DE102017121479A1

DE102017121479A1 - Schutzscheibe für einen optoelektronischen Sensor, insbesondere eine Kamera, sowie Sensorsystem

Info

Publication number: DE102017121479A1
Application number: DE102017121479.8A
Authority: DE
Inventors: Philipp Hoffmann; Ulrich Schuster
Original assignee: Schroder Spezialglas GmbH; Schroeder Spezialglas GmbH; Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Schroder Spezialglas GmbH; Schroeder Spezialglas GmbH; Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2017-09-15
Filing date: 2017-09-15
Publication date: 2019-03-21

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schutzscheibe (5) zum Schutz einer optoelektronischen Sensoreinrichtung (2) in einem optoelektronischen Sensorsystem, umfassend:- eine transparente Trägerscheibe (51),- eine Antiblend-Lage (54), die zur Vermeidung oder Reduzierung eines Blendeffekts auf der Trägerscheibe (51) aufgebracht ist;- eine auf die Trägerscheibe (51) aufgebrachte Heiz-Lage (55) zur regulierbaren Beheizung der Schutzscheibe (5),- eine Schutz-Lage (56), die zur Vermeidung der Anhaftung von Schmutzpartikeln ausgebildet ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft optoelektronische Sensoreinrichtungen, wie beispielsweise Kameras oder optische Sensoren, wie z.B. Lasersensoren, für den Außeneinsatz. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Maßnahmen zum Schutz von optoelektronischen Sensoreinrichtungen gegen Umwelteinflüsse und die Gewährleistung einer störungsfreien Transmission von zu detektierendem Licht auf eine optoelektronische Sensoreinrichtung.
Technischer Hintergrund
Insbesondere in Fahrzeuganwendungen werden optoelektronische Sensoreinrichtungen verwendet, um eine Fahrzeugumgebung in geeigneter Weise zu erfassen oder zu sensieren. So können beispielsweise Kamerasysteme im oder am Fahrzeug angeordnet sein, um Abbildungen der Fahrzeugumgebung zu erfassen. Weiterhin können lasergestützte Entfernungsmesseinrichtungen verwendet werden, um Entfernungen von Umgebungsobjekten zu bestimmen.
Derartige optoelektronische Sensoreinrichtungen in Fahrzeuganwendungen müssen wie bei allen Sensorsystemen im Außeneinsatz vor Umgebungseinflüssen geschützt werden. Bei optischen Sensorsystemen besteht darüber hinaus die Notwendigkeit einen gleichbleibenden und unbeeinträchtigten Transmissionsgrad zu gewährleisten, so dass der Lichteinfall auf die Sensoreinrichtung nicht behindert wird. So kann die Lichttransmission durch eine als Scheibe ausgebildete Schutzeinrichtung durch Beschlag, Frost, Verschmutzung oder Blendwirkungen beeinträchtigt werden. Diese Effekte lassen sich in der Regel nicht mit elektronischen Kompensationsmaßnahmen für die optoelektronischen Sensoreinrichtungen ausgleichen.
Diesbezüglich sind Schutzscheiben bekannt, die beispielsweise heizbare Beschichtungen zum Schutz gegen Beschlag oder Frost aufweisen.
Beispielsweise ist aus der Druckschrift WO 2012/004279 A1 eine transparente Scheibe mit einer leitfähigen Beschichtung bekannt, um eine Heizleistung in einem mit der leitfähigen Beschichtung versehenen Heizfeld abzugeben.
In der Regel weisen die Schutzscheiben nur maximal eine Beschichtung auf, um entweder einen ausreichenden Schutz gegenüber Beschlag, gegen Verschmutzung, gegen eine Blendwirkung oder dergleichen zur Verfügung zu stellen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schutzscheibe für eine optoelektronische Sensoreinrichtung zur Verfügung zu stellen, die einen umfassenden Schutz gegenüber Umgebungseinflüssen gewährleistet und zuverlässig einen gleichbleibend hohen Transmissionsgrad von Licht aus der Fahrzeugumgebung auf die Sensoreinrichtung ermöglicht.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch die Schutzscheibe zur Abdeckung einer optoelektronischen Sensoreinrichtung gemäß Anspruch 1 sowie ein optoelektronisches Sensorsystem gemäß dem nebengeordneten Anspruch gelöst.
Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt ist eine Schutzscheibe zum Schutz einer optoelektronischen Sensoreinrichtung in einem optoelektronischen Sensorsystem vorgesehen, umfassend:

- eine transparente Trägerscheibe,
- eine Antiblend-Lage, die zur Vermeidung oder Reduzierung eines Blendeffekts auf der Trägerscheibe aufgebracht ist;
- eine auf die Trägerscheibe aufgebrachte Heiz-Lage zur regulierbaren Beheizung der Schutzscheibe,
- eine Schutz-Lage zur Vermeidung der Anhaftung von Schmutzpartikeln.

Die obige Schutzscheibe weist eine Mehrfachbeschichtung auf, wobei insbesondere auf einer transparenten Trägerscheibe eine Antiblend-Lage, eine Heiz-Lage und eine Schutz-Lage aufgebracht sind. Diese Lagen bzw. Beschichtungen ermöglichen ein Heizen der Schutzscheibe, eine automatische Reinhaltung und ein Reduzieren einer Blendwirkung. Auf diese Weise kann eine Schutzscheibe für eine optoelektronische Sensoreinrichtung zur Verfügung gestellt werden, die in verbesserter Weise auch unter widrigen Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise hoher Luftfeuchtigkeit, niedriger Lufttemperatur, hohem Verschmutzungsgrad bzw. Partikelbelastung und starkem bzw. schrägem Lichteinfall verwendet werden kann.
Weiterhin kann die Trägerscheibe durch eine intransparente Maskierung, insbesondere einem Schwarzdruck, so mit einem intransparenten Bereich versehen sein, dass ein oder mehrere Erfassungsfenster gebildet sind, wobei die Heiz-Lage insbesondere unmittelbar auf die intransparente Maskierung aufgebracht ist.
Insbesondere können das eine oder die mehreren Erfassungsfenster mit einem Farbfilter versehen sein.
Insbesondere kann mindestens eines der Erfassungsfenster einen rechteckigen Querschnitt mit abgerundeten Ecken aufweisen.
Weiterhin kann die Antiblend-Lage unmittelbar auf der Trägerscheibe oder auf der auf der Trägerscheibe aufgebrachten Heiz-Lage aufgebracht sein.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Schutz-Lage auf der Antiblend-Lage aufgebracht sein.
Weiterhin kann die Heiz-Lage mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung mit einem negativen Temperaturkoeffizienten ausgebildet sein, wobei die elektrisch leitfähige Beschichtung durch einen Halbleiterheizlack ausgebildet ist.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Heiz-Lage durch mindestens zwei Kontaktflächen elektrisch kontaktierbar ist, wobei insbesondere die Kontaktflächen mit elektrischen Kontaktstiften kontaktiert sind, die an vorgegeben Positionen seitlich der Schutzscheibe herausgeführt werden, insbesondere an einander gegenüberliegenden Positionen
Weiterhin kann die Schutzscheibe mit einer einen äußeren Rand der Trägerscheibe umgebenden Dichtung versehen sein, die beidseitig über die Hauptflächen der Schutzscheibe hervorsteht, wobei die Dichtung insbesondere mit jeweils einem separaten Dichtungsteil auf einer der Hauptflächen der Schutzscheibe ausgebildet ist.
Die Schutzscheibe kann mit einer einen äußeren Rand der Trägerscheibe umgebenden Dichtung versehen sein, die aus Dichtungsteilen aufgebaut ist, die jeweils an einer Hauptfläche der der Schutzscheibe angeordnet sind.
Weiterhin kann die Trägerscheibe plan ausgebildet sein oder sammellinsenförmig ausgebildet sein und eine gewölbte Oberfläche aufweisen.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein optoelektronisches Sensorsystem, insbesondere ein Kamerasystem, mit der obigen Schutzscheibe vorgesehen.
Weiterhin kann das obige optoelektronische Sensorsystem mit einer optoelektronischen Sensoreinrichtung in einem Gehäuse versehen sein, wobei das Gehäuse eine Öffnung aufweist, die die Schutzscheibe verschließt.
Es kann ein Ultraschallgeber vorgesehen sein, der seitlich an der Schutzscheibe angreift, um die Schutzscheibe durch Beaufschlagung mit einer Ultraschallschwingung vor Verschmutzung auf der Oberfläche der Schutzscheibe zu schützen.
Weiterhin kann eine elektrische Heizversorgungsquelle vorgesehen sein, die mit der elektrisch leitfähigen Heiz-Lage der Schutzscheibe verbunden ist, um durch Bestromung eine Aufheizung der Schutzscheibe zu ermöglichen.
Figurenliste
Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Kamerasystems;
2 eine Querschnittsansicht durch eine erfindungsgemäße Schutzscheibe;
3 eine Draufsicht auf die Schutzscheibe der 1 zur Veranschaulichung einer möglichen Form einer Fensterblende; und
4 eine Querschnittsdarstellung einer mit einer Dichtung versehenen Schutzscheibe.

Beschreibung von Ausführungsformen
1 zeigt ein Kamerasystem als Beispiel für ein optoelektronisches Sensorsystem 1. Das Kamerasystem 1 weist eine optoelektronische Sensoreinrichtung 2 in Form eines Kameramoduls auf. Alternative optoelektronische Sensoreinrichtungen können lasergestützte Entfernungssensoren oder dergleichen umfassen.
Das Kameramodul 2 befindet sich in einem geschlossenen Gehäuse 3, das in Erfassungsrichtung E des Kameramoduls 2 eine Öffnung 4 aufweist. Die Öffnung 4 ist durch eine transparente Schutzscheibe 5 abgedeckt, die das Gehäuse 3 im wesentlichen schmutzdicht und feuchtigkeitsdicht verschließt, so dass das Kameramodul 2 vor äußeren Einflüssen, wie Eindringen von Verschmutzung oder Feuchtigkeit, geschützt ist.
Die Schutzscheibe 5 ist im Querschnitt in 2 dargestellt. Die Schutzscheibe 5 umfasst eine transparente Trägerscheibe 51, die mit einer intransparenten Maskierung 52 versehen ist, insbesondere einem Schwarzdruck bedruckt ist, um ein oder mehrere Erfassungsfenster 53 zu schaffen. Die Trägerscheibe 51 kann aus Glas ausgebildet sein. Auch andere transparente Materialien können ggfs. verwendet werden.
Durch das Versehen der Trägerscheibe 51 mit der intransparenten Maskierung 52 mit mehreren Erfassungsfenstern 53 kann eine größere Schutzscheibe 5 für mehrere optoelektronische Sensoreinrichtungen 2 in dem Gehäuse 3 vorgesehen werden.
In 3 ist eine mögliche Form eines solchen Erfassungsfensters 53 in einer ansonsten runden Schutzscheibe 5 dargestellt. Das Erfassungsfenster 53 in dem durch die Maskierung 52 intransparentem Bereich weist eine im Wesentlichen rechteckige Form auf, bei der die Ecken abgerundet sind.
Die Trägerscheibe 51 ist im Folgenden mit einer Antiblend-Lage 54 gegen einen Blendeffekt versehen. Die Antiblend-Lage 54 dient dazu, Blendungen durch schräg seitlich einfallendes Licht zu reduzieren. Das Material der Antiblend-Lage 54 kann verschiedene Metalloxide aufweisen, die beispielsweise durch ein Verdampfungsverfahren aufgebracht werden. Derartige Antiblend-Lagen 54 und deren Aufbringung auf ein Substrat sind aus dem Stand der Technik bekannt und können auf verschiedene Arten von Trägerscheiben 51 aufgebracht werden.
Auf die Antiblend-Lage 54 schließt sich eine schmutzabweisende und kratzresistente Schutz-Lage 56 an, die eine Schmutzanhaftung an der Schutzscheibe 51 verhindert und einen Kratzschutz bereitstellt. Dazu sollte die Deckschicht der Antiblend-Lage 54 kompatibel mit dem Material der Schutz-Lage 56 sein, so dass die Schutz-Lage 56 auf der Antiblend-Lage 54 haftet. Insbesondere kann die Schutz-Lage 56 mit einer Beschichtung mit oleophoben und hydrophoben Nanopolymeren ausgebildet werden. Das dafür verwendete Nanomaterial kann beispielsweise aufgedampft werden.
Eine Heiz-Lage 55 ist vorgesehen, die auf der Trägerscheibe 51, insbesondere auf der Maskierung 52 aufgebracht ist. Die Heiz-Lage 55 kann aus einem Halbleiterheizlack ausgebildet sein. Durch den negativen Temperaturkoeffizienten des Halbleiterheizlacks ist dieser bei einer Bestromung selbstregulierend, so dass die sich einstellende Heizleistung wesentlich durch die Dicke der Heiz-Lage 55 und den angelegten elektrischen Heizstrom bestimmt ist. Die Heiz-Lage 55 ist wie in 2 dargestellt vorzugsweise zwischen der Trägerscheibe 51 und der der Antiblend-Lage 54 vorgesehen, so dass Beschlag oder Reifbildung auf der Schutzscheibe 5 durch Beheizen der Schutzscheibe 5 aufgelöst werden kann. Insbesondere kann die Heiz-Lage 55 auf der Maskierung 52 aufgebracht sein.
Auf diese Weise kann eine Schutzscheibe 5 gebildet werden, bei der besondere Eigenschaften hinsichtlich Transmissionsgrad durch eine und Antiblend- und Antiverschmutzungswirkung erreicht werden.
Das Sensorsystem 1 kann weiterhin mit einem Ultraschallgeber 6 versehen sein, der seitlich an der Schutzscheibe 5 angreift, um die Schutzscheibe 5 durch Beaufschlagung mit einer Ultraschallschwingung vor Verschmutzung auf der Oberfläche der Schutzscheibe 5 zu schützen oder diese abzustoßen.
Weiterhin kann eine elektrische Heizversorgungsquelle 7 vorgesehen sein, die mit der Heiz-Lage 55 elektrisch verbunden ist, um durch Bestromung eine Aufheizung der Schutzscheibe 5 zu ermöglichen. Auf diese Weise kann die Schutzscheibe 5 von Beschlag oder Reifbelag befreit oder eine Ablagerung von Beschlag oder Reifbelag vermieden werden.
Zur Kontaktierung der Heiz-Lage 55 können mindestens zwei Kontaktflächen 57 auf der Heiz-Lage 55 vorgesehen sein, wobei insbesondere die Kontaktflächen 57 mit elektrischen Kontaktstiften 58 kontaktiert sind, die an vorgegeben Positionen seitlich der Schutzscheibe 5 herausgeführt werden, insbesondere an einander gegenüberliegenden Positionen. Beispielsweise können die Kontaktflächen 57 einander gegenüberliegend ausgebildet sein, und die Kontaktstifte 58 sich davon ausgehend radial nach außen erstrecken. Dadurch ist eine Positionierung möglich, die einen definierten Einbau der Schutzscheibe 5 zulässt. Die Positionen der Kontaktstifte 58 können insbesondere bezüglich der Ausrichtung des Erfassungsfensters angeordnet sein.
Die Schutzscheibe 5 kann plan ausgebildet sein. Alternativ kann die Schutzscheibe 5 sammellinsenförmig ausgebildet sein und eine gewölbte Oberfläche aufweisen. Vorzugsweise ist die gewölbte Oberfläche mit den Beschichtungen 54 bis 56 versehen.
Um beim Einbau der Schutzscheibe 5 in das Sensorsystem 1 eine Abdichtung des Gehäuses 3 vor dem Eindringen von Verschmutzungen zu schützen, kann der äußere Rand der Schutzscheibe 5 wie in 3 gezeigt, von einer Dichtung 8 umgeben sein. Die 4 zeigt eine Querschnittsansicht der Schutzscheibe 5 zur Verdeutlichung der Anordnung der Dichtung 8.
Die Dichtung 8 kann in zwei Schritten an der Schutzscheibe 5 angebracht werden. In einem ersten Schritt kann die den Beschichtungen 54 bis 56 gegenüberliegende Seite der Trägerscheibe 51 mit einem umlaufenden ersten Dichtungsteil 81 versehen werden, die den Rand der Schutzscheibe 5 übergreift. Der erste Dichtungsteil 81 kann beispielsweise mithilfe eines 3D-Druckverfahrens direkt auf die Trägerscheibe 51 aufgebracht werden. Alternativ kann der erste Dichtungsteil 81 separat gebildet werden und anschließend die Schutzscheibe 5 eingelegt werden. Als Dichtungsmaterial kann insbesondere Polyuretan verwendet werden.
Anschließend kann ein umlaufender zweiter Dichtungsteil 82 gebildet werden, um die die Ränder der Schutzscheibe 5 umgebende Dichtung 8 herzustellen. Die so mit der Dichtung 8 versehene Schutzscheibe 5 kann anschließend in einfacher Weise in der Fertigung weiter verarbeitet werden, da die Schutzscheibe 5 am Dichtungsrand ohne Berühren der Oberfläche der Schutzscheibe 5 angefasst werden kann und damit frei von Fingerabdrücken bleibt.
Bezugszeichenliste

1: Sensorsystem
2: Sensoreinrichtung
3: Gehäuse
4: Öffnung
5: Schutzscheibe
51: Trägerscheibe
52: intransparente Maskierung
53: Erfassungsfenster
54: Antiblend-Lage
55: Heiz-Lage
56: Schutz-Lage
7: elektrische Heizversorgungsquelle
8: Dichtung
81: erster Dichtungsteil
82: zweiter Dichtungsteil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2012/004279 A1 [0005]

Claims

Schutzscheibe (5) zum Schutz einer optoelektronischen Sensoreinrichtung (2) in einem optoelektronischen Sensorsystem, umfassend: - eine transparente Trägerscheibe (51), - eine Antiblend-Lage (54), die zur Vermeidung oder Reduzierung eines Blendeffekts auf der Trägerscheibe (51) aufgebracht ist; - eine auf die Trägerscheibe (51) aufgebrachte Heiz-Lage (55) zur regulierbaren Beheizung der Schutzscheibe (5), - eine Schutz-Lage (56), die zur Vermeidung der Anhaftung von Schmutzpartikeln ausgebildet ist.
Schutzscheibe (5) nach Anspruch 1, wobei die Trägerscheibe (51) durch eine intransparente Maskierung (52), insbesondere einen Schwarzdruck, so mit einem intransparenten Bereich versehen ist, dass ein oder mehrere Erfassungsfenster (53) gebildet sind, wobei die Heiz-Lage (55) insbesondere unmittelbar auf die intransparente Maskierung (52) aufgebracht ist.
Schutzscheibe (5) nach Anspruch 2, wobei das eine oder die mehreren Erfassungsfenster (53) mit einem Farbfilter versehen ist.
Schutzscheibe (5) nach Anspruch 2 oder 3, wobei mindestens eines der Erfassungsfenster (53) einen rechteckigen Querschnitt mit abgerundeten Ecken aufweist.
Schutzscheibe (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Antiblend-Lage unmittelbar auf der Trägerscheibe (51) oder auf der Heiz-Lage (55) aufgebracht ist.
Schutzscheibe (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Schutz-Lage (56) auf der Antiblend-Lage (54) aufgebracht ist.
Schutzscheibe (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Heiz-Lage (55) mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung mit einem negativen Temperaturkoeffizienten ausgebildet ist, wobei die elektrisch leitfähige Beschichtung insbesondere durch einen Halbleiterheizlack ausgebildet ist.
Schutzscheibe (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Heiz-Lage (55) durch mindestens zwei Kontaktflächen (57) kontaktierbar ist, wobei insbesondere die Kontaktflächen (57) mit elektrischen Kontaktstiften (58) kontaktiert sind, die an vorgegeben Positionen seitlich der Schutzscheibe (5) herausgeführt werden, insbesondere an einander gegenüberliegenden Positionen.
Schutzscheibe (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Schutzscheibe (5) mit einer einen äußeren Rand der Trägerscheibe (51) umgebenden Dichtung (8) versehen ist, die beidseitig über die Hauptflächen der Schutzscheibe (5) hervorsteht, wobei die Dichtung (8) insbesondere mit jeweils einem separaten Dichtungsteil (81, 82) auf einer der Hauptflächen der Schutzscheibe (5) ausgebildet ist.
Schutzscheibe (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Schutzscheibe (5) mit einer einen äußeren Rand der Trägerscheibe (51) umgebenden Dichtung (8) versehen ist, die aus Dichtungsteilen (81, 82) aufgebaut ist, die jeweils an einer Hauptfläche der der Schutzscheibe (5) angeordnet sind.
Schutzscheibe (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Trägerscheibe (51) plan ausgebildet sein oder sammellinsenförmig ausgebildet ist und eine gewölbte Oberfläche aufweist.
Optoelektronisches Sensorsystem (1), insbesondere ein Kamerasystem, mit einer Schutzscheibe (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 im Strahlengang des Sensorsystems (1).
Optoelektronisches Sensorsystem (1) nach Anspruch 12 mit einer optoelektronisches Sensoreinrichtung (2) und einem Gehäuse (3), wobei das Gehäuse (3) eine Öffnung (4) aufweist, die die Schutzscheibe (5) verschließt.
Optoelektronisches Sensorsystem (1) nach Anspruch 12 oder 13, wobei ein Ultraschallgeber (6) vorgesehen ist, der seitlich an der Schutzscheibe (5) angreift, um die Schutzscheibe (5) durch Beaufschlagung mit einer Ultraschallschwingung vor Verschmutzung auf der Oberfläche der Schutzscheibe (5) zu schützen.
Optoelektronisches Sensorsystem (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei eine elektrische Heizversorgungsquelle (7) vorgesehen ist, die mit der elektrisch leitfähigen Heiz-Lage (55) der Schutzscheibe (5) verbunden ist, um durch Bestromung eine Aufheizung der Schutzscheibe (5) zu ermöglichen.