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Die
Erfindung betrifft eine optische Einklemmschutzvorrichtung, insbesondere
in Anwendung für gekrümmte oder unregelmäßig
geformte Überwachungsbereiche, beispielsweise für
die Überwachung von Fensterscheiben, Schiebetüren
oder Heckklappen in Kraftfahrzeugen.
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Bei
Einklemmschutzvorrichtungen kommen bisher einerseits Lichtschranken
zur Anwendung, die ein Hindernis auf der Verbindungslinie zwischen
einem Sender und einem Empfänger erkennen können.
Der Empfänger ist dazu ausgebildet, im Normalbetrieb ein
Signal des Senders zu empfangen, und im Falle eines Hindernisses
im Überwachungsbereich, anhand einer Minderung oder eines
Zusammenbruchs des beim Empfänger ankommenden Signals die
Anwesenheit des Hindernisses zu erkennen.
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Zur
Ausbildung eines flächigen Überwachungsbereiches
können Sender und Empfänger einer Lichtschranke
linienförmig ausgebildet und an den Randlinien der Überwachungsfläche
positioniert werden. Nachteiligerweise besteht damit die konstruktive
Notwendigkeit, eine derartige Überwachungsfläche
mit Sender-Empfängersystemen einzurahmen. Ist zudem eine
gekrümmtes oder unregelmäßig geformtes
Flächengebiet zur Überwachung vorgegeben, so steigt
auch der konstruktive Aufwand für die Ausbildung solcher
Sender-Empfängersystemen, bei denen sich jeweils ein Sender
und ein Empfänger oder eine Sender-Empfängereinheit
und ein Reflektor auf einer geraden Linie zueinander gegenüber
liegen müssen.
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Andererseits
werden für Einklemmschutzvorrichtungen Sensoren mit Sende-Empfangssystemen
angewendet, die auf einer Reflektion eines Signals durch das zu
detektierende Hindernis basieren, ähnlich zum Prinzip eines
Radars oder eines Echolots. Der Empfänger eines solchen
Systems ist dazu ausgebildet, ein Hindernis durch die von diesem
zurückgestreuten oder reflektierten Anteile eines Signals
des Senders zu identifizieren.
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In
dem Dokument
DE 696
34 151 T2 ist ein optisches Einklemmschutzsystem mit einer
Sensortechnik offenbart, welche auf der Reflektion von Infrarotlicht
basiert. Die Intensität der von einem Hindernis zurückgestrahlten
Infrarotstrahlung wird gemessen. Durch eine Erhöhung der
Intensität dieser am Empfänger eingehenden Strahlung
wird ein Hindernis erkannt. Bei diesem System hat es sich jedoch
als nachteilhaft erwiesen, dass der Überwachungsbereich
nicht hinreichend gut an gekrümmte Flächen angepasst
werden kann, um beispielsweise eine Fahrzeugkontur abzubilden. Zudem
ist das bekannte System anfällig gegenüber Temperaturschwankungen
sowie gegenüber einer Hintergrundeinstrahlung, die in die
Messung mit eingeht.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisches Einklemmschutzsystem
anzugeben, welches die oben genannten Probleme überwindet und
eine zuverlässige Hindernisobjekterkennung in einem vorgegebenen Überwachungsbereich
gewährleistet und dabei eine möglichst geringe
Anfälligkeit gegenüber Störeinflüssen,
wie zum Beispiel einer Hintergrundeinstrahlung, aufweist.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst. Danach wird eine optische Einklemmschutzvorrichtung
angegeben. Die Vorrichtung umfasst eine Emittereinheit, die zur
Strahlungsemission in ein Raumgebiet eingerichtet ist sowie eine
Detektoreinheit, die zur Erfassung eines Strahlungsfeldes aus dem
Raumgebiet eingerichtet ist. Die Vorrichtung umfasst weiterhin eine Steuereinheit,
die dazu ausgebildet ist, durch Auswertung von Ausgangssignalen
der Detektoreinheit ein Hindernis in einem vorgegebenen Überwachungsbereich
in dem Raumgebiet zu erkennen. Zu diesem Zweck umfasst die Detektoreinheit
einen Sensorchip mit einem zweidimensionalen Array von Photosensoren,
also mehrere Photosensoren, die in einer vorgegebenen zweidimensionalen
geometri schen Anordnung insbesondere auf einem gemeinsamen Substrat
angeordnet sind. Dem Photosensorenarray ist hierbei eine abbildende
Optik vorgeschaltet. Als zweidimensionales Array von Photosensoren
wird insbesondere auch eine entlang einer gekrümmten Raumlinie
angeordnete Reihe von Photosensoren verstanden. Unter dem Begriff
abbildende Optik wird eine optische Komponente, z. B. eine Linse,
ein Spiegel oder dergleichen, oder eine Anordnung mehrerer solcher
Komponenten verstanden, die die von einem Raumpunkt aus auf die
Optik fallenden Lichtstrahlen wiederum in einen definierten Punkt
eines Bildraumes abbildet. Als Photosensoren werden insbesondere
Photodioden eingesetzt.
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Die
Steuereinheit ist insbesondere durch ein oder mehrere Softwaremodule
gebildet, die auf ein oder mehreren Hardwaremodulen, insbesondere
Microcontrollern oder dergleichen, implementiert sind.
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Indem
erfindungsgemäß eine abbildende Optik einem Photodiodenarray
vorgeschaltet ist, wird jeder Punkt im Überwachungsbereich
eineindeutig auf einen Bildpunkt in der Umgebung des Sensorchips
abgebildet, und von dem dortigen Photodiodenarray ortsselektiv detektiert.
Dies ermöglicht es, charakteristische Größen
eines einfallenden Strahlungsfeldes – beispielsweise die
Intensität – in Abhängigkeit von dem
Einfallswinkel zu unterscheiden. Durch die erfindungsgemäße
Ausgestaltung der Vorrichtung wird also eine räumliche
Segmentierung des Überwachungsbereichs ermöglicht,
indem Lichtstrahlen aus unterschiedlichen räumlich Segmenten des Überwachungsbereichs
auf unterschiedliche Dioden des Arrays abgebildet werden und von
diesen Dioden unabhängig detektierbar sind. Im weitesten Rahmen
der Erfindung umfasst das Array mindestens zwei, bevorzugt aber
eine deutlich größere Anzahl von Photodioden.
Die Auflösung der räumlichen Segmentierung hängt
nämlich von der Anzahl und der Dichte der Photodioden auf
dem Array ab. Je dichter die Photodioden auf dem Array angeordnet sind
und je größer die Anzahl der Photodioden ist, desto
feiner ist die Segmentierung und desto höher ist die Auflösung
der cha rakteristischen Größen eines einfallenden
Strahlungsfeldes nach dem Einfallswinkel.
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Im
Vergleich zu separaten Photodioden, die jeweils in einem separatem
Diodengehäuse eingebaut sind, kann ein Photodiodenarray
eine relativ hohe Anzahl und Dichte von Photodioden aufweisen, beispielsweise
in Form einer segmentierten photosensitiven Schicht.
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Nach
diesem erfindungsgemäßen Konstruktionsprinzip
ist es daher möglich, mit einem derartigen Array von Photodioden
und einer davor positionierten abbildenden Optik entsprechend präzise
den Einfallswinkel eines eintreffenden Strahlenpulses zu identifizieren.
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Die
Verwendung einer abbildenden Optik, beispielsweise einer konvexen
Linse, hat den zusätzlichen Vorteil, dass das von einem
Hindernis reflektierte Licht in beiden Dimensionen normal zu der
optischen Achse der Optik gebündelt wird, wodurch sich mittels
einer vergleichbar kleinen Linse eine vergleichsweise große
Lichtmenge konzentrieren lässt. In einer bevorzugten Ausführungsvariante
der erfindungsgemäßen optischen Einklemmschutzvorrichtung
ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, die Emittereinheit anzusteuern.
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Durch
eine Ansteuerung der Emittereinheit durch die Steuereinheit ist
es zunächst möglich, die Emittereinheit erst dann
zu aktivieren, wenn beispielsweise durch andere Mittel eine erhöhte
Wahrscheinlichkeit für einen Einklemmfall verifiziert ist oder
diese durch Systemzustände an sich erhöht ist. Beispielsweise
muss für ein Fahrzeugfenster ein optischer Einklemmschutz
nur dann aktiv sein, wenn das Fenster gerade geschlossen wird, noch
offen ist und um weniger als einen vorgebbaren Mindestbetrag von
der Schließposition entfernt ist, nicht jedoch im stationären
geschlossenen Zustand, oder wenn das Fenster gerade geöffnet
wird.
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Darüber
hinaus ist die Steuereinheit zweckmäßigerweise
dazu ausgebildet, die Emittereinheit gepulst anzusteuern. Durch
eine gepulste Ansteuerung der Emittereinheit über die Steuereinheit
ist es möglich, Referenzsignale mit spezieller Signatur,
beispielsweise mit einer speziellen Intensitätsmodulation, über
die Emittereinheit abzustrahlen, die von der Detektoreinheit identifiziert
und entsprechend klassifiziert werden, so dass Störeffekte – wie
eine Hintergrundeinstrahlung – ausgeblendet werden können. Zur
Signalidentifikation fungiert die Steuereinheit in diesem Sinne
als elektronische Schnittstelle zwischen der Steuereinheit und der
Detektoreinheit.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltungsvariante der optischen
Einklemmschutzvorrichtung umfasst die Emittereinheit eine Anzahl
von Leuchtdioden oder eine Anzahl von Laserdioden, die vorzugsweise
im Infrarotbereich strahlen.
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In
einer geeigneten Weiterbildung der optischen Einklemmschutzvorrichtung
umfasst die Emittereinheit eine Optik zur gerichteten Abstrahlung,
so dass das durch das Emissionsfeld erfasste Raumgebiet schon vorab
so weit eingeschränkt werden kann, dass sowohl der vorgegebene Überwachungsbereich
vollständig erfasst wird als auch die Abweichung zwischen
dem erfassten Raumgebiet und dem Überwachungsbereich möglichst
klein ist. Die Fokussierung des Emissionsfeldes ist sinnvoll, um
den Energie- und den Verarbeitungsaufwand so gering wie möglich
zu halten.
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Insbesondere
ist diese Optik, die in dieser Ausführung bevorzugt in
Form einer Zylinderlinse realisiert ist, dazu ausgebildet, ein im
wesentlichen fächerförmiges Strahlenbündel
zu erzeugen. Insbesondere bei flächig ebenen Überwachungsbereichen ist
ein eben fächerförmiges fokussiertes Strahlenbündel
sinnvoll, was beispielsweise mittels einer Zylinderlinse erreicht
werden kann. Bei einem unregelmäßig geformten
räumlichen Überwachungsbereich oder bei einem
flächig gekrümmten Überwachungsbereich
kann das Strahlenbündel des Emissionsfeldes in zwei Dimensionen
so weit aufgefächert werden, dass der Überwachungsbereich
gerade noch innerhalb des Raumgebietes liegt, welches durch das Strahlenbündel
erfasst wird.
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Weiterhin
ist vorteilhafterweise die Steuereinheit dazu ausgebildet, zum Erkennen
eines Hindernisses in einem Überwachungsbereich eine von einem
in Abhängigkeit von dem Einfallwinkel vorgegebenen Referenzmuster
abweichende Intensitätsverteilung und/oder eine räumlich
inhomogene Intensitätsänderung des aus dem Raumgebiet
einfallenden Strahlungsfeldes anhand eines Vergleichs der Ausgangssignale
verschiedener Photodioden des Arrays zu erfassen. Als räumlich
inhomogene Intensitätsänderung wird eine zeitliche Änderung
der auf dem Photodiodenarray auftreffenden Lichtstrahlung bezeichnet,
die für verschiedene räumliche Bereich des Photodiodenarrays,
also insbesondere für verschiedene Photodioden des Arrays,
unterschiedlich ausfällt. Dieses Kriterium ist insbesondere
dann erfüllt, wenn sich die für verschiedene Photodioden
registrierten Lichtintensitäten gleichzeitig in signifikant nicht-proportionaler
Weise ändern.
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Die
an einer Photodiode gemessene Strahlungsintensität – oder
die Strahlungsamplitude, deren Betragsquadrat proportional zur Strahlungsintensität ist – wird
in beiden Fällen nicht absolut, sondern vergleichend im
Verhältnis zu den an weiteren Photodioden einfallenden
Intensitäten ausgewertet. Die jeweiligen Intensitäten
bestimmen die Stromstärken der Ausgangssignale der jeweiligen
Photodioden, die zur Auswertung weiterverarbeitet werden.
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Durch
die vergleichende Intensitätsauswertung wird einerseits
die Einklemmschutzvorrichtung unabhängig von der absoluten
eingestrahlten Lichtintensität und damit unabhängig
von der Beleuchtungsenergie. Die Empfindlichkeit der Vorrichtung gegenüber
absoluten Helligkeitsschwankungen und temperaturabhängig
variierenden Betriebseigenschaften der Emittereinheit und der Detektoreinheit wird
somit effektiv reduziert.
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Andererseits
ermöglicht die Erfassung räumlich inhomogener
Intensitätsänderungen eine bessere Unterscheidung
von lokal begrenzte Hindernissen, beispielsweise einer in den Schließweg
einer Fahrzeugscheibe gehaltene Hand, gegenüber Störeffekten,
beispielsweise einer plötzlichen Änderung der Hintergrundhelligkeit.
So ist es für eine durch die Verhältnisse der
Umgebung bestimmte stationäre Beleuchtung bzw. für
die Hintergrundeinstrahlung charakteristisch, dass die Strahlungsintensität
im wesentlichen räumlich homogen zeitlich variiert. Durch ein
räumlich begrenztes, sich bewegendes Hindernis im Überwachungsbereich
wird dagegen eine räumlich inhomogene zeitliche Änderung
der Strahlungsverhältnisse bedingt, die an verschiedenen
Photodioden des Arrays zu einer unterschiedlich großen, nichtproportionalen
zeitlichen Änderung der registrierten Intensität
führt. Je höher die Auflösung der räumlichen
Segmentierung ist, desto besser wird dieser Effekt für
jeweils kleinere Hindernisobjekte nachweisbar.
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Die
vergleichende Intensitätsauswertung wirkt sich dabei insbesondere
vorteilhaft auf eine sichere Erkennung von vergleichsweise kleinen und/oder
schwach reflektierenden Hindernisobjekten aus, deren Einfluss bei
einer absoluten Auswertung der in der Detektoreinheit detektierten
Strahlung leicht durch eine starke Hintergrundeinstrahlung überdeckt,
und hierdurch übersehen werden kann.
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Die
vergleichende Intensitätsauswertung ist folglich ein effektives
Hilfsmittel, um zeitliche Änderungen der Hintergrundeinstrahlung
an sich von zeitlichen Änderungen des Strahlungsfeldes
durch ein bewegliches Hindernis im Überwachungsbereich
zu unterscheiden und somit einen möglichen Hindernisfall
auch bei ungünstigen Beleuchtungsverhältnissen besser
zu erkennen.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der optischen Einklemmschutzvorrichtung
betrifft die Ausgestaltung des Sensorchips der Detektoreinheit.
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Dabei
umfasst der Sensorchip eine Anzahl von integrierten Vorverarbeitungsschaltkreisen,
wobei jeder Vorverarbeitungsschaltkreis für eine unabhängige
Vorverarbeitung eines Ausgangssignals einer Photodiode des Arrays
eingerichtet ist. Die gegenseitige Zuordnung von Photodioden und
Vorverarbeitungsschaltkreisen ist dabei durch eine dem Photodiodenarray
und den Schaltkreisen zwischengeordnete programmierbare Schnittstelle
wählbar bzw. einstellbar.
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Die
Schnittstelle ist bevorzugt derart ausgebildet, dass durch Programmierung
stets genau eine (insbesondere beliebige) Photodiode eineindeutig
einem Vorverarbeitungsschaltkreis zuordenbar ist. Alternativ hierzu
kann die Schnittstelle aber auch derart ausgebildet sein, dass mehrere
Photodioden parallelgeschaltet einem gemeinsamen Vorverarbeitungsschaltkreis
zugeordnet werden können.
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Die
Vorverarbeitung enthält einen oder mehrere Bearbeitungsschritte,
mit denen das Ausgangssignal der zugeordneten Photodiode für
die anschließende Auswertung in der Steuereinheit vorbereitet wird.
Die Vorverarbeitung umfasst insbesondere – einzeln oder
in beliebiger Kombination – eine Analog-Digitalwandlung,
eine Verstärkung oder eine zeitliche Kumulation des Ausgangssignals.
Als Kumulation wird eine Summierung des Ausgangssignals der zugeordneten
Photodiode über eine vorgegebene Anzahl von Auslesezyklen
verstanden. Die Kumulation entspricht somit im Wesentlichen einer
Belichtungszeiteinstellung.
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Zusätzlich
oder alternativ zu einem der vorstehend genannten Vorverarbeitungsschritte
ist in bevorzugter Ausführung jeder der Vorverarbeitungsschaltkreise
dazu ausgebildet, durch Korrelation des Ausgangssignals der zugeordneten
Photodiode mit einem Referenzsignal ein für die Laufzeit
eines reflektierten Lichtpulses charakteristisches Messsignal zu
erzeugen und auszugeben.
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Der
vorstehend beschriebenen Weiterbildung der Erfindung liegt die Überlegung
zugrunde, dass für die meisten Anwendungsfälle
nicht alle Photodioden eines Arrays benötigt werden. Im
Falle einer Einklemmschutzvorrichtung für einen Kraftfahrzeug-Fensterheber
ist der Überwachungsbereich in der Regel durch eine im
Wesentlichen zu der optischen Achse der Detektoreinheit parallele
Fläche gegeben. Ein solcher Überwachungsbereich
wird in einen im Wesentlichen eindimensionalen Bildbereich, d. h.
in einen mehr oder weniger breiten Strich auf das Photodiodenarray
abgebildet, der aber entsprechend der Geometrie des Überwachungsraums meist
krummlinig ist. Andererseits sind der Überwachungsbereich,
und damit auch der Bildbereich in der Regel für jeden konkreten
Anwendungsfall der Einklemmschutzvorrichtung, beispielsweise also
für den Fahrzeugtyp, bei dem die Vorrichtung eingesetzt werden
soll, verschieden. Um die Vorrichtung unter Vermeidung von Spezialanfertigungen
für möglichst viele Anwendungsfälle einsetzen
zu können, ist es daher erkanntermaßen im Sinne
einer rationellen Fertigung sinnvoll, das Photodiodenarray mit einer hinreichend
groß dimensionierten Photodiodenanordnung zu versehen,
die die Bildbereiche der für übliche Anwendungsfälle
zu veranschlagenden Überwachungsbereiche abdeckt. Für
den einzelnen Anwendungsfall ist ein solches Standard-Array in der Regel überdimensioniert,
so dass stets eine beträchtliche Anzahl von Photodioden,
insbesondere an den Rändern des Arrays, überflüssig
sind, da sie außerhalb des Bildbereichs liegen. Diese Überdimensionierung
würde sich aber erkanntermaßen dann besonders
nachteilig auswirken, wenn jeder Photodiode des Arrays ein eigener
Vorverarbeitungsschaltkreis zugeordnet würde, zumal sich
hierdurch die Größe des Sensorchips entscheidend
vergrößern würde. Letzteres würde
die Einsatzfähigkeit der Vorrichtung, z. B. in Hinblick
auf die beengten Platzverhältnisse im Kraftfahrzeugen,
wieder einschränken.
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In
diesem Spannungsfeld wird durch die vorstehend beschriebene Ausgestaltung
eine Synthese erzielt. Durch die Möglichkeit, Photodioden
und Vorverarbeitungsschaltkreise einander durch Programmierung flexibel
zuordnen zu können, entfällt die Notwendigkeit,
für jede Photodiode einen separaten Vorverarbeitungsschaltkreis
vorsehen zu müssen. Vielmehr genügt es, eine hinreichend
große, aber die Anzahl der Photodioden in der Regel wesentlich
unterschreitende Anzahl von Vorverarbeitungsschaltkreisen auf dem
Sensorchip zu integrieren, denen dann im konkreten Anwendungsfall
gezielt die zur Abtastung des Überwachungsbereichs relevanten
Photodioden zugeordnet werden können. Dies ermöglicht gleichzeitig
eine sowohl preisgünstige als auch platzsparende Realisierung
des Sensorchips.
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Indem
die Ausgangssignale der Photodioden direkt auf dem Sensorchip vorverarbeitet
werden, wird zudem ein besonders günstiges Signal-Rausch-Verhältnis
erzielt.
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Bei
einem zweidimensionalen Array mit einer rechteckigen Photodiodenanordnung,
die eine Anzahl von Zeilen und eine Anzahl von Spalten umfasst, ist
bevorzugt eine der Anzahl der Zeilen oder Spalten entsprechende
Anzahl von Vorverarbeitungsschaltkreisen vorgesehen. Dabei ist jeweils
eine Photodiode aus jeder Zeile bzw. Spalte des Arrays einem Vorverarbeitungsschaltkreis
eineindeutig zuordenbar.
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Im
folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand
einer Zeichnung näher diskutiert.
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Dabei
zeigen jeweils in schematischer Darstellung
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1 in
einem Blockschaltbild eine optische Einklemmschutzvorrichtung mit
einer optoelektronischen Baugruppe, umfassend eine Emittereinheit und
eine Detektoreinheit, sowie mit einer Steuereinheit,
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2 in
perspektivischer Ansicht eine erste Ausführungsform der
Einklemmschutzvorrichtung, bei der eine die Steuereinheit umfassende
Sensorperipherieplatine seitlich parallel bezüglich einer Sensorfläche der
optoelektronischen Baugruppe an derselben anliegt,
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3 in
Darstellung gemäß 2 eine alternative
Ausführungsform der Einklemmschutzvorrichtung, bei der
die Sensorperipherieplatine seitlich orthogonal bezüglich
der Sensorfläche an der optoelektronischen Baugruppe anliegt,
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4 in
detaillierter perspektivischer Darstellung die optoelektronische
Baugruppe, und
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5 in
perspektivischer Darstellung eine Ausführung der Detektoreinheit
mit einem programmierbaren Sensorchip.
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Einander
entsprechende Teile und Größen sind in den Figuren
stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist
eine optische Einklemmschutzvorrichtung 1 schematisch dargestellt,
die beispielsweise als Teil eines motorischen Fensterhebers für eine
Kraftfahrzeugscheibe eingesetzt ist.
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Die
Vorrichtung 1 umfasst eine optoelektronische Baugruppe 2 sowie
eine Steuereinheit 3. Die Steuereinheit 3 umfasst
wiederum eine Emittereinheit 4 und eine Detektoreinheit 6.
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Von
der Emittereinheit 4 wird mit Hilfe einer Fokussierungsoptik 8 ein
fächerförmiges Strahlenbündel 10 in
ein Raumgebiet 12 abgestrahlt. Innerhalb des Raumgebietes 12 ist
ein Überwachungsbereich 14 definiert, innerhalb
von welchem eindringende Objekte als Hindernis erkannt werden sollen.
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Die
Detektoreinheit 6 umfasst eine abbildende Optik 16 und
einen dieser in Lichteinfallsrichtung nachgeschalteten Sensorchip 17.
Mittels der abbildenden Optik 16 wird ein aus dem Raumgebiet 12 einfallendes
(Licht-)Strahlungsfeld 18 auf den Sensorchip 17 abgebildet.
Das Strahlungsfeld 18 enthält in der Regel reflektierte
Anteile des Strahlenbündels 10 sowie Anteile einer
aus dem Raumgebiet 12 kommenden Hintergrundeinstrahlung.
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Befindet
sich ein Hindernis 20 in dem Raumgebiet 12, so
trifft ein von der Emittereinheit 4 abgestrahlter Strahlenpuls 22 des
Strahlenbündels 10 auf das Hindernis 20 und
wird von diesem gestreut. Ein Anteil 24 des Strahlenpulses 22 wird
dabei zur Detektoreinheit 6 zurückgestrahlt.
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Der
Strahlenpuls 22 und somit auch dessen zurückgestrahlter
Anteil 24 weisen als Signatur eine kurzzeitskalige Intensitätsmodulation
auf, so dass die Detektoreinheit 6 den Anteil 24 in
dem einfallenden Strahlungsfeld 18 mit einer gleichmäßigen
oder höchstens langzeitskalig variierenden Hintergrundeinstrahlung
identifizieren kann. Der Anteil 24 wird durch die abbildende
Optik 16 auf den Sensorchip 17 gelenkt und dort
detektiert.
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Die
Steuereinheit 3 steuert die Emittereinheit 4 mittels
einer Modulationsspannung U zur Emission periodisch intensitätsmodulierter
Strahlenpulse an, deren Signatur durch die Modulationsspannung U bestimmt
ist. Weiterhin wird die Modulationsspannung U als Referenzgröße
U' an die Detektoreinheit 6 übermittelt. Die Detektoreinheit 6 verarbeitet
(auf nachfolgend näher beschriebene Weise) ein dem detektierten
Strahlungsanteil 24 entsprechendes Messsignal mit der Referenzgröße
U' und leitet ein daraus resultierendes Detektor-Ausgangssignal
U'' an die Steuereinheit 3 weiter. Es enthält
eine Information über die Amplitude und damit die Lichtintensität
des zurückgestrahlten Anteils 24, sowie eine Information über
die Einfallsrichtung des Anteils 24. Anhand des Detektor-Ausgangssignals
U'' ermittelt die Steuereinheit 3 die Entfernung und Lage
des Hindernisses 20 und verifiziert, ob sich das Hindernis 20 in
dem vorgegebenen Überwachungsbereich 14 befindet.
Ist dies der Fall, so übermittelt die Steuereinheit 3 ein Identifikationssignal
Id an weitere Mittel, z. B. die Ansteuerung des Fensterhebers, der
daraufhin den Vorschub der Fahrzeugscheibe stoppt oder invertiert.
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Gemäß 2 hat
die optoelektronische Baugruppe 2 ein im Wesentlichen quaderförmiges Gehäuse 25.
Die Emittereinheit 4 und die Detektoreinheit 6 treten
hierbei mit der jeweils zugeordneten Optik 8 bzw. 16 an
einer Seitenfläche des Gehäuses 25 hervor,
die nachfolgend als Sensorfläche 26 bezeichnet
ist. In der Ausführung gemäß 2 umfasst die
Vorrichtung 1 zusätzlich zu der Baugruppe 2 eine Sensorperipherieplatine 28,
welche zumindest Teile der Steuer-einheit umfasst. Die Sensorperipherieplatine 28 ist
in dieser Ausführung parallel zu der Sensorfläche 26 ausgerichtet
und anliegend an einer dieser gegenüberliegenden Seitenfläche 30 des
Gehäuses 25 angeordnet.
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In
bevorzugter Dimensionierung weist das Gehäuse 25 eine
Höhe a von 25 mm, eine Breite b von 10 mm, und eine Länge
c von etwa 50 mm auf. Mit diesen kompakten Abmessungen der optoelektronischen
Baugruppe 2 eignet sich die Vorrichtung 1 beispielsweise
für die genannte Verwendung als Fenster-Einklemmschutzsystem
in einem Fahrzeug. Das Einklemmschutzsystem 1 wird hierbei
mit der anliegenden Sensorperipherieplatine 28 auf einem bezüglich
der Fahrzeugscheibe ortsfesten Untergrund montiert.
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Die
in 3 dargestellte Ausführungsform der Vorrichtung 1 ist
im Wesentlichen baugleich mit der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ausgebildet,
unterscheidet sich von letzterer aber dadurch, dass hier die Sensorperipherieplatine 28 orthogonal
bezüglich der Sensorfläche 26 der Baugruppe 2 ausgerichtet
ist, und somit etwa senkrecht von der Seitenfläche 30 des
Gehäuses 25 absteht.
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In 4 ist
die optoelektronische Baugruppe 2 in gegenüber 1 detaillierterer
Darstellung gezeigt. Sichtbar sind die beiden um die Höhe
a beabstandeten Gehäuseseitenwände der Baugruppe 2, die
der Sensorfläche 26 und der dieser gegenüberliegenden
Seitenfläche 30 entsprechen. Die weiteren Seitenwände
des Gehäuses 25 sind in dieser Darstellung nicht
ge zeigt, so dass Komponenten im Innenraum der optoelektronische
Baugruppe 2 sichtbar werden. In dieser Darstellung ist
zu erkennen, dass die Emittereinheit 4 eine Anzahl von
Leuchtdioden 32 umfasst, die so ausgerichtet sind, dass
sie mit Hilfe der in Form einer Zylinderlinse ausgebildeten Fokussierungsoptik 8 das
von den Leuchtdioden 32 ausgehende Licht in das fächerförmige
Strahlenbündel 10 streuen.
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Die
abbildende Optik 16 der Detektoreinheit 6 ist
gemäß 4 durch eine konvexe Linse gebildet. Der
Sensorchip 17 umfasst ein hier eindimensionales Array 34 von
Photodioden 36.
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Die
Darstellung zeigt die Strahlengänge 38 und 39,
die von jeweils einem Endpunkt des hier als längliches
Objekt dargestellten Hindernisses 20 in dem Raumgebiet 12 über
die Optik 16 auf jeweils unterschiedliche Photodioden 36 treffen.
Hierdurch wird das Raumgebiet 12 segmentiert, wobei die
Auflösung durch die Anzahl der Photodioden 36 auf
dem Array 34, die jeweils ein Ausgangssignal I liefern,
bestimmt ist.
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5 zeigt
eine Ausführungsform der Detektoreinheit 6, bei
der ein programmierbarer Sensorchip 40 vorgesehen ist.
Der Sensorchip 17 umfasst hier – abweichend von 4 – ein
Array 44 von Photodioden 45, 46, die
in Zeilen 47 und Spalten 48 in Form einer zweidimensionalen
Matrix angeordnet sind. Dem Array 44 ist eine Anzahl von
Vorverarbeitungsschaltkreisen 49 vorgeschaltet, wobei die
Anzahl der Vorverarbeitungsschaltkreise 49 der Anzahl der
Zeilen 47 des Arrays 44 entspricht. Eine programmierbare
Schnittstelle 50 ordnet jeweils eine Photodiode 46 aus
jeder der Zeilen 47 genau einem der Vorverarbeitungsschaltkreise 49 zu.
Damit wird ein Ausgangssignal einer solchen Photodiode 46 in
dem entsprechend zugeordneten Vorverarbeitungsschaltkreis 49 vorverarbeitet
und der Steuereinheit 3 übermittelt. Die weiteren
Photodioden 45 des Arrays 44 sind durch die Konfigurierung
der Schnittstelle 49 von den Vorverarbeitungsschaltkreisen 49 entkoppelt,
so dass die Ausgangssignale I dieser Photodioden 45 nicht
weiterverarbeitet werden. Die auf diese Weise aktivierten Photodioden 46 bilden eine
eindimensionale Kontur auf dem zweidimensionalen Array 44, womit
vermöge des Strahlengangs 51 der abbildenden Optik 16 der
korrespondierend konturierte Überwachungsbereich 14 in
dem Raumgebiet 12 definiert ist.
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Die
Steuereinheit 3 vergleicht Änderungen der von
verschiedenen Photodioden 46 gemessenen Lichtintensitäten
miteinander, und erkennt auf die Anwesenheit eines Hindernisses 20,
wenn sie eine signifikante Änderung der Lichtintensität
feststellt, die räumlich inhomogen ist, also nicht von
allen Photodioden 46 in gleicher oder entsprechender Weise
detektiert wurde.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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