Heizvorrichtung zur Beheizung einer Glasfläche, insbesondere eines Schutzglases einer Außenkamera und elektronische und/oder optische Einrichtung mit einem Schutzglas

Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung zur Beheizung einer Glasfläche, insbesondere eines Schutzglases einer Außenkamera, z. B. einer Überwachungskamera an einem Fahrzeug oder einer Verkehrskreuzung. Des Weiteren betrifft die Heizvorrichtung eine elektronische und/oder optische Einrichtung, insbesondere eine Außenkamera mit einem Schutzglas.

Die Beheizung von Schutzgläsern für Kameras im Außeneinsatz ist zur Vermeidung von Beschlag, Betauung und Vereisung notwendig.

Üblicherweise werden bei Kameras für den Außeneinsatz die Schutzgläser indirekt beheizt. Dies wird beispielsweise durch Leistungswiderstände bzw. gewickelte Heizelemente realisiert, die im Bereich des Schutzglases, z. B. auf oder um das Schutzglas, angeordnet sind. Eine solche indirekte Beheizung weist einen hohen Energiebedarf auf.

Auch das Aufbringen dünner Heizdrähte direkt auf das

Schutzglas ist üblich. Dies kann üblicherweise zu Störungen der Aufnahmen der Kamera und ungleichmäßiger Beheizung der Schutzglasfläche führen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Heizvorrichtung anzugeben.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Heizvorrichtung zur Beheizung einer Glasfläche umfasst mindestens ein Heizelement, das als eine Materialschicht auf dem Schutzglas aufgebracht ist. In einer möglichen Ausführungsform ist die Glasfläche ein Schutzglas einer optischen und/oder elektronischen Einrichtung, insbesondere einer Außenkamera .

Durch die erfindungsgemäße, unmittelbar auf die Glasfläche aufgebrachte Materialschicht ist eine direkte Beheizung er- möglicht, wodurch gegenüber herkömmlichen indirekten Beheizungen weniger Energie benötigt wird. Darüber hinaus ermöglicht eine über die gesamte Oberfläche aufgebrachte oder auch nur bereichsweise aufgebrachte Beschichtung eine über die gesamte Oberfläche bzw. die betreffenden Bereiche gleichmäßig wirkende Beheizung und beispielsweise somit eine gleichmäßige Enteisung der Glasfläche, z. B. eines Schutzglases.

Eine mögliche Ausführungsform für eine derartige direkte Beheizung sieht vor, dass die Materialschicht form-, stoff- und/oder kraftschlüssig aufgebracht wird. Durch eine solche direkte Oberflächen- und somit Wirkflächenkontaktierung von Glasfläche und Materialschicht ist eine direkte und somit sehr gute Wärmeübertragung möglich, wodurch ein Energieeinsatz, der zur Beheizung erforderlich ist, gering ist. Vor- zugsweise ist die Materialschicht aus mehreren, übereinander aufgebrachten Schichten gebildet.

In einer möglichen Ausführungsform der Erfindung kann die Materialschicht auf einer oder beiden Oberflächen der Glas- fläche aufgebracht sein, wodurch eine Anpassung der Leistung der Beheizung möglich ist.

Bevorzugt ist die Materialschicht als eine homogene Schicht aufgebracht. Eine homogen aufgebrachte Materialschicht stellt sicher, dass die Beheizung gleichmäßig erfolgt und keine üblicherweise aus ungleichmäßiger Beheizung z. B. durch Heizdrähte und somit ungleichmäßigem Abtauen der Glasfläche, insbesondere des Schutzglases resultierende Bildstörungen auftreten .

Eine weitere mögliche Ausführungsform sieht vor, dass die Materialschicht zumindest aus einem transparenten Material gebildet ist. Hierdurch sind Einflüsse Bild störender Elemente weitgehend vermieden.

Vorzugsweise ist die Materialschicht aus einem leitfähigen Material gebildet. Dies stellt eine besonders einfache und kostengünstige Ausführungsform dar. Beispielsweise bildet eine aus leitfähigem Material gebildete Materialschicht eine besonders einfache Form einer Widerstandsheizung, insbesondere als Flächenwiderstandsheizung.

Die Materialschicht wird vorteilhafterweise aus Indiumzinnoxid oder Kohlenstoffnanoröhrchen gebildet. Auch können alternativ zu diesen Stoffen andere, im Wesentlichen gleiche Eigenschaften aufweisende Stoffe, wie z. B. mit Fluor dotier- tes Zinn ( IV) -oxid, mit Aluminium dotiertes Zinkoxid oder mit Antimon dotiertes Zinn (IV) -oxid verwendet werden. Diese vorgenannten Stoffe ermöglichen eine für Kameraanwendungen oder Scheinwerferanwendungen hohe Transparenz bei gleichzeitig geringer Farbverfälschung. Gleichermaßen sind weitere Materialien anwendbar, wenn diese die gewünschten Eigenschaften, insbesondere eine hohe Transparenz und eine möglichst geringe Farbverfälschung, aufweisen.

In einer möglichen Weiterbildung der Erfindung kann die Ma- terialschicht bereichsweise, beispielsweise nur im unmittelbaren Bereich vor einem Objektiv der Kamera aufgebracht sein Hierdurch kann das Schutzglas selektiv mit extrem wenig Energie beheizt werden. Eine solche Ausführungsform benötigt zudem weniger Material für die Heizschicht und ist somit kostengünstig. Darüber hinaus ist die Materialschicht aus einem Material mit einer hohen Farbtreue. Hierdurch sind Farbverfälschungen von Kameraaufnahmen weitgehend vermieden.

Die Materialschicht ist in einer bevorzugten Form als Flächenwiderstand ausgebildet. Diese Ausführungsform ermöglicht eine gleichmäßige Beheizung und einen geringen Energieeinsatz .

Vorzugsweise ist die Materialschicht mit einer vorgegebenen Dicke, insbesondere mit einer Dicke von wenigen Nanometern, z. B. von 100 nm bis 1000 nm, insbesondere von 200 nm bis 400 nm oder von 250 nm bis 350 nm, z. B. von ca. 300 nm aufgebracht. Eine solche geringe Dicke der Materialschicht ist besonders Material sparend und ermöglicht eine kostengünstige sowie Energie sparende Beheizung der Glasfläche, z. B. des Schutzglases. Zudem ist eine gleichmäßige Beheizung der Schutzglasfläche sichergestellt und eine hohe Transparenz und Farbtreue der Schutzglasfläche ermöglicht.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

FIG 1 schematisch eine Glasfläche, z. B. ein Schutzglas, mit vollflächiger Heizschicht für eine Außenkamera in

Schnittdarstellung, FIG 2 schematisch eine Glasfläche, z. B. ein Schutzglas, mit vollflächiger Heizschicht für eine Außenkamera in Draufsicht, FIG 3 schematisch eine Glasfläche, z.B. ein Schutzglas, mit partieller Heizschicht in Draufsicht, und FIG 4 schematisch eine Außenkamera.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Figur 1 zeigt eine Heizvorrichtung 1 zur Beheizung einer Glasfläche 2, z. B. eines Schutzglases beispielsweise einer Außenkamera für ein Fahrzeug oder einer Überwachungseinrichtung, z. B. einer Verkehrsüberwachungskamera an Verkehrspunkten, wie z. B. in Tunnelanlagen, an Straßenkreuzungen, oder anderer geeigneter optischer und/oder elektronischer Einrich- tungen, wie z. B. Scheinwerfer, oder anderer mobiler Geräte.

Bei der Außenkamera, die in Figur 4 näher dargestellt ist, handelt es sich insbesondere um eine herkömmliche Bild aufnehmende Einrichtung, z. B. eine Videokamera oder einen CCD- Bildsensor (CCD = charge-coupled-device) . Die Außenkamera weist dabei zumindest eine Datenverarbeitungseinheit und eine Kommunikationseinheit auf. Die Kommunikationseinheit ist als ein Ethernet-Anschluss ausgebildet. Durch die direkte Beheizung der Glasfläche 2 mittels der Heizvorrichtung 1 und die Ausbildung der Außenkamera als CCD-Kamera reicht eine geringe Leistung aus, um sowohl die Außenkamera als auch die Heizvorrichtung 1 zu versorgen. Für eine einfache Versorgung beider Komponenten ist vorgesehen, dass die Außenkamera und die Heizvorrichtung 1 über den Ethernet-Anschluss mit Strom ver- sorgt werden.

Im Weiteren wird die Glasfläche 2 zur besseren Übersichtlichkeit als Schutzglas 2 bezeichnet.

Das Schutzglas 2 schützt die Außenkamera insbesondere vor mechanischen und/oder thermischen Beanspruchungen, z. B. vor Feuchtigkeit, Staub, Aerosole, Wind, Strahlung, elektrostatische Entladungen und/oder mechanische Erschütterungen, z. B. bei mobilen Geräten oder bei Anwendung in einem Fahrzeug. Hierzu ist das Schutzglas 1 insbesondere aus entspiegeltem

Glas oder aus Glas mit einer Beschichtung zur Entspiegelung. Auch ist das Schutzglas 1 insbesondere aus einem besonders hitze- und kältebeständigen Material, besonders kratzfesten Material. Beispielsweise ist das Schutzglas 2 aus Normalglas oder einem glasähnlichem Material, wie z. B. einem thermoplastischen Kunststoff, wie Polymethylmethacrylat (auch Ac- rylglas genannt) oder Polycarbonat . Die Heizvorrichtung 1 umfasst ein Heizelement, das als eine Materialschicht 1.1 auf dem Schutzglas 2 aufgebracht ist.

Die Materialschicht 1.1 ist vorzugsweise form-, stoff- und/oder kraftschlüssig sowie homogen auf zumindest eine der Oberflächen des Schutzglases 2 aufgebracht.

Je nach Einsatz und Umgebungsbedingungen ist die Materialschicht 1.1 mit einer vorgegebenen Dicke auf das Schutzglas 2 aufgebracht. Beispielsweise ist die Materialschicht 1.1 mit einer Dicke im Nanometer-Bereich, z. B. von 100 nm bis 1000 nm, insbesondere von 200 nm bis 400 nm oder von 250 nm bis 350 nm, z. B. von ca. 300 nm, aufgebracht.

Die Materialschicht 1.1 ist bevorzugt aus mindestens einem elektrisch leitfähigen Material mit hoher Transparenz und/oder Farbtreue gebildet. Die Verwendung transparenter Materialien von hoher Farbtreue für die Materialschicht 1.1 ermöglicht es, den Einfluss bildstörender oder Optik störender Elemente auszuschließen.

Die Materialschicht 1.1 kann dabei in einem herkömmlichen Plasmabeschichtungsverfahren, z. B. einem so genannten Sput- ter-, CVD-, PCVD-Beschichtungsverfahren, oder anderen geeig- neten mechanischen, thermischen und/oder chemischen Beschich- tungsverfahren, wie z. B. durch Tauchen, Sprühen, Bedrucken, Aufschleudern, Aufdampfen, insbesondere durch Hochvakuumaufdampfen, aufgebracht werden.

Eine solche aus elektrisch leitfähigem Material gebildete Materialschicht 1.1 ermöglicht einen Flächenwiderstand, der bei Anlegen einer Spannung eine einfache flächige Widerstandsheizung und somit eine Heizschicht bildet.

Vorzugsweise ist die Materialschicht 1.1 aus Indiumzinnoxid (kurz ITO genannt) oder Kohlenstoffnanoröhrchen . Alternativ kann die transparent-leitfähige Materialschicht 1.1 aus mit Fluor dotiertem Zinn (IV) -oxid (kurz FTO = Fluor Tin Oxid ge- nannt) , aus mit Aluminium dotiertem Zinkoxid (kurz AZO = Aluminium Zink Oxid genannt) oder mit Antimon dotiertem Zinn (IV) -oxid (kurz ATO = Antimony Tin Oxid genannt) gebildet sein .

Dabei kann die Materialschicht 1.1 aus mehreren, übereinander aufgebrachten Schichten und somit mehreren Widerstandsheizschichten gebildet sein. Auch kann es sich um eine einzelne Schicht handeln.

Figur 2 zeigt eine mögliche Ausführungsform für die Aufbringung der Materialschicht 1.1 als eine vollständig die Oberfläche des Schutzglases 2 abdeckende Beschichtung. Dabei kann das Schutzglas 2 ober- und/oder unterseitig mit der Material- schicht 1.1 versehen sein. Bevorzugt ist das Schutzglas 2 auf einer innen liegenden, d. h. ins Kamerainnere oder ins Scheinwerferinnere ausgerichteten, und somit auf der zur Umgebung gegenüber liegenden Oberseite des Schutzglases 2 mit der Materialschicht 1.1 versehen.

Zum Anlegen einer Spannung an die als mindestens eine oder mehrere Widerstandsheizschichten ausgebildeten Materialschicht 1.1 weist diese mindestens zwei Kontaktelemente 1.2 auf. Diese Kontaktelemente 1.2 sind beispielsweise seitlich der Materialschicht 1.1 auf einander gegenüber liegenden Seiten angeordnet.

Die Kontaktelemente 1.2 sind beispielsweise aus metallischen Streifen, z. B. aus Kupferfoliestreifen, gebildet. Dabei sind die Kontaktelemente 1.2 beispielsweise mit elektrisch leitfähigem, insbesondere silbergefüllten Kleber auf die Materialschicht 1.1 aufgebracht. Alternativ können die Kontaktelemente 1.2 in die Materialschicht 1.1 integriert, z. B. eingespritzt, eingegossen sein.

Im Betrieb der Heizvorrichtung 1 wird mittels der Kontaktelemente 1.2 elektrische Energie in den von der Materialschicht 1.1 gebildeten Flächenwiderstand geleitet. Der Flä- chenwiderstand der Materialschicht 1.1 bewirkt eine Erwärmung selbiger und auch ihrer Umgebung. Diese Wärme bewirkt das Beheizen des Schutzglases 2.

Durch die direkte Aufbringung der Materialschicht 1.1 auf das Schutzglas 2 wird somit die Wärme dort erzeugt, wo sie benötigt wird. Dies reduziert den Energieeinsatz.

Besonders bevorzugt wird und ist die Materialschicht 1.1 ho- mögen auf das Schutzglas 2 aufgebracht. Durch eine solche homogene und direkt wirkende Materialschicht 1.1 wird eine gleichmäßige Beheizung des Schutzglases 2 ermöglicht, so dass Bildfehler oder optische Fehler durch z. B. nur ein partielles Schmelzen einer Eisschicht sicher vermieden sind.

Figur 3 zeigt eine alternative Ausführungsform für eine Heizvorrichtung 1. Dabei ist die als Heizelement dienende Materialschicht 1.1 partiell, d. h. bereichsweise, auf das Schutzglas 2 aufgebracht. Bevorzugt ist die Materialschicht 1.1 Ie- diglich im unmittelbaren Bereich vor einem Objektiv der Außenkamera auf die äußere Oberflächenseite des Schutzglases 2 aufgebracht. Diese Ausführungsform stellt eine Material sparende sowie Energie sparende Form einer Heizvorrichtung 1 dar .

Figur 4 zeigt eine Außenkamera 3, welche ein wetterfest ausgebildetes Gehäuse 4 mit einer Aussparung 5 umfasst, in welcher das Schutzglas 2 angeordnet ist.

Auf zumindest einer Seite des Schutzglases 2 ist die Heizvorrichtung 1 aufgebracht, welche ein Heizelement umfasst, das als eine Materialschicht 1.1 auf dem Schutzglas 2 aufgebracht ist .

Das Schutzglas 2 ist bevorzugt auf einer innen liegenden, also einem Inneren des Gehäuses 4 zugewandten Seite mit der Materialschicht 1.1 versehen. In einer alternativen Ausfüh- rungsform können auch beide Seiten des Schutzglases 2 mit der Materialschicht 1.1 versehen sein.

Zum Anlegen einer Spannung an die als mindestens eine oder mehrere Widerstandsheizschichten ausgebildete Materialschicht 1.1 weist diese mindestens zwei nicht näher dargestellte Kontaktelemente auf. Diese Kontaktelemente sind mit einer Versorgungsleitung 6 kontaktiert.

Im Inneren des Gehäuses 4 ist eine Kamera 7 angeordnet. Diese Kamera 7 ist beispielsweise als herkömmlicher CCD-Bildsensor (CCD = charge-coupled-device) ausgebildet.

In der Kamera 7 sind zumindest die Datenverarbeitungseinheit 8 und die Kommunikationseinheit 9, welche beispielsweise als so genannter embedded Controller ausgebildet sind, integriert. Die Datenverarbeitungseinheit 8 ist mit der Kommunikationseinheit 9 gekoppelt. Die Kommunikationseinheit 9 ist als ein Ethernet-Anschluss ausgebildet.

Für eine einfache Versorgung beider Komponenten ist vorgesehen, dass die Kamera 7 und die Heizvorrichtung 1 über den Ethernet-Anschluss mit Strom versorgt werden.

Die Kommunikationseinheit 9 ist mit einem Ethernet-Verbin- dungskabel 10 mit einer nicht dargestellten externen Datenverarbeitungseinheit, beispielsweise einem herkömmlichen Personal Computer, und/oder einem Netzwerk außerhalb der Außenkamera 3 verbunden und die von der Kamera 7 aufgenommenem Bilder werden mittels des Ethernet-Verbindungskabels 10 übertragen. Zusätzlich können mittels des Ethernet-Verbindungskabels 10 Steuersignale von der externen Datenverarbeitungseinheit übermittelt werden.

Die Versorgungsleitung 6 der Heizvorrichtung 1 ist mit der Datenverarbeitungseinheit 8 verbunden. Innerhalb der Datenverarbeitungseinheit 8 werden die Bilddaten der Kamera 7 verarbeitet und an Hand der in der Kommunikationseinheit 9 emp- fangenen Steuersignale werden die Funktionen der Kamera 7 und der Heizvorrichtung 1 gesteuert. Somit sind alle Funktionen der Außenkamera 3, insbesondere die Funktion der Heizvorrichtung 1 und der Kamera 7, fernsteuerbar.