DE19950060C2

DE19950060C2 - Optoelektronische Sensoreinrichtung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE19950060C2
Application number: DE19950060A
Authority: DE
Inventors: Ralf Boebel; Michael Weiss
Original assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Current assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Priority date: 1999-10-16
Filing date: 1999-10-16
Publication date: 2003-01-16
Anticipated expiration: 2019-10-17
Also published as: AU2834101A; WO2001028813A2; WO2001028813A3; DE19950060A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sensoreinrichtung für ein Kraftfahr zeug. Insbesondere betrifft die Erfindung eine optoelektronische Sen soreinrichtung für ein Kraftfahrzeug zum Überwachen von mehreren Ob jekten umfassend ein aus einer Vielzahl optoelektronischer Wandlerele mente aufgebautes Sensorarray und ein auf ein Objekt gerichtetes und fokussiertes Objektiv angeordnet zum Abbilden des Objektes auf der photosensitiven Oberfläche des Sensorarrays.

Optoelektronische Sensoreinrichtungen werden in Kraftfahrzeugen zum Überwachen unterschiedlicher Objekte bzw. Gegenstände eingesetzt, wobei in Abhängigkeit von bestimmten detektierten Änderungen eine Steuerung oder Regelung von im Kraftfahrzeug befindlichen Aktoren er folgt. Eine solche, eingangs genannte Sensoreinrichtung ist aus der DE 197 04 818 A1 bekannt. Diese Sensoreinrichtung dient zum Überwachen der vor dem Fahrzeug befindlichen Umgebung, um beispielsweise über eine Kontrasterkennung Tunnelein- und -ausfahrten zu erkennen, damit entsprechend der detektierten Situation die Beleuchtung des Kraftfahr zeuges angesteuert werden kann. Das überwachte Objekt ist somit die vor dem Kraftfahrzeug befindliche Umgebung.

Diese vorbekannte Sensoreinrichtung umfaßt ein als Sammellinse ausge bildetes Objektiv, welches auf die Umgebung des Kraftfahrzeuges und somit auf unendlich fokussiert ist. Das Objektiv befindet sich hinter der Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeuges; parallel zur Objektivebene ist im Strahlengang hinter dem Objektiv ein optoelektronisches Sensorarray angeordnet, auf dem die auszuwertende Kraftfahrzeugumgebung durch das Objektiv abgebildet ist. Die Bildebene des Sensorarrays und die Ob jektivebene sind rechtwinklig zur optischen Achse des Abbildungssystems angeordnet. Zur Auswertung der durch die einzelnen Wandlerelemente des Sensorarrays erfaßten Intensitäten, ist das Sensorarray an eine Aus werteeinheit angeschlossen.

Die Sensoreinrichtung dient neben einer Abbildung und Überwachung der vor dem Kraftfahrzeug befindlichen Umgebung ebenfalls als Regensensor zum Detektieren von auf der Windschutzscheibe befindlichen Wasser tropfen. Zu diesem Zweck ist der Sensoreinrichtung eine Beleuchtungs einheit zugeordnet, mit der die Windschutzscheibe von innen beleuchtet wird. Bei einem Vorhandensein von Regentropfen auf der Windschutz scheibe wird ein Teil der durch die Beleuchtungseinrichtung emittierten Lichtstrahlen in den zum Abbilden der Kraftfahrzeugumgebung des Ob jektivs gerichteten Strahlengang reflektiert, so daß die Intensitätsvertei lung bei innenseitig beleuchteter Windschutzscheibe unterschiedlich ist zu der von dem Sensorarray erfaßten Intensitätsverteilung bei unbeleuchte ter Windschutzscheibe. Aus diesem Grunde wird die Windschutzscheibe innenseitig gepulst beleuchtet.

Diese vorbekannte Sensoreinrichtung dient somit zum Überwachen von zwei Objekten: der vor dem Fahrzeug befindlichen Umgebung, beispiels weise zur Beleuchtungssteuerung sowie zur Überwachung eines Aus schnittes der Windschutzscheibe zur Steuerung der Scheibenwisch- und -waschanlage. Diese Sensoreinrichtung setzt eine vorausschauende Sen sorik ein und nutzt diese unverändert, um getaktet ein zweites Objekt da mit indirekt überwachen zu können. Die primäre Ausrichtung der Sen soreinrichtung zum Überwachen der vor dem Fahrzeug liegenden Umge bung hat zum Nachteil, daß eine Regentropfendetektion fehlerbehaftet sein kann. Die Nachteile liegen insbesondere darin begründet, daß hinter grundbedingte Streustrahlungen unbemerkt die zur Auswertung gelan gende Intensitätsverteilung beeinflussen können, so daß eine nicht den tatsächlichen Benetzungsgrad entsprechende Scheibenwischeransteue rung möglich ist.

Aus der EP 0 832 798 A2 ist ein Regensensor für ein Kraftfahrzeug be kannt geworden, bei dem zum Unterdrücken hintergrundbedingter Streu strahlungen auf dem erfaßten Windschutzscheibenausschnitt eine nach Art einer Mattscheibe ausgebildete transparente Folie aufgeklebt ist. Mit dieser Sensoreinrichtung sind ausschließlich auf der Windschutzscheibe anhaftende Tropfen scharf abbildbar. Diese Sensoreinrichtung eignet sich jedoch nicht zum Überwachen unterschiedlicher Objekte, wie beispiels weise der vor dem Kraftfahrzeug befindlichen Umgebung, da eine Abbil dung der Umgebung durch die Folie verhindert ist. Für eine zusätzliche vorausschauende Sensorik müßte eine zweite Sensoreinrichtung dem Kraftfahrzeug zugeordnet sein.

Aus der DE 198 50 270 A1 ist ein Distanzsensor, beispielsweise einzuset zen in einem Kraftfahrzeug bekannt. Dieser Distanzsensor umfaßt ein oder mehrere lichtemittierende Sender, eine Empfangsoptik sowie einen Zeilensensor, auf dem die von dem Sender emittierten und an einem Ob jekt reflektierten Lichtstrahlen auftreffen. In Abhängigkeit von der Entfer nung des die Lichtstrahlen reflektierenden Objektes belichten die reflek tierten Lichtstrahlen unterschiedliche Bereiche des Zeilensensors. Dieser Distanzsensor arbeitet nach dem Triangulationsprinzip. Zum Einrichten der Anordnung im Hinblick auf die Richtung der emittierten Lichtstrahlen und deren Auftreffen auf die Sensorzeile ist bei diesem Distanzsensor vorgesehen, daß sowohl der Sender als auch der Zeilensensor bezüglich ihrer Raumlage eingerichtet werden können. Eine Einrichtung dieser Ele mente erfolgt durch eine Betätigung entsprechender Stellschrauben wo durch sich die Raumlage des jeweiligen Elementes verändert. Die beiden Elemente - Sender und Empfänger - werden im Hinblick auf die jeweiligen Anforderungen zueinander justiert. Die Länge der Sensorzeile bestimmt beim Gegenstand dieses Dokumentes auch den Erfassungsbereich, in dem der Distanzsensor wirksam arbeiten kann. Daher erfolgt eine Justage des Distanzsensors bzw. seines Senders und seines Empfängers im Hin blick auf die zu erwartende Distanzüberwachung. Folglich ist diese Ein richtung ausgebildet, um ein Entfernungsintervall zu überwachen. Für den Fall, daß ein abbildungsmäßig grundlegend anderes Entfernungsintervall überwacht werden soll, muß dieser Distanzsensor komplett neu justiert werden, was bedeutet, daß sowohl der Sender als auch der Zeilensensor bezüglich Ihrer Raumlage zueinander eingerichtet werden müssen. Daher ist diese vorbekannte Einrichtung zwar grundsätzlich zum Überwachen unterschiedlicher Objekte ausgelegt; im Betrieb beispielsweise des Kraft fahrzeuges ist jedoch ein Wechseln von einem Überwachungsobjekt zum nächsten nicht möglich.

Ausgehend von der DE 197 04 818 A1 liegt der Erfindung daher die Auf gabe zugrunde, eine Sensoreinrichtung der eingangs genannten Art der gestalt weiterzubilden, daß mit dieser nicht nur gleichwertig unterschiedli che Objekte, beispielsweise die vor dem Fahrzeug befindliche Umgebung und einen Windschutzscheibenausschnitt überwacht werden können, sondern daß dieses Überwachen auch bei einem Betrieb des Kraftfahr zeuges in einem vorgegebenen Takt erfolgen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Objektiv über einen vorbestimmten Bewegungsbetrag auf einer gekrümmten Bahn bewegbar zwischen zumindest zwei Stellungen gelagert und durch eine ansteuerbare Betätigungseinrichtung bewegbar ist, so daß nach einer Verschwenkbewegung des Objektivs aus einer ersten, zum Überwachen eines ersten Objektes vorgesehenen Stellung in eine zweite, zum Über wachen eines zweiten Objektes vorgesehenen Stellung der Abstand des Objetivs zur photosensitiven Oberfläche des Sensorarrays und die Raumlage der Objektivebene zu der durch die photosensitive Oberfläche des Sensorarrays gebildeten Bildebene des Sensorarrays zum Bereitstel len unterschiedlicher Abbildungsverhältnisse geändert ist.

Die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung ist geeignet, die Abbildungsver hältnisse von zwei unterschiedlichen zu überwachenden Objekten, bei spielsweise der vor dem Fahrzeug liegenden Umgebung sowie eines Windschutzscheibenausschnittes zu ändern, um die jeweilig besten Abbil dungsverhältnisse der zu überwachenden Objekte bereitzustellen. Durch eine Veränderung der Abbildungsverhältnisse kann in der einen Stellung des Objektivs die vor dem Fahrzeug liegende Umgebung fokussiert und in einer zweiten Stellung die Windschutzscheibe bzw. ein Ausschnitt der Windschutzscheibe fokussiert sein. Die Änderung des Abstandes zwi schen der Objektivebene und der durch die photosensitive Oberfläche des Sensorarrays gebildeten Bildebene trägt diesen Anforderungen Rech nung. Eine Vergrößerung dieses Abstandes resultiert in einer Fokussie rung zunehmend näher liegender Gegenstände, wie beispielsweise der Windschutzscheibe.

Durch Bewegen des Objektivs innerhalb des vorbestimmten Bewegungs betrages zwischen zwei Stellungen entlang einer gekrümmten Bahn, än dert sich zum einen der Blickwinkel des Objektivs, so daß unterschiedliche Ausschnitte überwacht werden können. Durch die damit einhergehende Änderung der Raumlage der Objektivebene zu derjenigen der Bildebene erfolgt ebenfalls eine Neigung der fokussierten Ebene, was sich insbe sondere für einen Einsatz der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung in einer seiner Stellungen als Regensensor eignet.

Das Objektiv wird durch eine ansteuerbare Betätigungseinrichtung in sei ne unterschiedlichen Stellungen gebracht. Dadurch ist es ermöglicht, daß während des Betriebs des Kraftfahrzeugs die Sensoreinrichtung in einem vorgegebenen Takt sowohl das eine als auch das andere Objekt glei chermaßen überwachen kann.

Die Möglichkeit der Fokussierung der Windschutzscheibe mit der erfin dungsgemäßen Sensoreinrichtung gestattet eine scharfe Abbildung von auf der Windschutzscheibe befindlichen Tropfen, wobei der vor dem Fahrzeug befindliche Hintergrund außerhalb des Schärfentiefenbereiches der Abbildung liegt und somit bei einer Auswertung des Scheibenbildes unberücksichtigt bleibt. Bei einem solchen Regensensor erfolgt eine un mittelbare und direkte Tropfendetektion, so daß eine Gefahr von Fehlauswertungen gegenüber vorbekannten Regensensoren deutlich re duziert ist.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist vorgesehen, daß das Objektiv in einer solchen Art und Weise verschwenkbar ist, daß in seiner auf die Windschutzscheibe fokussierten Stellung die Bildebene des Sensorarrays und die Objektivebene eine gemeinsame Schnittgerade definieren, die in der Ebene der Windschutzscheibe liegt. Die Ebene der Schärfentiefe liegt bei einer solchen Abbildungsanordnung in der Ebene der Windschutz scheibe, so daß durch einen in diesem Fall nur ganz gering vorgesehenen Schärfentiefenbereich Objekte, die sich bereits mit geringem Abstand hinter der Windschutzscheibe befinden, nicht mehr scharf abgebildet wer den. Ein solcher Regensensor ist in weitaus geringerem Maße durch hin tergrundbedingte Störeinflüsse beeinflußbar.

Bei den für solche Sensoreinrichtungen üblicherweise im Durchmesser sehr kleinen Linsen genügen bereits Bewegungsbeträge von wenigen Mil limetern, um die gewünschte unterschiedliche Abbildung zu erhalten. Zum Erzielen der Bewegung auf der vorbestimmten gekrümmten Bahn des Objektivs kann dieses beispielsweise in einer Kulisse geführt sein. In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, das Objektiv an einem drehbar gelagerten Schwenkarm anzuordnen, an dem eine Betätigungseinrichtung angreift, um das Objektiv um den Drehpunkt des Schwenkarmes in die eine oder in die andere Richtung verschwenken zu können.

Das Sensorarray ist zweckmäßigerweise zweidimensional aufgebaut, wo bei das Sensorarray zeilen- und spaltenweise auslesbar ist. Die Möglich keit des selektiven Auslesen des Sensorarrays kann zu einer Reduzierung des zur Auswertung notwendigen Rechenaufwandes eingesetzt werden, wenn zur Abbildung des einen Objektes, beispielsweise der vor dem Fahrzeug liegenden Umgebung das gesamte Sensorarray und zur Aus wertung eines anderen Objektes, etwa eines erfaßten Windschutzschei benausschnittes lediglich einige Spalten des Sensorarrays benötigt wer den.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung sind Bestandteil der übrigen Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die beigefügte Fig. 1. Diese Figur zeigt in einer schematischen Darstellung eine Sensoreinrich tung 1 für ein Kraftfahrzeug, die innerhalb des Kraftfahrzeuges hinter einer Windschutzscheibe 2 nach vorne blickend angeordnet ist. Beispielsweise befindet sich die Sensoreinrichtung 1 im Fuße eines Innenrückspiegels. Die Sensoreinrichtung 1 besteht im wesentlichen aus einem optoelektro nischen, aus einer Vielzahl einzelner Wandlerelemente in einer zweidi mensionalen Anordnung aufgebauten Sensorarray 3, welches in nicht dargestellter Art und Weise an eine Auswerteeinheit angeschlossen ist, und aus einem Objektiv 4. Das Objektiv 4 besteht bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus einer Sammellinse 5, die in einer ringförmigen Fassung 6 gehalten ist. Die Fassung 6 ist Teil eines Schwenkarmes 7, der in einem Punkt oberhalb des Objektivs 4 schwenkbar angelegt ist. Die Schwenkachse ist in der Figur mit dem Bezugszeichen 8 gekennzeichnet. Der Schwenkarm 7 setzt sich auch unterhalb des Objektivs 4 fort. An dem freien Ende des Schwenkarmes 7 greift eine mit ihrem einen Ende sich ortsfest abstützende Betätigungseinrichtung 9 an. Mit dieser Betätigungs einrichtung 9 kann der Schwenkarm 7 und somit das Objektiv 4 entspre chend dem in der Figur dargestellten Pfeil aus einer ersten, in der Figur mit durchgezogener Strichführung gekennzeichneten Position in eine zweite, in der Figur durch gestrichelte Strichführung gekennzeichnete Po sition verschwenkt werden. Bei dieser Verschwenkbewegung vergrößert sich der Abstand der Ebene des Sensorarrays 3 zur Ebene des Objektivs 4, so daß in der zweiten Stellung des Objektivs 4 die Sensoreinrichtung 1 auf einen näheren Gegenstand verglichen mit seiner Fokussierung in der ersten Stellung fokussiert ist.

In der ersten Stellung der Sensoreinrichtung 1 (durchgezogene Strichfüh rung des Objektivs 4) ist die durch das Sensorarray 3 dargestellte Bild ebene geringfügig zur Objektivebene geneigt angeordnet. Die Fokussie rung der Sensoreinrichtung 1 in dieser Stellung ist vorausschauend auf unendlich eingestellt. Der Abstand zwischen der Objektivebene und der Bildebene beträgt beispielsweise 15 mm. Die optische Achse OA₁ ist in dieser Stellung horizontal ausgerichtet. In dieser vorausschauenden Stel lung der Sensoreinrichtung 1 kann diese beispielsweise einer Kontraster kennung, einer Abstandsdetektion oder auch weiteren Überwachungen dienlich sein.

Die Sensoreinrichtung 1 dient auch zum Überwachen eines Windschutz scheibenausschnittes im Hinblick auf eine Benetzung oder Verschmut zung zum Ansteuern der Scheibenwisch- und -waschanlage. Zu diesem Zweck wird die Betätigungseinrichtung 9 zum Verschwenken des Schwenkarms 7 und somit zum Bewegen des Objektivs 4 auf einer ge krümmten Bahn betätigt. Diese zweite Stellung des Sensorarrays 1 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch gekennzeichnet, daß die Bildebene und die Objektivebene eine gemeinsame Schnittgerade bilden, die in der Ebene der Windschutzscheibe 2 liegt. In dieser Abbildungsan ordnung liegt die durch das Objektiv 4 fokussierte Ebene in der Ebene der Windschutzscheibe 2, so daß die in dem Windschutzscheibenausschnitt der Windschutzscheibe 2 auf der Windschutzscheibe 2 anhaftenden Ob jekte scharf abgebildet werden können. Der Abstand der Bildebene zur Objektivebene hat sich um 2 mm bei dem dargestellten Ausführungsbei spiel vergrößert, so daß nunmehr insgesamt der Abstand von der Bild ebene zur Objektivebene 17 mm beträgt. Die optische Achse OA₂ der zweiten Stellung der Sensoreinrichtung 1 ist gegenüber der optischen Achse OA₁ um etwa 10° nach oben angehoben.

Die Anordnung von Bildebene, Objektivebene und Windschutzscheiben ebene in der beschriebenen Form in der zweiten Stellung ist vorteilhaft, da eine besondere Schärfentiefe zur Erfassung der auf der Windschutz scheibe anhaftenden Objekte nicht notwendig ist, so daß der gesamte Hintergrund unscharf abgebildet wird und somit eine Objektdetektion auf der Windschutzscheibe nicht nachteilig beeinflussen kann.

Als Betätigungseinrichtung können unterschiedliche Antriebe vorgesehen sein, beispielsweise ein Schrittmotor, eine Schwingspule oder ein Piezo- Aktuator. Im Berieb der Sensoreinrichtung 1 wird durch das Sensorarray 1 in einem vorgegebenen Takt zwischen den beiden Stellungen gewechselt, um mal das eine und mal das andere Objekt überwachen zu können.

In einer nicht dargestellten Weiterbildung ist vorgesehen, daß durch die Betätigungseinrichtung sowohl das Sensorarray bezüglich der Neigung seiner Bildebene als auch das Objektiv bezüglich seines Abstandes zum Sensorarray sowie bezüglich seiner Neigung, wie in der Figur dargestellt, verändert werden kann.

Aus der Beschreibung der Erfindung wird deutlich, daß bei der erfin dungsgemäßen Sensoreinrichtung 1 um eine solche handelt, die durch die Änderung der Abbildungsverhältnisse besonders gut an die Anforde rung zur Überwachung zweier unterschiedlicher Objekte angepaßt ist.

Zusammenstellung der Bezugszeichen

1

Sensoreinrichtung

2

Windschutzscheibe

3

Sensorarray

4

Objektiv

5

Sammellinse

6

Fassung

7

Schwenkarm

8

Schwenkachse

9

Betätigungseinrichtung
OA₁

optische Achse
OA₂

optische Achse

Claims

1. Optoelektronische Sensoreinrichtung für ein Kraftfahrzeug zum Überwachen von mehreren Objekten umfassend ein aus einer Viel zahl optoelektronischer Wandlerelemente aufgebautes Sensorarray (3) und ein auf ein Objekt gerichtetes und fokussiertes Objektiv (4) angeordnet zum Abbilden des Objektes auf der photosensitiven Oberfläche des Sensorarrays (3), dadurch gekennzeichnet, daß das Objektiv (4) über einen vorbestimmten Bewegungsbetrag auf einer gekrümmten Bahn bewegbar zwischen zumindest zwei Stel lungen gelagert und durch eine Betätigungseinrichtung (9) in einem vorgegebenen Takt zwischen den beiden Stellungen bewegbar ist, so daß nach einer Verschwenkbewegung des Objektivs (4) aus ei ner ersten, zum Überwachen eines ersten Objektes vorgesehenen Stellung in eine zweite, zum Überwachen eines zweiten Objektes vorgesehenen Stellung der Abstand des Objektivs (4) zur photosen sitiven Oberfläche des Sensorarrays (3) und die Raumlage der Objektivebene zu der durch die photosensitive Oberfläche des Sensorarrays (3) gebildeten Bildebene des Sensorarrays (3) zum Bereitstellen unterschiedlicher Abbildungsverhältnisse geändert ist.

2. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Objektiv (4) in einer Kulisse geführt ist.

3. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Objektiv (4) an einem drehbar gelagerten Schwenkarm (7) angeordnet ist.

4. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Objektiv (4) in einer ersten Stellung zum Abbilden der vor dem Fahrzeug befindlichen Umgebung und in ei ner zweiten Stellung zum Abbilden eines Ausschnittes der geneig ten Windschutzscheibe (2) angeordnet ist, in welcher zweiten Stel lung die Objektivebene und die Bildebene des Sensorarrays (3) eine gemeinsame Schnittgerade in der Ebene der Windschutzschei be (2) definieren.

5. Sensoreinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkelunterschied des Objektivs (4) zwischen seiner ersten und seiner zweiten Stellung etwa 10° beträgt.

6. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlerelemente des Sensorarrays (3) in einer zweidimensionalen Anordnung zueinander angeordnet sind.

7. Sensoreinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlerelemente des Sensorarrays (3) zeilen- und spal tenweise auslesbar sind.