgeschaltet wird, sobald das Kraftfahrzeug den Tunnel wieder verlässt.
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Alternativ oder zusätzlich hierzu lassen sich durch eine Analyse der Störeinflüsse auch Umgebungsbedingungen detektieren, die auf Regen, Schnee oder Eis schließen lassen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:
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1 in einer Blockschaltbilddarstellung ein Sensorsystem für ein Fahrerassistenzsystem eines Kraftfahrzeuges.
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Ein nachfolgend exemplarisch beschriebenes und in 1 skizziertes Sensorsystem 2 ist in einem Kraftfahrzeug 4 verbaut und dient hier zur Realisierung eines Fahrerassistenzsystems, mit dessen Hilfe ein Fahrzeugführer des Kraftfahrzeuges 4 bei der Führung des Kraftfahrzeuges 4 unterstützt wird. Hierzu umfasst das Sensorsystem 2 zwei Einzelkameras 6, die zusammen eine Art Stereo-Kamera bilden und somit eine räumliche Umgebungserfassung ermöglichen.
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Die beiden Einzelkameras 6 sind hierbei an der Frontscheibe 8 des Kraftfahrzeuges 4 befestigt, wobei jede der beiden Einzelkameras 6 im Bereich einer der beiden A-Säulen des Kraftfahrzeuges 4 randseitig am unteren Ende der Frontscheibe 8 positioniert ist. Auf diese Weise ist ein möglichst großer räumlicher Abstand zwischen den beiden Einzelkameras 6 gegeben, was für die räumliche Abbildung der Umgebung des Kraftfahrzeuges 4 vorteilhaft ist.
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Eine jede Einzelkamera umfasst dabei eine Optik 10 und einen Bildsensor 12, mit deren Hilfe Sensordaten oder Bilddaten generiert werden. Diese Bilddaten, die zunächst als elektrische Signale vorliegen, werden nachfolgend in einer Wandlereinheit 14 in pulsweitenmodulierte Lichtsignale umgewandelt und anschließend mittels eines Koppelelements 16 in eine Lichtleiterschicht 18 eingekoppelt. Das Koppelelement 16 ist dabei nach Art eines Prismas ausgestaltet und dient dementsprechend dazu, die Lichtsignale derart gerichtet in die Lichtleiterschicht 18 einzukoppeln, dass diese sich nachfolgend unter Ausnutzung des Prinzips der Totalreflektion in der Lichtleiterschicht 18 ausbreiten.
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Jene Lichtleiterschicht 18 ist hierbei Teil der Frontscheibe 8 und durch eine PVB-Folie gegeben, die zwischen zwei Glasscheiben 20 positioniert ist. Die Frontscheibe 8, oder genauer die Lichtleiterschicht 18, wird somit als optische Datenübertragungsstrecke für die mittels der Einzelkameras 6 generierten Bilddaten genutzt und dementsprechend wird auf eine Übertragung über eine klassische Kabelverbindung verzichtet.
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Etwa mittig an der Frontscheibe im Bereich des Dachhimmels des Kraftfahrzeuges 4 auf der Innenseite der Frontscheibe 8 werden die über die Lichtleiterschicht 18 übermittelten Lichtsignale aus der Lichtleiterschicht 18 mit Hilfe eines weiteren prismaartigen Koppelelements 16 wieder ausgekoppelt und in einer sich daran anschließenden Wandlereinheit 14 wieder in elektrische Signale umgewandelt. Das entsprechende Koppelelement 16 sowie die sich daran anschließende Wandlereinheit 14 sind dabei Teil einer Aufbereitungseinheit 22, in der die Bilddaten der beiden Einzelkameras 6 aufbereitet und ausgewertet werden. Hierzu umfasst die Aufbereitungseinheit 22 eine Datenfusionseinheit 24, in der die Bilddaten der Einzelkameras 6 für eine räumliche Darstellung der Umgebung des Kraftfahrzeuges 4 fusioniert werden. Die so aufbereiteten Bilddaten werden dann im Fahrerassistenzsystem zur Unterstützung des Fahrzeugführers des Kraftfahrzeuges 4 genutzt, indem beispielsweise basierend auf den Bilddaten Abstände zu Objekten in der Umgebung ermittelt und dem Fahrzeugführer angezeigt werden.
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Darüber hinaus umfasst die Aufbereitungseinheit 22 eine Auswerteeinheit 26, mittels derer die ausgekoppelten Lichtsignale auf Störeinflüsse hin analysiert werden, um hieraus die Lichtverhältnisse in der Umgebung des Kraftfahrzeuges 4 zu ermitteln. Dabei gilt es zu bedenken, dass Licht aus der Umgebung zwangsläufig auch in die Lichtleiterschicht 18 einkoppelt und dementsprechend auch durch das Koppelelement 16 der Aufbereitungseinheit 22 ausgekoppelt wird. Das Umgebungslicht verändert dabei die Lichtintensität des ausgekoppelten Lichtsignals und bedingt eine Art Hintergrundrauschen, dessen Intensitätsniveau für die Stärke des Umgebungslichts charakteristisch ist. Da die Bildsignale der Einzelkameras 6 als pulsweitenmodulierte Lichtsignale mit ausreichend großer Pulsamplitude übermittelt werden, lässt sich der Einfluss des Umgebungslichts in der Aufbereitungseinheit 22 problemlos herausfiltern und separat in der Auswerteeinheit 26 auswerten.
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Die mittels der Auswerteeinheit 26 ermittelte Stärke des Umgebungslichts wird dann genutzt, um die Lichtanlage des Kraftfahrzeuges 4 anzusteuern und auf diese Weise eine Art Lichtautomatik zu realisieren. Dabei wird ein einfacher Schwellwertvergleich genutzt, um zu entscheiden, ob aufgrund der Lichtverhältnisse in der Umgebung des Kraftfahrzeuges 4 das Abblendlicht eingeschaltet wird oder nicht.
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In einer nicht näher dargestellten alternativen Ausführungsvariante des Sensorsystems 2 umfasst dieses zusätzlich eine dritte Einzelkamera 6, die bezüglich des Aufbaus den beiden zuvor beschriebenen Einzelkameras 6 entspricht, die jedoch an der Heckscheibe des Kraftfahrzeuges 4 positioniert und befestigt ist. Dementsprechend werden die mittels dieser Einzelkamera 6 generierten Bilddaten für eine optische Übertragung zunächst in die Heckscheibe eingekoppelt. Zudem weisen die Heckscheibe und die Frontscheibe des Kraftfahrzeuges 4 bei dieser Ausführungsvariante des Sensorsystems 2 Spiegelelemente auf, mit deren Hilfe eine optische Koppelung zwischen der Frontscheibe und der Heckscheibe des Kraftfahrzeuges 4 umgesetzt ist, sodass die Bilddaten der Einzelkamera 6 an der Heckscheibe des Kraftfahrzeuges 4 als optische Signale über die Heckscheibe und die Spiegelelemente in die Frontscheibe eingekoppelt und schließlich an die Aufbereitungseinheit 22 übertragen werden.
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Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Sensorsystem
- 4
- Kraftfahrzeug
- 6
- Einzelkamera
- 8
- Frontscheibe
- 10
- Optik
- 12
- Bildsensor
- 14
- Wandlereinheit
- 16
- Koppelelement
- 18
- Lichtleiterschicht
- 20
- Glasscheibe
- 22
- Aufbereitungseinheit
- 24
- Datenfusionseinheit
- 26
- Auswerteeinheit
