DE102011112212A1

DE102011112212A1 - Device for detecting moisture on disk of vehicle, has light source for emitting electromagnetic radiation in direction of disk and detecting unit for detecting other electromagnetic radiation which is reflected at interface of disk

Info

Publication number: DE102011112212A1
Application number: DE102011112212A
Authority: DE
Inventors: Dieter Krökel
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 2011-09-02
Filing date: 2011-09-02
Publication date: 2013-03-07

Abstract

The device has a light source (1) for emitting electromagnetic radiation (6) in the direction of a disk (4) and a detecting unit (2) for detecting other electromagnetic radiation which is reflected at an interface (5.1,5.2) of the disk. A polarizer (3) is provided for polarizing the electromagnetic radiations. The device is formed such that an angle of incidence (theta) of the electromagnetic radiations on the disk corresponds to the Brewster-angle (theta-B). An independent claim is included for a method for detecting moisture on a disk of a vehicle.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erfassung von Feuchtigkeit an/auf einer Scheibe, insbesondere von Regen an einer Fahrzeugscheibe.The invention relates to a device and a method for detecting moisture on / on a pane, in particular rain on a vehicle window.

Fahrerassistenzsysteme in Fahrzeugen verwenden häufig eine Kamera zur Erfassung der Fahrzeugumgebung, beispielsweise zur Erkennung verschiedenster Objekte im Umfeld des Fahrzeugs. Die Kamera ist dabei in der Regel hinter der Windschutzscheibe des Fahrzeugs angeordnet und blickt in Fahrtrichtung durch die Scheibe hindurch. Bekannt sind beispielsweise Fahrzeugkameras zur Erkennung der Fahrbahnmarkierungen, Nachtsichtkameras oder Stereokameras als optische Abstandssensoren. Neben dem Einbauraum eines solchen Kamerasystems befinden sich typischerweise weitere Sensoren zur Erkennung von Ablagerungen auf der Fahrzeugscheibe, beispielsweise Verschmutzungen, Feuchtigkeit, Regen oder Schnee, und/oder Sensoren zur Erkennung der vorherrschenden Lichtverhältnisse.Driver assistance systems in vehicles often use a camera to detect the vehicle environment, for example, to detect a variety of objects around the vehicle. The camera is usually located behind the windshield of the vehicle and looks in the direction of travel through the glass. For example, vehicle cameras are known for detecting the lane markings, night vision cameras or stereo cameras as optical distance sensors. In addition to the installation space of such a camera system are typically further sensors for detecting deposits on the vehicle window, such as dirt, moisture, rain or snow, and / or sensors for detecting the prevailing lighting conditions.

Aus der DE 103 55 205 A1 ist beispielsweise eine Vorrichtung bekannt, zur Befestigung eines Kameramoduls in einem Fahrzeug hinter einer Windschutzscheibe, wobei in einem ersten Einbauraum hinter der Windschutzscheibe ein Kameramodul angeordnet ist, zur Erfassung von Bildern aus dem Vorausbereich des Fahrzeugs. Unterhalb des Einbauraums für das Kameramodul ist ein zweiter Einbauraum für einen Regensensor vorgesehen, dessen Sensorfläche ebenfalls der Windschutzscheibe zugewandt ist.From the DE 103 55 205 A1 For example, a device is known for fastening a camera module in a vehicle behind a windshield, a camera module being arranged in a first installation space behind the windshield for capturing images from the forward region of the vehicle. Below the installation space for the camera module, a second installation space for a rain sensor is provided, the sensor surface is also facing the windshield.

Nachteilig bei der in der DE 103 55 205 A1 beschriebenen Vorrichtung sowie bei anderen bekannten Vorrichtungen, bei denen mehrere Sensoren, insbesondere Kameramodule und Regensensoren, hinter einer Windschutzscheibe eines Fahrzeugs angeordnet sind, ist ein erhöhter Bedarf an begrenztem Einbauraum, da für jedes Kameramodul und für jede Sensoreinheit ein eigener Sichtbereich durch die Windschutzscheibe benötigt wird.Disadvantageous in the DE 103 55 205 A1 described apparatus and in other known devices in which a plurality of sensors, in particular camera modules and rain sensors, are arranged behind a windshield of a vehicle, an increased demand for limited installation space, since a separate field of view is required by the windshield for each camera module and for each sensor unit ,

Es gibt daher bereits Ansätze mehrere Sensorfunktionen auf ein einzelnes Kameramodul zu vereinen, beispielsweise mittels bifokaler bzw. multifokaler Kameramodule, d. h. Kameras die gleichzeitig einen Fernbereich und einen Nahbereich auf einem einzelnen Bildaufnahmeelement erfassen können.There are therefore already approaches to combine several sensor functions on a single camera module, for example by means of bifocal or multifocal camera modules, d. H. Cameras capable of simultaneously detecting a far and near range on a single image pickup element.

Ein solches System ist aus der EP 1 923 280 A1 bekannt. Durch ein zusätzliches optisches Element mit einer positiven Linse (konvexe Linse) wird ein bestehendes Abbildungssystem, welches auf einen optischen Fernbereich fokussiert ist, in die Lage gebracht, zusätzlich eine scharfe Abbildung von Objekten aus einem optischen Nahbereich auf ein Bildaufnahmeelement zu projizieren, in diesem Fall Regentropfen auf einer Windschutzscheibe. Wenn sich keine Regentropfen auf der Windschutzscheibe befinden, ist das auf das Bildaufnahmeelement projizierte Bild ausschließlich vom optischen Fernbereich dominiert. Wenn sich Tropfen auf der Windschutzscheibe befinden, wird die Abbildung des Fernbereichs durch die Abbildung des Nahbereichs in der gleichen Bildebene überlagert und das erzeugte Bildsignal wird verändert.Such a system is out of the EP 1 923 280 A1 known. By an additional optical element having a positive lens (convex lens), an existing imaging system focused on a far-end optical range is enabled to additionally project a sharp image of objects from a near-optical region onto an image-sensing element, in this case Raindrops on a windshield. When there are no raindrops on the windshield, the image projected on the image pickup element is dominated only by the far-end optical region. If there are drops on the windshield, the far-field image is superimposed by the near-field image in the same image plane, and the generated image signal is changed.

Nachteilig bei dem in der EP 1 923 280 A1 beschriebenen multifokalen Abbildungssystem ist die Tatsache, dass Strahlung sowohl aus einem optischen Nahbereich als auch aus einem optischen Fernbereich gleichzeitig auf einem gemeinsamen Bereich des Bildaufnahmeelements auftrifft und dort zu einem zusammengesetzten Bildsignal führt. Dadurch wird für beide Fahrerassistenzfunktionen, d. h. für die Fernbereichsüberwachung und die Nahbereichsüberwachung, die Abbildungsqualität, durch die sich überlagernde Strahlung aus beiden Überwachungsbereichen, herabgesetzt.A disadvantage of the in the EP 1 923 280 A1 described multifocal imaging system is the fact that radiation from both a near optical range and a long distance optical range impinges simultaneously on a common area of the image pickup element and leads there to a composite image signal. As a result, for both driver assistance functions, ie for long-range monitoring and short-range monitoring, the imaging quality is reduced by the overlapping radiation from both monitoring areas.

Die DE 10 2008 062 977 A1 zeigt daher eine Lösung mit ebenfalls einem multifokalen Abbildungssystem, wobei jedoch im Gegensatz zur EP 1 923 280 A1 , mittels eines hierfür speziell ausgebildeten optischen Elements, welches im Abbildungssystem zwischen Objektiv und Bildaufnahmeelement angeordnet ist, elektromagnetische Strahlung aus einem Fernbereich vor dem Fahrzeug und elektromagnetische Strahlung aus einem Bereich der Fahrzeugscheibe auf verschiedenen Bereichen des Bildaufnahmeelements fokussiert abgebildet werden.The DE 10 2008 062 977 A1 therefore shows a solution with also a multifocal imaging system, but in contrast to EP 1 923 280 A1 , By means of a specially designed for this optical element, which is arranged in the imaging system between the lens and the image pickup element, electromagnetic radiation from a remote area in front of the vehicle and electromagnetic radiation from an area of the vehicle window on different areas of the image pickup element are shown focused.

Nachteilig bei dem in der DE 10 2008 062 977 A1 beschrieben System ist jedoch, dass insbesondere bei Nacht, das von der Fahrzeugumgebung zurückgestreute Licht des Fahrzeugscheinwerfers nicht ausreicht, um beispielsweise Feuchtigkeit auf der Fahrzeugscheibe ausreichend auszuleuchten und sicher mit der Kamera zu erkennen.A disadvantage of the in the DE 10 2008 062 977 A1 However, the system is described that, in particular at night, the backscattered from the vehicle environment light of the vehicle headlight is not sufficient, for example, sufficient to illuminate moisture on the vehicle window and safely detect with the camera.

In der US 7,259,367 B2 wird daher eine Beleuchtung der Fahrzeugscheibe durch eine, neben der Kamera angeordnete, Lichtquelle vorgeschlagen. In der Regel reicht jedoch, aufgrund der Großflächigkeit der vorgeschlagenen Beleuchtung, der Anteil des, insbesondere durch Regentropfen, reflektierten Lichts nicht aus, um eine sichere und zuverlässige Erkennung von Regen bzw. Obstruktionen (Ablagerungen) auf der Fahrzeugscheibe zu erreichen.In the US Pat. No. 7,259,367 B2 Therefore, an illumination of the vehicle window by a, arranged next to the camera, light source proposed. In general, however, due to the large area of the proposed lighting, the proportion of, in particular by raindrops, reflected light is not sufficient to achieve a safe and reliable detection of rain or obstructions (deposits) on the vehicle window.

Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, mittels derer auch bei schwachen Lichtverhältnissen, beispielsweise bei Nacht, eine sichere und zuverlässige Erkennung von Feuchtigkeit, z. B. Regentropfen, auf einer Scheibe möglich ist und welche die Probleme und Nachteile, der aus dem Stand der Technik bekannten Systeme, löst.The invention is therefore an object of the invention to provide a device by means of which even in low light conditions, for example at night, a safe and reliable Detection of moisture, z. As raindrops, on a disc is possible and which solves the problems and disadvantages of the known from the prior art systems.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 1 und durch Verfahren mit den Merkmalen nach den Ansprüchen 14 und 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen, wobei auch Kombinationen und Weiterbildungen einzelner Merkmale miteinander denkbar sind.This object is achieved by a device having the features according to claim 1 and by methods having the features according to claims 14 and 15. Advantageous embodiments and further developments are the subject of dependent claims, wherein combinations and developments of individual features are conceivable with each other.

Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, die Scheibe, auf welcher Feuchtigkeit erfasst werden soll, mittels zumindest einer Lichtquelle zu beleuchten und das von Feuchtigkeit auf der Scheibe (insbesondere von Regen) reflektierte Licht mittels eines Erfassungsmittels (z. B. einer Kamera) zu erfassen. Das von der Lichtquelle erzeugte und auf die Scheibe ausgesandte Licht wird dabei erfindungsgemäß unter einem definierten Einfallswinkel auf die Scheibe gestrahlt, dem sogenannten Brewster-Winkel, der sich nach dem Brewster-Gesetz berechnet.An essential idea of the invention is to illuminate the pane on which moisture is to be detected by means of at least one light source and to transmit the light reflected by moisture on the pane (in particular of rain) by means of a detection means (eg a camera) to capture. According to the invention, the light generated by the light source and emitted onto the pane is blasted onto the pane at a defined angle of incidence, the so-called Brewster angle, which is calculated according to the Brewster law.

Hierdurch wird erreicht, dass für den Fall, wenn sich keine Ablagerungen auf der Scheibe befinden (insbesondere keine Feuchtigkeit), ausschließlich vollständig polarisierte elektromagnetische Strahlung an den Grenzflächen zwischen der Scheibe und der Luft, welche die Scheibe auf beiden Seiten umgibt, reflektiert wird. Bei der, an den Grenzflächen (Luft-Scheibe, Scheibe-Luft) reflektierten elektromagnetischen Strahlung, handelt es sich dabei insbesondere um vollständig linear polarisierte Strahlung, deren Vektor des elektrischen Feldes senkrecht zur Einfallsebene der elektromagnetischen Strahlung zur Scheibe liegt. Unter der Einfallsebene ist dabei diejenige Ebene zu verstehen, die zwischen dem Einfallswinkel der elektromagnetischen Strahlung und der Normalen zur Scheibe (Senkrechte auf der Grenzfläche am Einfallspunkt der elektromagnetischen Strahlung) aufgespannt wird.This ensures that in the case where there are no deposits on the disc (especially no moisture), only fully polarized electromagnetic radiation is reflected at the interfaces between the disc and the air surrounding the disc on both sides. The electromagnetic radiation reflected at the interfaces (air disk, disk-air) is, in particular, completely linearly polarized radiation whose vector of the electric field lies perpendicular to the plane of incidence of the electromagnetic radiation to the disk. In this case, the plane of incidence means that plane which is spanned between the angle of incidence of the electromagnetic radiation and the normal to the pane (perpendicular to the boundary surface at the point of incidence of the electromagnetic radiation).

Erfindungsgemäß wird entweder zwischen der Lichtquelle und der Scheibe oder zwischen der Scheibe und dem Erfassungsmittel wenigstens ein Polarisator angeordnet, bevorzugt derart, dass der Polarisator entweder die von der Lichtquelle ausgesandte Strahlung polarisiert, bevor diese auf die Scheibe trifft, oder dass er die an den Grenzflächen der Scheibe reflektierte Strahlung polarisiert, bevor diese vom Erfassungsmittel erfasst wird.According to the invention, at least one polarizer is arranged either between the light source and the disk or between the disk and the detection means, preferably such that the polarizer either polarizes the radiation emitted by the light source before it hits the disk or at the interfaces the disc reflects polarized radiation before it is detected by the detection means.

In beiden Fällen ist der Polarisator vorzugsweise derart ausgebildet, dass er die elektromagnetische Strahlung linear polarisiert, insbesondere derart, dass deren Vektor des elektrischen Feldes in der Einfallsebene der elektromagnetischen Strahlung zur Scheibe liegt.In both cases, the polarizer is preferably designed such that it linearly polarizes the electromagnetic radiation, in particular such that its vector of the electric field lies in the plane of incidence of the electromagnetic radiation to the disk.

Für den Fall, dass der Polarisator zwischen der Lichtquelle und der Scheibe angeordnet ist, wird somit nur für den Fall elektromagentische Strahlung an einer Grenzfläche der Scheibe reflektiert und infolge durch das Erfassungsmittel erfasst, wenn sich an der betreffenden Grenzfläche Ablagerungen, insbesondere Feuchtigkeit, befinden. Für den Fall, dass sich keine Feuchtigkeit an den Grenzflächen befindet, ist die Bedingung des Brewster-Gesetzes erfüllt und die mittels des Polarisators polarisierte elektromagnetische Strahlung wird an den Grenzflächen vollständig gebrochen.In the event that the polarizer is disposed between the light source and the disc, therefore, only in the case of electromagnetic radiation at an interface of the disc is reflected and detected as a result of the detection means when deposits, in particular moisture, are located at the relevant interface. In the event that moisture is not present at the interfaces, the condition of the Brewster law is fulfilled and the electromagnetic radiation polarized by means of the polarizer is completely refracted at the interfaces.

Für den Fall, dass der Polarisator zwischen der Scheibe und dem Erfassungsmittel angeordnet ist, wird ebenfalls nur dann an einer Grenzfläche der Scheibe reflektierte elektromagnetische Strahlung mittels des Erfassungsmittels erfasst, wenn sich an der Grenzfläche Feuchtigkeit befindet. Wenn sich keine Feuchtigkeit an den Grenzflächen der Scheibe befindet, wird an beiden Grenzflächen gemäß Brewster-Gesetz ausschließlich vollständig linear polarisierte elektromagnetische Strahlung reflektiert deren Vektor des elektrischen Feld derart ausgerichtet ist, dass die elektromagnetische Strahlung vom Polarisator vollständig absorbiert wird. Insbesondere nur für den Fall, dass sich Feuchtigkeit auf einer der Grenzflächen der Scheibe befindet, hat die reflektierte elektromagnetische Strahlung bzw. hat deren Vektor des elektrischen Feldes eine Komponente in der Einfallsebene, so dass infolge elektromagnetische Strahlung deren Vektor des elektrischen Feldes in der Einfallsebene liegt vom Polarisator durchgelassen werden kann.In the case where the polarizer is disposed between the disk and the detecting means, electromagnetic radiation reflected at an interface of the disk is also detected by the detecting means only when moisture is present at the interface. When there is no moisture at the interfaces of the disk, only fully linearly polarized electromagnetic radiation is reflected at both interfaces according to Brewster's law whose vector of the electric field is aligned so that the electromagnetic radiation is completely absorbed by the polarizer. In particular, only in the event that moisture is located on one of the interfaces of the disc, the reflected electromagnetic radiation or its vector of the electric field has a component in the plane of incidence, so that due to electromagnetic radiation whose vector of the electric field is in the plane of incidence can be transmitted by the polarizer.

Bei beiden Ausgestaltungen wird somit mittels des Erfassungsmittels nur für den Fall die von der Lichtquelle ausgesandte und an einer Grenzfläche der Scheibe reflektierte elektromagnetische Strahlung erfasst, wenn sich Ablagerungen, insbesondere Feuchtigkeit (z. B. Regen), auf der Scheibe befinden und das Brewster-Gesetzt an den Grenzflächen infolge nichtmehr erfüllt ist. Wird von der Lichtquelle beispielsweise elektromagnetische Strahlung mit einer bestimmten Wellenlänge ausgestrahlt, z. B. im Infrarotbereich, kann auf einfache Weise auf das Vorhandensein von Feuchtigkeit auf der Scheibe geschlossen werden, z. B. sobald mittels des Erfassungsmittels Infrarotstrahlung erfasst wird. Eine weitere Möglichkeit wäre es, sofern mittels des Erfassungsmittel auch bei nicht vorhandener Feuchtigkeit elektromagnetische Strahlung, z. B. Sonnenlicht, aus der Umgebung erfasst wird, aus einer Signalerhöhung, die sich aufgrund der an der Grenzfläche reflektierten elektromagnetischen Strahlung ergibt, auf das Vorhandensein von Regen auf der Scheibe zu schließen. Besonders vorteilhaft an der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Vorrichtung, zur Erkennung von Feuchtigkeit auf einer Scheibe, ist somit die Tatsache, dass mittels Vorrichtung ein sehr gutes Signal- zu Rauschverhältnis erreicht wird, insbesondere dadurch, dass mittels des Erfassungsmittels bevorzugt nur im Falle von vorhandender Feuchtigkeit auf der Scheibe überhaupt Anteile der von der Lichtquelle ausgesandten und an einer Grenzfläche. der Scheibe reflektierten elektromagnetischen Strahlung erfasst werden.In both embodiments, therefore, the electromagnetic radiation emitted by the light source and reflected at an interface of the pane is detected by means of the detection means only when deposits, in particular moisture (eg rain), are present on the pane and the Brewster dish Acts at the interfaces as a result of no longer met. Is emitted from the light source, for example, electromagnetic radiation having a certain wavelength, z. B. in the infrared range, can be closed in a simple manner to the presence of moisture on the disc, z. B. as soon as detected by the detection means infrared radiation. Another possibility would be, if by means of the detection means even in the absence of moisture electromagnetic radiation, eg. As sunlight is detected from the environment, from an increase in signal, which is due to the reflected electromagnetic radiation at the interface, to close the presence of rain on the disc. Particularly advantageous at the According to the invention proposed device for detecting moisture on a disc, thus the fact that by means of a very good signal to noise ratio is achieved, in particular by means of the detection means preferably only in the case of existing moisture on the disc at all shares the emitted by the light source and at an interface. the disc reflected electromagnetic radiation are detected.

Hierdurch ist selbst bei geringem Anteil an reflektiertem Licht eine zuverlässige Erkennung von Feuchtigkeit möglich. Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann somit Feuchtigkeit auf der Scheibe insbesondere bei Nacht besonders effizient erkannt werden.As a result, reliable detection of moisture is possible even with a low proportion of reflected light. By means of the device according to the invention, moisture on the glass can thus be detected particularly efficiently, especially at night.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zur Erfassung von Feuchtigkeit an einer Scheibe, insbesondere an der Scheibe eines Fahrzeugs. Unter Feuchtigkeit sind im Rahmen der Erfindung insbesondere feuchte Ablagerungen auf der Scheibe wie Regen bzw. Regentropfen, Schnee und/oder Eis zu verstehen, wobei im Folgenden nur noch allgemein der Begriff Feuchtigkeit verwendet wird.The device according to the invention serves to detect moisture on a pane, in particular on the pane of a vehicle. Moisture in the context of the invention is to be understood as meaning, in particular, moist deposits on the pane, such as rain or raindrops, snow and / or ice, the term moisture being used only in the following.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst wenigstens eine Lichtquelle, ein Erfassungsmittel und einen Polarisator.The device according to the invention comprises at least one light source, a detection means and a polarizer.

Die Lichtquelle dient dabei zum Erzeugen und Aussenden von elektromagnetischer Strahlung in Richtung zumindest eines Teilbereichs der Scheibe, insbesondere auf einen Bereich der Scheibe, auf welchem Feuchtigkeit erfasst werden sollen.The light source serves for generating and emitting electromagnetic radiation in the direction of at least a portion of the disc, in particular on a region of the disc on which moisture is to be detected.

Als Erfassungsmittel kann grundsätzlich jede bekannte Sensoreinrichtung verwendet werden, die in der Lage ist elektromagnetische Strahlung zu erfassen, insbesondere im Wellenlängenbereich von ultravioletter Strahlung über sichtbares Licht bis Infrarotstrahlung. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird eine Kamera als Erfassungsmittel verwendet, z. B. mit einem für elektromagnetische Strahlung sensitiven Bildaufnahmeelement. Das Erfassungsmittel dient erfindungsgemäß zum Erfassen der von der Lichtquelle ausgesandten elektromagnetischen Strahlung, die an einer Grenzfläche der Scheibe reflektiert wird. Unter Grenzflächen sind dabei insbesondere die Außen- und die Innenseite einer Scheibe bzw. beiden Grenzflächen zwischen der Scheibe und der die Scheibe umgebenden Luft zu verstehen, auf denen mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung Feuchtigkeit erfasst werden soll.In principle, any known sensor device which is capable of detecting electromagnetic radiation, in particular in the wavelength range from ultraviolet radiation to visible light to infrared radiation, can be used as the detection means. In a preferred embodiment, a camera is used as a detection means, for. B. with an electromagnetic radiation sensitive image pickup element. The detection means is used according to the invention for detecting the electromagnetic radiation emitted by the light source, which is reflected at an interface of the disc. In this case, boundary surfaces are to be understood as meaning, in particular, the outside and the inside of a pane or both interfaces between the pane and the air surrounding the pane, on which moisture is to be detected by means of the device according to the invention.

Der wenigstens eine Polarisator der erfindungsgemäßen Vorrichtung dient bevorzugt zur Polarisation von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere derjenigen elektromagnetischen Strahlung, die von der Lichtquelle ausgesandt und/oder die an einer Grenzfläche der Scheibe reflektiert wird.The at least one polarizer of the device according to the invention is preferably used for the polarization of electromagnetic radiation, in particular of those electromagnetic radiation emitted by the light source and / or which is reflected at an interface of the disc.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist weiterhin derart ausgebildet, dass ein Einfallswinkel θ, der von der Lichtquelle ausgesandten elektromagnetischen Strahlung auf die Scheibe bzw. auf deren Grenzflächen, zumindest annähernd dem Brewster-Winkel θ_B entspricht.The device according to the invention is further designed such that an angle of incidence θ, the electromagnetic radiation emitted by the light source on the disc or on their interfaces, at least approximately the Brewster angle θ _B corresponds.

Der Brewster-Winkel θ_B ist auch als Polarisationswinkel bekannt und wird vorzugsweise nach dem Brewster-Gesetz bzw. nach der folgenden Gleichung (G1.1) bestimmt: tanθ_B= n₁ / n₂ (G1.1) mit

θ_B:: Brewster-Winkel (Polarisationswinkel)
n₁:: Brechzahl Medium 1
n₂:: Brechzahl Medium 2

The Brewster angle θ _B is also known as the polarization angle and is preferably determined according to the Brewster law or the following equation (G1.1):

tanθ _B = n₁ / n₂ (G1.1)

With

θ _B :: Brewster angle (polarization angle)
n ₁ :: Refractive index medium 1
n ₂ :: Refractive index medium 2

Unter einem Einfallswinkel, der annähernd dem Brewster-Winkel entspricht, ist auch eine solche Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingeschlossen, bei welcher der Einfallswinkel eine geringe Abweichung gegenüber dem Brewster-Winkel aufweist, z. B. eine Abweichung im Bereich von +/–1°, derart, dass die Brewster-Bedingung noch im Wesentlichen erfüllt ist. Eine geringe Abweichung zwischen tatsächlichem Einfallswinkel und Brewster-Winkel kann beispielsweise aufgrund einer Anpassung bzw. Ausrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung an bestimmte Betriebsbedingungen des jeweiligen Umfeldes, in dem die Vorrichtung eingesetzt werden soll, erforderlich sein, beispielsweise eine Anpassung an Betriebsbedingungen in einem Fahrzeug, z. B. begrenzter Einbauraum und speziellen Eigenschaften der Windschutzscheibe. Für den Fall, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erfassung von Feuchtigkeit an der Windschutzscheibe eines Fahrzeugs dient, insbesondere an einem Teilbereich der Außenseite der Windschutzscheibe, sind die Lichtquelle und das Erfassungsmittel bevorzugt im Innenraum des Fahrzeug mit Strahlungs- bzw. Erfassungsrichtung in Richtung des Teilereichs der Scheibe ausgerichtet, an welchem Feuchtigkeit erkannt werden soll.At an angle of incidence which approximately corresponds to the Brewster angle, such an embodiment of the device according to the invention is included, in which the angle of incidence has a small deviation from the Brewster angle, for. B. a deviation in the range of +/- 1 °, such that the Brewster condition is still substantially met. A small deviation between the actual angle of incidence and Brewster angle, for example, due to an adaptation or alignment of the device according to the invention to certain operating conditions of the particular environment in which the device is to be used, be required, for example, an adjustment to operating conditions in a vehicle, eg. B. limited installation space and special properties of the windshield. In the event that the device according to the invention is used to detect moisture on the windshield of a vehicle, in particular on a portion of the outside of the windshield, the light source and the detection means are preferably in the interior of the vehicle with radiation or detection direction in the direction of Teilereichs Targeted at which moisture is to be detected.

Erfindungsgemäß kann der wenigstens eine Polarisator zwischen der Lichtquelle und der Scheibe und/oder zwischen der Scheibe und dem Erfassungsmittel angeordnet sein.According to the invention, the at least one polarizer can be arranged between the light source and the pane and / or between the pane and the detection means.

Der Polarisator ist dabei vorzugsweise derart ausgebildet, dass dieser elektromagnetische Strahlung linear polarisiert, insbesondere derart, dass er (bei Anordnung zwischen Lichtquelle und Scheibe) die von der Lichtquelle ausgesandte elektromagnetische Strahlung oder (bei Anordnung zwischen Scheibe und Erfassungsmittel) die von einer Grenzfläche der Scheibe reflektierte elektromagnetische Strahlung linear polarisiert, so dass der Vektor des elektrischen Feldes der elektromagnetischen Strahlung in der Einfallsebene zur Scheibe liegt.The polarizer is preferably designed such that it linearly polarizes electromagnetic radiation, in particular such that it (in the arrangement between the light source and the disc) emitted by the light source electromagnetic radiation or (in the case of an arrangement between disc and detection means) the linearly polarized electromagnetic radiation reflected from an interface of the disc, so that the vector of the electric field of the electromagnetic radiation is in the plane of incidence to the disc.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es sich bei dem wenigstens einen Polarisator um einen dichromatischen Kristall oder dichroitischen Kristall.In an advantageous embodiment of the device according to the invention, the at least one polarizer is a dichroic crystal or dichroic crystal.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es sich bei dem wenigstens einen Polarisator um eine polarisierende Folie.In a further advantageous embodiment of the device according to the invention, the at least one polarizer is a polarizing film.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist bevorzugt derart ausgebildet, dass der Einfallswinkel der von der Lichtquelle ausgesandten elektromagnetischen Strahlung auf die Scheibe bzw. auf die erste Grenzfläche (Luft-Scheibe) zwischen 50° und 60° liegt.The device according to the invention is preferably designed such that the angle of incidence of the electromagnetic radiation emitted by the light source lies on the pane or on the first boundary surface (air-disk) between 50 ° and 60 °.

Bevorzugt beträgt der Einfallswinkel annähernd 57,17°, wobei sich dieser Wert mit
n_1(Luft) = 1: Brechzahl Luft
n_2(Glas) = 1,55: Brechzahl Glas
gemäß (Brewster-Gesetz) θ_B,Luft-Glas = arctan( n₂ / n₁) = arctan( 1,55 / 1,0) = 57,17 berechnet.Preferably, the angle of incidence is approximately 57.17 °, with this value with
n _{1 (air)} = 1: refractive index air
n _{2 (glass)} = 1.55: refractive index glass
according to (Brewster law) θ _{B, air-glass} = arctane (n₂ / n₁) = arctane (1.55 / 1.0) = 57.17 calculated.

Bei dem Erfassungsmittel der erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es sich vorzugsweise um eine Kamera. Dient die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erfassung von Feuchtigkeit auf der Windschutzscheibe eines Fahrzeugs, dann handelt es sich bei dem Erfassungsmittel bevorzugt um eine Fahrzeugkamera, die im Innenraum des Fahrzeugs hinter der Windschutzscheibe angeordnet ist, mit Blickrichtung in Fahrtrichtung durch die Windschutzscheibe hindurch und zur Erfassung der vorausliegenden Fahrzeugumgebung, beispielsweise für eines oder mehrere Fahrerassistenzsysteme. Für die erfindungsgemäße Vorrichtung kann somit in einer vorteilhaften Ausgestaltung eine Kamera verwendet werden, die ohnehin im Fahrzeug für eine oder mehrere Fahrerassistenzfunktionen bzw. -systeme angeordnet ist, beispielsweise für eine Objekterkennung, Abstandsregelung, Verkehrszeichenerkennung oder Fahrspurerkennung. In diesem Fall muss kein zusätzliches Erfassungsmittel für den Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Fahrzeug angeordnet werden. Die Kamera kann in dem Fall beispielsweise derart ausgerichtet sein und/oder es können optische Elemente (z. B. Umlenkspiegel) angeordnet sein, dass die Kamera neben einem Vorausbereich gleichzeitig einen Teilbereich der Windschutzscheibe erfassen kann bzw. insbesondere die Grenzfläche der Windschutzscheibe, an der die von der Lichtquelle ausgesandte elektromagnetische Strahlung reflektiert wird.The detection means of the device according to the invention is preferably a camera. Serves the inventive device for detecting moisture on the windshield of a vehicle, then the detection means is preferably a vehicle camera, which is arranged in the interior of the vehicle behind the windshield, looking in the direction of travel through the windshield and for detecting the next Vehicle environment, for example, for one or more driver assistance systems. For the device according to the invention can thus be used in an advantageous embodiment, a camera which is arranged anyway in the vehicle for one or more driver assistance functions or systems, for example for an object detection, distance control, traffic sign recognition or lane detection. In this case, no additional detection means for the use of the device according to the invention in a vehicle need to be arranged. In this case, for example, the camera can be oriented in such a way and / or optical elements (eg deflecting mirrors) can be arranged so that the camera can simultaneously detect a partial area of the windshield in addition to an advance area or, in particular, the interface of the windshield on which the emitted by the light source electromagnetic radiation is reflected.

Bei der wenigstens einen Lichtquelle der erfindunsgemäßen Vorrichtung handelt es sich in einer bevorzugten Ausgestaltung um zumindest eine LED (light-emitting diode) oder beispielsweise eine O-LED (organic led).The at least one light source of the device according to the invention is, in a preferred embodiment, at least one LED (light-emitting diode) or, for example, an O-LED (organic led).

Bei der von der Lichtquelle erzeugten und ausgesandten elektromagnetischen Strahlung kann sich um elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich (sichtbares Licht) und/oder um elektromagnetische Strahlung im Infrarot- oder Ultraviolettbereich handeln. Handelt es sich bei der elektromagnetischen Strahlung um Infrarotlicht, wird in vorteilhafter Weise eine Beleuchtung der Scheibe erreicht, die für das menschliche Auge und damit für einen Fahrzeugführer des Fahrzeugs nicht sichtbar ist, wodurch die Wahrnehmung des Fahrzeugführers durch die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht negativ beeinflusst wird.The electromagnetic radiation generated and emitted by the light source may be electromagnetic radiation in the visible wavelength range (visible light) and / or electromagnetic radiation in the infrared or ultraviolet range. If the electromagnetic radiation is infrared light, illumination of the pane is advantageously achieved which is not visible to the human eye and thus to a vehicle driver of the vehicle, whereby the perception of the vehicle driver by the device according to the invention is not adversely affected.

In einer besonderen Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung dient die Vorrichtung zur Regenerkennung, insbesondere für eines oder mehrere Assistenzsysteme in einem Fahrzeug. Die Vorrichtung kann beispielsweise derart ausgestaltet sein, dass Informationen über erfasste Feuchtigkeit auf der Scheibe des Fahrzeugs an andere Einrichtungen weitergegeben werden kann, z. B. an Steuergeräte von Systemen wie ESP, ABS oder Bremsassistenten, so dass diese Systeme ihre Steuerungsparameter entsprechend anpassen können, beispielsweise an einen möglicherweise feuchten Fahrbahnbelag. Weiterhin kann die erfindungsgemäße Vorrichtung die Informationen an Systeme zur Steuerung von Scheibenwischern und/oder an Steuergeräte zum automatischen Schließen eines Fahrzeugdachs und/oder von Fahrzeugscheiben weitergeben.In a particular embodiment of the device according to the invention, the device is used for rain detection, in particular for one or more assistance systems in a vehicle. The device may for example be configured such that information about detected moisture on the windscreen of the vehicle can be passed on to other devices, eg. As to control devices of systems such as ESP, ABS or brake assistants, so that these systems can adjust their control parameters accordingly, for example, a possibly wet road surface. Furthermore, the device according to the invention can pass on the information to systems for controlling windscreen wipers and / or to control devices for automatically closing a vehicle roof and / or vehicle windows.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient insbesondere zur Erfassung von feuchten Ablagerungen z. B. von Regen bei Nacht, da das von der Fahrzeugumgebung zurückgestreute Licht des Fahrzeugscheinwerfers bei Nacht in der Regel allein nicht ausreicht, um Feuchtigkeit auf der Fahrzeugscheibe ausreichend auszuleuchten und sicher zu erkennen.The inventive device is used in particular for detecting wet deposits z. B. of rain at night, since the backscattered from the vehicle environment light of the vehicle headlamp at night usually alone is not sufficient to illuminate moisture on the vehicle window sufficiently and reliably detect.

Gemäß eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erfassung von Feuchtigkeit auf einer Scheibe, bei welchem eine Vorrichtung nach einer der vorangehend beschriebenen Ausgestaltungsmöglichkeiten zum Einsatz kommt, wird Feuchtigkeit auf der Scheibe dann erkannt (d. h. es wird dann darauf geschlossen, dass z. B. Regen auf der Scheibe vorhanden ist) wenn elektromagnetische Strahlung mittels des Erfassungsmittels erfasst wird, die von der Lichtquelle ausgesandt und an einer Grenzfläche der Scheibe reflektiert wird. In diesem Fall ist Vorrichtung bevorzugt derart ausgestaltet, dass für den Fall, dass keine Feuchtigkeit auf der Scheibe vorhanden ist, keine elektromagnetische Strahlung mittels des Erfassungsmittels erfasst wird. Hierzu kann beispielsweise eine Lichtquelle eingesetzt werden, die elektromagnetische Strahlung in einem bestimmten Wellenlängenbereich aussendet, wobei das Erfassungsmittel in dem Fall bevorzugt mit einem analogen Wellenlängenfilter ausgebildet ist, so dass andere elektromagnetische Strahlung, z. B. sonstiges Umgebungslicht, absorbiert wird.According to a method according to the invention for detecting moisture on a pane, in which a device according to one of the previously described embodiments is used, moisture on the pane is then recognized (ie it is then concluded that, for example, rain on the pane is present) when electromagnetic radiation is detected by the detection means, which is emitted from the light source and reflected at an interface of the disc. In this case, the device is preferably designed such that in the event that no moisture is present on the disc, no electromagnetic radiation is detected by means of the detection means. For this purpose, for example, a light source can be used which emits electromagnetic radiation in a certain wavelength range, wherein the detection means is preferably formed in the case with an analog wavelength filter, so that other electromagnetic radiation, eg. B. other ambient light is absorbed.

Da in der Regel mittels des Erfassungsmittel zu jedem Zeitpunkt elektromagnetische Strahlung erfasst wird, beispielsweise Sonnenlicht oder Scheinwerferlicht von anderen Fahrzeugen, kann das erfindungsgemäße Verfahren derart ausgebildet sein, dass Feuchtigkeit auf der Scheibe dann erkannt wird, wenn mittels des Erfassungsmittel eine Erhöhung der Intensität, der mittels des Erfassungsmittels erfassten elektromagnetischen Strahlung, erfasst wird. Aus der Erhöhung der Intensität (Signalerhöhung) der erfassten elektromagnetischen Strahlung, insbesondere aus dem betreffenden Teilbereich der Scheibe, in dem Feuchtigkeit erfasst werden soll, kann beispielsweise direkt auf das Vorhandensein von Feuchtigkeit auf der Scheibe geschlossen werden.Since electromagnetic radiation is generally detected by means of the detection means at any time, for example sunlight or headlights from other vehicles, the method according to the invention can be designed such that moisture on the pane is recognized when an increase in intensity, the is detected by the detection means detected electromagnetic radiation. By increasing the intensity (signal increase) of the detected electromagnetic radiation, in particular from the relevant portion of the disk in which moisture is to be detected, it is possible, for example, to deduce directly the presence of moisture on the disk.

Weitere Vorteile sowie optionale Ausgestaltungen gehen aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor. Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Further advantages and optional embodiments will become apparent from the description and the drawings. Embodiments are shown in simplified form in the drawings and explained in more detail in the following description.

Es zeigenShow it

1a und 1b: ein Beispiel für eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie deren Detektionsprinzip für den Fall, dass der Polarisator zwischen Scheibe und Erfassungsmittel angeordnet ist. 1a and 1b : An example of an embodiment of the device according to the invention and its detection principle for the case that the polarizer is disposed between the disc and detection means.

1a und 1b: ein Beispiel für eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie deren Detektionsprinzip für den Fall, dass der Polarisator zwischen Lichtquelle und Scheibe angeordnet ist. 1a and 1b : An example of an embodiment of the device according to the invention and its detection principle for the case that the polarizer between the light source and the disc is arranged.

Die 1a und b zeigen in vereinfachter Darstellung eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie deren Detektionsprinzip. In diesem Fall dient die Vorrichtung zur Erfassung von Feuchtigkeit 10, insbesondere von Regen, auf der Windschutzscheibe 4 eines Fahrzeugs. Die Vorrichtung umfasst eine Lichtquelle 1 und ein Erfassungsmittel 2, die im Innenraum des Fahrzeugs hinter der Windschutzscheibe 4 angeordnet sind.The 1a and b show a simplified representation of a preferred embodiment of the device according to the invention and its detection principle. In this case, the device serves to detect moisture 10 , especially from rain, on the windshield 4 of a vehicle. The device comprises a light source 1 and a detection means 2 standing in the interior of the vehicle behind the windshield 4 are arranged.

Gemäß den 1a und 1b wird mittels der Lichtquelle 1 unpolarisierte elektromagnetische Strahlung 6 in Richtung der Windschutzscheibe 4 ausgesendet, insbesondere in Richtung zumindest eines Teilbereichs der Windschutzscheibe, in dem Feuchtigkeit 10 erfasst werden soll. Die Lichtquelle 1 ist dabei derart angeordnet, dass der Einfallswinkel θ der unpolarisierten elektromagnetischen Strahlung 6 zur Normalen 9 der ersten Grenzfläche 5.1 der Windschutzscheibe 4, d. h. der Grenzfläche zwischen Luft und Scheibe 4, dem Brewster-Winkel θ_B entspricht. Gemäß Brewster-Gesetz wird infolge vollständig polarisierte elektromagnetische Strahlung 7, deren Vektor des elektrischen Feldes senkrecht zur Einfallsebene liegt, an der ersten Grenzfläche 5.1 reflektiert und unpolarisierte bzw. teilweise polarisierte elektromagnetische Strahlung 6 in die Scheibe 4 gebrochen. An der zweiten Grenzfläche 5.2 der Windschutzscheibe 4, d. h. an der Grenzfläche 5.2 zwischen Scheibe 4 und Luft, ist die Brewster-Bedingung erneut erfüllt, so dass wiederum vollständig polarisierte elektromagnetische Strahlung 7, deren Vektor des elektrischen Feldes senkrecht zur Einfallsebene liegt, an der Grenzfläche 5.2 reflektiert und unpolarisierte bzw. teilweise polarisierte elektromagnetische Strahlung 6 an der Grenzfläche 5.2 gebrochen wird. Bei dem Erfassungsmittel 2 handelt es sich in diesem Fall um eine Kamera 2. Die Kamera 2 ist dabei derart im Innenraum des Fahrzeugs angeordnet, dass die von der Lichtquelle 1 ausgesandte und an der Grenzfläche 5.2 reflektierte elektromagnetische Strahlung 7 von der Kamera 2 erfasst werden kann. Vor der Kamera 2 ist ein Polarisator 3 angeordnet, welcher derart ausgebildet ist, dass er elektromagnetische Strahlung linear polarisiert, wobei es sich vorzugsweise um die elektromagnetische Strahlung 6; 7 handelt, die von der Lichtquelle ausgesandt und an einer Grenzfläche 5.1; 5.2 der Scheibe 4 reflektiert wird, und wobei die elektromagnetische Strahlung 6; 7 insbesondere derart polarisiert wird, dass deren Vektor des elektrischen Felds in der Einfallsebene zur Scheibe 4 liegt.According to the 1a and 1b is by means of the light source 1 unpolarized electromagnetic radiation 6 towards the windshield 4 emitted, in particular towards at least a portion of the windshield, in the moisture 10 should be recorded. The light source 1 is arranged such that the angle of incidence θ of the unpolarized electromagnetic radiation 6 to the normal 9 the first interface 5.1 the windshield 4 ie the interface between air and disk 4 , the Brewster angle θ _B corresponds. According to Brewster law, due to completely polarized electromagnetic radiation 7 , whose vector of the electric field is perpendicular to the plane of incidence, at the first interface 5.1 reflected and unpolarized or partially polarized electromagnetic radiation 6 in the disk 4 Broken. At the second interface 5.2 the windshield 4 ie at the interface 5.2 between disc 4 and air, the Brewster condition is met again, so that in turn is completely polarized electromagnetic radiation 7 , whose vector of the electric field is perpendicular to the plane of incidence, at the interface 5.2 reflected and unpolarized or partially polarized electromagnetic radiation 6 at the interface 5.2 is broken. In the detection means 2 this is a camera 2 , The camera 2 is arranged in such a way in the interior of the vehicle, that of the light source 1 sent out and at the interface 5.2 reflected electromagnetic radiation 7 from the camera 2 can be detected. In front of the camera 2 is a polarizer 3 arranged, which is designed such that it linearly polarizes electromagnetic radiation, which is preferably the electromagnetic radiation 6 ; 7 acts, emitted by the light source and at an interface 5.1 ; 5.2 the disc 4 is reflected, and where the electromagnetic radiation 6 ; 7 in particular polarized such that their vector of the electric field in the plane of incidence to the disc 4 lies.

Gemäß 1a wird für den Fall, dass sich keine Feuchtigkeit 10 auf der Scheibe 4 befindet ausschließlich vollständig linear polarisierte Strahlung 7 an den Grenzflächen 5.1; 5.2 der Scheibe 4 reflektiert, deren Vektor des elektrischen Feldes derart ausgerichtet ist, dass sie vom Polarisator 3 absorbiert wird, so dass mittels der Kamera 2 keine reflektierte elektromagnetische Strahlung 6, 7 erfasst wird. Für den Fall, dass sich gemäß 1b Feuchtigkeit 10 auf der Scheibe 4 befindet, wird im Gegensatz zur Situation aus 1a reflektierte elektromagnetische Strahlung 6 mittels der Kamera 2 erfasst, da in diesem Fall an der zweiten Grenzfläche 5.2 die Brewster-Bedingung aufgrund der Feuchtigkeit 10 nicht länger erfüllt ist und somit unpolarisierte elektromagnetische Strahlung 6 an der Grenzfläche 5.2 reflektiert wird. Die an der zweiten Grenzfläche 5.2 reflektierte unpolarisierte elektromagnetische Strahlung 6 wird teilweise vom Polarisator 3 durchgelassen, da deren Vektor des elektrischen Feldes, im Gegensatz zu der an der ersten Grenzfläche 5.1 reflektierten polarisierten Strahlung 7, eine Komponente 8 in der Einfallsebene aufweist.According to 1a in the event that there is no moisture 10 on the disc 4 is only fully linearly polarized radiation 7 at the interfaces 5.1 ; 5.2 the disc 4 whose vector of the electric field is oriented in such a way that it is from the polarizer 3 is absorbed, so by means of the camera 2 no reflected electromagnetic radiation 6 . 7 is detected. In the event that according to 1b humidity 10 on the disc 4 is, in contrast to the situation off 1a reflected electromagnetic radiation 6 by means of the camera 2 detected, since in this case at the second interface 5.2 the Brewster condition due to moisture 10 is no longer satisfied and thus unpolarized electromagnetic radiation 6 at the interface 5.2 is reflected. The at the second interface 5.2 reflected unpolarized electromagnetic radiation 6 is partly from the polarizer 3 let through, since their vector of the electric field, in contrast to that at the first interface 5.1 reflected polarized radiation 7 , a component 8th in the plane of incidence.

Gemäß dem in den 1a und 1b dargestellten Detektionsprinzip ergibt sich ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere daraus, dass nur für den Fall (1b) elektromagnetische Strahlung 8 erfasst wird, deren Vektor des elektrischen Feld in der Einfallsebene liegt und somit vom Polarisator 3 durchgelassen wird, wenn tatsächlich Feuchtigkeit 10 auf der Scheibe 4 vorhanden ist.According to the in the 1a and 1b illustrated detection principle results in a significant advantage of the device according to the invention, in particular from the fact that only in the case ( 1b ) electromagnetic radiation 8th is detected, whose vector of the electric field is in the plane of incidence and thus of the polarizer 3 is let through, if actually moisture 10 on the disc 4 is available.

Die 2a und 2b zeigen in vereinfachter Darstellung eine weitere bevorzugte Ausgestaltungmöglichkeit der erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung sowie deren Detektionsprinzip.The 2a and 2 B show a simplified representation of a further preferred embodiment possibility of the optical device according to the invention and its detection principle.

Die Vorrichtung aus den 2a und 2b ist dabei in weiten Teilen entsprechend der Vorrichtung aus den 1a und 1b aufgebaut. In diesem Fall ist jedoch der Polarisator 3 nicht zwischen der Scheibe 4 und der Kamera 2, sondern zwischen der Lichtquelle 1 und der Scheibe 4 angeordnet. Mittels des Polarisators 3 wird entsprechend 2a und 2b die von der Lichtquelle 1 ausgesandte unpolarisierte elektromagnetische Strahlung 6 bereits vor deren Auftreffen auf die Scheibe 4 polarisiert, derart, dass der Vektor des elektrischen Feldes der polarisierten Strahlung 8 in der Einfallsebene zur Scheibe 4 liegt. Hierdurch wird erreicht, dass aufgrund des Einfallswinkels θ der elektromagnetischen Strahlung 8 auf die Scheibe 4, welcher dem Brewster-Winkel θ_B entspricht, für den Fall gemäß 2a, dass sich keine Feuchtigkeit 10 an einer der Grenzflächen 5.1; 5.2 der Scheibe 4 befindet, der gesamte Anteil der elektromagnetischen Strahlung 8 an den Grenzflächen 5.1; 5.2 gebrochen wird und keine elektromagnetische Strahlung 8 reflektiert wird. Mittels des Erfassungsmittels 2 wird entsprechend 2b, wie auch bei der Ausgestaltung entsprechend den 1a und 1b, nur für den Fall reflektierte elektromagnetische Strahlung 8 mittels der Kamera 2 erfasst, wenn sich Feuchtigkeit 10 an einer der Grenzflächen 5.2 befindet, in diesem Fall an der Außenseite der Windschutzscheibe 4. Hierdurch ist wie in 2b dargestellt, die Berwster-Bedingung an der zweiten Grenzfläche 5.2 nicht mehr erfüllt, so dass elektromagnetische Strahlung 8 deren Vektor des elektrischen Feldes senkrecht zur Einfallsebene liegt, an der Grenzfläche 5.2 reflektiert wird.The device from the 2a and 2 B is in large parts according to the device of the 1a and 1b built up. In this case, however, is the polarizer 3 not between the disc 4 and the camera 2 but between the light source 1 and the disc 4 arranged. By means of the polarizer 3 becomes appropriate 2a and 2 B that from the light source 1 emitted unpolarized electromagnetic radiation 6 even before they hit the disc 4 polarized, such that the vector of the electric field of the polarized radiation 8th in the plane of incidence to the disc 4 lies. This ensures that due to the angle of incidence θ of the electromagnetic radiation 8th on the disc 4 , which corresponds to the Brewster angle θ _B , in the case according to 2a that no moisture 10 at one of the interfaces 5.1 ; 5.2 the disc 4 located, the entire proportion of electromagnetic radiation 8th at the interfaces 5.1 ; 5.2 is broken and no electromagnetic radiation 8th is reflected. By means of the detection means 2 becomes appropriate 2 B , as well as in the embodiment according to the 1a and 1b , just in case reflected electromagnetic radiation 8th by means of the camera 2 Captures when there is moisture 10 at one of the interfaces 5.2 located, in this case on the outside of the windshield 4 , This is how in 2 B shown, the Berwster condition at the second interface 5.2 no longer satisfied, so that electromagnetic radiation 8th whose vector of the electric field is perpendicular to the plane of incidence, at the interface 5.2 is reflected.

In beiden Beispielen sind das Erfassungsmittel 2 und die Lichtquelle 1 jeweils derart hinter der Scheibe 4 angeordnet, dass zum einen der Einfallswinkel θ der elektromagnetischen Strahlung 6; 8 auf die Scheibe 4 dem Brewster-Winkel θ_B entspricht, und dass zum anderen das Erfassungsmittel 2 derart ausgerichtet ist, dass es die an den Grenzflächen 5.1; 5.2 reflektierte elektromagnetische Strahlung 6 bzw. 8 erfassen kann. Hierfür sind die Lichtquelle 1 und das Erfassungsmittel 2 bezüglich deren Ausstrahlungs- und Erfassungsrichtungen in einem Winkel zur Normalen 9 ausgerichtet, der ebenfalls im Wesentlichen dem Brewster-Winkel θ_B entspricht. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann im Gegensatz zu den Beispielen aus den 1a und 1b sowie 2a und 2b auch mit weiteren optischen Elementen ausgestaltet sein, beispielsweise mit zusätzlichen Strahlformungselementen und Umlenkspiegeln. In diesem Fall könnte beispielsweise die von der Lichtquelle 1 ausgesandte elektromagnetische Strahlung 6 mittels eines oder mehrerer Spiegel derart umgelenkt werden, dass für den Einfallswinkel θ der Brewster-Winkel θ_B erreicht wird, und die Lichtquelle 1 müsste selbst nicht in diesem Winkel zur Scheibe 4 ausgerichtet sein. Zum anderen könnte auch das Erfassungsmittel 2 mit einem vom Brewster-Winkel θ_B abweichenden Blickwinkel hinter der Scheibe 4 angeordnet sein und beispielswiese zusätzlich zur Erfassung eines Vorausbereichs vor dem Fahrzeug dienen, wobei mittels eines oder mehrerer optischer Strahlformungs- und Strahllenkungselemente die von einer Grenzfläche 5.2 reflektierte elektromagnetische Strahlung 6; 7; 8 gezielt in Richtung des Erfassungsmittels 2 gelenkt werden könnte.In both examples, the detection means 2 and the light source 1 in each case behind the glass 4 arranged, on the one hand, the angle of incidence θ of the electromagnetic radiation 6 ; 8th on the disc 4 the Brewster angle θ_B corresponds, and that on the other hand, the detection means 2 oriented so that it is at the interfaces 5.1 ; 5.2 reflected electromagnetic radiation 6 respectively. 8th can capture. For this purpose, the light source 1 and the detection means 2 with respect to their emission and detection directions at an angle to the normal 9 which is also substantially at the Brewster angle θ_B equivalent. The inventive device can, in contrast to the examples of the 1a and 1b such as 2a and 2 B be configured with other optical elements, for example, with additional beam-shaping elements and deflecting mirrors. In this case, for example, that of the light source 1 emitted electromagnetic radiation 6 be deflected by means of one or more mirrors such that for the angle of incidence θ the Brewster angle θ_B is reached, and the light source 1 would not have to be at this angle to the disc itself 4 be aligned. On the other hand could also be the detection means 2 with a Brewster angle θ_B different angles behind the glass 4 be arranged and, for example, additionally serve to detect a forward range in front of the vehicle, wherein by means of one or more optical Strahlformungs- and beam steering elements that of an interface 5.2 reflected electromagnetic radiation 6 ; 7 ; 8th specifically in the direction of the detection means 2 could be directed.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Lichtquellelight source
22: Erfassungsmitteldetection means
33: Polarisatorpolarizer
44: Scheibedisc
5.15.1: Erste Grenzfläche (Luft-Scheibe)First interface (air disc)
5.25.2: Zweite Grenzfläche (Scheibe-Luft)Second interface (disc-air)
66: Elektromagnetische Strahlung (unpolarisiert bzw. teilweise polarisiert)Electromagnetic radiation (unpolarized or partially polarized)
77: Elektromagnetische Strahlung (polarisiert: Vektor des elektrischen Feldes senkrecht zur Einfallsebene)Electromagnetic radiation (polarized: vector of the electric field perpendicular to the plane of incidence)
88th: Elektromagnetische Strahlung (polarisiert: Vektor des elektrischen Feldes in der Einfallsebene)Electromagnetic radiation (polarized: vector of the electric field in the plane of incidence)
99: Normale (Senkrechte auf der Grenzfläche 5.1)Normal (perpendicular to the interface 5.1 )
1010: Feuchtigkeithumidity
θθ: Einfallswinkelangle of incidence
θ_B θ _B: Brewster-WinkelBrewster angle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10355205 A1 [0003, 0004]
EP 1923280 A1 [0006, 0007, 0008]
DE 102008062977 A1 [0008, 0009]
US 7259367 B2 [0010]

Claims

Device for detecting moisture ( 10 ) on a disc ( 4 ), in particular on the disc ( 4 ) of a vehicle, with - a light source ( 1 ), for emitting electromagnetic radiation ( 6 ) in the direction of the disc ( 4 ), - a detection means ( 2 ), for detecting the light source ( 1 ) emitted electromagnetic radiation ( 8th ) at an interface ( 5.1 ; 5.2 ) of the disc ( 4 ), characterized in that - at least one polarizer ( 3 ) is provided for the polarization of the electromagnetic radiation ( 6 ; 7 ), and - the device is designed in such a way that an angle of incidence θ emitted by the light source ( 1 ) emitted electromagnetic radiation ( 6 ; 8th ) on the disc ( 4 ), at least approximately corresponds to the Brewster angle θ _B.

Device according to claim 1, characterized in that the at least one polarizer ( 3 ) is designed such that electromagnetic radiation ( 6 ; 7 ) is linearly polarized by means of the polarizer, so that the vector of the electric field of the polarized electromagnetic radiation ( 8th ) in the plane of incidence to the disc ( 4 ) lies.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the polarizer ( 3 ) between the light source ( 1 ) and the disc ( 4 ) is arranged.

Device according to one of claims 1 or 2, characterized in that the polarizer ( 3 ) between the disc ( 4 ) and the detection means ( 2 ) is arranged.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the angle of incidence θ of the electromagnetic radiation ( 6 ; 8th ) on the disc ( 4 ) is between 50 ° and 60 °.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the angle of incidence θ is approximately 57.17 °.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that it is in the at least one polarizer ( 3 ) is a dichromatic crystal.

Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that it is in the at least one polarizer ( 3 ) is a polarizing film.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that it is in the detection means ( 2 ) is about a camera.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that it is at the of the light source ( 1 ) emitted electromagnetic radiation ( 6 ) is visible light.

Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that it is at the of the light source ( 1 ) emitted electromagnetic radiation ( 6 ) is electromagnetic radiation in the infrared range.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that it is in the disc ( 4 ) is about the windshield of a vehicle.

Device according to one of the preceding claims, for detecting rain ( 10 ) for at least one assistance function in a vehicle.

Method for detecting moisture ( 10 ) on a disc ( 4 ), by means of a device according to one of the preceding claims, characterized in that moisture ( 10 ) is detected when, by means of the detection means ( 2 ) electromagnetic radiation ( 8th ) detected by the light source ( 1 ) and at an interface ( 5.2 ; 5.3 ) of the disc ( 4 ) is reflected.

Method for detecting moisture ( 10 ) on a disc ( 4 ), by means of a device according to one of claims 1 to 13, characterized in that moisture ( 10 ) is detected when, by means of the detection means ( 2 ) an increase in intensity by means of the detection means ( 2 ) detected electromagnetic radiation ( 8th ).