DE102019118686A1 - Optical transmission unit for an optical detection device, optical detection device and motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine optische Sendeeinheit (12) für eine optische Detektionsvorrichtung (11) für ein Kraftfahrzeug mit zumindest einem optischen Sender (20) zur Erzeugung von Lichtstrahlen (16) und mit zumindest einer Auslenkeinheit (22), die dazu ausgelegt ist, die erzeugten Lichtstrahlen (16) in unterschiedliche Raumrichtungen auszulenken. Der optische Sender (20) und die Auslenkeinheit (22) sind hierbei in einem Innenraum (24) angeordnet, der von einer Kapselung (23) umschlossen und von dieser hermetisch gegenüber einer Umgebungsatmosphäre abgekapselt ist, sodass der Innenraum (24) der Kapselung (23) eine zur Umgebungsatmosphäre unterschiedliche Atmosphäre und einen unterschiedlichen Atmosphärendruck aufweisen kann. The invention relates to an optical transmission unit (12) for an optical detection device (11) for a motor vehicle with at least one optical transmitter (20) for generating light beams (16) and with at least one deflection unit (22) which is designed to generate the Deflect light rays (16) in different spatial directions. The optical transmitter (20) and the deflection unit (22) are arranged in an interior (24) which is enclosed by an encapsulation (23) and hermetically sealed from an ambient atmosphere, so that the interior (24) of the encapsulation (23) ) can have a different atmosphere and a different atmospheric pressure from the ambient atmosphere.
Description
Die Erfindung betrifft eine optische Sendeeinheit für eine optische Detektionsvorrichtung, umfassend zumindest einen optischen Sender zur Erzeugung von Lichtstrahlen und zumindest eine Auslenkeinheit, die dazu ausgelegt ist, die erzeugten Lichtstrahlen in unterschiedliche Raumrichtungen auszulenken.The invention relates to an optical transmission unit for an optical detection device, comprising at least one optical transmitter for generating light beams and at least one deflection unit which is designed to deflect the generated light beams in different spatial directions.
Ferner betrifft die Erfindung eine optische Detektionsvorrichtung sowie ein Kraftfahrzeug mit einer optischen Detektionsvorrichtung.The invention also relates to an optical detection device and a motor vehicle with an optical detection device.
Bekannte optische Sendeeinheiten für optische Detektionsvorrichtungen, mit denen Lichtstrahlen bei einem Abtastvorgang in unterschiedliche Raumrichtungen ausgelenkt werden, weisen eine mechanische Ablenkeinheit auf, um die Lichtstrahlen nacheinander in die entsprechenden Raumrichtungen auszulenken. Als Ablenkeinheit kommen hier beispielsweise rotierende Spiegeleinheiten oder Mikro-Elektro-Mechanische-Systeme, sogenannte MEMS-Spiegel, zum Einsatz. Mit solchen optischen Sendeeinheiten ist es möglich, eine Umgebung schrittweise abzutasten.Known optical transmitter units for optical detection devices, with which light beams are deflected in different spatial directions during a scanning process, have a mechanical deflection unit in order to deflect the light beams one after the other in the corresponding spatial directions. For example, rotating mirror units or micro-electro-mechanical systems, so-called MEMS mirrors, are used as deflection units. With such optical transmission units it is possible to scan an environment step by step.
Aus der
In der
Beim Zusammenbau von optischen Vorrichtung, insbesondere von optischen Sendeeinheiten und optischen Detektionsvorrichtungen, ist darauf zu achten, dass keine Fremdpartikel, insbesondere Staubpartikel, Haare oder sonstige makroskopische und mikroskopische Partikel, in den optischen Pfad beziehungsweise die optischen Pfade gelangen. Durch solche Partikel kann beispielsweise die Strahlqualität von erzeugten Lichtstrahlen vermindert werden, da Lichtstrahlen an solchen Partikeln gestreut oder absorbiert werden können. Hierzu werden optische Vorrichtungen üblicherweise in einem Reinraum zusammengebaut. Die Produktion in einem Reinraum ist jedoch mit hohen Kosten verbunden.When assembling optical devices, in particular optical transmitter units and optical detection devices, care must be taken that no foreign particles, in particular dust particles, hair or other macroscopic and microscopic particles, get into the optical path or the optical paths. Such particles can, for example, reduce the beam quality of generated light beams, since light beams can be scattered or absorbed by such particles. For this purpose, optical devices are usually assembled in a clean room. However, production in a clean room is associated with high costs.
Eine hohe Strahlqualität ist eine wichtige Eigenschaft einer Sendeeinheit. Je höher die Strahlqualität, desto höher ist beispielsweise die Reichweite von ausgesendeten Lichtstrahlen. Hierbei ist beispielsweise die Divergenz der ausgesendeten Lichstrahlen von besonderer Wichtigkeit. Damit Objekte in einem Fernfeld, das heißt beispielsweise in einem Abstand von mehr als 50m, insbesondere mehr als 100m, mittels einer optischen Detektionsvorrichtung detektiert werden können, muss die Divergenz der Lichtstrahlen möglichst gering sein, damit möglichst viel Energie der erzeugten Lichtstrahlen an dem Objekt zurück zur Detektionsvorrichtung reflektieren werden kann. Zudem ist die Intensität der Lichtstrahlen ein weiterer wichtiger Parameter, der Einfluss auf die Strahlqualität ab. Da die Intensität der Lichtstrahlen exponentiell mit der zurückgelegten Weglänge abnimmt, ist es wichtig, dass die Intensitätsverringerung innerhalb der Sendeeinheit beispielsweise durch Streuung an Fremdpartikeln oder durch Feuchtigkeitsablagerungen, beispielsweise an der Auslenkeinheit, vermieden wird.A high beam quality is an important property of a transmitter unit. The higher the beam quality, the greater the range of emitted light beams, for example. Here, for example, the divergence of the light rays emitted is of particular importance. So that objects in a far field, i.e. for example at a distance of more than 50m, in particular more than 100m, can be detected by means of an optical detection device, the divergence of the light beams must be as small as possible so that as much energy as possible from the light beams generated returns to the object can be reflected to the detection device. In addition, the intensity of the light rays is another important parameter that influences the beam quality. Since the intensity of the light beams decreases exponentially with the distance covered, it is important that the reduction in intensity within the transmitter unit is avoided, for example due to scattering of foreign particles or moisture deposits, for example on the deflection unit.
Weiterhin müssen die optischen Pfade einer optischen Vorrichtung, insbesondere von optischen Sendeeinheiten und optischen Detektionsvorrichtungen, auch nach Zusammenbau der Vorrichtung im Betriebszustand vor Partikeln und vor Umgebungseinflüssen geschützt werden. Sich ändernde Temperaturen und/oder sich ändere Umgebungsatmosphären kann insbesondere zur Ablagerung von Feuchtigkeit in einer optischen Vorrichtung führen.Furthermore, the optical paths of an optical device, in particular of optical transmitter units and optical detection devices, must be protected from particles and environmental influences in the operating state even after the device has been assembled. Changing temperatures and / or changing ambient atmospheres can lead, in particular, to the deposition of moisture in an optical device.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optische Sendeeinheit für eine Detektionsvorrichtung, eine optische Detektionsvorrichtung einer optischen Sendeeinheit und ein Kraftfahrzeug mit einer optischen Detektionsvorrichtung besser gegenüber Umgebungseinflüssen zu schützen mit einer hohen Strahlqualität zu gewährleisten.The invention is based on the object of better protecting an optical transmission unit for a detection device, an optical detection device of an optical transmission unit and a motor vehicle with an optical detection device against environmental influences with a high beam quality.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der optische Sender und die Auslenkeinheit in einem Innenraum angeordnet sind, der von einer Kapselung umschlossen und von dieser hermetisch gegenüber einer Umgebungsatmosphäre abgekapselt ist, sodass der Innenraum der Kapselung eine zur einer Umgebungsatmosphäre unterschiedliche Atmosphäre und einen zur einem Umgebungsdruck unterschiedlichen Atmosphärendruck aufweisen kann.This object is achieved according to the invention in that the optical transmitter and the deflection unit are arranged in an interior which is enclosed by an encapsulation and is hermetically encapsulated by this from an ambient atmosphere, so that the interior of the encapsulation has an atmosphere that is different from an ambient atmosphere and one to the one Ambient pressure can have different atmospheric pressure.
Erfindungsgemäß umfasst die optische Sendeeinheit zumindest einen optischen Sender und zumindest eine Auslenkeinheit. Mit dem zumindest einen optischen Sender werden Lichtstrahlen erzeugt. Die zumindest eine Auslenkeinheit ist im optischen Pfad der erzeugten Lichtstrahlen angeordnet. Mit Hilfe der Auslenkeinheit werden die erzeugten Lichtstrahlen in unterschiedliche Raumrichtung ausgelenkt. Eine solche Sendeoptik kann beispielsweise eine rotierende Spiegeleinheit, einen MEMS-Spiegel oder einen optischen Schalter umfassen, um die Lichtstrahlen auszulenken.According to the invention, the optical transmission unit comprises at least one optical transmitter and at least one deflection unit. Light beams are generated with the at least one optical transmitter. The at least one deflection unit is arranged in the optical path of the generated light beams. With the help of the deflection unit, the generated light beams are deflected in different spatial directions. Such transmission optics can for example include a rotating mirror unit, a MEMS mirror or an optical switch in order to deflect the light beams.
Rotierende Spiegeleinheiten und MEMS-Spiegel sind sogenannte mechanische Auslenkeinheiten. Das heißt, dass diese bewegliche Komponenten aufweisen. Bei einer rotierenden Spiegeleinheit wird für gewöhnlich ein die Spiegelflächen tragender Körper von einem Motor angetrieben, so dass der Körper um eine Achse rotiert. MEMS-Spiegel andererseits können mit einer Wechselspannung angeregt werden, so dass diese um eine Achse schwingen. Sowohl bei rotierenden Spiegeleinheiten als auch bei MEMS-Spiegeln werden die Lichtstrahlen durch Reflektion an der Spiegeloberfläche in Abhängigkeit von der momentanen Ausrichtung des Spiegels relativ zum optischen Sender in die entsprechende Raumrichtung ausgelenkt.Rotating mirror units and MEMS mirrors are so-called mechanical deflection units. This means that they have moving components. In the case of a rotating mirror unit, a body carrying the mirror surfaces is usually driven by a motor, so that the body rotates about an axis. MEMS mirrors, on the other hand, can be excited with an alternating voltage so that they oscillate around an axis. Both in the case of rotating mirror units and in the case of MEMS mirrors, the light beams are deflected in the corresponding spatial direction by reflection on the mirror surface depending on the current alignment of the mirror relative to the optical transmitter.
Im Gegensatz dazu handelt es sich bei einem optischen Schalter üblicherweise um eine nicht-bewegliche Auslenkeinheit. Das heißt, dass ein optischer Schalter keine beweglichen Komponenten aufweist. Ein optischer Schalter umfasst hierbei zumindest einen optischen Wellenleiter, in den die Lichtstrahlen eingekoppelt werden. Um die Lichtstrahlen mittels des optischen Schalters in die entsprechende Raumrichtung auszulenken, wird der Brechungsindex des optischen Wellenleiters verändert oder lokal variiert. Folglich unterscheidet sich ein optischer Schalter nicht nur dadurch von den vorherigen Auslenkeinheiten, dass der optische Schalter keine beweglichen Komponenten aufweist, sondern auch dadurch, dass der optische Schalter die Lichtstrahlen nicht durch Reflektion, sondern durch Brechung des Lichtstrahls ablenkt.In contrast, an optical switch is usually a non-movable deflection unit. This means that an optical switch has no moving components. An optical switch here comprises at least one optical waveguide into which the light beams are coupled. In order to deflect the light beams in the corresponding spatial direction by means of the optical switch, the refractive index of the optical waveguide is changed or locally varied. Consequently, an optical switch differs from the previous deflection units not only in that the optical switch has no moving components, but also in that the optical switch deflects the light beams not by reflection but by refraction of the light beam.
Ein gängiger optischer Wellenleiter kann beispielsweise ein Flüssigkristall-Wellenleiter sein. Der Brechungsindex eines Flüssigkristall-Wellenleiters kann durch das Anlegen einer Spannung bzw. durch ein elektrisches Feld beeinflusst und je nach Bedarf konfiguriert werden. Hierbei kann der Brechungsindex des Flüssigkristall-Wellenleiters sowohl in einer Dimension als auch in zwei Dimensionen einen Brechungsindexgradienten aufweisen. Dies bedeutet, dass eingekoppelte Lichtstrahlen in zwei Dimensionen ausgelenkt werden können. Diese Dimensionen können das horizontale und / oder das vertikale Blickfeld der optischen Sendeeinheit darstellen.A common optical waveguide can be, for example, a liquid crystal waveguide. The refractive index of a liquid crystal waveguide can be influenced by the application of a voltage or an electric field and configured as required. Here, the refractive index of the liquid crystal waveguide can have a refractive index gradient both in one dimension and in two dimensions. This means that coupled light beams can be deflected in two dimensions. These dimensions can represent the horizontal and / or the vertical field of view of the optical transmission unit.
Als Auslenkeinheit können alternativ auch akustooptische Modulatoren oder sogenannte „Phased-array optics“ in Betracht kommen. Als optische Sender können insbesondere Laserdioden verwendet werde, sowohl Oberflächenemitter als auch Kantenemitter.Alternatively, acousto-optical modulators or so-called “phased-array optics” can also be used as deflection units. Laser diodes in particular, both surface emitters and edge emitters, can be used as optical transmitters.
Die erfindungsgemäße optische Sendeeinheit ist insbesondere für abtastende optische Detektionsvorrichtungen, d. h. Laserscanner, geeignet. Bei einem Laserscanner werden mittels der optischen Sendeeinheit Lichtstrahlen in eine Vielzahl von unterschiedlichen Raumrichtungen in eine Umgebung des Laserscanners ausgesendet. An einem Objekt in der Umgebung des Laserscanners reflektierte Lichtstrahlen können dann von einer Empfangseinheit des Laserscanners empfangen werden. Mittels einer Auswerteeinheit kann anhand der empfangenen Lichtstrahlen bzw. anhand des bei der Absorption der Lichtstrahlen in einem Photodetektor der Empfangseinheit erzeugten elektrischen Signals eine Punktwolke mit Messpunkten der Umgebung erzeugt werden. Innerhalb dieser Punktwolke können anschließend Objekte erkannt und klassifiziert werden.The optical transmission unit according to the invention is particularly suitable for scanning optical detection devices, i. H. Laser scanner, suitable. In the case of a laser scanner, the optical transmission unit emits light beams in a large number of different spatial directions in the vicinity of the laser scanner. Light beams reflected on an object in the vicinity of the laser scanner can then be received by a receiving unit of the laser scanner. An evaluation unit can be used to generate a point cloud with measuring points in the surroundings based on the received light beams or on the basis of the electrical signal generated during the absorption of the light beams in a photodetector of the receiving unit. Objects can then be recognized and classified within this point cloud.
Üblicherweise wird in Produktionsstätte nicht nur ein einzelnes Produkt, sondern eine Vielzahl von unterschiedlichen Produkten gefertigt. Beispielsweise können in einer Produktionsstätte sowohl Ultraschallsensoren, optische Detektionsvorrichtungen, Frontkameras als auch Radarsensoren gefertigt werden. Je nach Produkt können unterschiedliche Anforderungen an Parametern wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit, oder Anzahl und Größe von Fremdpartikeln pro Kubikmeter gelten. Während Temperatur und Luftfeuchtigkeit innerhalb der Produktionsstätte mittels Klimaanlagen auf einfache Art und Weise geregelt werden können, ist die Einhaltung einer definierten Anzahl von Fremdpartikeln mit einer definierten maximalen Größe mit aufwendigen Maßnahmen verknüpft. Insbesondere bei optischen Systemen und Vorrichtungen ist es wichtig, dass möglichst wenig Fremdpartikel in der Produktionsstätte vorhanden sind, damit das System oder die Vorrichtung nicht durch Fremdpartikel verunreinigt und somit die Leistungsfähigkeit des Systems bzw. der Vorrichtung reduziert wird. Daher werden solche Systeme und Vorrichtungen häufig in sogenannten Reinräumen gefertigt. In Reinräumen werden besondere Maßnahmen getroffen, um die Anzahl und die Größe von Fremdpartikeln im Reinraum möglichst gering zu halten, wie beispielsweise Fachpersonal mit Zusatzqualifikation zur Arbeit im Reinraum, Zutrittskontrollen, spezielle Kleidung für das Fachpersonal im Reinraum oder definierte Luftströme innerhalb des Reinraums.Usually, not just a single product, but a large number of different products is manufactured in the production facility. For example, ultrasonic sensors, optical detection devices, front cameras and radar sensors can be manufactured in a production facility. Depending on the product, different requirements may apply to parameters such as temperature, humidity, or the number and size of foreign particles per cubic meter. While temperature and humidity within the production facility can be easily regulated using air conditioning systems, compliance with a defined number of foreign particles with a defined maximum size is associated with complex measures. In the case of optical systems and devices in particular, it is important that as few foreign particles as possible are present in the production facility so that the system or device is not contaminated by foreign particles and thus the performance of the system or device is reduced. Therefore, such systems and devices are often manufactured in so-called clean rooms. In cleanrooms, special measures are taken to keep the number and size of foreign particles in the cleanroom as low as possible, such as specialist staff with additional qualifications to work in the cleanroom, access controls, special clothing for specialist staff in the cleanroom or defined air flows within the cleanroom.
Das Vorhalten eines Reinraums innerhalb einer Produktionsstätte ist allerdings mit hohen Kosten verbunden und benötigt zudem eine große Fläche innerhalb der Produktionsstätte, da beispielsweise ein separater Umkleideraum für das Fachpersonal und zumindest eine Schleuse für den Zugang in den Reinraum vorgesehen werden müssen. Daher ist es von Vorteil, wenn nur einzelne Teile einer optischen Detektionsvorrichtung in einem Reinraum gefertigt werden müssen und der Zusammenbau der Vorrichtung außerhalb des Reinraums durchgeführt werden kann. Muss nur ein Teil der optischen Detektionsvorrichtung im Reinraum gefertigt werden, kann die Größe des Reinraums reduziert und somit Kosten gespart werden.However, maintaining a clean room within a production facility is associated with high costs and also requires a large area within the production facility, since, for example, a separate changing room for the specialist staff and at least one lock for access to the clean room must be provided. It is therefore advantageous if only individual parts of an optical detection device have to be manufactured in a clean room and the assembly of the device can be carried out outside the clean room. If only part of the optical detection device has to be manufactured in the clean room, the size of the clean room can be reduced and thus costs can be saved.
Um sicherzustellen, dass keine Fremdpartikel den optischen Sender, die Auslenkeinheit sowie den optischen Pfad innerhalb der optischen Sendeeinheit verunreinigen, sind der optische Sender und die Auslenkeinheit erfindungsgemäß in einem Innenraum der optischen Sendeeinheit angeordnet, der von einer Kapselung umschlossen und von dieser hermetisch gegenüber einer Umgebungsatmosphäre gekapselt ist. Durch die hermetische Kapselung wird vermieden, dass Fremdpartikel in die den Innenraum der Verkapselung eintreten können.In order to ensure that no foreign particles contaminate the optical transmitter, the deflection unit and the optical path within the optical transmitter unit, the optical transmitter and the deflector unit are arranged according to the invention in an interior of the optical transmitter unit, which is enclosed by an encapsulation and is hermetically sealed from the surrounding atmosphere is encapsulated. The hermetic encapsulation prevents foreign particles from entering the interior of the encapsulation.
Hermetisch gekapselt im Sinne der Erfindung bedeutet, dass die Verkapselung den Innenraum gegenüber Fremdpartikel, Flüssigkeiten und Gase abdichtet. Das heißt, dass weder Fremdpartikel, noch Flüssigkeiten noch Gase aus einer Umgebung in den Innenraum eintreten können. Gleichzeitig können auch keine Partikel, Flüssigkeiten oder Gase aus dem Innenraum heraustreten.Hermetically encapsulated in the context of the invention means that the encapsulation seals the interior against foreign particles, liquids and gases. This means that neither foreign particles, liquids nor gases can enter the interior from the surroundings. At the same time, no particles, liquids or gases can escape from the interior.
Die hermetische Kapselung bietet somit den Vorteil, dass nach der Montage der optischen Sendeeinheit keine Fremdpartikel in den optischen Pfad der Lichtstrahlen innerhalb der Kapselung gelangen können. Dies bietet weiterhin insbesondere bei einem Einbau der optischen Sendeeinheit in einer optischen Detektionsvorrichtung den Vorteil, dass während des Einbauprozesses keine Fremdpartikel in die Sendeeinheit eindringen können. Somit ist es ermöglicht, dass nach der Herstellung der optischen Sendeeinheit mit der erfindungsgemäßen Verkapselung der weitere Zusammenbau der optischen Detektionsvorrichtung auch außerhalb eines Reinraums durchgeführt werden kann, ohne dass Fremdpartikel in die optische Sendeeinheit eindringen können. Somit kann ein Reinraum innerhalb einer Produktionsstätte mit einer kleineren Größe ausgelegt werden. Alternativ kann die Sendeeinheit in einer ersten Produktionsstätte zusammengebaut, zu einer zweiten Produktionsstätte transportiert und in der zweiten Produktionsstätte in eine optische Detektionsvorrichtung eingebaut werden. Die Kapselung bietet zudem einen Schutz gegenüber Ausgasungen der beim Zusammenbau einer optischen Detektionsvorrichtung eingesetzten Kleber, die auch einige Zeit nach dem Zusammenbau noch weiter ausgasen. Somit wird verhindert, dass sich diese Gase beispielsweise auf dem optischen Sender oder der Auslenkeinheit ablagern und die Strahlqualität vermindern.The hermetic encapsulation thus offers the advantage that no foreign particles can get into the optical path of the light beams within the encapsulation after the optical transmitter unit has been installed. This also offers the advantage, particularly when the optical transmission unit is installed in an optical detection device, that no foreign particles can penetrate the transmission unit during the installation process. It is thus made possible that after the production of the optical transmission unit with the encapsulation according to the invention, the further assembly of the optical detection device can also be carried out outside a clean room without foreign particles being able to penetrate the optical transmission unit. Thus, a clean room within a manufacturing facility can be designed with a smaller size. Alternatively, the transmission unit can be assembled in a first production site, transported to a second production site and installed in an optical detection device in the second production site. The encapsulation also offers protection against outgassing of the adhesive used when assembling an optical detection device, which continues to outgas some time after assembly. This prevents these gases from being deposited, for example, on the optical transmitter or the deflection unit and reducing the beam quality.
Zusätzlich ermöglicht die hermetische Kapselung, dass innerhalb des Innenraums der Kapselung eine zur Umgebungsatmosphäre unterschiedliche Atmosphäre und einen unterschiedlichen Atmosphärendruck aufweisen kann. Die Umgebungsatmosphäre und der Umgebungsdruck sind hierbei insbesondere eine Umgebungsatmosphäre und ein Umgebungsdruck während eines Betriebes der optischen Sendeeinheit, also insbesondere eine Umgebungsatmosphäre und ein Umgebungsdruck außerhalb einer Produktionsstätte. Beispielsweise kann durch die hermetische Kapselung sichergestellt werden, dass eine im Reinraum herrschende Atmosphäre, z. B. mit einer sehr niedrigen Luftfeuchtigkeit, auch nach dem Zusammenbau innerhalb des Innenraums vorliegt. Dies kann beispielsweise die Lebensdauer des optischen Senders erhöhen oder ein Kondensieren von Feuchtigkeit auf dem optischen Sender oder der Auslenkeinheit bei niedrigen Temperaturen verhindern, beispielsweise unterhalb von 0°C.In addition, the hermetic encapsulation makes it possible for the interior of the encapsulation to have a different atmosphere and a different atmospheric pressure from the ambient atmosphere. The ambient atmosphere and the ambient pressure are in particular an ambient atmosphere and an ambient pressure during operation of the optical transmission unit, that is to say in particular an ambient atmosphere and an ambient pressure outside a production facility. For example, the hermetic encapsulation can ensure that an atmosphere prevailing in the clean room, e.g. B. with a very low humidity, even after assembly within the interior. This can, for example, increase the service life of the optical transmitter or prevent condensation of moisture on the optical transmitter or the deflection unit at low temperatures, for example below 0 ° C.
Die Atmosphäre sowie der Atmosphärendruck innerhalb des Innenraums können auch gleich bzw. sehr ähnlich sein zu einer Umgebungsatmosphäre und einem Umgebungsdruck. Solange im Innenraum der Kapselung bekannte Bedingungen vorliegen kann ein sicherer Betrieb der Sendeeinheit gewährleistet werden.The atmosphere and the atmospheric pressure within the interior can also be the same or very similar to an ambient atmosphere and an ambient pressure. As long as there are known conditions in the interior of the encapsulation, safe operation of the transmission unit can be guaranteed.
In einer Ausführungsform kann die Atmosphäre innerhalb der Kapselung durch ein Schutzgas gebildet sein, dass den Innenraum der Kapselung ausfüllt. Als Schutzgas können insbesondere Inertgase wie Stickstoff oder Helium verwendet werden. Solche besonders reaktionsträgen Gase bieten den Vorteil, dass keine Oxidation im Innenraum der Kapselung stattfinden kann. Somit kann die Lebensdauer des optischen Senders und der Auslenkeinheit erhöht werden.In one embodiment, the atmosphere within the encapsulation can be formed by a protective gas that fills the interior of the encapsulation. Inert gases such as nitrogen or helium in particular can be used as protective gas. Such particularly inert gases offer the advantage that no oxidation can take place in the interior of the encapsulation. The service life of the optical transmitter and the deflection unit can thus be increased.
In einer weiteren Ausführungsform kann der Atmosphärendruck innerhalb der Kapselung größer sein als der Umgebungsdruck der Umgebungsatmosphäre. Mit anderen Worten kann der Innenraum der hermetischen Kapselung mit einem Überdruck beaufschlagt werden, sodass innerhalb des Innenraums ein größerer Atmosphärendruck herrscht als der Umgebungsdruck. Dies bietet den Vorteil, dass bei einer Beschädigung der Kapselung ein Eindringen von Fremdpartikeln vermieden wird, da bei dem Druckausgleich, der zwischen dem Atmosphärendruck innerhalb der Kapselung und dem Umgebungsdruck in der Umgebung durch die Beschädigung entsteht, zunächst lediglich Gase aus der Kapselung heraustreten. Dies kann zumindest zeitweise einen weiteren sicheren Betrieb der Sendeeinheit gewährleisten. Um eine mögliche Druckänderung im Innenraum der Kapselung zu detektieren, kann beispielsweise ein Drucksensor in der Kapselung angeordnet sein, mit dem vorzugsweise unter Berücksichtigung einer aktuellen Temperatur bestimmt werden kann, ob die Kapselung beschädigt und somit den Innenraum nicht mehr hermetisch abkapselt ist. Zur Bestimmung der Temperatur kann ein Temperatursensor in der Sendeeinheit vorgesehen sein, der sowohl im Innenraum der Kapselung als auch außerhalb der Kapselung angeordnet sein kann.In a further embodiment, the atmospheric pressure within the encapsulation can be greater than the ambient pressure of the ambient atmosphere. In other words, an overpressure can be applied to the interior of the hermetic encapsulation, so that the atmospheric pressure within the interior is greater than the ambient pressure. This offers the advantage that if the encapsulation is damaged, the penetration of foreign particles is avoided, since during the pressure equalization that occurs between the atmospheric pressure within the encapsulation and the ambient pressure in the environment as a result of the damage, initially only gases emerge from the enclosure. This can at least temporarily ensure continued safe operation of the transmission unit. In order to detect a possible change in pressure in the interior of the encapsulation, for example a pressure sensor can be arranged in the encapsulation, with which, preferably taking into account a current temperature, it can be determined whether the encapsulation is damaged and thus the interior is no longer hermetically sealed. To determine the temperature, a temperature sensor can be provided in the transmission unit, which can be arranged both in the interior of the encapsulation and outside of the encapsulation.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Atmosphärendruck im Innenraum der Kapselung kleiner als der Umgebungsdruck der Umgebungsatmosphäre sein, insbesondere kleiner als 1 hPa. Mit anderen Worten kann gemäß dieser Ausführungsform im Innenraum der Kapselung ein Unterdruck gegenüber einem Umgebungsdruck vorliegen, der einem Vakuum entspricht bzw. sehr nah an einem Vakuum ist. Ein solcher Atmosphärendruck bietet insbesondere bei mechanischen Auslenkeinheiten Vorteile, da diese bei einem Betrieb mit geringen Atmosphärendruck deutlich geringe Reibungsverluste gegenüber einem Betrieb im Umgebungsdruck aufweisen. Dies kann beispielsweise bei rotierenden Auslenkeinheiten eine energiesparendere Rotation und bei schwingenden Auslenkeinheiten einen größeren maximalen Auslenkwinkel ermöglichen.In a preferred embodiment, the atmospheric pressure in the interior of the encapsulation can be less than the ambient pressure of the ambient atmosphere, in particular less than 1 hPa. In other words, according to this embodiment, there can be a negative pressure in the interior of the encapsulation compared to an ambient pressure that corresponds or very much to a vacuum is close to a vacuum. Such an atmospheric pressure offers advantages in particular in the case of mechanical deflection units, since, when operated at low atmospheric pressure, they have significantly lower friction losses compared to operation at ambient pressure. In the case of rotating deflection units, for example, this can enable a more energy-saving rotation and, in the case of oscillating deflection units, a larger maximum deflection angle.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Kapselung zumindest ein Trennmittel umfassen, das den Innenraum der Kapselung hermetisch in einen ersten und einen zweiten Bereich unterteilt und zumindest einen für die erzeugten Lichtstrahlen optisch transparenten Abschnitt aufweist, wobei der zumindest eine optische Sender im ersten Bereich und die zumindest eine Auslenkeinheit im zweiten Bereich angeordnet ist und wobei die erzeugten Lichtstrahlen durch den optisch transparenten Abschnitt des Trennmittels aus dem ersten Bereich in den zweiten Bereich eintreten können. Das Trennmittel kann beispielsweise aus einem Metall, insbesondere Aluminium, sein. Der optisch transparente Abschnitt kann beispielsweise aus Glas oder Polymer sein. Der optisch transparente Abschnitt kann hierbei in einer Aussparung des Trennmittels angeordnet sein und mit dem Trennmittel verklebt oder verschweißt sein.In a further embodiment, the encapsulation can comprise at least one separating means which hermetically divides the interior of the encapsulation into a first and a second area and has at least one section that is optically transparent for the light beams generated, the at least one optical transmitter in the first area and the at least a deflection unit is arranged in the second area and wherein the generated light beams can enter the second area through the optically transparent section of the separating means from the first area. The release agent can for example be made of a metal, in particular aluminum. The optically transparent section can be made of glass or polymer, for example. The optically transparent section can be arranged in a recess of the separating means and can be glued or welded to the separating means.
Durch das Unterteilen des Innenraums der Kapselung in einen ersten und einen zweiten Bereich können die Atmosphäre und/oder der Atmosphärendruck im ersten und im zweiten Bereich unterschiedlich voneinander sein. Somit kann sowohl für den optischen Sender im ersten Bereich als auch für die Auslenkeinheit im zweiten Bereich jeweils eine Atmosphäre und/oder ein Atmosphärendruck bereitgestellt werden, die einen optimalen Betrieb für den optischen Sender und für die Auslenkeinheit gewährleisten. Beispielsweise kann in dem ersten Bereich ein Schutzgas bereitgestellt werden, das die Oxidation des optischen Senders verhindert und im zweiten Bereich ein Unterdruck erzeugt werden, damit eine mechanische Auslenkeinheit mit möglichst geringen Reibungsverlusten betrieben werden kann.By dividing the interior of the encapsulation into a first and a second area, the atmosphere and / or the atmospheric pressure in the first and in the second area can be different from one another. An atmosphere and / or an atmospheric pressure can thus be provided both for the optical transmitter in the first area and for the deflection unit in the second area, which ensure optimal operation for the optical transmitter and for the deflection unit. For example, a protective gas can be provided in the first area that prevents oxidation of the optical transmitter and a negative pressure can be generated in the second area so that a mechanical deflection unit can be operated with the lowest possible friction losses.
In einer weiteren Ausführungsform kann der erste Bereich mit einem für die Lichtstrahlen optisch transparenten Material gefüllt sein, das einen Brechungsindex aufweist, der kleiner als der Brechungsindex des zumindest einen optischen Senders an einem Übergang von einem lichtemittierenden Bereich der optischen Senders zum ersten Bereich und größer als der Brechungsindex des optisch transparenten Bereichs des Trennmittels an einem Übergang zum ersten Bereich ist. Mit einem solchen optische transparenten Material kann sowohl die Auskopplung der erzeugten Lichtstrahlen aus dem optischen Sender als auch das Einkoppeln der Lichtstrahlen in den optischen transparenten Abschnitt des Trennmittels verbessert werden. Somit können optische Verluste reduziert werden. Als geeignetes optisch transparentes Material kann beispielsweise eine Immersionsflüssigkeit, insbesondere ein Immersionsöl, oder ein optisches Gel verwendet werden.In a further embodiment, the first area can be filled with a material that is optically transparent for the light beams and that has a refractive index that is smaller than the refractive index of the at least one optical transmitter at a transition from a light-emitting area of the optical transmitter to the first area and greater than is the refractive index of the optically transparent region of the separating agent at a transition to the first region. With such an optically transparent material, both the decoupling of the light beams generated from the optical transmitter and the coupling of the light beams into the optically transparent section of the separating means can be improved. Optical losses can thus be reduced. An immersion liquid, in particular an immersion oil, or an optical gel, for example, can be used as a suitable optically transparent material.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Sendeeinheit zumindest einer Sendeoptik umfassen, um eine Strahlform der vom optischen Sender ausgesendeten Lichtstrahlen zu modellieren, wobei die Sendeoptik ebenfalls innerhalb der Kapselung angeordnet ist. Modellieren im Sinne der Erfindung bedeutet, dass insbesondere ein Querschnitt der erzeugten Richtung durch die Sendeoptik die beeinflusst bzw. angepasst wird. Beispielsweise kann die Sendeoptik eine oder mehrere Linsen umfassen, die die Lichtstrahlen parallelisiert, also insbesondere einer Divergenz der Lichtstrahlen entgegenwirken. Weiterhin kann die Sendeoptik derart ausgestaltet sein, dass die erzeugten Lichtstrahlen in einer Raumrichtung, beispielsweise in eine vertikale Raumrichtung, aufgeweitet werden, sodass die Lichtstrahlen keinen kreisförmigen, sondern einen balkenförmigen Querschnitt aufweisen.In a further embodiment, the transmission unit can comprise at least one transmission optics in order to model a beam shape of the light beams emitted by the optical transmitter, the transmission optics also being arranged within the encapsulation. Modeling in the sense of the invention means that in particular a cross-section of the direction generated is influenced or adapted by the transmission optics. For example, the transmission optics can comprise one or more lenses which parallelize the light beams, that is to say in particular counteract a divergence of the light beams. Furthermore, the transmission optics can be designed in such a way that the generated light beams are widened in one spatial direction, for example in a vertical spatial direction, so that the light beams do not have a circular, but a bar-shaped cross-section.
Die Sendeoptik kann beispielsweise mittels einer Einfassung in der Abschirmung befestigt werden. Die Einfassung kann in dieser Ausgestaltung das Trennmittel für den ersten und den zweiten Bereich bilden. Der optisch transparente Bereich des Trennmittels kann durch die Sendeoptik ausbilden werden. Wird eine Sendeoptik mit einer Einfassung als Trennmittel verwendet, kann die Anzahl an benötigen Bauteilen reduziert werden.The transmission optics can, for example, be fastened in the shielding by means of an enclosure. In this embodiment, the enclosure can form the separating means for the first and second areas. The optically transparent area of the release agent can be formed by the transmission optics. If transmission optics with a frame are used as a separating means, the number of components required can be reduced.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Kapselung ein Sendefenster aufweisen, das aus einem Polymer oder Glas besteht und durch das ausgelenkte Lichtstrahlen aus der Sendeeinheit austreten können.In a further embodiment, the encapsulation can have a transmission window that consists of a polymer or glass and through which the deflected light beams can exit from the transmitter unit.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Innenseite der Kapselung zumindest abschnittsweise mit einer Anti-Reflektionsbeschichtung beschichtet sein. Eine Anti-Reflektionsbeschichtung bietet den Vorteil, dass eventuell entstehende Streustrahlung innerhalb der Kapselung durch die Anti-Reflektionsbeschichtung absorbiert werden kann. Somit wird vermieden, dass Lichtstrahlen durch Mehrfachreflektionen an den Innenseitenflächen der Kapselung und/oder an den in dem Innenraum der Kapselung angeordneten Bauelementen in einer ungewollten Raumrichtung aus der Sendeeinheit austreten. Dies erhöht zudem die Augensicherheit der Sendeeinheit.In a further embodiment, the inside of the encapsulation can be coated at least in sections with an anti-reflection coating. An anti-reflection coating offers the advantage that any scattered radiation that may arise within the encapsulation can be absorbed by the anti-reflection coating. This prevents light rays from emerging from the transmission unit in an undesired spatial direction as a result of multiple reflections on the inner side surfaces of the encapsulation and / or on the components arranged in the interior of the encapsulation. This also increases the eye safety of the transmitter unit.
In einer Ausführungsform kann zumindest eine Platine, insbesondere eine Keramikplatine, auf der zumindest der zumindest eine optische Sender angeordnet ist, zumindest einen ersten Abschnitt der Kapselung bilden. Dies bietet den Vorteil, dass der Aufbau der Kapselung vereinfacht werden kann, indem eine Platine, auf der beispielsweise der zumindest eine optische Sender und die Auslenkeinheit auf einer Platine aufgebracht und relativ zueinander justiert werden, eine Seite der Kapselung bildet. Die Kapselung kann dann durch Aufbringen der übrigen Kapselungsstruktur, die beispielsweise als Halbzylinder oder als Quader ausgebildet sein kann, verschlossen werden. Zum hermetischen Verschließen kann die Kapselungsstruktur mit der Platine beispielsweise verklebt, verlötet oder veschweißt werden.In one embodiment, at least one board, in particular a ceramic board, on which at least the at least one optical transmitter is arranged, can form at least a first section of the encapsulation. This offers the advantage that the structure of the encapsulation can be simplified in that a circuit board, on which, for example, the at least one optical transmitter and the deflection unit are applied on a circuit board and adjusted relative to one another, forms one side of the encapsulation. The encapsulation can then be closed by applying the rest of the encapsulation structure, which can be designed, for example, as a half cylinder or as a cuboid. For hermetic sealing, the encapsulation structure can be glued, soldered or welded to the circuit board, for example.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Kapselung eine Zylinderform aufweisen, deren Grundfläche durch die Platine gebildet wird. Hierbei kann der zumindest eine optische Sender auf die Platine aufgebracht werden. Die Auslenkeinheit kann mittels eines Halteelementes innerhalb der zylinderförmigen Kapselung befestigt werden.In a further embodiment, the encapsulation can have a cylindrical shape, the base area of which is formed by the circuit board. Here, the at least one optical transmitter can be applied to the circuit board. The deflection unit can be fastened within the cylindrical casing by means of a holding element.
Das Verwenden einer Platine als eine Seitenfläche der Kapselung bietet insbesondere den Vorteil, dass keine Öffnungen in der Kapselung vorgesehen werden müssen für eine elektrische Kontaktierung der elektrischen Komponenten im Innenraum der Kapselung. Stattdessen kann die Kontaktierung mittels der in der Platine integrierten elektrischen Kontakte realisiert werden. Somit wird die hermetische Abschirmung der Kapselung verbessert.The use of a circuit board as a side surface of the encapsulation offers the particular advantage that no openings have to be provided in the encapsulation for electrical contacting of the electrical components in the interior of the encapsulation. Instead, the contact can be made using the electrical contacts integrated in the board. The hermetic shielding of the encapsulation is thus improved.
Die Aufgabe wird ferner durch eine erfindungsgemäße optische Detektionsvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen optischen Sendeeinheit gelöst.The object is also achieved by an optical detection device according to the invention with an optical transmission unit according to the invention.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Detektionsvorrichtung ein Austrittsfenster aufweisen, welches bei eingebauter Sendeeinheit durch das Sendefenster der Sendeeinheit verschlossen ist. Mit anderen Worten kann im Gehäuse der Detektionsvorrichtung eine Aussparung vorgesehen sein, die nach dem Einbau der optischen Sendeeinheit durch das Sendefenster der Sendeeinheit verschlossen wird. Somit kann das Sendefenster der optischen Sendeeinheit das Austrittsfenster der Detektionsvorrichtung bilden. Die Aussparung im Gehäuse der Detektionsvorrichtung kann bei dieser Ausführungsform an eine Kontur des Sendefensters angepasst sein. Nach dem Einbau der Sendeeinheit kann das Sendefenster der optischen Sendeeinheit mit dem Gehäuse verbunden werden, beispielsweise durch verkleben oder verschweißen. Der Vorteil beim Verwenden des Sendefensters der optischen Sendeeinheit als Austrittsfenster der optischen Detektionsvorrichtung ist der Entfall eines separaten Austrittsfensters der optischen Detektionsvorrichtung. Somit kann auf ein Bauelement der Detektionsvorrichtung eingespart werden. Zudem bildet ein zusätzliches Austrittfenster der optischen Detektionsvorrichtung zwei weitere Grenzflächen für die abgelenkten Lichtstrahlen. Durch den Entfall dieser zwei weiteren Grenzflächen kann die Strahlqualität erhöht werden.In a further embodiment, the detection device can have an exit window which, when the transmitter unit is installed, is closed by the transmitter window of the transmitter unit. In other words, a cutout can be provided in the housing of the detection device, which after the installation of the optical transmission unit is closed by the transmission window of the transmission unit. The transmission window of the optical transmission unit can thus form the exit window of the detection device. In this embodiment, the recess in the housing of the detection device can be adapted to a contour of the transmission window. After the transmission unit has been installed, the transmission window of the optical transmission unit can be connected to the housing, for example by gluing or welding. The advantage of using the transmission window of the optical transmission unit as the exit window of the optical detection device is the omission of a separate exit window of the optical detection device. It is thus possible to save on one component of the detection device. In addition, an additional exit window of the optical detection device forms two further interfaces for the deflected light beams. By eliminating these two additional interfaces, the beam quality can be increased.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Detektionsvorrichtung zusätzlich eine Empfangseinheit aufweisen, die ebenfalls in der Kapselung angeordnet ist. Eine solche Empfangseinheit kann beispielsweise zumindest einen optischen Empfänger und optional zumindest eine Empfangsoptik umfassen. Die Empfangseinheit kann beispielsweise im zweiten Bereich des Innenraums der Kapselung angeordnet sein.In a further embodiment, the detection device can additionally have a receiving unit, which is also arranged in the encapsulation. Such a receiving unit can for example comprise at least one optical receiver and optionally at least one receiving optics. The receiving unit can be arranged, for example, in the second area of the interior of the encapsulation.
Die Aufgabe wird ferner durch ein Kraftfahrzeug mir einer erfindungsgemäßen optischen Detektionsvorrichtung gelöst.The object is also achieved by a motor vehicle with an optical detection device according to the invention.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen schematisch:
-
1 ein Kraftfahrzeug in der Vorderansicht, welches ein Fahrerassistenzsystem mit einer optischen Detektionsvorrichtung aufweist; -
2 ein Funktionsschaubild des Kraftfahrzeugs mit dem Fahrerassistenzsystem aus der1 ; -
3 eine perspektivische Darstellung einer Sendeeinheit der optischen Detektionsvorrichtung des Kraftfahrzeugs aus den1 und2 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; -
4 eine perspektivische Darstellung einer Sendeeinheit der optischen Detektionsvorrichtung des Kraftfahrzeugs aus den1 und2 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; -
5 eine perspektivische Darstellung einer Sendeeinheit der optischen Detektionsvorrichtung des Kraftfahrzeugs aus den1 und2 gemäß einer dritten Ausführungsform;
-
1 a motor vehicle in the front view, which has a driver assistance system with an optical detection device; -
2 a functional diagram of the motor vehicle with the driver assistance system from1 ; -
3 a perspective view of a transmission unit of the optical Detection device of the motor vehicle from the1 and2 according to a first embodiment of the invention; -
4th a perspective view of a transmission unit of the optical detection device of the motor vehicle from FIG1 and2 according to a second embodiment of the invention; -
5 a perspective view of a transmission unit of the optical detection device of the motor vehicle from FIG1 and2 according to a third embodiment;
In der
In der
Die optische Detektionsvorrichtung
Die Empfangseinheit
Mit der Lichtquelle
Zur Abstandsbestimmung wird das sogenannte Lichtlaufzeitprinzip angewandt. Dies bedeutet, dass die Zeitdifferenz zwischen Aussenden der erzeugten Lichtstrahlen
Das Kraftfahrzeug
In der
Im von der Kapselung
Die von der Lichtquelle
Durch die hermetische Kapselung
In der
Das Trennmittel
Die Sendeoptik ist derart ausgestaltet, dass die erzeugten Lichtstrahlen
Das Trennmittel
Durch das Immersionöl wird sowohl die Auskoppeleffizienz der erzeugten Lichtstrahlen
Ein Atmosphärendruck von kleiner als 1 hPa im zweiten Bereich erhöht wie in der vorherigen Ausführungsform beschrieben das Sichtfeld der optischen Detektionsvorrichtung
In
Ein in
Der Strahlteiler
Durch das Einbringen der optischen Bauelemente für das Empfangen von an einem Objekt
Die Bauelemente für das Empfangen von an einem Objekt
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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