Title:
Sensorsystem einer Sensoreinrichtung eines Kraftfahrzeugs
Kind Code:
A1
Abstract:

Bei einem Sensorsystem (3) einer Sensoreinrichtung (4) eines Kraftfahrzeugs (1) zur optischen Erfassung von Objekten und deren räumlichen Bewegungen, aufweisend eine 3D-Kamera, die räumliche Daten mit einem Laufzeitverfahren erfasst und die eine Lichtquelle (6) und eine lichtsensitive Empfangseinrichtung (7) umfasst, wobei die Lichtquelle (6) und die lichtintensive Empfangseinrichtung (7) in einem gemeinsamen Sensorgehäuse (5) angeordnet sein können und beide zu einem Erfassungsbereich (8) der 3D-Kamera ausgerichtet sind, soll eine Lösung geschaffen werden, die für eine homogene Ausleuchtung des Erfassungsbereichs der 3D-Kamera sorgt.
Dies wird dadurch erreich, dass die Lichtquelle (6) eine Sendeoptik (21) zur vorbestimmten Zerstreuung des ausgesandten Lichts aufweist, wobei die Sendeoptik (21) eine erste Linse (22) und eine zweite Linse (23), die in Richtung des ausgesandten Lichts hinter der ersten Linse (22) angeordnet ist, aufweist, wobei wenigstens eine Grenzfläche (33) von zumindest einer der beiden Linsen (22, 23) als Freiformfläche (32) ausgebildet ist.



Inventors:
Sticherling, Nadine (42555, Velbert, DE)
Application Number:
DE102015115101A
Publication Date:
03/09/2017
Filing Date:
09/08/2015
Assignee:
Huf Hülsbeck & Fürst GmbH & Co. KG, 42551 (DE)
Domestic Patent References:
DE102013108824A1N/A2015-02-19
DE102008025669A1N/A2008-12-11
Foreign References:
WO2008116699A22008-10-02
WO2012084222A12012-06-28
WO2013001084A12013-01-03
Other References:
„Photodetektoren und Auslesekonzepte für 3D-Time-of-Flight-Bildsensoren in 0,35 µm-Standard-CMOS-Technologie“, Andreas Spickermann, Fakultät für Ingenieurwissenschaften der, Universität Duisburg-Essen, 2010
„Optimized Distance Measurement with 3D-CMOS Image Sensor and Real-Time Processing of the 3D Data for Applications in Automotive and Safety Engineering“, Bernhard König, Fakultät für Ingenieurwissenschaften der Universität Duisburg-Essen, 2008
Attorney, Agent or Firm:
ZENZ Patentanwälte Partnerschaft mbB, 45128, Essen, DE
Claims:
1. Sensorsystem (3) einer Sensoreinrichtung (4) eines Kraftfahrzeugs (1) zur optischen Erfassung von Objekten und deren räumlichen Bewegungen, aufweisend eine 3D-Kamera, die räumliche Daten mit einem Laufzeitverfahren erfasst und die eine Lichtquelle (6) und eine lichtsensitive Empfangseinrichtung (7) umfasst,
wobei die Lichtquelle (6) und die lichtintensive Empfangseinrichtung (7) in einem gemeinsamen Sensorgehäuse (5) angeordnet sein können und beide zu einem Erfassungsbereich (8) der 3D-Kamera ausgerichtet sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Lichtquelle (6) eine Sendeoptik (21) zur vorbestimmten Zerstreuung des ausgesandten Lichts aufweist,
wobei die Sendeoptik (21) eine erste Linse (22) und eine zweite Linse (23), die in Richtung des ausgesandten Lichts hinter der ersten Linse (22) angeordnet ist, aufweist, wobei wenigstens eine Grenzfläche (33) von zumindest einer der beiden Linsen (22, 23) als Freiformfläche (32) ausgebildet ist.

2. Sensorsystem (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der beiden Linsen (22, 23) viereckig ausgebildet ist.

3. Sensorsystem (3) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der beiden Linsen (22, 23) rechteckig ausgebildet ist.

4. Sensorsystem (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Linse (22) mit nach innen gewölbten Grenzflächen (25, 26) ausgebildet ist.

5. Sensorsystem (3) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die nach innen gewölbten Grenzflächen (25, 26) der ersten Linse (22) zweidimensionale Wölbungen (27, 29) sind, die sich entlang einer ersten Raumrichtung (28) erstrecken.

6. Sensorsystem (3) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmungsradius der Wölbung (27) der von der zweiten Linse (23) abgewandten Grenzfläche (25) der ersten Linse (22) kleiner ist als der Krümmungsradius der Wölbung (29) der der zweiten Linse (23) zugewandten Grenzfläche (26) der ersten Linse (22).

7. Sensorsystem (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Linse (23) eine nach innen gewölbte Grenzfläche (31) und eine als Freiformfläche (32) ausgebildete Grenzfläche (33) aufweist.

8. Sensorsystem (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die der ersten Linse (22) zugewandten Grenzfläche (31) eine zweidimensionale Wölbung (34) aufweist, die sich quer zu den Wölbungen (27, 29) der ersten Linse (22) erstreckt.

9. Sensorsystem (3) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die von der ersten Linse (22) abgewandte Grenzfläche (33) der zweiten Linse (23) die Freiformfläche (32) aufweist, wobei die Freiformfläche (32) zweidimensional ausgebildet ist.

10. Sensorsystem (3) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Flächenänderung der Freiformfläche (32) quer zu den Wölbungen (27, 29) der ersten Linse (22) erstreckt, wobei sich die Flächenänderung aus einer zu erzielenden, homogenen Helligkeitsverteilung im Erfassungsbereich (9) der 3D-Kamera ableitet.

11. Sensorsystem (3) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Linse (23) im Wesentlichen die Form der Zahl sieben aufweist.

Description:

Die Erfindung richtet sich auf ein Sensorsystem einer Sensoreinrichtung eines Kraftfahrzeugs zur optischen Erfassung von Objekten und deren räumlichen Bewegungen, aufweisend eine 3D-Kamera, die räumliche Daten mit einem Laufzeitverfahren erfasst und die eine Lichtquelle und eine lichtsensitive Empfangseinrichtung umfasst, wobei die Lichtquelle und die lichtintensive Empfangseinrichtung in einem gemeinsamen Sensorgehäuse angeordnet sein können und beide zu einem Erfassungsbereich der 3D-Kamera ausgerichtet sind.

Ein solches Sensorsystem mit einer solchen Sensoreinrichtung wird neuerdings zur optisch gestützten Erkennung von Bedienungsgesten oder Bedienungshandlungen an Kraftfahrzeugen eingesetzt. Dabei werden zeitlich und räumlich aufgelöste Informationen erfasst und ausgewertet, um den Bedienwillen eines Benutzers in Form seiner Geste oder Handlung zu erkennen.

Im Stand der Technik sind optische Verfahren bekannt, die Betätigungen in Reaktion auf eine Auswertung von Bildinformationen erkennen und daraufhin zum Beispiel Schaltvorgänge auslösen. Beispielsweise sind hier automatische Videoauswertungen von Überwachungssystemen zu nennen, welche Muster oder Bewegungen aus einzelnen Bildern oder einer Folge von Bildern herauslesen. Außerdem sind zahlreiche andere optisch gestützte Systeme bekannt, wobei zu den grundlegendsten Systemen beispielsweise Lichtschranken oder Helligkeitssensoren gehören. Optische Systeme mit höherer Komplexität bedienen sich jedoch oft eines Arrays von optisch sensitiven Erfassungseinheiten, meist als Pixel bezeichnet, die parallel optische Informationen aufnehmen, beispielsweise in Gestalt eines CCD-Arrays.

Die DE 10 2008 025 669 A1 offenbart einen optischen Sensor, welcher eine Geste detektiert, woraufhin ein Schließelement eines Fahrzeugs automatisch bewegt wird.

Die WO 2008/116699 A2 betrifft einen optischen Sensorchip und bezieht sich auf eine optische Einklemmschutzvorrichtung für die Überwachung einer Fensterscheibe, Schiebetür oder einer Heckklappe in einem Kraftfahrzeug.

Die WO 2012/084222 A1 offenbart einen optischen Sensor zur Betätigung und Überwachung eines Schließelements.

Da die Gestensteuerung in verschiedenen technischen Bereichen immer größere Akzeptanz erfährt, wurden auch Versuche unternommen, solche rein optischen Systeme zur Erkennung des Bedienwunsches bei Kraftfahrzeugen zu verwenden. Bei diesen Systemen herrscht jedoch weiterhin die Erfassung von Bedienungen über kapazitive Systeme vor.

Im Bereich der optischen Erfassung sind Systeme bekannt, welche eine pixelbezogene Ortsinformation, insbesondere eine Distanz von der Sensor- oder Erfassungseinrichtung erfassen. Die WO 2013/001084 A1 offenbart ein System zur berührungslosen Erfassung von Gegenständen und Bediengesten mit einer optisch gestützten Einrichtung ähnlicher Art, wie sie auch für das Sensorsystem der vorliegenden Erfindung einsetzbar ist.

Diese Systeme werden beispielsweise, je nach angewandtem Auswertungsverfahren, als „Time-of-flight“-Systeme oder auch als „3D-Imager“ oder „Range Imager“ bezeichnet. Die Anwendungsgebiete solcher Systeme liegen im Bereich der industriellen Automatisierungstechnik, in der Sicherheitstechnik und im Automobilbereich. In einem Auto werden 3D-Sensoren in Spurhaltesystemen, zum Fußgängerschutz oder als Einparkhilfe eingesetzt. Sowohl Konzepte der Triangulation als auch der Interferometrie und auch der Lichtlaufzeitmessung (Time-of-flight (ToF)) können mit optischen Sensoren umgesetzt werden.

In diesem Zusammenhang wird auf diesbezügliche Ausarbeitungen verwiesen, welche die technischen Konzepte und deren Realisierung detailliert beschreiben, insbesondere die Dissertation „Photodetektoren und Auslesekonzepte für 3D-Time-of-Flight-Bildsensoren in 0,35 µm-Standard-CMOS-Technologie“, Andreas Spickermann, Fakultät für Ingenieurwissenschaften der, Universität Duisburg-Essen, 2010.

Außerdem wird auf die Publikation „Optimized Distance Measurement with 3D-CMOS Image Sensor and Real-Time Processing of the 3D Data for Applications in Automotive and Safety Engineering“, Bernhard König, Fakultät für Ingenieurwissenschaften der Universität Duisburg-Essen, 2008 verwiesen.

Die vorgenannten Arbeiten beschreiben das Konzept und die Realisierung von einsetzbaren optischen Sensorsystemen, so dass im Rahmen dieser Anmeldung auf deren Offenbarung verwiesen wird und nur zum Verständnis der Anmeldung relevante Aspekte erläutert werden.

Die Erfindung betrifft ein Sensorsystem und eine Sensoranordnung, welche das Time-of-Flight-(ToF)Verfahren nutzt, so dass dieses hier kurz erläutert wird.

Beim ToF-Verfahren wird ein Raumbereich mit einer Lichtquelle beleuchtet und die Laufzeit des von einem Objekt im Raumbereich zurück reflektierten Lichtes mit einem Flächensensor aufgenommen. Dazu sollten Lichtquelle und Sensor möglichst nah zueinander angeordnet sein. Aus dem linearen Zusammenhang von Lichtlaufzeit und Lichtgeschwindigkeit lässt sich die Distanz zwischen Sensor und Messobjekt bestimmen. Zur Messung der zeitlichen Verzögerung muss eine Synchronisation zwischen Lichtquelle und Sensor gegeben sein. Durch die Nutzung gepulster Lichtquellen können die Verfahren optimiert werden, denn kurze Lichtpulse (im ns-Bereich) ermöglichen eine effiziente Hintergrundlichtunterdrückung. Außerdem werden durch die Verwendung des gepulsten Lichts mögliche Mehrdeutigkeiten bei der Bestimmung der Distanz vermieden, so lange der Abstand genügend groß ist.

Einerseits wird bei diesem Konzept die Lichtquelle gepulst betrieben. Außerdem wird die Detektionseinheit, also das Pixelarray, gepulst sensitiv geschaltet. Mit anderen Worten wird das Integrationsfenster der einzelnen Pixel zeitlich mit der Lichtquelle synchronisiert und in der Integrationsdauer begrenzt. Durch den Vergleich von Ergebnissen mit unterschiedlichen Integrationsdauern können insbesondere Effekte von Hintergrundlicht herausgerechnet werden.

Wesentlich ist, dass diese Erfassungsmethode keine rein bildbasierte Erfassungsmethode ist. Es wir bei jedem Pixel eine Abstandsinformation ermittelt, was durch die zeitliche Lichtdetektion erfolgt. Bei Verwendung eines Pixelarrays liegt schließlich eine Matrix von Abstandswerten vor, welche bei zyklischer Erfassung eine Interpretation und Verfolgung von Objektbewegungen zulässt.

Ein Sensorsystem der Eingangs bezeichneten Art ist zum Beispiel aus der DE 10 2013 108 824 A1 bekannt. Bei diesem bekannten Sensorsystem ist die Sensoreinrichtung mitsamt der Lichtquelle und der Empfangs- bzw. Erfassungseinrichtung zu einer Einheit in einem Sensorgehäuse integriert, welches am Kraftfahrzeug montierbar ist. Nachteilig bei diesem Stand der Technik ist, dass der von der Lichtquelle ausgesandte Lichtstrahl schräg auf den Erfassungsbereich ausgerichtet ist und auf diesen auftrifft. Dies führt dazu, dass der Bereich vor dem Fahrzeug, d.h. der Erfassungsbereich, inhomogen von der Lichtquelle ausgeleuchtet ist, was zu Problemen bei der Detektion von Objekten im Erfassungsbereich führen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Lösung zu schaffen, die auf konstruktiv einfache Weise und kostengünstig ein Sensorsystem bereitstellt, welches das aus dem Stand der Technik bekannte Problem vermeidet und für eine homogene Ausleuchtung des Erfassungsbereichs der 3D-Kamera sorgt, so dass der Erfassungsbereich eine einheitliche Lichtintensität erfährt.

Bei einem Sensorsystem der Eingangs bezeichneten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Lichtquelle eine Sendeoptik zur vorbestimmten Zerstreuung des ausgesandten Lichts aufweist, wobei die Sendeoptik eine erste Linse und eine zweite Linse, die in Richtung des ausgesandten Lichts hinter der ersten Linse angeordnet ist, aufweist, wobei wenigstens eine Grenzfläche von zumindest einer der beiden Linsen als Freiformfläche ausgebildet ist.

Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die Erfindung wird ein Sensorsystem zur Verfügung gestellt, welches sich durch eine funktionsgerechte Konstruktion auszeichnet. Dadurch, dass wenigstens eine Grenzfläche von zumindest einer der beiden Linsen als Freiformfläche ausgebildet ist, kann durch eine geeignete Ausbildung der Freiformfläche oder Freiformflächen gezielt die Ausleuchtung des Erfassungsbereichs vorgegeben werden. Für die vorliegende Anwendung der optischen Erfassung von Objekten und deren räumlichen Bewegungen, d.h. von Bewegungsgesten, ist durch die Maßnahme der wenigstens einen Freiformfläche eine homogene Ausleuchtung des Erfassungsbereichs sichergestellt, wodurch eine sichere und hochauflösende Detektion von Objekten im Erfassungsbereich der 3D-Kamera gewährleistet ist, was folglich dazu führt, dass insgesamt eine hohe Leistungsfähigkeit der Sensoreinrichtung im Hinblick auf die Detektionssicherheit und Nachweisempfindlichkeit erhalten wird.

Zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit der Sendeoptik ist es in Ausgestaltung der Erfindung von Vorteil, wenn zumindest eine der beiden Linsen viereckig ausgebildet ist. Eine viereckige Linse lässt sich zur Bearbeitung der Grenzflächen einfacher und exakter Einspannen als eine scheibenförmige Linse.

Die Erfindung sieht in weiterer Ausgestaltung vor, dass zumindest eine der beiden Linsen rechteckig ausgebildet ist. Durch eine rechteckige Ausbildung der einen Linse oder der beiden Linsen ist eine exakte Positionierung bzw. Anordnung der entsprechende Linse in der Sendeoptik möglich, so dass eine nicht korrekte Ausrichtung der Linse bzw. der Linsen nicht mehr möglich ist, weil die Längsseiten und die Breitenseiten unterschiedlich lang sind.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Linse mit nach innen gewölbten Grenzflächen ausgebildet ist. Die erste Linse fungiert demnach in dem Sensorsystem als Aufweitungsoptik und vergrößert den vom ausgesandten Licht erzeugten Kegel.

Für eine gezielte Aufweitung des Lichtes ist es dabei in Ausgestaltung der Erfindung vorteilhaft, wenn die nach innen gewölbten Grenzflächen der ersten Linse zweidimensionale Wölbungen sind, die sich entlang einer ersten Raumrichtung erstrecken. Somit kann das ausgesandte Licht in einer ersten Achse bzw. Raumrichtung nach einer vorgegebenen Zerstreuung aufgeweitet werden.

Zur Zerstreuung des Lichts durch die erste Linse ist in Ausgestaltung der Erfindung dann weiter vorgesehen, dass der Krümmungsradius der Wölbung der von der zweiten Linse abgewandten Grenzfläche der ersten Linse kleiner ist als der Krümmungsradius der Wölbung der der zweiten Linse zugewandten Grenzfläche der ersten Linse.

Die Erfindung sieht in vorteilhafter Ausgestaltung der zweiten Linse vor, dass die zweite Linse eine nach innen gewölbte Grenzfläche und eine als Freiformfläche ausgebildete Grenzfläche aufweist. Die als Freiformfläche ausgebildete Grenzfläche ermöglicht eine gezielte Ausleuchtung des Erfassungsbereichs der 3D-Kamera, so dass der Erfassungsbereich nun mit homogener Lichtintensität beleuchtet werden kann.

Zur gezielten Aufweitung des Lichtstrahls in einer gewünschten Achse bzw. Raumrichtung ist es bei der zweiten Linse in Ausgestaltung von Vorteil, wenn die der ersten Linse zugewandte Grenzfläche der zweiten Linse eine zweidimensionale Wölbung ist, die sich quer zu den Wölbungen der ersten Linse erstreckt. Dementsprechend sorgt die erste Linse für eine Aufweitung des Lichts in eine erste Raumrichtung, wohingegen das aufgeweitete Licht von der zweiten Linse in eine zweite Raumrichtung, die quer zu der ersten Raumrichtung verläuft, aufgeweitet wird. Das Licht wird somit mittels der beiden Linsen in verschiedenen Achsen aufgeweitet.

In Ausgestaltung der Erfindung ist dann ferner vorgesehen, dass die von der ersten Linse abgewandte Grenzfläche der zweiten Linse die Freiformfläche aufweist, wobei die Freiformfläche zweidimensional ausgebildet ist. Die zweidimensionale Ausbildung bewirkt die Aufweitung in der gewünschten Raumrichtung bzw. Achse.

Hinsichtlich einer gezielten Verteilung der Lichtintensität im Erfassungsbereich der 3D-Kamera sieht die Erfindung in weiterer Ausgestaltung vor, dass sich die Flächenänderung der Freiformfläche quer zu den Wölbungen der ersten Linse erstreckt, wobei sich die Flächenänderung aus einer zu erzielenden, homogenen Helligkeitsverteilung im Erfassungsbereich der 3D-Kamera ableitet.

Für den Anwendungsbereich an einem Kraftfahrzeug haben die Erfinder herausgefunden, dass es von besonderem Vorteil für eine homogene Ausleuchtung des Erfassungsbereiches ist, wenn die zweite Linse im Wesentlichen die Form der Zahl sieben aufweist.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Der Rahmen der Erfindung ist nur durch die Ansprüche definiert.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung, in der ein beispielhaft bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist.

In der Zeichnung zeigt:

1 eine schematisch Anordnung eines erfindungsgemäßen Sensorsystems an einem Kraftfahrzeug,

2 eine perspektivische Darstellung des Sensorsystems gemäß der vorliegenden Erfindung,

3 eine schematische Darstellung einer inhomogenen Ausleuchtung eines Erfassungsbereiches,

4 eine Lichtquelle des erfindungsgemäßen Sensorsystems in Perspektivansicht,

5 eine perspektivische Einzelteilansicht der Lichtquelle des erfindungsgemäßen Sensorsystems,

6 eine Einzelteildarstellung einer Sendeoptik der Lichtquelle des erfindungsgemäßen Sensorsystems,

7 in schematischer Darstellung einen Strahlengang der Lichtquelle des Sensorsystems in einer Draufsicht,

8 in perspektivischer Draufsicht die Sendeoptik der Lichtquelle des erfindungsgemäßen Sensorsystems,

9 in schematischer Darstellung einen Strahlengang der Lichtquelle des Sensorsystems in einer Seitenansicht und

10 in perspektivischer Seitenansicht die Sendeoptik der Lichtquelle des erfindungsgemäßen Sensorsystems.

In 1 ist das Heck eines Kraftfahrzeuges 1 zu sehen. Bei diesem Kraftfahrzeug 1 ist in dessen heckseitigem Stoßfänger, der ein Kraftfahrzeugbauteil 2 des Kraftfahrzeugs 1 im Sinne der Erfindung darstellt, ein Sensorsystem 3 angeordnet.

Das Sensorsystem 3 umfasst eine Sensoreinrichtung 4 und ein die Sensoreinrichtung 4 unterbringendes Sensorgehäuse 5. Die Sensoreinrichtung 4 selbst weist eine 3D-Kamera auf, die räumliche Daten mit einem Laufzeitverfahren erfasst und die eine Lichtquelle 6 und eine lichtsensitive Empfangseinrichtung 7 umfasst. Der Erfassungsbereich 8 der 3D-Kamera der Sensoreinrichtung 4 ist nach unten, zu den Seiten und nach hinten vom Kraftfahrzeug 1 weg gerichtet, wobei das Sensorsystem 3 dazu vorgesehen ist, die Bediengeste für die Betätigung einer Heckklappe zu erfassen. Dazu kann der Benutzer in dem Erfassungsbereich 8 eine Geste mit seinem Fuß ausführen, die als Bedienwunsch erkannt wird und eine elektrische Öffnung der Heckklappe des Kraftfahrzeuges 1 auslöst. Die Ansteuerung, Auswertung sowie Versorgung der Sensoreinrichtung 4 erfolgt über einen einheitlichen Kabelbaum, wobei insbesondere eine Steckerverbindung 9 an dem Sensorgehäuse 5 zur Kopplung mit einem Kabelbaum vorgesehen ist.

Der gesamte Erfassungsbereich 8 der 3D-Kamera bzw. der Sensoreinrichtung 4 erstreckt sich über einen großen Raumwinkel, wie aus den 1 und 2 hervorgeht, wobei in 2 in perspektivischer Ansicht das Sensorgehäuse 5 und der Kegel des von der Lichtquelle 6 ausgesandten Lichts gezeigt ist. In der 3 ist ein zweiachsiges Diagramm zu sehen, in welchem die Sensoreinrichtung 4 und der von der Lichtquelle 6 ausgeleuchtete Erfassungsbereich 8 schematisch dargestellt sind, wobei die gestrichelt gezeichneten Linien die äußeren und den Lichtkegel begrenzenden Lichtstrahlen darstellen. Die durchgezogene Linie in dem Diagramm der 3 stellt die Lichtintensität 10 dar, mit welcher die Lichtquelle 6 den Erfassungsbereich 9 ausleuchtet. Wie aus dem Diagramm in 3 zu erkennen ist, wird der Erfassungsbereich 8 nicht mit einer homogenen Intensität ausgeleuchtet. Vielmehr verhält es sich so, dass mit zunehmendem Abstand 11 (x-Achse des Diagramms in 3) vom Kraftfahrzeug 1 die Intensität 12 (y-Achse des Diagramms in 3) des Lichts abnimmt. Das Diagramm in 3 zeigt hierbei einen Zustand, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist. Demgegenüber wird mit der vorliegenden Erfindung eine solche Inhomogenität (Linie 10) vermieden und eine homogene Ausleuchtung des Erfassungsbereiches 8 erzielt, wie es die gestrichelte Linie 14 in 3 zeigt, denn hier ist die Lichtintensität 10' über den Erfassungsbereich 8 konstant. Diese homogene Ausleuchtung des Erfassungsbereichs 8 basiert auf der besonderen Ausgestaltung der Lichtquelle 6 des erfindungsgemäßen Sensorsystems 3, worauf nachstehend eingegangen wird.

Die Lichtquelle 6 ist in 4 in einer perspektivischen Ansicht und in 5 in einer Einzelteildarstellung gezeigt. Die Lichtquelle 6 umfasst ein Gehäuse 15 und einen das Gehäuse 15 zu einer Seite hin verschließenden Deckel 16 mit einem transparenten Fenster 17, durch welches Licht von der Lichtquelle 6 ausgesandt wird. Zu Justierungs-Zwecken weist die Lichtquelle 6 ferner ein ringförmiges Einstellelement 18 auf, welches auf einer Halterungshülse 19 aufsitzt. Innerhalb der Halterungshülse 19 ist dann eine Lichtaussende-Einheit 20 und eine Sendeoptik 21 hintereinanderliegend angeordnet, wie es aus den 5 und 6 hervorgeht.

Wie den 5 und 6 zu entnehmen ist, umfasst die Sendeoptik 21, die zur vorbestimmten Zerstreuung des ausgesandten Lichts dient, eine erste Linse 22 und eine zweite Linse 23, die in Richtung 24 des ausgesandten Lichts hinter der ersten Linse 22 angeordnet ist. Die beiden Linsen 22, 23 sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel viereckig ausgebildet. Insbesondere sind die beiden Linsen 22, 23 rechteckig ausgebildet, wobei bei den Linsen 22, 23 deren jeweilige Höhe größer als die jeweilige Breite ist. In den 7 und 9 ist der Strahlengang des von der Lichtaussende-Einheit 20 ausgesandten Lichts durch beide Linsen 22, 23 gezeigt, wobei die 7 den Strahlengang in einer Draufsicht und 9 den Strahlengang in einer Seitenansicht zeigen. In den 8 und 10 ist die Sendeoptik 21 gezeigt, wobei 8 eine zu 7 korrespondierende Draufsicht und 10 eine zu 9 korrespondierende Seitenansicht auf die Sendeoptik 21 zeigen.

Wie aus den 6 bis 10 zu erkennen ist, ist die erste Linse 22 mit nach innen gewölbten Grenzflächen 25 und 26 ausgebildet. Die erste Grenzfläche 25 der ersten Linse 22 ist mit einer nach innen gerichteten Wölbung 27 versehen, die zweidimensional ausgebildet ist, so dass die Wölbung 27 als rundliche und sich in eine erste Raumrichtung 28 erstreckende Ausnehmung auf der ansonsten ebenen Oberfläche der Grenzfläche 25 ausgebildet ist. Die andere Grenzfläche 26 der ersten Linse 22 ist ebenfalls zweidimensionale ausgebildet, wobei sich deren nach innen gerichtete Wölbung 29 ebenfalls in die erste Raumrichtung 28 erstreckt (siehe zum Beispiel 8). Dabei ist der Krümmungsradius der Wölbung 27 der von der zweiten Linse 23 abgewandten Grenzfläche 25 der ersten Linse 22 kleiner als der Krümmungsradius der Wölbung 29 der der zweiten Linse 23 zugewandten Grenzfläche 26 der ersten Linse 22. Diese zweidimensionale Ausgestaltung der beiden Grenzflächen 25 und 26 der ersten Linse 22 führt zu der in den 7 und 9 dargestellten Aufweitung des ausgesandten Lichtstrahls, wie der Strahlengang 30 zeigt. Um nun eine homogene Ausleuchtung des Erfassungsbereichs 8 zu realisieren, weist die zweite Linse 23 eine nach innen gewölbte Grenzfläche 31 und eine als Freiformfläche 32 ausgebildete Grenzfläche 33 auf. Die nach innen gerichtete Wölbung 34 (siehe zum Beispiel 10), die auf der der ersten Linse 22 zugewandte Grenzfläche 31 der zweiten Linse 23, erstreckt sich in eine zweite Raumrichtung 35, die quer bzw. senkrecht zu der ersten Raumrichtung 28 verläuft, so dass auch die Grenzfläche 31 zweidimensional ausgebildet ist. Somit erstreckt sich die Wölbung 34 der Grenzfläche 31 der zweiten Linse 23 quer zu den Wölbungen 27, 29 der ersten Linse 22. Diese nach innen gerichtete Wölbung 34 der Grenzfläche 31 bewirkt eine weitere symmetrische Aufweitung des Lichtstrahls innerhalb der zweiten Linse 23. Die Grenzfläche 33 mit der Freiformfläche 32 bewirkt hingegen eine asymmetrische Aufweitung des Lichtstrahls entlang der ersten Raumrichtung 28, wie zum Beispiel der 9 zu entnehmen ist. Dabei stellt der Punkt 36 ein fahrzeugnahes Gebiet des Erfassungsbereiches 8 und der Punkt 37 ein fahrzeugfernes Gebiet des Erfassungsbereiches 8 dar, wie aus der Zusammenschau der 1, 3 und 9 ersichtlich ist. Es sei angemerkt, dass der Erfassungsbereich 8 in 7 die Verteilung der Lichtstrahlen in Breitenrichtung des Fahrzeugs 1 wiedergibt. Wie nun insbesondere 9 zeigt, wird aufgrund der besonderen Ausgestaltung der Grenzfläche 33 als Freiformfläche 32 eine Intensitätsverschiebung in Richtung des fahrzeugfernen Bereichs 37 erzielt, was an dem Abstand zwischen den einzelnen Strahlen angedeutet ist. Erfindungsgemäß wird durch die Formgebung der Freiformfläche 32 die Intensität von dem fahrzeugnahen Bereich 36 in Richtung des fahrzeugfernen Bereichs verschoben, um eine homogene Ausleuchtung des Erfassungsbereiches 8 zu erzielen. Aus diesem Grund erstreckt sich demzufolge auch die Flächenänderung der Freiformfläche 32 quer zu den Wölbungen 27, 29 der ersten Linse 22. Wie 10 zeigt, weist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel die zweite Linse 23 im Wesentlichen die Form der Zahl sieben auf, wobei auch davon abweichende Gestaltungen denkbar sind, solange die Form der zweiten Linse 23 und insbesondere der Freiformfläche 32 eine homogenen Helligkeitsverteilung im Erfassungsbereich 8 der 3D-Kamera erzielt.

Zusammenfassend ist es der Kerngedanke der Erfindung, dass die Lichtquelle 6 eine Sendeoptik 21 zur vorbestimmten Zerstreuung des ausgesandten Lichts aufweist, wobei die Sendeoptik 21 eine erste Linse 22 und eine zweite Linse 23, die in Richtung 24 des ausgesandten Lichts hinter der ersten Linse 22 angeordnet ist, aufweist, wobei wenigstens eine Grenzfläche 33 von zumindest einer der beiden Linsen 22, 23 als Freiformfläche 32 ausgebildet ist. Dabei leitet sich die Flächenänderung der Freiformfläche 32 aus einer zu erzielenden, homogenen Helligkeitsverteilung im Erfassungsbereich 8 der 3D-Kamera ab. Mit Hilfe des vorstehend beschriebenen Sensorsystems 3 und der erfindungsgemäßen Sendeoptik 21 ist eine Aufweitung des Lichtstrahls in verschiedene Raumachsen 28, 35 möglich. Dabei kann das Licht für jede Raumachse 28, 35 individuell aufgeweitet werden.

Die vorstehend beschriebene Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die beschriebene und dargestellte Ausführungsform beschränkt. Es ist ersichtlich, dass an der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform zahlreiche, dem Fachmann entsprechend der beabsichtigten Anwendung naheliegende Abänderungen vorgenommen werden können, ohne dass dadurch der Bereich der Erfindung verlassen wird. Zur Erfindung gehört alles dasjenige, was in der Beschreibung enthalten und/oder in der Zeichnung dargestellt ist, einschließlich dessen, was abweichend von dem konkreten Ausführungsbeispiel für den Fachmann naheliegt.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • DE 102008025669 A1 [0004]
  • WO 2008/116699 A2 [0005]
  • WO 2012/084222 A1 [0006]
  • WO 2013/001084 A1 [0008]
  • DE 102013108824 A1 [0017]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

  • „Photodetektoren und Auslesekonzepte für 3D-Time-of-Flight-Bildsensoren in 0,35 µm-Standard-CMOS-Technologie“, Andreas Spickermann, Fakultät für Ingenieurwissenschaften der, Universität Duisburg-Essen, 2010 [0010]
  • „Optimized Distance Measurement with 3D-CMOS Image Sensor and Real-Time Processing of the 3D Data for Applications in Automotive and Safety Engineering“, Bernhard König, Fakultät für Ingenieurwissenschaften der Universität Duisburg-Essen, 2008 [0011]