DE19909986C2 - Optoelektronische Überwachungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine optoelektronische Überwachungsein­ richtung für ein Kraftfahrzeug.

Eine solche Überwachungseinrichtung ist beispielsweise aus der EP 0 832 798 A2 bekannt. Diese Überwachungseinrichtung ist als Regensen­ sor eingesetzt und besteht aus einem Abbildungssystem zum Abbilden von auf der Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeuges befindlichen Was­ sertropfen auf einem Kamerasensor, dessen Objektiv vom Innenraum des Kraftfahrzeuges zur Windschutzscheibe hin gerichtet und auf den erfaßten Windschutzscheibenausschnitt fokussiert ist. Der Kamerasensor ist im Bereich des Innenraumrückspiegels in Fahrtrichtung nach vorne blickend angeordnet. Eine Auswertung der erfaßten Bilddaten erfolgt in einer Pro­ zessoreinheit, die ebenfalls zum Ansteuern eines Wischermotors in Ab­ hängigkeit von den erfaßten Bilddaten vorgesehen ist.

Mit dem Abbildungssystem und dem Kamerasensor ist ausschließlich eine Wassertropfendetektion auf der Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeuges möglich. Im Automotivbereich werden optische Sensoren auch zum Erfas­ sen weiterer optischer Informationen verwendet. Beispielsweise finden derartige Sensorsysteme Anwendung bei der Erfassung des Sonnenstan­ des, bei der Fahrlichtsteuerung oder etwa bei einer Innenraumüberwa­ chung. Sämtliche dieser Systeme verfügen über entsprechende photoelektrische Sensorarrays sowie über entsprechende Abbildungssysteme.

Aus DE 197 04 818 A1 ist eine Überwachungseinrichtung bekannt, die ein einziges Abbildungssystem aufweist. Abgebildet wird durch dieses Abbil­ dungssystem auf dem Sensorarray durch Einsatz einer Empfangslinse die vor dem Kraftfahrzeug befindliche Umgebung. Aus diesem Grunde ist die Empfangslinse dieser vorbekannten Überwachungseinrichtung auf unend­ lich fokussiert, um diese erste Umgebung scharf auf der photosensitiven Oberfläche des Sensorarrays abbilden zu können. Durch die Abbildung ist die gesamte photosensitive Oberfläche des Sensorarrays belichtet. Die auf dem Sensorarray abgebildete Fahrzeugumgebung ist in diesem Do­ kument als "erste Umgebung" bezeichnet. Die Abbildung einer weiteren Umgebung erfolgt bei der aus diesem Dokument bekannten Überwa­ chungseinrichtung nicht. Die vorbekannte Überwachungseinrichtung ver­ mag lediglich neben dieser einen Abbildung im Wege eines Intensitäts­ vergleiches die reflektierte Streustrahlung einer innenseitig auf einer Windschutzscheibe gerichteten Beleuchtungsquelle zu erfassen, wenn die Windschutzscheibe außenseitig benetzt ist. Dabei wird durch den Inten­ sitätsvergleich der erfaßten Bilder bei beleuchteter und unbeleuchteter Windschutzscheibe auf das mögliche Vorhandensein von Wassertropfen auf der Windschutzscheibe geschlossen. Diese vorbekannte Überwa­ chungseinrichtung arbeitet daher auch als Regensensor. Eine unabhängi­ ge und auch scharfe Abbildung der Windschutzscheibe ist beim Gegen­ stand dieser Überwachungseinrichtung nicht möglich und auch gar nicht gewünscht.

Ausgehend von diesem diskutiertem Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine optoelektronische Überwachungsein­ richtung vorzuschlagen, mit der unterschiedliche optische Informationen verschiedener optischer Sensorsysteme erfaßbar sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine optoelektronische Über­ wachungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug gelöst, umfassend

• - mehrere, unterschiedlichen Überwachungsobjekten zugeordnete opti­ sche Abbildungssysteme, die ausgangsseitig die photosensitive Ober­ fläche eines gemeinsamen photoelektrischen Sensorarrays, bestehend aus einer Vielzahl von einzelne Bildpunkte bildenden photoelektrischen Wandlerelementen, beaufschlagen, welche Wandlerelemente in Ab­ hängigkeit von ihrer jeweiligen Lichtbeaufschlagung ein der Lichtstärke entsprechendes elektrisches Signal generieren, wobei der Ausgang ei­ nes jeden Abbildungssystems zum Abbilden der von diesem Abbil­ dungssystem bereitgestellten optischen Information auf einem Bereich der photosensitiven Oberfläche des Sensorarrays angeordnet ist, der sich zumindest teilweise mit den Belichtungsbereichen der anderen Abbildungssysteme überschneidet,
• - eine in dem Strahlengang eines jeden Abbildungssystems angeordne­ te, unter Ausnutzung eines elektrooptischen Effekts elektrisch ansteu­ erbare Verschlußeinheit zum Steuern einer Belichtung der photosensi­ tiven Oberfläche des Sensorarrays durch dieses Abbildungssystem und
• - einen durch die elektrischen Ausgangssignale des Sensorarrays beauf­ schlagten Controller zum Ansteuern der Verschlußeinheit, zum Aus­ werten der optischen Informationen und zum Ansteuern von Aktoren in Abhängigkeit von dem Ergebnis einer Auswertung der Objekt bezoge­ nen Informationen.

Durch die erfindungsgemäße Überwachungseinrichtung, dem mehrere Abbildungssysteme zugeordnet sind, zweckmäßigerweise von einem ge­ meinsamen, die Abbildungssysteme zusammenfassenden Halter getra­ gen, kann diese Überwachungseinrichtung unter Verwendung eines einzi­ gen Sensorarrays für die unterschiedlichsten optischen Sensorsysteme eingesetzt werden. Als Abbildungssysteme kommen sowohl bildabbilden­ de, etwa Linsen, oder lichtleitende Systeme in Frage. Dem Ausgang jedes Abbildungssystems kann eine bestimmte Wandlerelementgruppe des Sensorarrays zugeordnet sein, so daß eine eindeutige Zuordnung be­ stimmter Gruppensignale zu bestimmten Abbildungssystemen und somit zu bestimmten zu erfassenden optischen Informationen möglich ist. Die einem Abbildungssystem zugeordnete Wandlerelementgruppe des Sen­ sorarrays überschneidet sich zumindest teilweise mit derjenigen eines weiteren Abbildungssystems. Dabei ist zweckmäßigerweise vorgesehen, daß die Größe des Sensorarrays durch die größte von einem Abbildungs­ system benötigte Abbildungsgröße bestimmt wird und daß alle weiteren Abbildungssysteme ebenfalls in diesem Bereich die photosensitive Ober­ fläche des Sensorarrays belichten. Dies hat zur Folge, daß die Größe des Sensorarrays, wobei bevorzugt ein Kamerasensorchip eingesetzt ist, trotz der zahlreichen, darauf abgebildeten optischen Informationen entspre­ chend klein ausgebildet sein kann. Zum Takten der Belichtung des Sen­ sorarrays durch die einzelnen Abbildungssysteme ist in den Strahlengang eines jeden Abbildungssystems eine elektrisch ansteuerbare Ver­ schlußeinheit eingebracht. Die Verschlußeinheit arbeitet unter Ausnutzung eines elektrooptischen Effektes und kann somit beispielsweise als Flüs­ sigkristallblende oder nach einem elektrochromen Prinzip arbeitend aus­ gebildet sein. Die zeitlich getaktete Abbildung optischer Informationen der unterschiedlichen Abbildungssysteme auf dem Sensorarray kann als Co­ dierung zur Identifizierung der optischen Information eines bestimmten Abbildungssystemes eingesetzt werden. Im Unterschied zu einer Codie­ rung durch eine einem bestimmten Abbildungssystem zugeordnete Wandlerelementgruppe ist eine Zuordnung der empfangenen optischen Informationen zu einem Abbildungssystem unabhängig von dem tatsächli­ chen von dem Abbildungssystem belichteten Bereich des Sensorarrays möglich.

Die einzelnen Abbildungssysteme sind im Bereich des photoelektrischen Sensorarrays zweckmäßigerweise zu einer gegenständlichen Einheit zu­ sammengefaßt und auf dem Schaltungsträger des Sensorarrays fixiert, so daß das Sensorarray bezüglich der Ausgänge der Abbildungssysteme in einer fixierten Position zu diesem gehalten ist.

Bei Bestückung eines in einem Kraftfahrzeug verwendeten photoelektri­ schen Sensorarrays mit einer Linse als eines der Abbildungssysteme ist dieses zum Erfassen bildabbildender Informationen geeignet. Ein solches System läßt sich daher beispielsweise als Innenraumüberwachungssystem oder auch zur Überwachung der Umgebung des Kraftfahrzeuges, etwa zum Signalempfang bei einer Abstands- oder Regensensorik ver­ wenden. Durch die zeitlich getaktete Abbildung der optischen Information der einzelnen Abbildungssysteme, können auch solche Informationen über das Sensorarray ausgewertet werden, die nicht kontinuierlich, son­ dern nur bei Bedarf bereitgestellt werden müssen. Beispielsweise kann ein bildabbildendes Abbildungssystem als Einklemmschutz zum Verhin­ dern eines Einklemmens von Gegenständen etwa beim Schließen eines elektrisch betätigbaren Schiebedaches eingesetzt sein. Diese Überwa­ chungseinrichtung befindet sich nur dann in ihrer Überwachungsfunktion, wenn tatsächlich das Schiebedach geschlossen wird. Nur in diesem zum Schließen des Schiebedaches notwendigen Zeitintervall wird die photo­ sensitive Oberfläche des Sensorarrays mit dieser optischen Information belichtet. Die Steuerung der einzelnen Verschlußeinheiten und die Aus­ wertung der empfangenen optischen Informationen erfolgt in einem Con­ troller.

Bei Verwendung dieses Sensorarrays zur Innenraumüberwachung ist es zweckmäßig, ein solches Sensorarray im Bereich des inneren Rückspie­ gels bzw. im Bereich einer Dachkonsole, etwa als Dachmodul nach hinten blickend anzuordnen. Weitere optische Informationen können dem Sen­ sorarray über optische Lichtleiter als weitere Abbildungssysteme zugeführt werden, wobei einzelne Fasern zur Übermittlung etwa von Lichtstärken oder Faserbündel zur Übermittlung von bildabbildenden Informationen eingesetzt sein können.

Ein solches photoelektrisches Sensorarray mit einer durch Zusammenfas­ sen verschiedener Abbildungssysteme gebildeten Multifunktionsoptik kann auch an anderer Position in einem Kraftfahrzeug angeordnet sein. Die dem Sensorarray zugeführte optische Information kann bereits hin­ sichtlich der tatsächlich zu erfassenden Information gefiltert sein. Da das Sensorarray zur Aufnahme einer großen Frequenzbandbreite ausgestaltet sein kann, ist ein solches Sensorarray gleichzeitig für die unter­ schiedlichsten optischen Sensoriken geeignet.

Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Bestandteil der übrigen Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematisierte Darstellung einer optoelektronischen Überwachungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug nach Art ei­ nes Blockschaltbildes,

Fig. 2 die Überwachungseinrichtung der Fig. 1 bei einem Emp­ fang optischer Informationen eines der eingesetzten Abbil­ dungssysteme,

Fig. 3 eine schematisierte Draufsicht auf eine weitere optoelektro­ nische Überwachungseinrichtung und

Fig. 4 eine als Regensensor eingesetzte optoelektronische Über­ wachungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug.

Eine optoelektronische Überwachungseinrichtung 1 umfaßt einen Kame­ rasensor 2, auf dessen photosensitiver Oberfläche 3 mehrere Abbildungs­ systeme AS₁-AS₃ die durch diese Abbildungssysteme AS₁-AS₃ bereit­ gestellte optische Information abbilden. Das Abbildungssystem AS₁ ist als Objektiv 4 mit einer konvexen Linse ausgebildet. Die Abbildungssysteme AS₂ und AS₃ sind ebenfalls bildabbildende Systeme, bei denen die Bil­ dinformation über Faserbündel 5 bzw. 6 an den Kamerasensor 2 heran­ geführt werden. Die kamerasensorseitigen stirnseitigen Enden der Faser­ bündel 5, 6 sind zur besseren Abbildung der bereitgestellten Bildinforma­ tion konvex gekrümmt. Dem einkoppelseitigen Ende der Faserbündel 5, 6 ist ebenfalls eine Linse zugeordnet.

Die Abbildungssysteme AS₁ und AS₃ belichten denselben Bereich der photosensitiven Oberfläche 3 des Kamerasensors 2. Das Abbildungssy­ stem AS₂ belichtet lediglich einen Teil des von den Abbildungssystemen AS₁ und AS₃ belichteten Sensorbereiches.

In den Strahlengang der Abbildungssysteme AS₁-AS₃ ist eine Ver­ schlußeinheit 7 eingeschaltet, die in eine der Anzahl der Abbildungssy­ steme AS₁-AS₃ entsprechende Anzahl an Verschlußfeldern V₁-V₃ seg­ mentiert ist. Die Verschlußeinheit 7 ist als Flüssigkristallblende ausgebil­ det, deren Verschlußfelder V₁-V₃ einzeln und unabhängig voneinander elektrisch in ihre lichtdurchlassende bzw. lichtsperrende Stellung ge­ schaltet werden können.

Das zeittaktabhängige Steuern der Verschlußfelder V₁-V₃ der Ver­ schlußeinheit 7 erfolgt durch einen Mikroprozessor 8, der über eine Steu­ erleitung 9 mit der Verschlußeinheit 7 verbunden ist. An den Mikroprozes­ sor 8 sind ferner die Ausgänge des Kamerasensors 2 angeschlossen. In Abhängigkeit von der empfangenen optischen Information dient der Mi­ kroprozessor 8 ferner zur Ansteuerung unterschiedlicher Aktoren 10, 11, 12. Zusätzlich kann der Mikroprozessor 8 mit weiteren zur Auswertung der optischen Information notwendigen Parametern beaufschlagt sein. Auch zusätzliche Informationen zur Steuerung der Verschlußeinheit 7 können den Mikroprozessor 8 beaufschlagen. Diese zusätzlichen, den Mikropro­ zessor 8 beaufschlagenden Informationen sind in Fig. 1 durch den Be­ griff "INFO" gekennzeichnet.

Fig. 2 zeigt die Überwachungseinrichtung 1 der Fig. 1 bei einer Belich­ tung der photosensitiven Oberfläche 3 des Kamerasensors 2 durch das Abbildungssystem AS₁. Das dem Abbildungssystem AS₁ zugeordnete Verschlußfeld V₁ der Verschlußeinheit 7 ist in seiner lichtdurchlassenden Ansteuerung. Die beiden weiteren Verschlußfelder V₂ und V₃ der Abbil­ dungssysteme AS₂ und AS₃ befinden sich dagegen in ihrer lichtundurch­ lässigen Ansteuerung. Durch entsprechende Ansteuerung durch den Mi­ kroprozessor 8 werden entweder zeitlich nach einem vorgegebenen Takt oder bei Bedarf die Verschlußfelder V₁ bzw. V₃ zum Lichtdurchlassen an­ gesteuert und entsprechend die übrigen Verschlußfelder in die Lichtsperr­ stellung geschaltet.

Schematisiert ist in Fig. 3 nach Art einer Draufsicht eine weitere opto­ elektronische Überwachungseinrichtung 13 dargestellt. Die Überwa­ chungseinrichtung 13 ist entsprechend aufgebaut wie die Überwachungs­ einrichtung 1, wobei im Unterschied zur Überwachungseinrichtung 1 der Fig. 1 und 2 diese Überwachungseinrichtung sechs Abbildungssyste­ me AS₄-AS₉ umfaßt. Bei diesen Abbildungssystemen AS₄-AS₉ handelt es sich um bildabbildende, wie beispielsweise die Abbildungssysteme AS₄­ -AS₅ sowie AS₈ und um lichtleitende Systeme, wie etwa die Abbildungs­ systeme AS₇ und AS₉. Jedem Abbildungssystem ist in der Verschlußein­ heit 14 ein Verschlußfeld V₄-V₉ zugeordnet, welche Verschlußfelder V₄-­ V₉ unabhängig voneinander angesteuert werden können. Hingewiesen sei insbesondere auf die Verschlußfelder V₄ und V₅, die sich bereichsweise überschneiden. Eine solche Überschneidung kann dann vorgesehen sein, wenn die diesen Verschlußfeldern V₄ und V₅ zugeordneten Abbildungssy­ steme AS₄ bzw. AS₅ nicht gleichzeitig auf der photosensitiven Oberfläche des Kamerasensors 15 abbilden sollen. Der gemeinsame Verschlußfeld­ bereich wird entsprechend einmal dem Verschlußfeld V₄ und zum anderen dem Verschlußfeld V₅ zugerechnet.

Zur Erhöhung der einer solchen Einrichtung zuzuführenden Abbildungs­ systeme, kann vorgesehen sein, daß die zum Kamerasensor weisende Oberfläche der Verschlußeinheit mit einer lichtreflektierenden Schicht be­ schichtet ist, beispielsweise bedampft ist, so daß Abbildungssysteme auf der photosensitiven Oberfläche des Kamerasensors abbilden können, deren optische Informationen an dieser beschichteten Unterseite der Ver­ schlußeinheit reflektiert wird. Auch diesen zusätzlichen Abbildungssyste­ men ist eine eigene Verschlußeinheit zugeordnet. Die Bedampfung der Unterseite der Verschlußeinheit ist so vorgesehen, daß von oben durch­ tretendes Licht ungehindert durch die Beschichtung hindurch zu treten vermag.

In einer Erweiterung einer solchen Ausgestaltung ist die zur photosensiti­ ven Oberfläche des Kamerasensors weisende Oberseite der Ver­ schlußeinheit mit einer elektrochromen Schicht insgesamt oder auch segmentiert beschichtet, so daß durch entsprechende Ansteuerung der elektrochromen Segmente die reflektierenden Eigenschaften hervorgeru­ fen werden können. Somit dient diese Schicht bzw. dienen diese Seg­ mente sowohl zur Lichtlenkung als auch als Verschluß. Eine solche Ver­ schlußeinheit ist zweckmäßigerweise mehrschichtig aufgebaut, wobei eine Verschlußeinheitebene für die Durchlichtstrahlengänge und die weitere Verschlußeinheitebene für die durch Reflexion zum Kamerasensor ge­ lenkten optischen Informationen vorgesehen ist.

Fig. 4 zeigt eine weitere Überwachungseinrichtung 16, die als Regen­ sensor zum Betrachten von drei unterschiedlichen Windschutzscheiben­ ausschnitten A₁, A₂ und A₃ angeordnet ist. Die betrachteten Windschutz­ scheibenausschnitte A₁-A₃ sind Bestandteil unterschiedlicher Gesichts­ felder, wobei das primäre Fahrergesichtsfeld mit dem Bezugszeichen G₁, dasjenige des Beifahrers mit dem Bezugszeichen G₂ und das zwischen den beiden Gesichtsfeldern G₁ und G₂ liegende Sekundärgesichtsfeld mit dem Bezugszeichen G₃ gekennzeichnet sind. Die Detektionseinheit 17 umfaßt drei Objektive, von denen jeweils eines zum Betrachten eines Windschutzscheibenausschnittes A₁, A₂ oder A₃ angeordnet ist. Die Ob­ jektive bilden den jeweiligen Windschutzscheibenausschnitt A₁, A₂ bzw. A₃ auf der photosensitiven Oberfläche eines für alle Objektive gemeinsam vorgesehenen Kamerasensors ab. In den Strahlengang jedes abbilden­ den Objektives ist ein Lichtschalter angeordnet, so daß der Kamerasensor wahlweise von einem der drei Objektive belichtet werden kann. Als Licht­ schalter ist eine in drei Teile segmentierte Flüssigkristallblende vorgese­ hen.

Claims (7)

1. Optoelektronische Überwachungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug
mit mehreren, unterschiedlichen Überwachungsobjekten zuge­ ordneten optischen Abbildungssystemen (AS₁-AS₉), die aus­ gangsseitig die photosensitive Oberfläche (3) eines gemeinsa­ men photoelektrischen Sensorarrays (2, 15), bestehend aus ei­ ner Vielzahl von einzelne Bildpunkte bildenden photoelektri­ schen Wandlerelementen, beaufschlagen, welche Wandlerele­ mente in Abhängigkeit von ihrer jeweiligen Lichtbeaufschlagung ein der Lichtstärke entsprechendes elektrisches Signal gene­ rieren, wobei der Ausgang eines jeden Abbildungssystems (AS₁­ -AS₉) zum Abbilden der von diesem Abbildungssystem (AS₁-­ AS₉) bereitgestellten optischen Information auf einem Bereich der photosensitiven Oberfläche (3) des Sensorarrays (2, 15) an­ geordnet ist, der sich zumindest teilweise mit den Belichtungsbe­ reichen der anderen Abbildungssysteme (AS₁-AS₉) überschnei­ det,
mit einer in dem Strahlengang eines jeden Abbildungssystems (AS₁-AS₉) angeordneten, unter Ausnutzung eines elektroopti­ schen Effekts elektrisch ansteuerbaren Verschlußeinheit (7, 14) zum Steuern einer Belichtung der photosensitiven Oberfläche (3) des Sensorarrays (2, 15) durch dieses Abbildungssystem (AS₁-­ AS₉) und
mit einem durch die elektrischen Ausgangssignale des Sensorar­ rays beaufschlagten Controller (8) zum Ansteuern der Ver­ schlußeinheit (7, 14), zum Auswerten der optischen Informatio­ nen und zum Ansteuern von Aktoren (10, 11, 12) in Abhängigkeit von dem Ergebnis einer Auswertung der Objekt bezogenen In­ formationen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Wandlerelemente des Sensorarrays (2, 15) frei adres­ sierbar und auslesbar sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlerelemente des Sensorarrays (2, 15) in einer zwei­ dimensionalen Anordnung angeordnet sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der photosensitiven Oberfläche des Sensorarrays durch die größte Abbildungsgröße eines Abbildungssystems be­ stimmt ist und alle weiteren Abbildungssysteme in diesem Bereich der photosensitiven Oberfläche des Sensorarrays abbilden.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verschlußeinheit (7, 14) als Flüssigkristallblende ausgebildet ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verschlußeinheit nach einem elektrochromen Prinzip arbeitend ausgebildet ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß für die unterschiedlichen Abbildungssysteme eine Verschlußeinheit (7, 14) vorgesehen ist, die eine der Anzahl der Abbildungssysteme entsprechende Anzahl an Verschlußfeldern (V₁­ -V₉) aufweist.