CN102279194A - 机动车上的传感器装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于检测观察窗的润湿的传感器装置，包括：光电探测器，其具有大量光敏元件；光源，其用于将光发射到所述观察窗的探测区域上，使得所述光的一部分在所述观察窗上被反射并且所述光的另一部分穿过所述观察窗。所述光源和所述光电探测器元件被如此设置，使得来自所述光源并穿过所述观察窗的光的一部分在所述润湿处被反射并且射到所述光敏元件的一部分上。所述光源包括发光体，所述发光体被设置用于照射到一透明体中，其中，所述透明体具有一表面，所述表面具有用于散射入射光的、确定的微凸凹。

Description

机动车上的传感器装置

技术领域

本发明涉及一种机动车上的传感器装置。

背景技术

为了保持机动车的观察窗没有观察障碍物，已经公知不同的装置，每当存在可清除的观察障碍物时，这些装置引导雨刷器在车窗上划擦。这样的自动操纵的雨刷器系统尤其具有以下优点：例如通过可变的降水量在强度方面改变观察窗由于水滴的润湿。

在用于确定润湿的系统的一种变型方案中，使光源的光如此耦合到观察窗中，使得光在观察窗的内表面与外表面之间以全反射的方式来回投射。如果例如水滴形式的润湿位于所述全反射的区域内，则反射会受到干扰并且光的一部分会从车窗射出。在观察窗的另一位置上记录来自光源的、经全反射的光的光传感器可以记录这样的光损失并且因此提供与观察窗的润湿有关的信号。

US 7,259,367B2示出一种传感器装置，其中，基于观察窗在具有和不具有通过受控光源的照明的情况下的摄像机数据的比较来确定观察窗上的水滴。

DE 10 2004 015 040A1示出一种基于全反射原理的传感器装置，所述传感器装置具有摄像机，其中，所述摄像机提供用于驾驶员辅助系统的图像数据并且摄像机的图像传感器表面的一部分保留用于确定观察窗上的雨滴。

基于以下方式的传感器装置对所使用的光源提出了高要求：如此照射观察窗的内侧，使得光的尽可能小的一部分在观察窗的表面上被反射，而光的尽可能大的一部分透过观察窗、在水滴处被反射并且被投射到光电探测器中。为了照明观察窗而发出的光应当尽可能均匀，以便使检测质量与水滴的位置无关。最后，整个传感器装置应当尽可能成本有利地制造并且易于安装。为此，光源应当具有尽可能高的效率，使得提供给光源的能量的大部分被转换成光并且所产生的光应当射到观察窗的预先确定的敏感表面上。射到观察窗上的光的高强度是有利的。

发明内容

本发明的任务在于，提供一种根据这些规定进行改进的传感器装置。

所述任务通过具有根据权利要求1的特征的传感器装置解决。从属权利要求给出优选的实施方式。

根据本发明，用于检测观察窗的润湿的传感器装置包括光电探测器和光源，所述光电探测器具有大量光敏元件，所述光源用于将光照射到观察窗的探测区域上，使得光的一部分在观察窗上被反射而光的另一部分穿过观察窗。

在此，光的由观察窗反射的部分应当尽可能小，而穿过观察窗的部分应当尽可能大。如此设置光源和光敏元件，使得从光源透过观察窗的光的一部分通过润湿反射并且射到光敏元件的一部分上。光源包括一个或多个发光体，所述一个或多个发光体设置用于照射到透明体中，其中，所述透明体具有一表面，所述表面具有用于散射入射光的、确定的微凸凹(Unebenheit)。在光电探测器中，借助于由大量光敏元件记录的信息来摄取和处理润湿的图形成像。

以此方式可以简单地并且成本有利地制造用于散射光的光源，借助于所述散射光可以实施对观察窗的探测区域的合适照明。

发光体可以朝着任意方向、优选基本上朝着与射出方向垂直的方向照射到透明体中。由此，可以产生入射光的良好散射并且同时简化发光体在透明体上的可安装性。

光源可以包括另一个发光体，其中，所述发光体朝着不同的方向照射到透明体中。这样可以在保持所射出的散射光的良好均匀性的情况下提高发光体的光密度。在此，可以获得发光体在透明体上容易的可安装性。透明体可以具有用于朝着与射出方向垂直的方向全反射入射光的外表面。由此传感器装置的透明体同时可以有利地承担光导体的任务，从而可以灵活地设计发光表面相对于一个或多个发光体的位置。

在一个优选的实施方式中，微凸凹是微透镜。由此可以有针对性地影响光的射出方向；附加地还可以提高光效率。

在一个替换实施方式中，通过粗糙度来定义微凸凹。粗糙度可以例如借助于磨具作为平行的沟槽或者没有方向性的沟槽引入到表面中。在另一个实施方式中，可以通过光导体的成形过程、例如通过相应构造压铸模具来产生粗糙度。粗糙度允许在制造成本较低的情况下实现良好的散射效果。

透明体的外表面可以是镜化的(verspiegelt)。由发光体照射到透明体中的、不直接射到具有经定义的微凸凹的表面上的光可以在镜化的外表面上被反射，直到其通过不平坦的表面射出。通过所述成本有利的措施可以进一步提高发光体的效率。替换地，可以通过全反射实现非镜化的表面上的反射。

透明体可以具有用于容纳发光体的空隙，使得发光体由透明体包裹。因此，提高了由发光体射出的光的用于光源的部分。

在光导体中可以设有散射颗粒，以便使入射光扩散地分布。由此可以消除或者减小入射光的定向性，并且所射出的光可以具有更均匀的分布。在必要时，散射体可以引起光由入射方向到射出方向的偏转。

发光体可以包括发光二极管。有利地，可以容易地使光源与预给定的光波长相匹配并且可成本有利地制造所述光源。在多个发光二极管的情形中，可通过具有经定义不平坦的表面的透明体的良好散射效果来补偿多个发光二极管的不均匀的光输出。由发光体射出的光可以具有对于人眼而言不可见的波长，例如780nm以上的、尤其在780nm与1400nm之间的波长范围内的红外光。以此方式可以避免传感器装置的区域中的人可能感觉到的光学干扰。这尤其适于安装了所述传感器装置的机动车的驾驶员。

可以设置反射镜(Spiegel)，散射光射到所述反射镜上，其中，所述反射镜连同透明体集成地构造。由此可以在关于光源定位反射镜时减少制造公差。

附图说明

现在参照附图详细地描述本发明，其中：

图1：机动车车载传感器装置；和

图2-5：用于图1中的传感器装置的光源的不同实施方式。

具体实施方式

图1示出机动车105车载的传感器装置100。传感器装置100包括摄像机110，所述摄像机110具有用于对图像进行采样的二维数字图像传感器115和透镜120。在透镜120的位置上还可以使用一组光学元件，以便改善成像特性。此外，传感器装置100包括第一反射镜125和在三个不同的示例性位置A、B和C中示出的光源135。传感器装置100设置在机动车105的车窗140的区域中，以便检测润湿车窗140的水滴145的存在。

摄像机110被如此施加在机动车105中，使得摄像机110的视野穿过车窗140位于机动车105之外，其中，车窗140优选是挡风玻璃并且摄像机110摄取来自机动车105的周围环境的图像。由摄像机110提供的图像可以输送给诸如车道辅助或泊车辅助的驾驶员辅助系统或者由机动车105的另一系统分析处理——例如倒车摄像机。摄像机110的景深借助于透镜120调节到机动车105之外的区域上，优选调节到几乎无穷。

为了可以附加地在由摄像机110提供的图像中足够清晰地成像雨滴145，借助于反射镜125和130延长水滴145与摄像机110之间的光路。

水滴在摄像机110上的传感器115上的成像可以通过传感器装置100的几何布置与从机动车105的周围环境中摄取的图像完全重叠或者局限在摄像机110的图像的一部分上。为了也可以检测小的水滴145并且为了可以检测水滴145在车窗140上的位置分布和/或时间分布，优选使用摄像机110的图像的尽可能大的区域来检测雨滴145。

雨滴145在摄像机110的传感器115的区域中的光学成像可以按照两种不同的方式进行。一方面，来自机动车105的周围环境的光可以入射到水滴145中并且通过反射镜125和130偏转到摄像机110中和图像传感器115上。

另一方面，为了在困难的光环境中(例如，大范围的黑暗)、在平地入射的强烈日光辐射下或者在快速变化的光环境中能够实现水滴145的可靠识别，可以借助于光源135从车窗140的内侧对水滴145进行照明。如此入射到水滴145中的光可以在限定水滴145的边界的临界面上被反射并且与以上所述类似地通过反射镜125和130射到摄像机110中。进行反射的临界面可以位于水滴145与车窗140之间或者位于水滴145与包围水滴145的空气之间。

有利地如此设置光源135，使得由光源135射出的光不直接射到摄像机110中。在必要时，可以使用光阑、遮光板或者镜化件(Verspiegelung)(未示出)以禁止从光源135到摄像机110中的直接光路。一般而言，光源135的光束以锐角射到车窗140的内侧上并且在此部分反射(菲涅耳反射)。在此，光束的一部分在玻璃140的表面上被反射，而光束的另一部分入射到车窗140中。光束的反射部分与透过(透射)部分之间的比例取决于入射角的大小以及空气和车窗140的光密度。

为了使光束的入射到车窗140中的部分最大化，通常由光源135发出的光束在车窗140上的入射角α的最小化是有利的。在此，以关于临界面上的垂直线的常用标记法测量入射角。光源135的位置C满足这个要求。

另一方面，大的入射角α导致从光源135入射到水滴145中的光的较大部分在其临界面上被反射，从而最终更多的光从雨滴145入射到摄像机110中，从而可以实现更可靠的检测。这可以通过位置B中的光源135实现。

另一方面，定位在位置B处的光源135可以导致摄像机110中机动车105的周围环境的图像区域的阴影。位置A中的光源135是良好的折中。

图2示出图1中的传感器装置100的光源135。图2a示出俯视图，图2b示出侧视图。在电路板210上串行地设置多个发光二极管220。发光二极管220可以是常规部件或表面贴装部件(surface mounted devices，SMD)并且优选在例如红外线的不可见光谱中工作，以避免对机动车105内的人或机动车105外的人的光刺激。发光二极管220彼此连接并且可以借助于连接端子230进行控制。由于制造公差，发光二极管220的发光功率和/或辐射角(Abstrahlwinkel)可以变化，使得在没有其他措施的情况下不能确保图1中的传感器装置100中的均匀照明。因此，车窗140上的雨滴145的检测质量可取决于雨滴145在车窗140上的位置。发光二极管220的单独控制或者发光二极管220的校准是复杂且昂贵的。

为了确保均匀的光流，透明体210因此在其射出光的区域中的表面中具有凹槽240。这些凹槽可以如所示那样构造为圆锥形并且设置在发光二极管220上方。在凹槽240的临界面处，由发光二极管220射出的光朝侧向反射。附加地或替换地，透明体210的表面可以是粗糙的，以便引起光的散射。凹槽240的表面同样可以是粗糙的。在另一个实施方式中，这些表面也可以是镜化的。此外，在透明体210中可以设有散射颗粒360，以下参照图3详细地说明这些散射颗粒360。

图3以侧视图示出图1中的传感器装置100的改进的光源135。在透明体310中，发光二极管220在右边和左边发光。发光二极管220的连接端子230向右和向左引出，然而这些端子也可以彼此连接，使得发光二极管220彼此连接。透明体310可以例如由热塑性材料制成，如有机玻璃或者例如聚碳酸树脂的聚碳酸酯。

透明体310具有粗糙表面320，所述粗糙表面具有微凸凹350。在图3的示图中，光源135向上照射。表面320与光源135的照射方向垂直地在水平方向上延伸。

发光二极管220容纳在透明体310的与发光二极管220相对应的空隙340中。只要入射角足够大，由发光二极管220照射到透明体310中的光就在透明体310的表面上被完全反射或被部分反射。由于表面320的粗糙度，所述区域内的入射角对于光的射出而言足够小的概率相对较大，从而散射光从表面320向上射出。

表面320的粗糙度负责所射出的光的良好分布，从而产生足够均匀的光流。表面320上的微凸凹350可以例如是微透镜、微棱镜或者其他常规的表面元件。在另一个实施方式中，可以通过平行的沟槽或者没有方向性的沟槽成本有利地制造所期望的粗糙度，所述平行的沟槽或者所述没有方向性的沟槽例如借助于划刻器具或磨具引入到透明体310中。所述粗糙度还可以通过制造透明体310的压铸磨具的相应粗糙度来实现。

为了使透明体310的其他表面上的反射的损失尽可能少，其他表面可以是镜化的，例如镜化的表面330，从而由发光二极管220照射到透明体310中的光不通过除粗糙的表面320外的其他表面射出。通过镜化的表面330避免了光射出到图3的观察者上。

此外，设有可选择的散射体360，所述散射体360使由发光二极管220照射的光扩散地分布。散射颗粒360具有反射表面或者具有不同于透明体310的折射指数，由此散射颗粒360可以形成所谓的体全息图。

图4以侧视图示出图1的传感器装置100的光源135的另一个实施方式。透明体310桥形地或者U形地横跨在设置在电路板210上的两个发光二极管220之间。发光二极管220基本上向上照射到透明体210中，其中，所发出的光在较高的程度上在倾斜表面410上被反射到水平方向上。所示出的光源135的上部区域对应于图3的示图，其方式是，由倾斜表面410偏转的光水平地在透明体310中传播并且通过粗糙表面320扩散地向上射出。

倾斜表面410可以如图3中的表面330那样是镜化的。通过透明体310的桥式构型，可以在透明体310下方的电路板210上为其他元件(例如用于控制发光二极管220的元件)提供空间。附加地，通过将透明体310放置到已配备有发光二极管220的电路板210上使透明体310的安装变得容易。

图5以侧视图在一个替换实施方式中示出图4的光源135的细节。不同于图4中所示的实施方式，发光二极管220在水平方向上入射到透明体310中，其中，光的绝大部分在另一倾斜表面510上向上朝着倾斜表面410偏转。其他光路如以上参照图4所描述的那样实现。

Claims (12)

1.用于检测观察窗(144)的润湿(145)的传感器装置(100)，其中，所述传感器装置包括：

光电探测器(115)，其具有大量光敏元件；

光源(135)，其用于将光发射到所述观察窗(140)上，使得所述光的一部分在所述观察窗(140)上被反射并且所述光的另一部分穿过所述观察窗(140)；

其中，所述光源(135)和所述光电探测器(115)元件被如此设置，使得来自所述光源(135)并穿过所述观察窗(140)的光的一部分在所述润湿(145)处被反射并且射到所述光敏元件的一部分上；

其特征在于，

所述光源(135)包括发光体(220)，所述发光体(220)被设置用于照射到一透明体(310)中，其中，所述透明体(310)具有一表面(320)，所述表面具有用于散射入射光的、确定的微凸凹(350)。

2.根据权利要求1所述的传感器装置(100)，其特征在于，所述发光体(220)朝着基本上与所述光源(135)的射出方向垂直的方向照射到所述透明体(310)中。

3.根据以上权利要求中任一项所述的传感器装置(100)，其特征在于，所述光源(135)包括另一个发光体(220)，其中，所述另一个发光体(220)朝着多个不同的方向照射到所述透明体(310)中。

4.根据以上权利要求中任一项所述的传感器装置(100)，其特征在于，所述透明体(310)具有一外表面(410)，所述外表面用于朝着与所述射出方向垂直的方向全反射所述入射光。

5.根据以上权利要求中任一项所述的传感器装置(100)，其特征在于，所述微凸凹(350)是微透镜。

6.根据以上权利要求中任一项所述的传感器装置(100)，其特征在于，所述微凸凹(350)是通过粗糙度定义的。

7.根据以上权利要求中任一项所述的传感器装置(100)，其特征在于，所述透明体的一外表面(330)是镜化的。

8.根据以上权利要求中任一项所述的传感器装置(100)，其特征在于，在所述光导体(310)中设有散射颗粒(360)，以便使所述入射光扩射地分布。

9.根据以上权利要求中任一项所述的传感器装置(100)，其特征在于，所述透明体(310)具有用于容纳所述发光体(220)的空隙(340)，使得所述发光体(220)由所述透明体(310)包围。

10.根据以上权利要求中任一项所述的传感器装置(100)，其特征在于，所述发光体(220)是发光二极管。

11.根据以上权利要求中任一项所述的传感器装置(100)，其特征在于，由所述发光体(220)发出的光具有对于人眼而言不可见的波长。

12.根据以上权利要求中任一项所述的传感器装置(100)，其特征在于，设有反射镜(125)，被散射地射出的光射到所述反射镜(105)上，其中，所述反射镜(125)与所述透明体(310)集成地构造。

Images