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Die Erfindung betrifft ein Regensensorsystem und ein Fahrzeug mit solch einem Regensensorsystem.
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Regensensorsysteme können in Fahrzeugen verwendet werden, um eine Wassermenge, wie etwa eine Regenmenge, auf einer Windschutzscheibe eines Fahrzeugs zu messen. Die
DE 10 2011 101 744 A1 offenbart ein Beispiel für einen Regensensor, welcher einen optischen Sender zum Senden von Licht auf die Fensterscheibe und einen Empfänger zum Empfangen des durch den optischen Sender gesendeten und durch die Fensterscheibe reflektierten Lichts aufweist. Der optische Sender und der Empfänger sind zusammen in demselben Gehäuse bereitgestellt. Die Regenmenge auf der Fensterscheibe wird auf Basis des durch den Empfänger empfangenen Lichtsignals bestimmt.
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Heutzutage weisen Fahrzeuge oft eine Kameraeinrichtung zum Aufnehmen eines Bereichs um das Fahrzeug herum auf. Es ist wünschenswert, eine Fläche der Fensterscheibe, die durch die Kameraeinrichtung und den Regensensor verdeckt ist, zu reduzieren, um das Sichtfeld eines Fahrers zu erhöhen. Im Hinblick darauf offenbaren die
EP 1 580 092 B1 ,
DE 10 2008 044 003 A1 ,
DE 10 2006 010 671 A1 und
DE 10 2014 214 710 A1 einen Regensensor und eine Kameraoptik, die sich einige optische Elemente teilen. Beispielsweise wird ein Kamerasensor der Kameraeinrichtung auch als der Empfänger des Regensensors verwendet.
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Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, ein verbessertes Regensensorsystem bereitzustellen.
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Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Regensensorsystem zum Messen einer Regenmenge auf einer Fensterscheibe eines Fahrzeugs bereitgestellt. Das Regensensorsystem weist auf:
- eine Kameraeinrichtung, die dazu eingerichtet ist, Bilder eines Bereichs, der das Fahrzeug umgibt, unter Verwendung einer Kameraoptik aufzunehmen; und
- einen Regensensor, aufweisend einen Sender und einen Empfänger, wobei der Sender dazu eingerichtet ist, Licht zu emittieren oder zu übertragen und der Empfänger dazu eingerichtet ist, Messlicht, das durch den Sender emittiert oder übertragen und durch die Fensterscheibe zu dem Empfänger geleitet wird, zu empfangen; wobei
- der Sender und der Empfänger in einem Abstand zueinander angeordnet sind; und
- der Empfänger und die Kameraoptik der Kameraeinrichtung unterschiedliche Komponenten sind.
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Das Anordnen des mechanisch unabhängigen Senders und Empfängers in einem Abstand zueinander ist dahingehend vorteilhaft, dass ihre Positionen unabhängig voneinander eingestellt werden können. Die Positionen des Senders und des Empfängers können in Abhängigkeit der Größe und der Form der Fensterscheibe und/oder der Kameraeinrichtung angepasst werden. Dies verbessert die Flexibilität bezüglich der Stelle, an welcher der Regensensor an der Fensterscheibe angeordnet wird, während das Erfassen durch den Regensensor und/oder das Design der Regensensoreinrichtung optimiert wird. Dass ferner der Empfänger und die Kameraoptik unterschiedliche Komponenten sind, ist dahingehend vorteilhaft, dass es nicht notwendig ist, den Regensensor optisch mit der Kameraeinrichtung zu synchronisieren. Dabei wird ein Regensensorsystem mit einer größeren Designflexibilität erzielt.
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Das Fahrzeug kann als ein Passagierfahrzeug, wie ein Auto, ein Bus, ein Lastkraftwagen, ein Zug, ein Flugzeug oder dergleichen, ausgebildet sein. Die Fensterscheibe des Fahrzeugs ist vorzugsweise eine Windschutzscheibe (Frontscheibe) oder eine Heckscheibe des Fahrzeugs. Die Fensterscheibe kann aus Glas ausgebildet sein. Das Messen einer Regenmenge auf der Fensterscheibe kann nützlich sein, um dementsprechend die Scheibenwischer zu steuern.
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Die Kameraeinrichtung kann hinter der Fensterscheibe auf einer Seite des Innenraums des Fahrzeugs installiert sein. Sie kann verwendet werden, um Bilder, insbesondere Videobilder, der Umgebungen des Fahrzeugs aufzunehmen. Die Kameraeinrichtung kann auch als eine Dashcam, eine Frontkamera und/oder ein digitaler Videorekorder eines Autos bezeichnet werden. Der Bereich, der das Fahrzeug umgibt, kann dem Sichtfeld der Kameraeinrichtung entsprechen. Der Bereich, der das Fahrzeug umgibt, ist vorzugsweise vor dem Fahrzeug lokalisiert. Die Kameraoptik sind alle Optiken, die verwendet werden, um die Bilder des Bereichs aufzunehmen, der das Fahrzeug umgibt.
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Der Sender erzeugt entweder Licht oder überträgt empfangenes Licht. In beiden Fällen wird durch den Sender emittiertes oder übertragenes Licht in Richtung der Fensterscheibe geleitet, um das Licht in die Fensterscheibe einzukoppeln. Falls der Sender Licht erzeugt, kann er als eine lichtemittierende Diode (LED) implementiert werden. Um die Divergenz des von der LED emittierten Lichts einzustellen, kann der Sender ferner eine Linse, insbesondere eine Fresnel-Linse, eine Freiformoptik und/oder holografische Elemente aufweisen. Falls der Sender Licht überträgt, kann er ein oder mehrere optische Elemente, wie Linsen, aufweisen. Vorzugsweise weist der Sender eine oder mehrere Prismen, Blaze-Gitter, Diffraktionsgitter, holografische Elemente, Freiformoptiken oder dergleichen auf.
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Die Fensterscheibe kann das empfangene Licht an ihrer Innenseite reflektieren und dadurch das Licht in Richtung des Empfängers leiten. Wenn kein Wasser auf der Fensterscheibe vorhanden ist, kann die Fensterscheibe mehrere Totalreflektionen des Lichts zwischen dem Sender und dem Empfänger bewirken. Insbesondere wird das Licht an Fensterscheibe-Luft-Schnittstellen total reflektiert, insbesondere weil der Brechungsindex des Glases, welches die Fensterscheibe ausbildet, höher ist als der von Luft. Der Brechungsindex des Empfängers ist vorzugsweise höher als der Brechungsindex der Fensterscheibe. Aus diesem Grund verlässt das Licht an der Fensterscheibe-Empfänger-Schnittstelle die Fensterscheibe und erreicht den Empfänger.
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Der Empfänger kann ein photoelektrischer Empfänger, eine Photodiode, eine invertierte LED oder ein anderes lichtempfindliches optoelektronisches Element sein. Der Empfänger kann beispielsweise erfassen, wie viel Licht auf den Empfänger auftrifft und/oder unter welchem Winkel. In Abhängigkeit davon, wieviel Wasser, insbesondere Regen, auf der Fensterscheibe vorhanden ist, variiert die Lichttransmission durch die Fensterscheibe. Insbesondere im Vergleich zu dem Fall, bei dem kein Wasser auf der Fensterscheibe vorhanden ist, überträgt eine Fensterscheibe mit Wassertropfen aufgrund einer Minderung der Totalreflektion in der Fensterscheibe weniger Licht auf den Empfänger.
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Der Sender und der Empfänger können insbesondere auf derselben Seite der Fensterscheibe, insbesondere in einem Innenraum des Fahrzeugs, angeordnet sein. Der Sender und der Empfänger sind mechanisch unabhängige (ungekoppelte) Elemente, welche insbesondere nicht miteinander verbunden sind. Mit anderen Worten können der Sender und/oder der Empfänger unabhängig von dem jeweiligen anderen Element versetzt werden. Vorzugsweise sind der Sender und der Empfänger nicht in demselben Gehäuse untergebracht.
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Dass der Sender und der Empfänger in einem Abstand zueinander angeordnet sind, bedeutet insbesondere, dass sie an unterschiedlichen Stellen entlang der Fensterscheibe mit einem (beispielsweise vorbestimmten) Abstand zwischen ihnen angeordnet sind. Der Sender und der Empfänger sind vorzugsweise weit genug voneinander entfernt, sodass das Licht mehrere Male in der Fensterscheibe zwischen dem Sender und dem Empfänger reflektiert wird. Hierdurch wird die Genauigkeit der durch den Empfänger durchgeführten Erfassung erhöht.
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Der Empfänger und die Kameraoptik sind unterschiedliche Komponenten, was insbesondere bedeutet, dass diese getrennte Einheiten sind, welche vorzugsweise mechanisch und/oder optisch voneinander entkoppelt sind. Der Sender und die Kameraoptik können auch unterschiedliche Komponenten sein.
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Der Sender und der Empfänger können optisch unabhängig von der Kameraoptik sein. „Optisch unabhängig“ bedeutet, dass der Sender und der Empfänger keine Optik mit der Kameraoptik der Kameraeinrichtung teilen. Mit anderen Worten sind die Optiken des Senders zum Emittieren und/oder Übertragen von Licht nicht dazu eingerichtet, verwendet zu werden, wenn Bilder des Umgebungsbereichs des Fahrzeugs aufgenommen werden. Ferner sind die Optiken des Empfängers zum Empfangen des Lichts, das durch die Fensterscheibe reflektiert wird, nicht dazu eingerichtet, verwendet zu werden, wenn Bilder des Umgebungsbereichs des Fahrzeugs aufgenommen werden. Anders ausgedrückt verwendet die Kameraoptik einen ersten Lichtpfad zum Aufnehmen von Bildern des Bereichs, der das Fahrzeug umgibt, während der Sender und der Empfänger einen zweiten Lichtpfad zum Erfassen der Regenmenge auf der Fensterscheibe verwenden, wobei sich der erste und der zweite Lichtpfad voneinander unterscheiden. Ferner kann die Wellenlänge des Lichts, das durch den Regensensor verwendet wird, sich von der Wellenlänge unterscheiden, die von der Kameraeinrichtung verwendet wird, wenn Bilder des Umgebungsbereichs aufgenommen werden, um jegliche Interferenzen zwischen den Lichtern zu vermeiden.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das Regensensorsystem ferner eine Analyseeinheit auf, welche dazu eingerichtet ist, das empfangene Messlicht zu analysieren, um die Regenmenge auf der Fensterscheibe zu bestimmen.
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Die Analyse des empfangenen Messlichts kann eine Bestimmung der Intensität des empfangenen Messlichts und/oder eines Einfallswinkels des empfangenen Messlichts an dem Empfänger, insbesondere als eine Funktion der Zeit, sein. Die Analyseeinheit kann mit dem Empfänger so verbunden sein, dass der Empfänger das empfangene Messlicht an die Analyseeinheit überträgt. Falls der Empfänger eine Photodiode aufweist, kann der Empfänger einen elektrischen Strom, welcher proportional zu dem empfangenen Messlicht ist, an die Analyseeinheit übertragen.
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Die Analyseeinheit kann die Regenmenge als ein digitales Signal bestimmen. Die Analyseeinheit kann die bestimmte Regenmenge auf einem Bildschirm oder an eine Steuerungseinheit ausgeben. Die Steuerungseinheit kann einen Betrieb der Scheibenwischer in Übereinstimmung mit der Regenmenge, die durch die Analyseeinheit bestimmt wird, steuern.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind der Sender und der Empfänger entlang unterschiedlicher Seiten der Kameraeinrichtung angeordnet.
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Der Sender und der Empfänger sind auf unterschiedlichen Seiten (vorzugsweise auf gegenüberliegenden Seiten) von zumindest einem Abschnitt der Kameraeinrichtung angeordnet, insbesondere von der Kameraoptik. Vorzugsweise sind der Sender und der Empfänger symmetrisch um die Kameraeinrichtung angeordnet, wodurch das Design des Regensensorsystems verbessert wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Regensensorsystem ferner eine Kameraabdeckung auf, die dazu eingerichtet ist, zumindest teilweise die Kameraeinrichtung abzudecken, wobei der Sender und/oder der Empfänger in, an oder entlang der Kameraabdeckung angeordnet ist.
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Die Kameraabdeckung kann ein Element sein, das zwischen der Fensterscheibe und der Kameraeinrichtung angeordnet ist, um die Kameraeinrichtung abzudecken und zu verstecken, wenn von außerhalb des Fahrzeugs hineingesehen wird. Insbesondere weist die Kamera eine Öffnung für eine Kameralinse der Kameraeinrichtung auf, um ein Aufnehmen des Umgebungsbereichs zu erlauben, bedeckt jedoch Elemente der Kameraeinrichtung wie eine Prozessoreinheit oder dergleichen. Die Kameraabdeckung kann Teil eines Gehäuses der Kameraeinrichtung sein. Die Kameraabdeckung kann aus einem opaken Kunststoff ausgebildet sein.
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Dass der Sender und der Empfänger in der Kameraabdeckung angeordnet sind, bedeutet insbesondere, dass die Kameraabdeckung Öffnungen und/oder Aufnahmen zum Aufnehmen des Senders und/oder des Empfängers aufweist. Solch eine Anordnung ist vorteilhaft, weil der Sender und/oder der Empfänger in die Kameraabdeckung integriert sind, wodurch die Gesamtgröße des Regensensorsystem reduziert wird.
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Dass der Sender und der Empfänger an der Kameraabdeckung angeordnet sind, bedeutet insbesondere, dass der Sender und/oder der Empfänger zwischen der Fensterscheibe und der Kameraabdeckung angeordnet sind. Eine Fläche der Fensterscheibe, welche durch das Regensensorsystem verwendet wird, wird dadurch vorteilhaft reduziert.
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Dass der Sender und/oder der Empfänger entlang der Kameraabdeckung angeordnet sind, bedeutet insbesondere, dass der Sender und der Empfänger entlang einer Seite oder einer Kante der Kameraabdeckung angeordnet sind, insbesondere die Kameraabdeckung berühren.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind der Sender und der Empfänger entlang einer oder mehrerer Kanten der Kameraabdeckung oder in einer oder mehreren Öffnungen in der Kameraabdeckung angeordnet.
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Insbesondere kennzeichnet eine Kante eine Seite der Kameraabdeckung.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind der Sender und der Empfänger an gegenüberliegenden Kanten der Kameraabdeckung oder an unterschiedlichen Enden der gleichen Kante angeordnet.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind der Sender und/oder der Empfänger dazu eingerichtet sind, unabhängig von der Kameraabdeckung und/oder der Kameraeinrichtung bewegt zu werden.
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Der Sender und/oder der Empfänger können in Bezug auf die Kameraabdeckung, insbesondere ohne irgendwelche Teile zu zerbrechen, unabhängig bewegbar sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform beträgt der Abstand zwischen dem Sender und dem Empfänger zumindest 5 cm, insbesondere zumindest 7 cm oder 10 cm.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist
der Sender eine lichtemittierende Diode (LED) zum Emittieren des Lichts und/oder ein optisches Element (erstes optisches Element) zur Kollimation des emittierten Lichts auf; und/oder
der Empfänger ein optisches Element (zweites optisches Element) zum Bündeln des empfangenen Messlichts auf.
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Das erste optische Element stellt die Divergenz der Lichtbündel ein, die durch den Sender übertragen werden. Um das Licht zu kollimieren, kann der Sender eine Linse, insbesondere eine Fresnel-Linse, Freiformoptiken, holografische Elemente, Prismen, Blaze-Gitter, Diffraktionsgitter oder dergleichen als das erste optische Element aufweisen. Das zweite optische Element kann eine Linse, insbesondere eine Fresnel-Linse, Freiformoptiken, holografische Elemente, Prismen, Blaze-Gitter, Diffraktionsgitter oder dergleichen sein. Vorzugsweise ist das zweite optische Element identisch mit dem ersten optischen Element, jedoch invertiert. Das an dem Empfänger empfangene Licht folgt dann dem inversen Pfad von dem Pfad, den es beim Sender genommen hat.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Regensensorsystem ferner eine Prozessoreinheit zur elektrischen Energieversorgung und/oder Steuerung (i) des Senders und/oder des Empfängers und (ii) der Kameraeinrichtung auf.
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Dieselbe Prozessoreinheit wird zur elektrischen Energieversorgung und/oder zum Steuern sowohl des Regensensors als auch der Kameraeinrichtung verwendet. Obwohl die Kameraoptik und die Regensensoroptik nicht gemeinsam genutzt werden, können sich die Kameraeinrichtung und der Regensensor dieselbe Prozessoreinheit teilen. Mit anderen Worten können der Regensensor und die Kameraeinrichtung elektrisch gekoppelt sein. Dies ist dahingehend vorteilhaft, dass eine einzelne Prozessoreinheit für das gesamte Regensensorsystem, aufweisend den Regensensor und die Kameraeinrichtung, benötigt wird. Dadurch können ein Platzbedarf, der für die Prozessoreinheit benötigt wird, sowie die Kosten reduziert werden.
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Vorzugsweise wird die Prozessoreinheit dazu verwendet, das Aufnehmen der Bilder des Bereichs, der das Fahrzeug umgibt, mit der Kameraoptik zu steuern. Die Prozessoreinheit kann alle Elektronik des Regensensors aufweisen. Mit anderen Worten kann der Regensensor nur optische Elemente und optional ein Gehäuse und/oder eine Schnittstelle zum Verbinden mit der Kameraeinrichtung aufweisen.
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Zum Koppeln der Kameraeinrichtung und des Regensensors können elektrische Kabel, optische Fasern und/oder flexible Flachkabel verwendet werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist
die Kameraeinrichtung ein lichtemittierendes Element, das dazu eingerichtet ist, Licht zu emittieren, und/oder ein lichtempfangendes Element auf, das dazu eingerichtet ist, Licht zu empfangen; und wobei
das lichtemittierende Element mit dem Sender durch eine erste optische Faser verbunden ist, die dazu eingerichtet ist, das durch das lichtemittierende Element emittierte Licht zu dem Sender zu übertragen und/oder das lichtempfangende Element durch eine zweite optische Faser mit dem Empfänger verbunden ist, die dazu eingerichtet ist, das durch den Empfänger empfangene Messlicht zu dem lichtempfangenden Element zu übertragen.
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Das lichtemittierende Element und/oder das lichtempfangende Element können physisch an der Kameraeinrichtung, zum Beispiel innerhalb des Gehäuses der Kameraeinrichtung, lokalisiert sein. Das lichtemittierende Element und/oder das lichtempfangende Element werden vorzugsweise nur für den Regensensor verwendet und werden insbesondere nicht dazu verwendet, Bilder des Bereichs, der das Fahrzeug umgibt, aufzunehmen. Insbesondere sind das lichtemittierende Element und/oder das lichtempfangende Element nicht Teil der Kameraoptik. Das lichtemittierende Element und/oder das lichtempfangende Element können jedoch optisch mit dem Sender und/oder dem Empfänger gekoppelt werden, um Licht dorthin zu übertragen und/oder um Licht von dort zu empfangen. Das optische Koppeln kann unter Verwendung von optischen Fasern durchgeführt werden. Der Sender und/oder der Empfänger weisen vorzugsweise die zuvor beschriebenen ersten und/oder zweiten optische Elemente auf.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Prozessoreinheit ferner ein Bestimmungselement zum Bestimmen einer Regenmenge der Fensterscheibe auf Basis von dem durch das lichtempfangende Element empfangene Licht auf.
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Die Analyse der Regenmenge kann unter Verwendung derselben Prozessoreinheit durchgeführt werden, die auch die Kameraeinrichtung steuert, insbesondere das Aufnehmen der Bilder des Umgebungsbereichs. Dies reduziert Kosten und den Raum, der für die Prozessoreinheiten benötigt wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind das lichtemittierende Element und/oder das lichtempfangende Element Teil der Prozessoreinheit.
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Die Prozessoreinheit kann eine gedruckte Leiterplatte (PCB), insbesondere eine Hauptplatinen-PCB (oder Motherboard) der Kameraeinrichtung sein. Die PCB kann das hierauf angeordnete lichtemittierende Element und/oder das lichtempfangende Element aufweisen. Die PCB kann ferner mechanische Kopplungselemente zum Koppeln der ersten und der zweiten optischen Fasern mit der PCB aufweisen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Regensensorsystem mehrere Sender und/oder mehrere Empfänger auf.
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Dies kann die Zuverlässigkeit der Erfassung wie viel Regen auf der Fensterscheibe ist, verbessern, wodurch die Genauigkeit und die Zuverlässigkeit des Regensensorsystems erhöht werden. Alternativ oder zusätzlich hierzu vergrößert die Verwendung mehrerer Sender und/oder Empfänger den Erfassungsbereich des Regensensors.
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Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Regensensor für das Regensensorsystem nach dem ersten Aspekt oder nach einer Ausführungsform hiervon bereitgestellt. Der Regensensor weist einen Sender und einen Empfänger auf, wobei der Sender dazu eingerichtet ist, Licht zu emittieren oder zu übertragen und der Empfänger dazu eingerichtet ist, Messlicht, das durch den Sender emittiert oder übertragen und durch die Fensterscheibe zu dem Empfänger geleitet wird, zu empfangen; wobei
der Sender und der Empfänger in einem Abstand zueinander angeordnet sind; und
der Empfänger und die Kameraoptik der Kameraeinrichtung unterschiedliche Komponenten sind.
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Merkmale, die in Verbindung mit dem Regensensorsystem nach dem ersten Aspekt oder nach einer Ausführungsform hiervon beschrieben sind, gelten gleich für den Regensensor nach dem zweiten Aspekt.
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Gemäß einem dritten Aspekt wird ein Fahrzeug, aufweisend das Regensensorsystem nach dem ersten Aspekt oder nach einer Ausführungsform hiervon, bereitgestellt.
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Merkmale, die in Verbindung mit dem Regensensorsystem nach dem ersten Aspekt oder nach einer Ausführungsform hiervon beschrieben sind, gelten gleich für das Fahrzeug nach dem dritten Aspekt.
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Die Erfindung wurde im Zuge von verschiedenen Ausführungsformen beschrieben. Es versteht sich, dass ein oder mehrere Merkmale einer beliebigen Ausführungsform mit einem oder mehreren Merkmalen der anderen Ausführungsformen kombinierbar sind. Darüber hinaus kann jedes einzelne Merkmal oder jede Kombination von Merkmalen in jeder der Ausführungsformen zusätzliche Ausführungsformen darstellen.
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Weitere Ausführungsformen oder Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und der im Folgenden in Bezug auf die Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele.
- 1 zeigt eine Ansicht eines Fahrzeugs;
- 2 zeigt ein Regensensorsystem nach einer ersten Ausführungsform;
- 3 zeigt ein erstes Beispiel eines Lichts, das sich in der Fensterscheibe ausbreitet, ohne Regen;
- 4 zeigt Licht, das sich in der Fensterscheibe ausbreitet, mit Regen;
- 5 zeigt ein zweites Beispiel von Licht, das sich in der Fensterscheibe ausbreitet, ohne Regen;
- 6 zeigt ein Regensensorsystem nach einer zweiten Ausführungsform;
- 7 zeigt eine Kameraeinrichtung für das Regensensorsystem der 6;
- 8 zeigt eine detaillierte Ansicht einer optischen Verbindung in der Kameraeinrichtung der 7; und
- 9 zeigt ein Beispiel einer Verbindung auf einer Seite des Senders des Regensensorsystems der 6.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.
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1 zeigt eine Ansicht eines Fahrzeugs 100, welches ein Auto ist. An seiner Vorderseite 107 weist das Auto 100 eine Fensterscheibe 101 auf, welche eine Windschutzscheibe ist. In einem Innenraum des Autos 100 ist ein Regensensorsystem 1 an der Fensterscheibe 101 angebracht. Das Regensensorsystem 1 ist an oder nahe einem Rückspiegel (nicht gezeigt) des Autos 100 angebracht.
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Das Regensensorsystem 1 des Autos 100 ist beispielsweise ein Regensensorsystem 1 nach einer ersten Ausführungsform, die in 2 gezeigt ist. 2 zeigt die Seite des Regensensorsystems 1, welche gegen und/oder in Richtung der Fensterscheibe 101 in einem Innenraum des Autos 100 positioniert ist. Mit anderen Worten zeigt 2 das Regensensorsystem 1, wie es von außerhalb des Autos 100 durch die Fensterscheibe 101 sichtbar ist.
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Wie in 2 gezeigt, weist das Regensensorsystem 1 eine Kameraeinrichtung 2 und einen Regensensor 6 auf. Die Kameraeinrichtung 2 weist Kameraoptiken 3, aufweisend eine Linse und dergleichen, auf. Die Kameraoptiken 3 sind so positioniert, dass sich ihr Sichtfeld 103 zu der Vorderseite 107 des Autos 100 erstreckt. Unter Verwendung der Kameraoptiken 3 kann die Kameraeinrichtung 2 einen Bereich 102, der das Fahrzeug 100 umgibt, überwachen (siehe 1). Der Bereich 102 wird durch das Sichtfeld 103 der Kameraoptiken 3 begrenzt.
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Die Kameraoptiken 3 sind von außerhalb des Fahrzeugs 100 sichtbar. Allerdings sind die übrigen Elemente der Kameraeinrichtung 2 durch eine Kameraabdeckung 20 versteckt. Diese versteckten Elemente weisen beispielsweise Steuerungseinheiten für die Kameraoptiken 3 und dergleichen auf.
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Der Regensensor 6 weist einen Sender 4 und einen Empfänger 5 auf. Der Sender 4 und der Empfänger 5 sind zwei getrennte optische Elemente, welche in Bezug zueinander unabhängig bewegt werden können. Der Sender 4 und der Empfänger 5 können ferner in Bezug auf die Kameraeinrichtung 2 unabhängig bewegt werden (beispielsweise während einer Positionierung und/oder einer Anbringung des Senders 4 und des Empfängers 5 an der Fensterscheibe 101). In dem Regensensorsystem 1 der ersten Ausführungsform sind der Sender 4, der Empfänger 5 und die Kameraeinrichtung 2 völlig unabhängige und ungekoppelte Einheiten, welche überhaupt keine Ressourcen (optisch, elektrisch oder dergleichen) teilen. Im Detail sind der Empfänger 5 und die Kameraoptik 3 unterschiedliche Komponenten.
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Der Sender 4 und der Empfänger 5 sind mechanisch an der Fensterscheibe 101 mit einem Silikongel zur Anpassung des Brechungsindex befestigt, das zwischen dem Sender 4 und der Fensterscheibe 101 und zwischen dem Empfänger 5 und der Fensterscheibe 101 platziert ist.
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Der Sender 4 und der Empfänger 5 sind in einem Abstand d zueinander angeordnet, wobei die Kameraeinrichtung 2 zwischen dem Sender 4 und dem Empfänger 5 angeordnet ist,. Wie in 2 gezeigt, sind der Sender 4 und der Empfänger 5 entlang gegenüberliegenden Seiten (Kanten) 21 der Kameraabdeckung 20 angeordnet. In der Ausführungsform der 2 ist das Regensensorsystem 1 um eine vertikale Mittelachse der Kameraabdeckung 20 symmetrisch angeordnet.
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Das Betriebsprinzip des Regensensors 6 wird im Hinblick auf 3 und 4 erklärt. Der Innenraum 104 und der Außenbereich 105 des Autos 100 sind durch die Fensterscheibe 101 getrennt. Der Sender 4 weist eine LED 4a zum Emittieren von Licht und eine Linse 4b auf, die zwischen der LED 4a und der Fensterscheibe 101 zur Kollimation des von der LED 4a emittierten Lichts angeordnet ist. Aus diesem Grund injiziert der Sender 4 kollimierte Lichtbündel 7 in die Fensterscheibe 101. Der Sender 4 und der Empfänger 5 sind ausreichend voneinander entfernt lokalisiert, so dass die Lichtbündel 7 durch die Fensterscheibe 101 mehrere Male an Totalreflektionspunkten 8 (nur einige sind in 3 bis 5 angezeigt) total reflektiert werden können, bevor sie den Empfänger 5 erreichen.
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Wie in 3 gezeigt, weist der Empfänger 5 des Regensensorsystems 1 der 2 eine Linse 5a und eine Photodiode 5b auf, welche das empfangene Messlicht in einen elektrischen Strom umwandelt. Somit ist eine Ausgabe des Empfängers 5 ein elektrisches Signal, das proportional zu der Intensität des empfangenen Lichts ist. Das durch den Empfänger 5 ausgegebene elektrische Signal wird zu einer Analyseeinheit 22 weitergeleitet, welche die Regenmenge auf der Fensterscheibe 101 auf Basis des empfangenen elektrischen Signals bestimmt.
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In 3 ist kein Regen auf der Fensterscheibe 101 vorhanden. Aus diesem Grund werden die Lichtbündel 7 mehrere Male total reflektiert und die an dem Empfänger 5 empfange Lichtintensität ist im Wesentlichen gleich der durch den Sender 4 emittierten Intensität. Wenn andererseits Regentropfen 106 auf der Fensterscheibe 101 vorhanden sind, ändern die Regentropfen 106 die Reflektion der Lichtbündel 7. Aus diesem Grund werden, in Abhängigkeit der Regenmenge (oder äquivalent der Anzahl der Regentropfen 106) auf der Fensterscheibe, einige oder alle Lichtbündel 7 entlang ihrer Trajektorien in Richtung des Empfängers 5 teilreflektiert. Wie in 4 angegeben, wird an den Teilreflektionspunkten 9 ein Teil des Lichts nicht reflektiert und verlässt stattdessen die Fensterscheibe 101. Dieses verlorene Licht „fehlt“ dann von dem Licht, welches durch den Empfänger 5 erfasst wird. Somit nimmt eine Lichtintensität, die an dem Empfänger 5 erfasst wird, mit zunehmender Regenmenge ab, was der Analyseeinheit 22 es erlaubt, zu bestimmen, wie viel Wasser auf der Fensterscheibe 101 vorhanden ist.
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Die mehreren Reflektionen der Lichtbündel 7 in der Fensterscheibe 101 erhöhen die Genauigkeit des Regensensorsystems 1.
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Eine optische Ausrichtung des Senders 4 in Bezug auf den Empfänger 5 muss nicht notwendigerweise sehr genau durchgeführt werden. Wie in 5 gezeigt, resultiert eine geringfügige Divergenz (ein paar Grad, vorzugsweise weniger als 6°) in dem injizierten Licht allerdings in einer konstanten Verschiebung in einigen der Lichtbündel 7. Obwohl die an dem Empfänger 5 empfangene Lichtintensität in solch einem Fall reduziert ist, kann dies durch Erhöhen der emittierten Lichtintensität auf der Seite des Senders 4 kompensiert werden. Die Erfassung der Regenmenge auf der Fensterscheibe 101 kann bei der geringfügigen Divergenz der 5 auf die gleiche Weise, wie oben in Bezug auf 3 und 4 beschrieben ist, durchgeführt werden.
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Obwohl 4 und 5 nicht explizit die LED 4a, die Linse 4b und die Linse 5a, die Photodiode 5b und die Analyseeinheit 22 zeigen, sind der Sender 4, der Empfänger 5 und die Analyseeinheit 22 tatsächlich identisch mit denen von 3.
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Als eine Alternative zu dem Regensensorsystem 1 der ersten Ausführungsform (2) kann ein Regensensorsystem 1 nach einer zweiten Ausführungsform hinter der Fensterscheibe 101 des Autos 1 der 1 angebracht werden. Solch ein Regensensorsystem 1 nach der zweiten Ausführungsform ist in 6 gezeigt.
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Der Unterschied zwischen dem Regensensorsystem 1 der ersten Ausführungsform (2) und dem Regensensorsystem 1 der zweiten Ausführungsform (6) ist, dass in der ersten Ausführungsform der Sender 4 das Licht selbst emittiert und der Empfänger 5 ein elektrisches Signal entsprechend der erfassten Intensität selbst analysiert oder emittiert. Andererseits überträgt in der zweiten Ausführungsform (6) der Sender 4 nur von der Kameraeinrichtung 2 empfangenes Licht und der Empfänger 5 leitet das empfangene Messlicht nur in Richtung der Kameraeinrichtung 2 zur Analyse dessen weiter. Der Sender 4 und der Empfänger 5 der zweiten Ausführungsform weisen keine elektronischen, sondern lediglich optische Komponenten auf. Wie in der ersten Ausführungsform sind in der zweiten Ausführungsform der Empfänger 5 und die Kameraoptik 3 unterschiedliche Komponenten.
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Wie im Detail in 7 gezeigt, weist die Kameraeinrichtung 2 des Regensensorsystems 1 der zweiten Ausführungsform eine innerhalb eines Gehäuses 11 angebrachte Prozessoreinheit 10 auf. Die Prozessoreinheit 10 ist eine gedruckte Leiterplatte (PCB), die dazu eingerichtet ist, den Betrieb der Kameraoptik 3 zu steuern, um Bilder des Bereichs 102 aufzunehmen. Ferner weist die Prozessoreinheit 10 ein lichtemittierendes Element 12, hier eine LED, und ein lichtempfangendes Element 13, hier eine Photodiode, auf.
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Wie in 7 gezeigt, weist das Gehäuse 11 eine Schnittstelle 14 für eine erste optische Faser und eine Schnittstelle 15 für eine zweite optische Faser zum Verbinden von optischen Fasern 16 auf. Wie in 8 im Detail gezeigt, ist ein optischer Faserverbinder 17 in die Schnittstelle 14 für eine erste optische Faser einsetzbar. Licht, welches durch die LED 12 emittiert wird, wird durch den optischen Faserverbinder 17 in die optische Faser 16 geleitet. Wie in 6 und 8 gezeigt, ist das andere Ende der optischen Faser 16 mit dem Sender 4 verbunden. Ein optischer Faserverbinder 18 wird dazu verwendet, die optische Faser mit dem Sender 4 zu koppeln. In der zweiten Ausführungsform weist der Sender 4 ein Prisma 19 als ein erstes optisches Element auf (siehe 9). Das Licht, das durch die LED 12 emittiert wird, wird somit in Richtung des Senders 4 durch die erste optische Faser 16 geleitet, durch das Prisma 19 kollimiert und in die Fensterscheibe 101 injiziert.
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Obwohl in den Figuren nicht gezeigt, ist die Verbindung zwischen dem lichtempfangenden Element 13 und dem Empfänger 5 äquivalent zu der Verbindung zwischen dem lichtemittierenden Element 12 und dem Sender 4, dargestellt in 8 und 9. Insbesondere verbindet eine zweite Lichtfaser (nicht gezeigt) das lichtempfangende Element 13 und den Empfänger 5. Verbinder, die ähnlich zu den optischen Faserverbindern 17, 18 sind, werden für die Verbindungen zwischen der optischen Faser und dem lichtempfangenden Element 13 und zwischen der optischen Faser und dem Empfänger 5 verwendet. Der Empfänger 5 kann ein zweites optisches Element zum Bündeln des empfangenen Messlichts aufweisen. Der Empfänger 5 überträgt das empfangene Messlicht durch die zweite optische Faser zu dem lichtempfangenden Element 13. Das lichtempfangende Element 13 erzeugt ein elektrisches Signal in Abhängigkeit mit dem empfangenen Messsignal.
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Vorteilhaft ist, dass es nicht notwendig ist, dass der Regensensor 6 mit elektrischer Energie versorgt wird und es nicht notwendig ist, dass er das Lichtsignal emittiert und die Analyse des Messlichtsignals selbst durchführt. Stattdessen werden Prozessorressourcen mit der Kameraeinrichtung 2 geteilt. Dies reduziert die Kosten, die Komplexität und die Größe des Regensensorsystems 1 der zweiten Ausführungsform.
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Die Ausbreitung des Lichts durch die Fensterscheibe 101 ist bei der zweiten Ausführungsform die gleiche wie bei der ersten Ausführungsform (3 bis 5).
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Während die vorliegende Technologie in Verbindung mit mehreren praktischen Beispielen beschrieben wurde, versteht es sich von selbst, dass die Technologie nicht auf die offenbarten Beispiele beschränkt ist, sondern im Gegenteil dazu bestimmt ist, verschiedene Modifikationen und gleichwertige Anordnungen abzudecken. Beispielsweise kann das Fahrzeug, anstelle eines Autos, ein Zug, ein Lastkraftwagen oder dergleichen sein. Das Regensensorsystem 1 kann an der Rückseite 108 des Fahrzeugs 100 anstatt an der Vorderseite 107 angeordnet sein (siehe 1). Anstatt ein Prisma 19 als das erste optische Element zu verwenden, können Freiformoptiken oder ein diffraktives optisches Element verwendet werden. Die Positionierung des Senders 4 und des Empfängers 5 kann sich von der in 2 gezeigten unterscheiden. Beispielsweise können der Sender 4 und der Empfänger 5 über und unter der Kameraeinrichtung 2 platziert sein. Der Sender 4 und der Empfänger 5 können ferner zumindest teilweise in die Kameraabdeckung 20 integriert werden. Ferner können zusätzliche Merkmale, wie beispielsweise die Erfassung des Umgebungslichts, entweder unter Verwendung des Regensensors 6 oder unter Verwendung der Kameraeinrichtung 2 erfolgen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Regensensorsystem
- 2
- Kameraeinrichtung
- 3
- Kameraoptik
- 4
- Sender
- 4a
- LED
- 4b
- Linse
- 5
- Empfänger
- 5a
- Linse
- 5b
- Photodiode
- 6
- Regensensor
- 7
- Lichtbündel
- 8
- Totalreflektionspunkt
- 9
- Teilreflektionspunkt
- 10
- Prozessoreinheit
- 11
- Gehäuse
- 12
- lichtemittierendes Element
- 13
- lichtempfangendes Element
- 14
- Schnittstelle für eine erste optische Faser
- 15
- Schnittstelle für eine zweite optische Faser
- 16
- erste optische Faser
- 17, 18
- optischer Faserverbinder
- 19
- Prisma
- 20
- Kameraabdeckung
- 21
- Seite
- 22
- Analyseeinheit
- 100
- Fahrzeug
- 101
- Fensterscheibe
- 102
- Umgebungsbereich
- 103
- Sichtfeld der Kamera
- 104
- Innenraum
- 105
- Außenbereich
- 106
- Regentropfen
- 107
- Vorderseite
- 108
- Rückseite
- d
- Abstand
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011101744 A1 [0002]
- EP 1580092 B1 [0003]
- DE 102008044003 A1 [0003]
- DE 102006010671 A1 [0003]
- DE 102014214710 A1 [0003]
