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Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem Lichtprojektionssystem und ein Verfahren zur Beurteilung der Topographie einer Bodenoberfläche in einem Bereich um das Fahrzeug herum.
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In Scheinwerfern und Heckleuchten oder Einfunktionsleuchten von Fahrzeugen werden die unterschiedlichsten optischen Systeme eingesetzt, wobei als Lichtquellen sowohl Glühlampen als auch LED-Lichtquellen verwendet werden. Als Standard-Optiksysteme finden sich immer wieder Reflektoren, als direkte oder indirekte Reflektoren, Fresneloptiken oder andere Linsenoptiken und Lichtleiteroptiken in unterschiedlichster Form, sei es als lang gestreckter Lichtleitstab, als Kantenlichtleiter (EdgeLight) oder als flächiger Lichtleiter zur Ausleuchtung einer größeren Fläche (Lichtvorhang). Signalfunktionen wie das Bremslicht oder der Fahrtrichtungsanzeiger dienen dazu anderen Verkehrsteilnehmern eine visuelle Information zum Betriebszustand oder zur Bewegung und Aktion des Fahrzeugs zu geben und entsprechend reagieren zu können. Das Abbremsen eines Fahrzeugs ist durch das Bremslichtsignal verdeutlicht und der Fahrtrichtungsanzeiger zeigt deutlich die Richtungsänderung eines Fahrzeugs an.
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Aus diesen vorgeschriebene Signalfunktionen der Fahrzeugbeleuchtung ist also bekannt, dass Licht dazu dient anderen Personen und Verkehrsteilnehmen eine Information zu übermitteln.
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Ebenfalls bekannt ist, die Größe der verwendeten Optikflächen bzw. Optikelemente immer kleiner zu gestalten. Bedingt durch eine immer besser und genauer werdende Werkzeugtechnik, können heute auch berechnete optische Freiformflächen und Linsen mit geometrischen Abmessungen im Bereich von 0,2 mm bis 0,5 mm problemlos gefertigt werden. Allerdings setzen sich nicht immer und überall solch kleine Optiken durch, da für ihre Einbringung in ein Spritzgusswerkzeug ein erhöhter Aufwand, qualitativ und zeitlich (z.B. Fräszeit auf der Maschine) anfällt, der die Kosten im Gegensatz zu einer normalen, größeren Optik erhöht. Noch kleinere optische Strukturen liegen mit diffraktiven Optiken vor, die eine Größe im Bereich der Wellenlänge des Lichts besitzen und bei ihrer Berechnung die Beugungseigenschaften einer Lichtwelle berücksichtigen.
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Während bei den Signalfunktionen eines Fahrzeugs Lichtverteilungen mit einer horizontalen und vertikalen Streuung erzeugt sind, muss bei einer Abblendlichtverteilung eine scharfe Hell-Dunkel-Grenze in der Lichtverteilung und damit auch auf der Fahrbahn erzeugt sein. Jeder Autofahrer sieht die Hell-Dunkel-Grenze quer über die Fahrbahn in seiner Abblendlichtverteilung. Diese stellt sicher, dass nicht zu viel Licht und Streulicht in Bereiche gestrahlt wird, wo vorherfahrende oder entgegenkommende Fahrer geblendet werden können. Häufig kommen hier Projektionssysteme mit einer Blende zur Realisierung der Hell-Dunkel-Grenze zum Einsatz.
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Licht ist ein Medium, das je nach Einsatz, Verwendung und Inszenierung unterschiedliche Emotionen und Empfindungen ansprechen kann oder für technische Abläufe und Analysezwecke, beispielsweise zur Beurteilung von Flächen, verwendet wird. Bekannt ist, dass zur Kontrolle von Lackierprozessen die lackierte Oberfläche, beispielsweise die Karosserie eines Fahrzeugs, mit einer Beleuchtung überprüft wird. Hierbei wird ein kontrastreiches Streifenmuster auf die Fläche projiziert, dass Fehler und Unebenheiten in der Lackschicht erkennbar macht.
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Viele Fahrzeuge besitzen heute für das Rangieren, insbesondere bei Parkvorgängen, Kameras zur Überwachung des Fahrzeugumfeldes. Bilder mehrerer Kameras am Fahrzeug, meistens eine an der Front, eine am Heck und je eine in den Aussenspiegeln, können per Bildverarbeitung zu einer BirdView-Darstellung zusammengesetzt und auf einem Monitor dargestellt werden. Dies ermöglicht dem Fahrer eine Rundumsicht um das Fahrzeug und die Möglichkeit Hindernisse, z.B. Pfosten, erkennen zu können, die aus seinem persönlichen Sichtfeld vom Fahrersitz aus nicht erkennbar sind.
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Zur Unterstützung dieser Systeme wird oft neben dem Fahrzeug durch eine Einstiegsleuchte, beispielsweise integriert im Aussenspiegel, eine Beleuchtung erzeugt, damit die Kamera Bilder in einer entsprechenden Ausleuchtungsqualität und Helligkeit auch bei Dämmerung und Nacht aufnehmen und darstellen kann.
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Nachteilig am Stand der Technik ist, dass eine Beurteilung der Topographie einer Bodenoberfläche mit den bekannten Systemen nicht möglich ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu überwinden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß Patentanspruchs 1 ein Fahrzeug vorgesehen, aufweisend wenigstens ein Lichtprojektionssystem, wobei das Lichtprojektionssystem zur Erzeugung eines Streifen-Beleuchtungsmusters auf einer Bodenoberfläche in einem Bereich um das Fahrzeug herum Leuchtmittel und Mikrolinsenarrays oder einen Lichtprojektor aufweist, und wobei das Lichtprojektionssystem mit einem bildgebenden Mittel des Fahrzeugs verbunden ist, um zur Beurteilung einer Topographie der Bodenoberfläche das Streifen-Beleuchtungsmuster zu visualisieren.
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Vorstehende Aufgabe wird ferner gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 10, nämlich durch ein Verfahren zur Beurteilung der Topographie einer Bodenoberfläche in Fahrzeugnähe eines Fahrzeugs, wobei das Fahrzeug wenigstens ein Lichtprojektionssystem aufweist, wobei das Lichtprojektionssystem Leuchtmittel und Mikrolinsenarrays oder einen Lichtprojektor aufweist, und wobei das Lichtprojektionssystem mit einem bildgebenden Mittel des Fahrzeugs verbunden ist, aufweisend die Schritte:
- – Erzeugen eines Streifen-Beleuchtungsmusters auf einer Bodenoberfläche in einem Bereich um das Fahrzeug herum mittels des Lichtprojektionssystems und
- – Visualisieren des Streifen-Beleuchtungsmuster mittels des bildgebenden Mittels.
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Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.
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Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch das Vorsehen des Lichtprojektionssystems und dem bildgebenden Mittel eine Beurteilung der Topographie einer Bodenoberfläche auf einfache Weise erfolgen kann. Gegenüber einer einfachen flächigen Beleuchtung neben, vor oder hinter dem Fahrzeug hilft die Darstellung eines Streifen-Beleuchtungsmusters und die erkennbaren Verzerrungen der Lichtstreifen bei der Beurteilung von Bodenunebenheiten, Löchern, Wellen, Bodenerhebungen und beim Erkennen von Hindernissen wie Steinen. Eine Verwendung von wenigstens einem Licht-Projektionssystem für spezielle Ausleuchtungssituationen im Verkehrsraum dient der Schaffung eines kontrastreichen Streifen-Beleuchtungsmusters zur Beurteilung der Topografie der Bodenoberfläche bzw. des Bodenbelags.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass eine oder mehrere Lichtprojektionssysteme neben, vor und hinter dem Fahrzeug eingesetzt sind, um ein Streifenmuster mit hohem Kontrast auf die Fahrbahn zu projizieren, welches in der BirdView-Darstellung auf einem bildgebenden Mittel erkennbar ist und/oder direkt, z.B. in Fahrtrichtung oder seitlich, für den Fahrer sichtbar ist. Damit lassen sich Unebenheiten, wie beispielsweise Löcher, in der Fahrbahn entdecken und analysieren.
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Vorzugsweise erfolgt im Rahmen der Beurteilung der Topographie der Bodenoberfläche eine Analyse der Topographie der Bodenoberfläche. Bevorzugt ist unter einer Analyse eine systematische Untersuchung des Streifenmusters zu verstehen. Bevorzugt erfolgen eine Auswertung der Analyse und anschließend ein Visualisieren des Streifenmusters.
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Vorzugsweise ist unter einem Visualisieren ein Veranschaulichen oder Sichtbarmachen des Streifenmusters zu verstehen.
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Vorzugsweise funktioniert der Lichtprojektor nach dem Diaprojektor-Prinzip. Bevorzugt ist der Diaprojektor ein optisch-mechanisches Gerät, mit dem Dias mit Licht auf eine Bildwand projiziert werden. Er besteht im Wesentlichen aus dem Beleuchtungssystem mit der Lichtquelle, dem Abbildungssystem mit dem Objektiv und der Diahalterung mit dem Wechselsystem.
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Vorzugsweise ist das Streifen-Beleuchtungsmuster ein aus Streifen oder Linien bestehendes Muster. Bevorzugt ist das Streifen-Beleuchtungsmuster ein sich abwechseldes hell-dunkel Streifenmuster.
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Vorzugsweise wird das Streifen-Beleuchtungsmuster um das Fahrzeug herum auf die Bodenoberfläche projiziert. Bevorzugt wird das Streifen-Beleuchtungsmuster vor, hinter und/oder neben dem Fahrzeug auf die Bodenoberfläche projiziert. Besonders bevorzugt ist „in einem Bereich um das Fahrzeug herum“ ein Bereich vor, hinter, links und/oder rechts neben dem Fahrzeug in Fahrtrichtung zu verstehen.
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Vorzugsweise ist das Lichtprojektionssystem eine Lichtprojektionseinheit oder eine Lichtprojektionsoptik. Bevorzugt ist ein Mikrolinsenarray eine Anordnung von Linsen die sowohl rotationssymmetrisch als auch zylindrisch sein können. Die Linsen sind mit möglichst geringem oder keinem Zwischenraum angeordnet, wobei die Abmessungen der Einzellinsen je nach Anwendung zwischen 1 mm und wenigen µm liegen. Bevorzugt ist ein doppelseitiges Mikrolinsenarray vorgesehen. Besonders bevorzugt sind die Mikrolinsenarrays Mikrolinsen-Projektionsarrays.
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Bevorzugt ist die Bodenoberfläche eine Fahrbahn oder ein Parkbereich (Stellplatz, Stellfläche, Parkbucht, Parkplatz) des Fahrzeugs.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das bildgebende Mittel ein Seitenspiegel, ein Rückspiegel, ein Bordmonitor, ein Head-Up-Display oder ein Navigationssystem des Fahrzeugs.
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Auf diese Weise sind im Fahrzeug vorhandene Komponenten zur Visualiserung des Streifen-Beleuchtungsmusters nutzbar.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das bildgebende Mittel eingerichtet, Höhenunterschiede der Bodenoberfläche und/oder eine Distanz zu einer Unebenheit oder einem Hindernis anzuzeigen.
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Damit lässt die Topographie der Bodenoberfläche auf einfache Weise analysieren.
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Vorzugsweise lassen sich aus den resultierenden Verzerrungen der Streifen des Streifen-Beleuchtungsmusters Höhenunterschiede einfach mittels eines Algorithmus bestimmen. Bevorzugt lässt sich aus den resultierenden Verzerrungen der Streifen des Streifen-Beleuchtungsmusters ein Abstand zur Unebenheit oder dem Hindernis einfach messen.
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Im Rangierbetrieb ist die Bodenbeschaffenheit neben dem Fahrzeug analysierbar, Löcher in der Fahrbahn können besser erkannt werden und per Bildanalyse der Streifenverzerrung können Löcher bezüglich ihrer tatsächlichen Tiefe beurteilt werden. Eine entsprechende Information kann dem Fahrer im bildgebenden Mittel gegeben werden, insbesondere, wenn die Löcher oder Bodenunebenheiten eine Gefahr für Beschädigungen am Fahrzeug darstellen.
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Das erzeugte Streifenmuster ist zur Abstandsbestimmung verwendbar. Durch die Anbaulage der Lichtprojektionseinheiten, deren Abstand zur Fahrbahn und des Streifenmusters selbst ist die Größe der Lichtstreifen und ihr Abstand zueinander definiert. Dies gibt dem Fahrer direkt einen Hinweis, wie weit er z.B. von einem Objekt, einem Gegenstand oder einer Gefahrenstelle entfernt ist. Auch ist eine Bildauswertung per Software möglich um eine entsprechende Information im Display einzublenden.
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Vorzugsweise ist neben der Integration eines solchen Systems in einen PKW für den Park- und Rangierbetrieb ist auch eine Integration für den direkten Fahrbetrieb vorwärts und rückwärts möglich. Beispielsweise können Geländefahrzeuge mit einer entsprechenden Lichtprojektionseinheit an der Front und am Heck ausgestattet sein um bei der langsamen Fahrt im unwegsamen Gelände eine zusätzliche Information über die Topografie zu liefern. Der Fahrer kann dadurch die Vertiefungen und Erhöhungen in Fahrtrichtung oder beim Zurücksetzen des Fahrzeugs erkennen und bewerten. Per Bildauswertung kann dem Fahrer auch im bildgebenden Mittel eine Information gegeben werden, ob die Weiterfahrt möglich oder gefährlich ist.
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Bevorzugt ist ein ähnlicher Einsatz auch bei Nutzkraftwagen, LKW oder Baufahrzeugen möglich, die oft auf Baustellen und entsprechendem unwegsamen Gelände unterwegs sind.
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Vorzugsweise sind Lichtprojektionssysteme an mehreren Stellen seitlich, rückwärtig bzw. im vorderen Fahrzeugbereich verbaut. Bevorzugt ist das Lichtprojektionssystem für eine abgestimmte Darstellung des Sicherheits- bzw. Warnbereichs abgestimmt.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt eine Aktivierung des Lichtprojektionssystems manuell über eine Eingabe im Fahrzeug oder mittels einer Sensorik des Fahrzeugs.
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Bevorzugt erfolgt die Eingabe über eine Taste oder über ein Touchscreen im Fahrzeug. Besonders bevorzugt ist die Sensorik des Fahrzeugs des Fahrzeugs eingerichtet das Lichtprojektionssystem anzusteuern und zu aktivieren.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das Lichtprojektionssystem an einer Front, einem Heck und/oder einer Seite des Fahrzeugs angeordnet.
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Damit werden unterschiedliche Möglichkeiten angegeben, das Lichtprojektionssystem am Fahrzeug auf einfache Weise anzuordnen.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist wenigstens ein Lichtprojektionssystem in einem Außenspiegel, in einem Schwellerbereich, in einer Zierleiste der Fahrzeugtüren, in einer Kennzeichenleuchte, in einer Heckleuchte, in einem Schweinwerfer, in einem Blinklicht oder an einem der Stoßfänger des Fahrzeugs angeordnet.
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Damit werden weitere Möglichkeiten angegeben, das Lichtprojektionssystem am Fahrzeug auf einfache Weise anzuordnen.
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Die Einbaupositionen werden ermöglicht, indem die Lichtprojektionsoptik sehr klein ausgeführt und mit Hochleistungs-LED beleuchtet ist. Insbesondere bei Verwendung von Mikrolinsen-Projektionsoptiken kann hier ein sehr kleines, kompaktes Lichtsystem mit einer Lichtaustrittsfläche von ~1cm2 gestaltet werden.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die Leuchtmittel LED oder Laserdioden.
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Bei entsprechender Lichtleistung und erzeugter Beleuchtungsstärke bzw. Leuchtdichte auf der Fahrbahn kann das System dann auch bei Tag genutzt werden. Hierzu kann alternativ auch der Einsatz von Laserdioden als Lichtquellen vorgesehen sein, die vorzugsweise als rote, blaue oder grüne Laserdioden verfügbar sind.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die Leuchtmittel eingerichtet, weißes Licht und/oder farbiges Licht zu emittieren.
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Vorzugsweise sind die zu emittierenden Lichtstrahlen mit weißem Licht oder mit farbigen Licht erzeugbar.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das Lichtprojektionssystem eingerichtet, zwischen unterschiedlich farbigen Leuchtmitteln umzuschalten.
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Vorzugsweise sind Lichtprojektionssyteme mit mehreren LED unterschiedlicher Farbe vorsehbar, sodass eine Farbumschaltung genutzt werden kann. Beispielsweise kann dann bei Dämmerung oder Dunkelheit ein weißes Streifenmuster projiziert sein, während bei Tag ein farbiges, z.B. grünes, rotes, blaues, cyan-farbiges, oder ein in einer anderen gewünschten Farbe erzeugtes Streifenmuster abgebildet ist, dass bei Tageslicht besser erkennbar ist. Bevorzugt ist eine Ausführung mit RGB-LED denkbar, um mittels einer geeigneten elektronischen Steuerung jede gewünschte beliebige Lichtfarbe einzustellen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine Draufsicht auf eine Fahrbahn mit einem Fahrzeug beim Einparken in eine Parklücke und einem geparkten Fahrzeug und
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2 das einparkende Fahrzeug aus 3 mit aktivierten Lichprojektionssystemen.
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1 zeigt eine Draufsicht auf eine Fahrbahn mit einem Fahrzeug 1 beim Einparken in eine Parklücke und einem geparkten Fahrzeug 10. Das Fahrzeug 1 weist zwei Lichtprojektionssysteme 2 und ein bildgebendes Mittel 4 auf. Das bildgebende Mittel 4 ist im Fahrzeug 1 vorgesehen. Mittels der Lichtprojektionssysteme 2 ist ein Streifen-Beleuchtungsmuster 3 auf den Bodenoberflächen 5 und 7 erzeugbar, wie in 2 gezeigt. Als Bodenoberfläche 5 wird die Oberfläche der Fahrbahn verstanden. Als Bodenoberfläche 7 wird die Oberfläche der Parklücke verstanden, die eine Unebenheit 6 aufweist. Jedes Lichtprojektionssystem 2 weist Leuchtmittel, nämlich LED, und Mikrolinsenarrays auf.
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Die Lichtprojektionssysteme 2 sind an der Beifahrerseite des Fahrzeugs 1 angeordnet. Eine Aktivierung der Lichtprojektionssysteme 2 kann manuell über eine Eingabe im Fahrzeug 1 oder mittels einer Sensorik des Fahrzeugs 1 erfolgen.
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Das verwendete Mikrolinsenarray ist aus der
DE 10 2010 030 138 A1 bekannt. In der
DE 10 2010 030 138 A1 ist ein Mikrolinsenarray für Projektionsfunktionen beeschrieben, das mit einer großen Anzahl an sehr kleinen Linsen arbeitet, die jeweils als Linsenpaar auf einer Lichteintrittsfläche und der gegenüberliegenden Lichtaustrittsfläche einer gemeinsamen Optikscheibe positioniert sind. In einer Bildebene zwischen den Linsen ist eine Blende eingebracht, die ein beliebiges Bild, Grafik, Muster etc. darstellen kann, welches durch die Linsen auf eine gewünschte Fläche abgebildet wird. Alternativ ist auch eine Trennung in zwei Linsenscheiben und einer dazwischen liegenden Blende möglich. Hierdurch ist eine einfachere Herstellung als Spritzgussteil möglich.
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Die Lichtprojektionssysteme 2 ist mit dem bildgebenden Mittel 4 des Fahrzeugs 1 verbunden. Um eine Topographie der Bodenoberfläche 7 zu beurteilen wird das Streifen-Beleuchtungsmuster 3 mittels dem bildgebenden Mittel 4 visualisiert.
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Vorliegend ist das bildgebende Mittel 4 ein Navigationssystem des Fahrzeugs 1. Alternativ kann das bildgebende Mittel 4 auch ein Seitenspiegel, ein Rückspiegel, ein Bordmonitor oder ein Head-Up-Display des Fahrzeugs 1 sein.
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2 zeigt das einparkende Fahrzeug aus 1 mit aktivierten Lichprojektionssystemen. Die Lichtprojektionssysteme 2 sind an der Beifahrerseite des Fahrzeugs 1 während des Einparkvorgangs aktiviert. Das Streifen-Beleuchtungsmuster 3 ist von den Lichtprojektionssystemen 2 auf der rechten Seite neben dem Fahrzeug 1 auf die Bodenoberflächen 5 und 7 projiziert. Das Streifen-Beleuchtungsmuster 3 wird dabei von den Leuchtmitteln und den Mikrolinsenarrays in Einparkrichtung auf die Bodenoberflächen 5 und 7 projiziert. Das Streifen-Beleuchtungsmuster 3 ist ein aus Streifen oder Linien bestehendes Muster. Es wechseln sich helle und dunkle Streifen ab.
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Das bildgebende Mittel 4 ist eingerichtet, Höhenunterschiede der Bodenoberfläche 7 und eine Distanz zu der Unebenheit 6 der Bodenoberfläche 7 oder einem Hindernis auf der Bodenoberfläche 7 anzuzeigen.
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Aus den resultierenden Verzerrungen der Streifen des Streifen-Beleuchtungsmusters 3 lassen sich Höhenunterschiede der Bodenoberfläche 5 einfach messen. Ferner lässt sich aus den resultierenden Verzerrungen der Streifen des Streifen-Beleuchtungsmusters 3 ein Abstand zur Unebenheit 6 einfach bestimmen.
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Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Lichtprojektionssystem
- 3
- Streifen-Beleuchtungsmuster
- 4
- bildgebendes Mittel
- 5
- Bodenoberfläche
- 6
- Unebenheit, Hindernis
- 7
- Bodenoberfläche
- 10
- Fahrzeug
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010030138 A1 [0052, 0052]
