DE602005004156T2

DE602005004156T2 - Optischer Multifunktionssensor für Fahrassistenzsysteme in Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE602005004156T2
Application number: DE602005004156T
Authority: DE
Inventors: Nereo Pallaro
Original assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Current assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Priority date: 2005-10-21
Filing date: 2005-10-21
Publication date: 2008-12-18
Anticipated expiration: 2025-10-22
Also published as: CN1953191A; EP1777943A1; DE602005004156D1; US20070090311A1; ATE383031T1; EP1777943B1; CN100533748C; US7365303B2; JP2007114193A; JP3163889U; JP4602303B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine optische Sensorvorrichtung, die an Bord eines Motorfahrzeugs installiert werden kann und die als eine Hilfe verwendet werden kann, um sich an Bord des Motorfahrzeugs befindliche Systeme anzusteuern und/oder für deren automatische Aktivierung.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine optische Sensorvorrichtung des Typs, der aufweist:

– einen optischen Sensor in der Form eines CCD oder CMOS-Felds, das einen sensitiven Bereich besitzt, in dem eine Anzahl von Teilbereichen definiert ist, wobei jeder davon für eine spezifische, optische Funktion entsprechend einer Überwachung der Szene vor dem Motorfahrzeug und/oder einer Erfassung von Umgebungsparametern ausgelegt ist; und
– eine Vielzahl von optischen Systemen mit unterschiedlichen Richtungen der optischen Achse und/oder der Sichtfelder, die so ausgelegt sind, optische Signale zu jeweiligen Teilbereichen des sensitiven Bereichs des Felds zu schicken, zu dem Zweck, die vorstehend angegebenen Funktionen durchzuführen, wobei zumindest einige der Teilbereiche durch unterschiedliche und separate Abschnitte des sensitiven Bereichs des Felds, dem unterschiedliche optische Funktionen zugeordnet sind, definiert sind, und wobei die unterschiedlichen und separaten Abschnitte des sensitiven Bereichs des Felds zumindest umfassen:
– einen ersten Abschnitt des oberen Teils des sensitiven Bereichs, der einen ersten Teilbereich definiert, um Nebel vor dem Motorfahrzeug zu erfassen;
– einen zweiten und unterschiedlichen Abschnitt des sensitiven Bereichs, der einen zweiten Teilbereich definiert, um einen Zustand eines Zwielichts zu erfassen;
– einen unteren Abschnitt des sensitiven Bereichs, der einen dritten Teilbereich, getrennt von dem ersten und dem zweiten Teilbereich, definiert, um die Szene vor dem Motorfahrzeug zu erfassen;
– einen weiteren Abschnitt des oberen Teils des sensitiven Bereichs, der einen vierten Teilbereich, unterschiedlich zu und getrennt von dem ersten, dem zweiten und dem dritten Teilbereich, definiert, um das Vorhandensein von Regentropfen oder von Sprühnebel auf der Windschutzscheibe oder auf der hinteren Scheibe des Motorfahrzeugs zu erfassen;
– ein erstes optisches System, um optische Signale auf dem ersten Teilbereich zum Erfassen von Nebel weiterzuleiten, einschließlich eines Lichtemitters, um Licht in der Richtung des Raums vor dem Motorfahrzeug abzugeben, einen Empfänger, um Licht, das durch den Nebel, der möglicherweise vor dem Motorfahrzeug vorhanden ist, gestreut ist, aufzunehmen, und optische Einrichtungen, um das Licht, das nur auf dem ersten Teilbereich des sensitiven Bereichs des Felds empfangen ist, weiterzuleiten; und
– ein zweites optisches System, ein drittes optisches System und ein viertes optisches System, die vorgesehen sind, um optische Signale auf den zweiten, den dritten und den vierten Teilbereich des sensitiven Bereichs des Felds zu richten, jeweils zum Erfassen eines Zwielicht-Zustands, um die Szene vor dem Motorfahrzeug zu überwachen, mit besonderer Referenz auf einen Zustand, in dem das Fahrzeug ein anderes Fahrzeug kreuzt, das in der entgegengesetzten Richtung ankommt, oder einen Zustand, bei dem durch einen Tunnel gefahren wird, und zum Erfassen von Regentropfen oder Sprühnebel auf der Scheibe des Motorfahrzeugs.

Eine Sensorvorrichtung, die alle vorstehend angegebenen Charakteristiken besitzt, stellt den Gegenstand der europäischen Patentanmeldung Nr. EP 1 418 089 A2 , angemeldet im Namen des vorliegenden Anmelders, dar.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Vorrichtung, die zuvor vorgeschlagen wurde, weiter zu verbessern, insbesondere für den Zweck von:

– Erhöhen des Niveaus einer „Integration", d. h. dass, unter Vorgabe desselben, sensitiven Bereichs des Felds, eine größere Zahl von integrierten Funktionen, oder unter Vorgabe derselben Funktion, eine Verringerung des sensitiven Bereichs und demzufolge des Felds ermöglicht wird;
– Verringern der Dimensionen des optischen Systems und demzufolge der Gesamtdimensionen der Sensorvorrichtung;
– besseres Kontrollieren der Position und der Orientierung der optischen Elemente in Bezug zueinander und in Bezug auf den sensitiven Bereich des Felds;
– besseres Kontrollieren der Trennung zwischen Teilbereichen des sensitiven Bereichs des Felds; und
– Vereinfachen des Verfahrens einer Herstellung und einer Montage der Sensorvorrichtung.

Im Hinblick darauf, die vorstehenden und weitere Aufgaben zu lösen, ist der Gegenstand der vorliegenden Erfindung eine Sensorvorrichtung, die die Charakteristika besitzt, wie sie in dem beigefügten Anspruch 1 spezifiziert sind.
Weitere bevorzugte und vorteilhafte Charakteristika der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, die nur anhand eines nicht einschränkenden Beispiels angegeben werden, in denen:
1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Beispiels einer Ausführungsform der Sensorvorrichtung gemäß der Erfindung, zusammen mit dem entsprechenden Tragesystem;
2 umfasst drei perspektivische Ansichten eines Haltebehälters der Sensorvorrichtung, die in dem Beispiel der Ausführungsform der 1 verwendet ist;
3 und 4 zeigen zwei perspektivische Ansichten eines Details des Halters, der in 1 dargestellt ist;
5 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht der Hauptteile der Sensorvorrichtung gemäß der Erfindung;
6 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht, die das Arbeitsprinzip des optischen Systems mit einer Abgabe und einem Empfang von zurück gestreuter Strahlung, die zum Erfassen von Nebel, oder allgemein der Sicht in der Umgebung um das Fahrzeug herum, verwendet wird;
7 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht des optischen Systems, das durch den Pfeil VII in 5 angegeben ist;
8 zeigt eine schematische Ansicht des optischen Systems, das durch den Pfeil VIII in 5 angegeben ist;
9 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht des optischen Systems, das durch den Pfeil IX in 5 angegeben ist;
10 zeigt eine schematische Ansicht des optischen Systems, das durch den Pfeil X in 5 angegeben ist; und
11 zeigt eine schematische Vorderansicht des sensitiven Bereichs des Felds der optischen Sensoren, das in der Vorrichtung gemäß der Erfindung verwendet ist, die eine bevorzugte Unterteilung des sensitiven Felds in Teilbereiche, die spezifischen Funktionen zugeordnet sind, darstellt.
1 stellt ein Beispiel einer Ausführungsform der Sensorvorrichtung gemäß der Erfindung dar, die so ausgelegt ist, dass sie benachbart zu der Innenfläche der Windschutzscheibe eines Motorfahrzeugs angeordnet werden kann, um ein optisches Überwachen der Szene vor dem Fahrzeug zu ermöglichen. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann allerdings auch in anderen Bereichen des Motorfahrzeugs installiert werden, zum Beispiel benachbart zu der Innenfläche des hinteren Fensters, um eine Überwachung der Szene hinter dem Fahrzeug zu ermöglichen. In dem Fall des Beispiels, das dargestellt ist, umfasst die Sensorvorrichtung, die insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist, eine Tragestruktur 2, die durch den gewöhnlichen Träger des inneren Rückspiegels des Motorfahrzeugs, entsprechend modifiziert, gebildet ist. Der Träger 2 besitzt eine obere Fläche 2a, die so ausgelegt ist, um an der Innenfläche der Windschutzscheibe anzukleben, und besitzt ein Gehäuse, das einen Hohlraum 3 besitzt, der zu der Vorderseite hin, d. h. in der Fahrtrichtung des Motorfahrzeugs, offen ist, was durch den Pfeil A in 1 angezeigt ist (siehe auch die 3 und 4). Der vorstehend angegebene Hohlraum ist so ausgelegt, um die Beleuchtungsvorrichtungen irgendeines bekannten Typs (nicht dargestellt) aufzunehmen, die so ausgelegt sind, um die Fläche der Windschutzscheibe zu beleuchten, um eine Erfassung des Vorhandenseins von Regentropfen oder von Sprühnebel auf der Windschutzscheibe durch einen optischen Empfänger für die reflektierte Lichtstrahlung zu ermöglichen, wie dies im Detail nachfolgend dargestellt wird.
Der Hohlraum 3 wird auch durch ein Flachkabel für eine elektrische Verbindung des optischen Sensors, vorgesehen an der Sensoreinheit 4, verbunden in einer abnehmbaren Art und Weise an Befestigungsarmen 5, die von der Vorderseite von dem unteren Ende des Gehäuses 2 aus vorstehen (siehe auch 3), durchquert. Das Gehäuse des Trägers 2 besitzt auch einen Durchgang 2b in einer Position entsprechend seinem bodenseitigen Ende, das nach vorne heraus führt, und einen Durchgang 2c (4) an seinem oberen Ende, das nach hinten heraus führt. Die Durchgänge 2b, 2c ermöglichen einen Auslass des Flachkabels, das das Gehäuse 2 durchquert, jeweils in der Richtung der Sensoreinheit 4 und der elektrischen Schaltung innerhalb des Motorfahrzeugs. Wie wiederum die 1, 3 und 4 zeigen, ist der Hohlraum 3 seitlich durch Wände begrenzt, die Schlitze 2d haben, um die Beleuchtungsvorrichtungen, die innerhalb des Hohlraums 3 vorgesehen sind, zu belüften. Schließlich zeigt die 4 einen Ansatz 2e, der an der Rückseite von dem bodenseitigen Ende des Trägers 2 aus vorsteht, der so ausgelegt ist, um ein Befestigen an dem inneren Rückspiegel des Motorfahrzeugs, entsprechend einer Technik, die für sich selbst bekannt ist, zu ermöglichen.
Wie die 2 zeigt, besitzt, in dem Fall des spezifischen Beispiels, das dargestellt ist, die Sensoreinheit 4 eine Hilfstragestruktur, die insgesamt mit 6 in den 2A, B, C bezeichnet ist. Die Hilfstragestruktur 6 weist eine hintere Platte 7, die mit einem Ansatz 2a für eine Verbindung mit der Befestigung 5 des Trägers 2 versehen ist, ebenso wie einen Auslass 7b für einen Durchgang des Flachkabels, das durch den Träger 2 geführt ist, auf.
Die hintere Platte 7 besitzt, an deren vorderer Fläche, ein Paar paralleler, vertikaler Schienen 7c, die unter einem Abstand voneinander eingestellt sind (2A), auf denen ein Paar Träger 8, 9, an denen gleitbar, zwischen einer Position, wo sie sich unter einem Abstand voneinander befinden (2A), und einer Position, wo sie nahe zueinander liegen (2B), ein Paar Träger 8, 9 befestigt ist, die so ausgelegt sind, um dazwischen ein Sensormodul 10 zu ergreifen. 1 stellt das Sensormodul in dem Zustand dar, in dem es zwischen den zwei Trägern 8, 9, eingestellt längsseits zueinander, befestigt ist. 5 stellt eine perspektivische Explosionsansicht des Sensormoduls 10 dar.
Das Sensormodul 10 besitzt, wie 5 zeigt, eine hintere Platte, die durch eine gedruckte Schaltungsplatte (PCB) 11 gebildet ist, die an der Rückseite mit Verbindern 12 für eine Verbindung mit einem oder mehreren Flachverbinder(n) versehen ist, und trägt an der Vorderseite einen optischen Sensor 13, der durch ein Feld optischer Sensoren des CCD- oder CMOS-Typs gebildet ist.
11 der beigefügten Seite der Zeichnungen zeigt eine schematische Darstellung des sensitiven Bereichs des Sensorfelds 13 und zeigt, wie der Bereich in Teilbereiche aufgeteilt ist, die unterschiedlichen, spezifischen Funktionen zugeordnet sind. Tatsächlich ist, wie im Detail nachfolgend beschrieben werden wird, die Sensorvorrichtung mit einer Vielzahl optischer Systeme versehen, wobei jedes davon so ausgelegt ist, um eine spezifische, optische Funktion unter einer Reihe von möglichen Funktionen durchzuführen, wie beispielsweise Überwachung der Szene vor dem Fahrzeug, insbesondere in Bezug auf ein Kreuzen eines anderen, entgegenkommenden Fahrzeugs, oder Durchfahren eines Tunnels, oder der Erfassung eines Zwielicht-Zustands, oder der Erfassung des Vorhandenseins von Regentropfen oder Sprühnebel auf der Windschutzscheibe, oder der Erfassung von Nebel vor dem Motorfahrzeug, usw.. Jedes der optischen Systeme ist zuvor, wie gesehen werden wird, in einer solchen Art und Weise angeordnet, um die optischen Signale an einem Eingang dazu in einem spezifischen Einen der vorstehend angegebenen Teilbereiche aufzunehmen, um so dem System zu ermöglichen, gleichzeitig alle vorstehend angegebenen, spezifischen Funktionen auszuführen. Auf diese Art und Weise ist das System in der Lage, eine nützliche Hilfe für den Fahrer beim Fahren des Motorfahrzeugs zu sein und/oder um automatisch eines oder mehrere der sich an Bord befindlichen Systeme des Motorfahrzeugs, entsprechend den Umgebungsbedingungen, die erfasst sind, zu aktivieren.
Ein Abschnitt des oberen Teils des sensitiven Bereichs des Felds 13, benachbart zu dem oberen, rechten Scheitelpunkt (aus Sicht des Beispiels, das in 11 dargestellt ist) des Bereichs, ist, wie in 11 gesehen werden kann, dazu zugeordnet, Nebel über eine aktive Technik, d. h. über die Erfassung der Lichtstrahlung, die durch den Nebel gestreut ist, auf die Beleuchtung durch eine Lichtabgabeeinrichtung, die für diesen Zweck zugeordnet ist, gestreut ist, zu erfassen.
In dem Fall des Beispiels, das dargestellt ist, ist der Lichtemitter, der eine Erfassung des Nebels mittels einer aktiven Technik ermöglicht, durch eine LED-Quelle 14 (1) gebildet, die in einem Sitz 15 (2) aufgenommen ist, der auf der vorderen Fläche des Trägers 8 gebildet ist.
6 zeigt eine schematische Darstellung der Sensorvorrichtung 1 in der Position einer Installation auf der Innenfläche einer Windschutzscheibe W und stellt den Kegel 14a einer Lichtabgabe der LED 14 dar. Dieselbe Figur zeigt auch den Kegel 16a, der das Lichtfeld des Empfängers für die Lichtstrahlung, die durch irgendwelchen Nebel gestreut ist, der vor dem Motorfahrzeug vorhanden sein kann, bildet, wobei der Empfänger eine Linse 16 (5) aufweist, die so ausgelegt ist, um in einem Sitz 16b eines Plattenträgers 17, der an der Platte 11 angeschraubt ist, mit der Zwischenfügung eines Rahmens 18, über Schrauben, die in Löcher 17a, 18a und 11a eingreifen, die jeweils in den Trägern 17, 18 oder 11 gebildet sind, befestigt zu werden.
Die LED 14, die als ein Emitter zum Erfassen von Nebel arbeitet, ist eine LED in dem nahen Infrarotbereich. Die Linse 16 ist vorzugsweise eine plan-konvexe Konvergenzlinse, der ein Bandpassfilter 19 (siehe 9) zugeordnet ist. Die Linse 16 ist, wie gesehen werden kann, mit deren optischer Achse nicht orthogonal zu der Windschutzscheibe W (6) orientiert, insoweit, als dies Anlass zu Problemen in Bezug auf eine Reflexion durch die Scheibe geben könnte, die intensiver als das atmosphärische, zurück gestreute Signal sein könnte. Demzufolge ist eine Orientierung der optischen Achse der Linse 16, die nicht orthogonal zu der Windschutzscheibe liegt, ausgewählt worden (6). Weiterhin sind die LED 14 und die Linse 16 in einer solchen Art und Weise orientiert, dass das Sichtfeld des Empfängers auf dem Strahl überlegt ist, der die LED in einem Punkt verlässt, der über die Windschutzscheibe W hinaus liegt (6).
Austrittsseitig des optischen Filters 16 sind, wie wiederum 9 zeigt, in Reihe zwei Diaphragmen 20, 21 vorgesehen, die die Apertur des Strahls begrenzen, der das Feld 13 erreicht.
In dem Fall des Beispiels, das dargestellt ist, besitzt, wie wiederum 11 zeigt, der sensitive Bereich des Sensorfelds 13 einen zweiten Teilbereich benachbart zu dem bodenseitigen, linken Scheitelpunkt des sensitiven Bereichs, der dazu vorgesehen ist, einen Zwielicht-Zustand zu erfassen. Auf den Teilbereich werden Lichtsignale, die von einem optischen System ankommen, das eine optische Faser umfasst (5), die ein Ende 22a besitzt, das nach oben und nach rechts in Bezug auf die Fahrtrichtung des Fahrzeugs orientiert ist, geleitet. Die Orientierung leitet sich von einem Kompromiss zwischen dem Erfordernis, den Sensor nach oben zu orientieren, und den Einschränkungen des Raums, der sich von dem Vorhandensein der anderen optischen Systeme ableitet, und dem Erfordernis, so viel wie möglich der gesamten Abmessung des Sensors aufzunehmen, ab.
Das hintere Ende 22b der optischen Faser gibt einen divergenten, kegelförmigen Strahl ab, der so gestaltet ist, um auf dem Feld 13 über eine bikonvexe Linse 23 zu konvergieren (siehe auch 10).
Der sensitive Bereich des Felds 13 besitzt, wie wiederum 11 zeigt, in dem Fall des Beispiels, das dargestellt ist, einen dritten Teilbereich angrenzend an den bodenseitigen, rechten Scheitelpunkt des sensitiven Bereichs (gesehen aus Richtung der 11), der dazu zugeordnet ist, die Szene vor dem Fahrzeug zu überwachen, insbesondere in Bezug auf die Erfassung eines Kreuzens eines anderen Fahrzeugs, das in der entgegengesetzten Richtung fährt, und der Erfassung von Nebel über die passive Technik (d. h. Verwerten nur der Strahlung, die durch die Szene abgegeben wird, und nicht durch die Diffusion von Licht, das durch einen Emitter abgegeben wird). Innerhalb des Teilbereichs ist weiterhin ein Teilbereich enthalten, der dazu zugeordnet ist, einen Zustand beim Fahren durch einen Tunnel zu erfassen. Diese Funktionen werden durch Einrichtungen eines optischen Systems 24, das schematisch und unter einem vergrößerten Maßstab in 7 dargestellt ist, durchgeführt, das die optischen Signale, die davon ankommen, zu dem vorste hend angegebenen Teilbereich hin richtet. Das optische System 24 weist ein Paar Linsen 25, 26 auf, von denen eine ausgangsseitig von der anderen angeordnet ist, mit einer optischen Achse, die in der Fahrtrichtung des Fahrzeugs orientiert ist. Die optische Isolation der Funktion ist mit einem rechtwinkligen Feldanschlag 27 mit Dimensionen nahe zu solchen der Bildebene erreicht worden. Zwischen den zwei Linsen 25 und 26 ist ein Diaphragma 28 eingestellt; um genauer zu sein ist das Diaphragma 28 in dem Bereich eingestellt, in dem die Strahlen, die die Linse 25 verlassen, unter unterschiedlichen Winkeln ankommen, und in der Praxis wird dies dadurch erreicht, dass eine kleine, kreisförmige Öffnung 290 (5) in dem Träger 17 gebildet wird. Auch ist der Feldanschlag vorzugsweise durch eine rechtwinklige Öffnung gebildet, die in dem hinteren Teil des Trägers 17 gebildet ist.
Der sensitive Bereich des Felds 13 besitzt schließlich, wie wiederum 11 zeigt, einen Teilbereich, benachbart zu dem oberen, linken Scheitelpunkt (aus Sicht der 11), der dazu zugeordnet ist, das Vorhandensein von Regentropfen oder Sprühnebel auf der Windschutzscheibe, unter Verwendung einer aktiven Technik, zu erfassen, d. h. Verwerten der Reflexion der Lichtstrahlung, die von Emittern ankommt, die in dem Hohlraum 3 des Trägers 2 vorgesehen sind (1, 3, 4). Die Lichtstrahlung, die durch die vorstehend angegebenen Emitter abgegeben ist und durch Regentropfen oder Sprühnebel auf der Windschutzscheibe reflektiert ist, wird durch ein optisches System 29 (5) empfangen, das in einem vergrößerten Maßstab in 8 dargestellt ist. Das optische System 29 weist ein optisches NIR-Filter 30, eine erste Linse 31, eine zweite Linse 32, ein Prisma 33 und eine dritte Linse 34, wobei eine ausgangsseitig der anderen eingesetzt ist, auf. Das optische System 29 fokussiert einen Teil der Windschutzscheibe W. Aus diesem Grund liegt die optische Achse des Endes des Systems, das zu der Windschutzscheibe hinweist, orthogonal zu der Windschutzscheibe, während die optische Achse des Endes des Systems, das zu dem Sensor 13 hinweist, orthogonal zu dem Sensorfeld liegt. Die Abweichung (zum Beispiel in dem Bereich von 60°) wird mit dem Prisma 33 erhalten, das unter Totalreflexion arbeitet, oder alternativ mit einem Spiegel. In dem Fall der Totalreflexion ist das Reflexionsvermögen maximal für beide Polarisationszustände in Bezug auf die Einfallsebene, während, in Bezug auf die Lösung mit einem Metallspiegel, das Reflexionsvermögen bei 60° zu der Normalen nicht maximal ist (ungefähr 0,9 für Aluminium) und kleiner in einer Polarisation parallel zu der Einfallsebene (0,86) als diejenige in einer orthogonalen Polarisation (0,95) ist. Das optische System 29 bildet die geometrischen Hauptbeschränkungen für die Vorrichtung. Der Abstand von der Windschutzscheibe und der Zustand eines Abwischens der Oberfläche, die überwacht wird, bestimmen tatsächlich die Position der Sensorvorrichtung 1 in dem Fahrzeug. Für die Regen-Funktion beleuchtet ein System, das durch eine LED in dem nahen Infrarotbereich und eine plan-konvexe, den Strahl formende Linse gebildet ist, den gesamten Bereich, der betroffen ist. Für die Sprühnebel-Funktion erzeugt eine einzelne Infrarot-LED mit kleiner Divergenz einen Strahlungsfleck, der ausreichend klein ist, um sicher das Vorhandensein von Sprühnebel auf der Bildebene zu diskriminieren und demzufolge eine Sprühnebelbildung auf der Innenseite der Windschutzscheibe von einer Sprühnebelbildung auf der Außenseite zu unterscheiden. Beide Beleuchtungsvorrichtungen (nicht dargestellt) sind in dem Hohlraum 3 des Trägers 2 integriert und sind auf den überwachten Bereich der Windschutzscheibe gerichtet.
Das optische System 24 für die Überwachung auf der Vorderseite und das optische System 16 für die Erfassung von Nebel, die hintere Linse 34 des optischen Systems für die Erfassung von Regen und die Linse 23 zum Fokussieren der optischen Faser zum Erfassen des Zwielicht-Zustands sind, wie in 5 gesehen werden kann, in dem Träger 17 integriert, der z. B. aus einem anodisierten Metallmaterial gebildet ist. Die verbleibenden Optiken sind in einem Hilfsträger 35 eingesetzt, der auch mit Befestigungslöchern 35a versehen ist, um an dem Träger 17, dem Rahmen 18 und der Platte 11 befestigt zu werden. Der Träger 35 umfasst ein Gehäuse 35b für das optische System 29. Abstandsteile sind so vorgesehen, um zwischen der Platte 11 und dem Träger 17, um ein Fokussieren zu erreichen, ungeachtet der Herstellungstoleranzen des Sensors 13, angebracht zu werden.
Entsprechend einer Varianten kann das optische System 24 zum Erfassen eines Kreuzens eines entgegenkommenden Fahrzeugs durch einen optischen Mikro-Zoom gebildet werden, um die Anzahl von Funktionen der vorderen Überwachung zu erhöhen, die mit ein und derselben Optik durchgeführt werden kann. Auf diese Art und Weise ist es möglich, in Folge (sequenzielle Betriebsweise) Funktionen durchzuführen, die durch deren eigenen, spezifischen Gesichtsfelder und Bereiche charakterisiert sind.
Der Sensor 13 kann ein CCD- oder CMOS-Typ sein, und zwar mit einer unterschiedlichen Auflösung entsprechend der Anzahl und dem Typ der integrierten Funktionen, ob nun monochromatisch oder farbig. Das Sensorfeld kann möglicherweise Vorverarbeitungsfunktionen auf dem Pixel- oder Chip-Niveau integrieren.
Entsprechend einer bevorzugten Charakteristik besitzt der CMOS-Sensor ein logarithmisches Ansprechverhalten, um so eine quasi-lineare Kurve der Sicht (ausgedrückt in Metern) als eine Funktion der Lichtintensität des Pixels und demzufolge eine größere Auflösung für Niveaus einer Sicht höher als 100 Metern zu erzielen.
Entsprechend einer weiteren, bevorzugten Charakteristik ist der Farb-CMOS-Sensor in der Lage, die Robustheit des Algorithmus einer Abschätzung der Sicht zu verbessern. Die RGB-Pegel in dem Fall von Nebel gehen in die Sättigung hinein, was das Bild weniger hell gestaltet und demzufolge zu weiß tendiert.
Der multifunktionale Sensor entsprechend der Erfindung kann in unterschiedlichen Kraftfahrzeug-Anwendungen, wie beispielsweise Fahrzeugen, Lastkraftwagen, Bussen, Schienenfahrzeugen, landwirtschaftlichen Geräten, Erdbewegungsgeräten mit unterschiedlichen Anordnungen und Kombinationen von Funktionen, verwendet werden.
Wenn die Vorrichtung, wie in dem Fall des Beispiels, das vorstehend dargestellt ist, in der Nähe der Windschutzscheibe integriert ist, können die Funktionen, die vorgenommen werden, zusätzlich zu solchen, die bereits vorstehend beschrieben sind, Funktionen, wie beispielsweise Erfassen des Niveaus des Fahrzeugs, Fahrspurerfassung (für die Steuerung von adaptiven Frontscheinwerfern oder für Alarmfunktionen bei einer Fahrspuränderung), Nachtsicht, NIR-Szenen-Erfassung, Erfassung von Straßensignalen, Erfassung von Radfahrern, und „Black-Box" Funktionen, aufweisen.
Die Vorrichtung kann auch in der Nähe der hinteren Scheibe des Motorfahrzeugs integriert sein. In diesem Fall sind die nützlichen Informationen: Erfassen von Zwielicht, Erfassen von Regen/Sprühnebel (innen und außen) und Eis auf der Windschutzscheibe, Erfassen der Sicht (Nebel) und Überwachen nach hinten (zum Beispiel als Hilfe beim Parken). Weitere Funktionen, die zusätzlich oder als Alternative zu der Parkfunktion integriert sein kön nen, sind: Überwachen eines toten Winkels, Überwachen des Fahrzeugniveaus, Fahrspurerfassung (Alarm bei einer Fahrspuränderung) und Black-Box Funktionen.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann auch in den äußeren Rückspiegeln des Motorfahrzeugs integriert sein. In diesem Fall sind die nützlichen Funktionen: Erfassen von Zwielicht, Erfassen der Sicht, Überwachen nach hinten und Beseitigung des toten Winkels des Rückspiegels. Weitere Funktionen, die integriert sein können, sind: Helfen beim Einparken, Erfassen der Nivellierung, Fahrspurerfassung (Alarm bei einer Fahrspuränderung), und Black-Box. Um den toten Winkel des Rückspiegels zu beseitigen, können zwei unterschiedliche Änderungen der Sicht zum Abdecken unterschiedlicher Richtungen und Bereiche vorgesehen werden.
Die Funktionen, denen die Sensorvorrichtung der vorliegenden Erfindung natürlich zugeordnet ist, ermöglichen das Vorsehen einer Fahrhilfe für den Fahrer oder ein automatisches Aktivieren der sich an Bord befindlichen Vorrichtungen.
Zum Beispiel kann eine Erfassung eines Zwielicht-Zustands oder eine Erfassung eines Durchfahrens eines Tunnels für eine automatische Aktivierung des Einschaltens oder Ausschaltens des Lichts des Motorfahrzeugs verwertet werden.
Eine Erfassung von Nebel kann für eine automatische Aktivierung des Einschaltens der vorderen Nebelleuchten und der hinteren Nebelleuchten, oder für die Einstellung der Intensität der Rücklichter, verwertet werden.
Die Erfassung von Regen kann für ein automatisches Aktivieren oder ein automatisches Deaktivieren der Windschutzscheibenwischervorrichtung und zum Regulieren der Geschwindigkeit der Windschutzscheibenwischervorrichtung verwertet werden.
Die Erfassung eines Kreuzens eines entgegenkommenden Fahrzeugs kann zum Kontrollieren des Fahrwegs des Motorfahrzeugs verwertet werden.
Die Erfassung der Fahrspur kann zum Erzeugen von Alarmen bei einer nicht erwünschten Fahrspuränderung oder zum Orientieren der Frontscheinwerfer auf eine Kurve verwertet werden.
Die Erfassung des Zustands zum Einnivellieren des Motorfahrzeugs kann für ein automatisches Regulieren der Orientierung der Frontscheinwerfer in der vertikalen Ebene verwertet werden.
Die Sensorvorrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht ein Aufzeichnen von Signalen, die empfangen sind, in einem Speicher, mit der sich daraus ergebenden Möglichkeit, diese, nach einem Unfall, herunterzuladen, wobei die Bilder für die Bestimmung der Verantwortlichkeit oder für das Erfassen der Nummernschilder anderer Fahrzeuge nützlich sein können.
Schließlich ist eine drahtlose Datenübertragung zum Übertragen von Daten zum Beispiel zu einer Identifizierervorrichtung, die in dem Fahrzeug auch für andere Funktionen verwendet wird, vorgesehen, wie beispielsweise Speichern von Fahrzeugdaten, Personalifizieren des Fahrzeugs und Zulassen einer Öffnung der Türen und Starten des Motors.
Natürlich können, ohne Beeinträchtigung des Prinzips der Erfindung, die Details des Aufbaus und der Ausführungsformen in großem Umfang in Bezug auf dasjenige, was hier beschrieben und dargestellt ist, variieren, ohne dadurch den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Claims

Optische Sensorvorrichtung für Motorfahrzeuge des Typs, der aufweist: – einen optischen Sensor in der Form eines CCD oder CMOS-Felds, das einen sensitiven Bereich besitzt, in dem eine Anzahl von Teilbereichen definiert ist, wobei jeder davon für eine spezifische, optische Funktion entsprechend einer Überwachung der Szene vor dem Motorfahrzeug und/oder einer Erfassung von Umgebungsparametern ausgelegt ist; und – eine Vielzahl von optischen Systemen mit unterschiedlichen Richtungen der optischen Achse und/oder der Sichtfelder, die so ausgelegt sind, optische Signale zu jeweiligen Teilbereichen des sensitiven Bereichs des Felds zu schicken, um die vorstehend angegebenen Funktionen durchzuführen, wobei zumindest einige der Teilbereiche durch unterschiedliche und separate Abschnitte des sensitiven Bereichs des Felds, dem unterschiedliche optische Funktionen zugeordnet sind, definiert sind, und wobei die unterschiedlichen und separaten Abschnitte des sensitiven Bereichs des Felds zumindest umfassen: – einen ersten Abschnitt des oberen Teils des sensitiven Bereichs, der einen ersten Teilbereich definiert, um Nebel vor dem Motorfahrzeug zu erfassen; – einen zweiten und unterschiedlichen Abschnitt des sensitiven Bereichs, der einen zweiten Teilbereich definiert, um einen Zustand eines Zwielichts zu erfassen; – einen unteren Abschnitt des sensitiven Bereichs, der einen dritten Teilbereich, getrennt von dem ersten und dem zweiten Teilbereich, definiert, um die Szene vor dem Motorfahrzeug zu erfassen; – einen weiteren Abschnitt des oberen Teils des sensitiven Bereichs, der einen vierten Teilbereich, unterschiedlich zu und getrennt von dem ersten, dem zweiten und dem dritten Teilbereich, definiert, um das Vorhandensein von Regentropfen oder von Sprühnebel auf der Windschutzscheibe oder auf der hinteren Scheibe des Motorfahrzeugs zu erfassen; – ein erstes optisches System, um optische Signale auf dem ersten Teilbereich zum Erfassen von Nebel weiterzuleiten, einschließlich eines Lichtemitters, um Licht in der Richtung des Raums vor dem Motorfahrzeug abzugeben, einen Empfänger, um Licht, das durch den Nebel, der möglicherweise vor dem Motorfahrzeug vorhanden ist, gestreut ist, aufzunehmen, und optische Einrichtungen, um das Licht, das nur auf dem ersten Teilbereich des sensitiven Bereichs des Felds empfangen ist, weiterzuleiten; und – ein zweites optisches System, ein drittes optisches System und ein viertes optisches System, die vorgesehen sind, um optische Signale auf den zweiten, den dritten und den vierten Teilbereich des sensitiven Bereichs des Felds zu richten, jeweils zum Erfassen eines Zwielicht-Zustands, um die Szene vor dem Motorfahrzeug zu überwachen, mit besonderer Referenz auf einen Zustand, in dem das Fahrzeug ein anderes Fahrzeug kreuzt, das in der entgegengesetzten Richtung ankommt, oder einen Zustand, bei dem durch einen Tunnel gefahren wird, und zum Erfassen von Regentropfen oder Sprühnebel auf der Scheibe des Motorfahrzeugs, wobei das optische System (16), das die Strahlung, die durch den Nebel gestreut ist, aufnimmt, entsprechend zu einer Achse orientiert ist, die nach oben und zu einer Seite des Motorfahrzeugs hin, nicht orthogonal zu der Windschutzscheibe, entsprechend einem Kegel (16a), der den Kegel (14a) der Beleuchtung des Emitters (14) in einem Bereich kreuzt, der über die Windschutzscheibe hinaus angeordnet ist, orientiert ist; wobei das optische System (24), das für die Funktion der vorderen Überwachung ausgelegt ist, mindestens eine Linse (25) aufweist, die eine optische Achse parallel zu der Fahrtrichtung besitzt; wobei das optische System (22) zum Erfassen des Zwielicht-Zustands eine optische Faser (22) mit einem vorderen Ende (22a), das nach oben und an einer Seite in Bezug auf die Fahrtrichtung des Fahrzeugs orientiert ist, und ein hinteres Ende, zu dem eine Linse (23) zugeordnet ist, um zu bewirken, dass der heraustretende Lichtstrahl auf den jeweiligen Teilbereich des Felds (13) konvergiert, aufweist; und wobei eine Tragestruktur (2, 8, 9) den vorstehend angegebenen Emitter (14), der für die Funktion eines Erfassens von Nebel zugeordnet ist, und einen weiteren Emitter, der für die Funktion eines Erfassens von Regen und/oder Sprühnebel auf der Scheibe des Motorfahrzeugs zugeordnet ist, trägt; wobei die optische Sensorvorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass der erste, der zweite, der dritte und der vierte Teilbereich des sensitiven Bereichs des Felds (13) Abschnitte belegen, die getrennt zueinander und unter einem Abstand voneinander des sensitiven Bereichs des Felds (13), angrenzend jeweils an vier unterschiedliche Scheitelpunkte des sensitiven Bereichs des Felds (13), vorliegen; das Feld durch eine Platte (11) getragen ist, die einen Teil eines Sensormoduls (10) bildet, das zumindest einen Teil der vorstehend angegebenen, optischen Systeme umfasst; das Sensormodul (10) innerhalb der Tragestruktur (2, 8, 9) montiert ist; das optische System (29) zum Erfassen von Regen oder Sprühnebel auf der Scheibe des Motorfahrzeugs, an einem Ende, eine Linse (30), die zu der Scheibe des Motorfahrzeugs hinweist, mit deren optischen Achse senkrecht zu der Scheibe, und, an dem anderen Ende, eine Linse (34), die deren optische Achse orthogonal zu dem Feld (13) besitzt, und optische Einrichtungen (33), die zwischen den Linsen (30, 34) zum Ablenken des Strahls, der von der ersten Linse (30) ankommt, zu der zweiten Linse (34) hin, aufweist, die vorstehend angegebenen optischen Komponenten innerhalb eines Trägers (17, 35) montiert sind, der an der hinteren Platte (11) befestigt ist, die das Feld (13) trägt, das zusammen damit das vorstehend angegebene Sensormodul (10) bildet.
Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ausgangsseitig der Linse (16) zum Erfassen von Nebel ein optisches Filter (19) und ein oder mehrere Diaphragma/Diaphragmen (20, 21) vorgesehen sind.
Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ausgangsseitig der vorstehend angegebenen, mindestens einen Linse (25) zum Erfassen eines kreuzenden anderen Fahrzeugs, das in der entgegengesetzten Richtung fährt, und beim Durchfahren durch einen Tunnel, eine weitere Linse (26) und ein Diaphragma (27) zum Begrenzen des Querschnitts des Strahls, der von dem optischen System ankommt, eingesetzt sind, das zu dem jeweiligen Teilbereich des Felds (13) hin gerichtet ist, wobei ein weiteres Diaphragma (28) zwischen den zwei Linsen (25, 26) eingesetzt ist.
Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorstehend angegebene Linse (23), die dem hinteren Ende der optischen Faser (22) zugeordnet ist, eine bikonvexe Linse ist.
Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Emittervorrichtungen, die für die Funktion eines Erfassens von Nebel und für die Funktion eines Erfassens von Regentropfen oder Sprühnebel auf der Scheibe des Motorfahrzeugs verwendet sind, durch LED-Quellen in dem nahen Infrarot gebildet sind.
Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragestruktur (17, 35) des Sensormoduls (10) zwei getrennte Trageplatten (17, 35) aufweist, die miteinander und an der hinteren Platte (11), die das Sensorfeld (13) trägt, verschraubt sind, wobei eine erste (17) der Trageplatten die Optiken (16, 24) zum Überwachen der Sicht nach vorne, die hintere Linse (34) für die Regenfunktion und die Fokussierlinse (23), die der optischen Faser (22) zum Erfassen eines Zwielicht- Zustands zugeordnet ist, trägt, wobei die zweite Trageplatte (35) die verbleibenden optischen Bauteile trägt und insbesondere ein Gehäuse (35a) für das optische System (29), das einer Erfassung von Regen zugeordnet ist, einschließt, das, zusätzlich zu der vorstehend angegebenen ersten Linse (30), zwei weitere Linsen (31, 32), die in Reihe ausgangsseitig der ersten Linse (30) angeordnet sind, und ein total reflektierendes Prisma (33) mit Innenreflexion aufweist, das den Strahl, der von den weiteren Linsen (31, 32) ankommt, zu der vorstehend angegebenen Linse (34) an dem Ende des Systems, das zu dem Feld des Sensors (13) hinweist, ablenkt.
Sensorvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass, eingesetzt zwischen der hinteren Platte (11), die das Feld (13) trägt, und den vorstehend angegebenen Trageplatten (17, 35) Abstandsteile vorhanden sind, die für eine Fokussierung des Systems ausgewählt sind.
Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System für die Funktion eines Erfassens eines Kreuzens eines anderen Fahrzeugs, das in der entgegengesetzten Richtung vorausfährt, einen optischen Mikro-Zoom aufweist.
Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das vorstehend angegebene Feld (13) von dem CMOS-Typ mit einem logarithmischen Ansprechverhalten ist.
Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Feld (13) von dem Farb-CMOS-Typ ist.
Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es einer elektrischen Steuereinheit zugeordnet ist, die so ausgelegt ist, um automatisch eines oder mehrerer an Bord befindlicher Systeme des Motorfahrzeugs als eine Funktion der Signale, die von der Sensorvorrichtung empfangen sind, zu aktivieren.