EP3172094A1 - Regendetektionsvorrichtung - Google Patents

Regendetektionsvorrichtung

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Publication number
EP3172094A1
EP3172094A1 EP15750919.1A EP15750919A EP3172094A1 EP 3172094 A1 EP3172094 A1 EP 3172094A1 EP 15750919 A EP15750919 A EP 15750919A EP 3172094 A1 EP3172094 A1 EP 3172094A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
light
light guide
light source
camera
rain
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15750919.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Mina ASHRAFI
Dieter KRÖKEL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Conti Temic Microelectronic GmbH
Original Assignee
Conti Temic Microelectronic GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Conti Temic Microelectronic GmbH filed Critical Conti Temic Microelectronic GmbH
Publication of EP3172094A1 publication Critical patent/EP3172094A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55—Specular reflectivity
    • G01N21/552—Attenuated total reflection
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60S—SERVICING, CLEANING, REPAIRING, SUPPORTING, LIFTING, OR MANOEUVRING OF VEHICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60S1/00—Cleaning of vehicles
    • B60S1/02—Cleaning windscreens, windows or optical devices
    • B60S1/04—Wipers or the like, e.g. scrapers
    • B60S1/06—Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive
    • B60S1/08—Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive electrically driven
    • B60S1/0818—Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive electrically driven including control systems responsive to external conditions, e.g. by detection of moisture, dirt or the like
    • B60S1/0822—Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive electrically driven including control systems responsive to external conditions, e.g. by detection of moisture, dirt or the like characterized by the arrangement or type of detection means
    • B60S1/0833—Optical rain sensor
    • B60S1/0844—Optical rain sensor including a camera
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/41—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
    • G01N21/43—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length by measuring critical angle
    • G01N2021/435—Sensing drops on the contact surface
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0013—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide
    • G02B6/0015—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it
    • G02B6/002—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it by shaping at least a portion of the light guide, e.g. with collimating, focussing or diverging surfaces
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/0035—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it
    • G02B6/0045—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it by shaping at least a portion of the light guide
    • G02B6/0046—Tapered light guide, e.g. wedge-shaped light guide

Definitions

  • the present invention relates to rain detection in vehicles. More particularly, the present invention relates to a rain detecting apparatus for a vehicle and a vehicle.
  • vehicles may include rain detection functionality for automatically turning on and off the wipers and for controlling the frequency of the wipers.
  • rain detection functionality for automatically turning on and off the wipers and for controlling the frequency of the wipers.
  • One way of measuring the rain intensity ⁇ consists in the measurement of reflection of a light beam on the windshield of the vehicle.
  • systems for rain detection in vehicles which are designed such that they interact with a front- facing camera of the vehicle.
  • WO 2012/092911 A1 describes a rain detection device comprising a camera and a lighting source.
  • a rain detection device for a vehicle forward, the rain detection device includes a camera, a light source for emitting a light beam for re ⁇ gene detection and a light guide having a mating face having a first surface and an exit side with egg ⁇ ner second surface.
  • the coupling side of the light guide is optically coupled to the light source.
  • the light guide is configured for diverting and narrowing the light cone of the light source.
  • the present invention may also relate to a vehicle including a rain detection device and the method described in connection with the present invention.
  • a first advantage of the present invention is that the optical fiber can change the emitting direction so as to change from a straight upward direction to an inclined direction toward the windscreen with a narrower cone. In this way it ensures that a much larger proportion of the light emitted by the light source can be used for rain detection, which makes the arrangement more effective.
  • a second advantage of the light guide is that the light ⁇ conductor, compared to a light source without light guide, can produce a much more uniform illuminated area on the windshield.
  • a third advantage of vorlie ⁇ constricting invention is that the Regendetektionsbe- be enlarged on the windshield or window rich, since the exit surface of the light guide is compared to the exit surface of the light source, be increased.
  • the light guide is to be understood as a device for diverting and narrowing the light cone of the light source.
  • the light guide may be embodied, for example, as a solid plastic molded solid structure. In other words, the light guide may comprise a prismatic shape.
  • the coupling side of the light guide may be configured to be optically coupled to the light source.
  • the term "optically coupled” is to be understood as meaning that a greater part of the light cone of the light source is transmitted to the light guide and guided by the light guide.
  • the exit side of the light guide may be configured to emit the redirected and constricted light cone. By redirecting the light cone, the direction of the peak intensity of the light cone is changeable.
  • the light cone is, in other words, tilted by the light guide.
  • the narrowing of the light cone may include reducing the aperture angle of the light cone from the light guide.
  • the rain detection device may be an independent system of the vehicle.
  • the rain detection system can also be integrated in a driver assistance system or be part of a driver assistance system of the vehicle.
  • the camera can be used by the driver assistance system for recording driver assistance images.
  • an existing driver assistance system that has ra ⁇ a Kame to the rain detection capability expandable.
  • the camera can be used to record reflections of the surrounding directed light cone to be configured on a windshield or a window of the vehicle.
  • the present invention may thus also affect ⁇ an extension kit for a driver assistance system for expanding an already existing NEN driver assistance system for rain detection capabilities.
  • the vehicle can be a car, a truck, a motorcycle or any other vehicle with a windshield ⁇ disc or a window where rain detection capabilities are relevant to be.
  • the camera can be part of a driver assistance system.
  • the focus of the camera can be set to infinity to infinity or close.
  • the camera may be installed inside the vehicle and / or directed towards a windshield or window of the vehicle.
  • the camera is, for example, a digital camera with a CMOS chip.
  • the light source may as a bulb or light emitting diode out ⁇ leads and be controlled by the rain detection device.
  • the rain detection device including the camera can be installed for example in a device which is located between the windshield and the inside mirror of the vehicle so that the visual field of the Fah ⁇ RERS is not limited.
  • a raindrop or other form of precipitate may cause a change in the reflection of the light cone on the outside of the windshield or window of the vehicle.
  • This reflection will be referred to below as the second reflection.
  • a change in the second reflection can thus be a sign of rain.
  • the rain detection device may also detect another form of precipitation, which makes the device more effective.
  • the light cone of the light source can be understood as a cone in the further Sin ⁇ ne, ie, the light cone does not have to be an exact cone, but merely describes the spatial emission characteristics of the light source.
  • the light cone is perceivable as a radiation pattern of the light source emitted along one direction.
  • the light cone may have a peak intensity along a Rich ⁇ tion.
  • the light cone can also be described with regard to an opening angle.
  • the aperture angle is conceivable as an angle of the light cone at which the cone of light has half the intensity with respect to the peak intensity of the light cone.
  • the opening angle can, in other words, a half width of the light cone entspre ⁇ chen.
  • the light guide comprises a Fresnel-like lens which is arranged on the coupling ⁇ side of the light guide.
  • the Fresnel or fresnelartigen lens can converge the light beam of the light source, the coupler ⁇ lung side of the light guide.
  • the light guide it is possible to ensure that a larger proportion of the light of the light source is subjected to total reflection in the light guide and emitted through the exit side of the light guide.
  • the light guide it is possible for the light guide to lose less light. In this way, a greater proportion of the light from the light source can be used for rain detection, which leads to a more sensitive and / or more accurate rain detection.
  • the exit ⁇ side of the light guide is configured for the light scattering. Therefore, the light guide can emit a cone of light with a continuous and homogeneous intensity. In this way, the light cone for rain detection can be improved. In addition, a higher uniformity illuminated area on the windshield or the window of the vehicle can be realized.
  • the second surface of the exit side comprises microstructures for the light scattering.
  • a large illumination area on the second surface of the exit side of the light guide can be effected.
  • the light guide can illuminate a larger area on the windshield or the window of the vehicle, which can lead to a larger range of detection.
  • the light guide comprises a reflection side with a third surface for reflecting internal reflections of the light cone emitted by the light source.
  • the first surface of the coupling side and the third surface of the reflection ⁇ side include an angle whose size is between 45 degrees and 75 degrees. The angle is preferably 60 degrees before ⁇ .
  • Both the first surface and the third surface may be planar or nearly planar surfaces.
  • the first surface and the second surface may be arranged so that they are not parallel zuei ⁇ Nander.
  • the angle included by the first surface and the second surface is as the angle understandable that the second surface is inclined with respect to the first surface.
  • the second surface of the exit side is larger than a light emitting surface of the light source.
  • the exit side of the light guide can have a larger surface area than the light source. In this way, compared to rain detecting devices without optical fibers, the rain detection area on the windshield or the window of the vehicle is increased.
  • the light source is a light emitting diode.
  • the light source is, for example, a TOPLED SMD component.
  • the light guide is made of transparent plastic, polycarbonate.
  • polycarbonate may be advantageous because polycarbonate has been tested in the automotive industry and is readily moldable in an injection molding process.
  • the length of the optical fiber is between 2 cm and 6 cm and its width Zvi ⁇ rule 0.5 cm and 1.5 cm.
  • its length is between 3 cm and 4 cm and its width between 0.6 cm and 0.8 cm.
  • the light guide together with the rain detection device and the camera, is installed in a device. feasible, which is located behind the interior mirror of the car and does not restrict the driver's field of vision.
  • a peak intensity of the light cone emitted by the light source in the absence of the light guide runs along a vertical direction.
  • the light source may, in other words, for the emission of light with a light cone that has a peak intensity ent ⁇ long a vertical direction can be configured.
  • the vertical direction is explained in connection with FIG. 1.
  • the optical fiber may be configured to incline the peak intensity to change from a vertical direction to a tilted direction.
  • the angle between the vertical direction and the inclined direction is, for example, in the range between 40 degrees and 70 degrees.
  • a vehicle in accordance with another embodiment, includes a windshield or window and a rain detection device described in connection with the present invention.
  • the light source, the light guide and the camera are arranged and confi gured ⁇ that the light emitted from the light guide light beam is diverted to an area of the windshield or window of the vehicle.
  • the camera may be configured to record the first reflection and the second reflection of the redirected light cone.
  • the light source, the light guide and the camera may be configured such that the first and second reflections are separable from each other. For example, there may be a space between the first and second reflections, so that the camera between the first _
  • y and second reflections can differ.
  • rain or other forms of precipitate are detectable by the rain detection device.
  • the Regende ⁇ tektionsvorraum also includes a processing unit.
  • the light source, the light guide and the camera are so arranged ⁇ and configured such that a first reflection of the light cone is reflected from an inside of the windshield or window to the camera.
  • the light source, the light pipe and the camera are arranged and configured such that a second reflection of the light cone is reflected from an outside of the windshield or the window to the camera.
  • the processing unit is configured to detect rain based on a change in the second reflection of the light cone recorded by the camera.
  • a raindrop or other form of precipitation can be ⁇ effect a change in the reflection of the light cone on the outside of the windshield or window, that is, the second reflection.
  • a change in the second reflection can thus be a sign of rain.
  • the rain detection device may also detect another form of precipitation, which makes the device more effective.
  • the processing unit for calibrating the rain detection device is configured based on the first reflection of the light cone.
  • the first reflection is not significantly affected by the presence or absence of rain. Therefore, the first reflection is usable for calibrating the rain detection system.
  • the rain detection device also comprises a housing and a printed circuit board arranged in the housing.
  • the light source is arranged on the conductor plate ⁇ the rain detection device and the light guide is embedded in an opening of the housing.
  • the opening in the housing and the light guide may be arranged so that light is emitted only through the light guide. In this way, no stray light is generated.
  • the housing can protect the circuit board and / or the light source from dust and moisture and improve the electromagnetic compatibility ⁇ speed (EMC).
  • the camera is part of a driver assistance system of the vehicle.
  • the camera is also configured to record a driver assistance picture.
  • the light source, the light guide, and the camera are configured such that reflections of the light cone on the windshield or window and the driver assistance image do not overlap.
  • the rain detection functionality and the driver assistance functionality of the camera are executable in different time frames. This is due to such a time Controlling the camera and the light source can be achieved that frames in which the light source is turned on and the rain detection is active, do not coincide with frames in which the driver assistance function is performed. In this way the camera for the driver assistance and for the re ⁇ gene detection can be used.
  • the focal point of the camera may be set to infinity or near infinity.
  • a method for rain detection for a vehicle comprises the steps of from ⁇ transmission of a light beam by a light source in the interior of the vehicle and of redirecting the beam of light to a Be ⁇ reaching a windshield or window of the accelerator ⁇ zeugs through a light guide and the narrowing of the Lichtke ⁇ gels through the optical fiber ,
  • the method includes the step of recording an image of the area of the windshield or the window with a camera for rain detection.
  • This method can be carried out, for example, by a rain-detecting device described in connection with the present invention.
  • Features and advantages described with respect to the rain detection device and / or the vehicle may also apply to the method.
  • the steps of the method are executable in the order shown.
  • the steps of the method are executable in a different order or in parallel with each other.
  • the light guide changes the emission direction of the light source so that from an upward direction to a tilted direction with a narrower cone is changed.
  • a larger proportion of the light emitted by the light source can be used for rain detection, which makes the arrangement more effective.
  • an illuminating a much higher uniformity ⁇ ter area on the windshield or the window of the optical fiber is compared to a light-source light guide produced.
  • the rain detection area on the windscreen or the window can be enlarged since the exit area of the light guide is increased in comparison to the exit area of the light source.
  • Fig. 1 shows a rain detection device without a light guide according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 2 shows a rain detection device according to an embodiment of the invention.
  • Fig. 3 shows a light guide according to aforementionedsbei ⁇ game of the invention.
  • FIG. 4 shows a side view of a light guide in accordance with an exemplary embodiment of the invention.
  • Fig. 5 shows an opening provided on the coupling side of an optical fiber structure according to an execution fresnelartige ⁇ example of the invention.
  • FIGS. 6A and 6B show different views of a light guide according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 7 shows a vehicle having a rain detection device according to an exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 8 shows a flow chart for a method according to an embodiment of the invention.
  • Fig. 1 shows a rain detecting device 100 according to an embodiment of the invention without optical fibers to explain and show the effect of the optical fiber of the present invention.
  • the rain detection device 100 may be installed in a vehicle and can be part of a Fah ⁇ rerassistenzsystems of the vehicle.
  • the rain detection device 100 comprises a camera 101 and a light source 102 and is without light guide Darge ⁇ presents.
  • the camera 101 is a front-facing camera, which is installed in a vehicle and directed to a windscreen ⁇ 106 of the vehicle.
  • the light source 102 and the camera 101 are connected to a circuit board 113 of the rain ⁇ detection apparatus 100.
  • the circuit board 113 is integrated in a housing 114 for protection against dust and moisture and for improving the electromagnetic compatibility.
  • the housing 114 has an opening 115.
  • the light source is configured to emit the light cone 103 through the opening 115.
  • a processing unit 116 for rain detection is connected to the circuit board.
  • the light source 102 is configured to emit a light beam 103 having a peak intensity along a ver tical direction ⁇ 105 and an opening angle 104th
  • the windscreen 106 is, for example, the light source 102 is illuminated with an emission pattern and a light cone 103 with a half width of 60 degrees, the half width speaks ent ⁇ the opening angle 104 of the cone of light.
  • the light cone 103 is the light cone that is generated in the absence of a light guide. A portion 109 of the light is used for the rain detection. In the absence of the light guide 109, the proportion is not equal to the peak intensity 105 of the light cone 103.
  • the portion 109 of the light is re ⁇ flexed against the inner surface 107 and the outer surface 108 of the windshield 106 of the vehicle. In this way, a first reflection 110 and a second reflection 111 of the light cone 103 are generated. In addition, a transmission component 112 of the light cone 103 is transmitted through the windshield 106.
  • the camera 101 is configured to detect the first and second reflections 110 and 111.
  • the camera 101 is 101 confi ⁇ riert for re ⁇ gistrieren of the reflections 110 and 111 of the light cone 103 on the right part of the image area of the camera. This part is used for rain detection. Rain drops on the windshield 106 produce changes in the outer second reflection 111, which is detected by the camera 101 and / or the processing unit 116.
  • the camera 101 and / or the processing unit 116 may assume that the inner first reflection 110 is substantially is constant and may use the first reflection 110 for the calibration of the rain detection device 100 or as a reference for the calculation of the change of the second reflection
  • FIG. 2 shows a rain detection device 200 according to an exemplary embodiment.
  • the rain detection device 200 of FIG. 2 corresponds, for example, to the rain detection device 100 of FIG. 1, wherein an optical fiber 201 is additionally present.
  • the rain detection device 100 of FIG. 1 includes the rain detection device 200 of FIG. 2, a camera 101, a light source 102 and a cookedsein ⁇ integrated 116 that is connected to a printed circuit board 113 in a housing 114 having an opening 115 is integrated.
  • the camera 101 is installed in a vehicle and directed to the windshield 106 having an inside 107 and an outside 108.
  • a light guide 201 is at least partially embedded in the opening 115 of the housing.
  • the optical fiber 201 is optically coupled to the light source 102, that is, the light cone of the light source is ge ⁇ passes through the light guide 201. In this way, the light cone of the light source is redirected and narrowed by the light guide 201.
  • the Lichtlei ⁇ ter 201 may also have other shapes, such as the shape shown in Fig. 4. It can be seen that the light cone 202 of FIG. 2 is inclined and narrowed relative to the light cone 103 of FIG. In other words, the angle 203 is smaller than the angle 104.
  • the peak intensity 204 of the light cone 202 is in line with the portion 109 of the light cone 202 which is reflected on the windshield for rain detection. In this way, a larger part of the light cone is turned into a rain detection area on the wind protective glass.
  • the right angle for the umgelei ⁇ ended cone of light 202 may depend on the relative angle between the windshield 106 and the camera one hundred and first First and second reflections 110 and 111 as well as a passage component 112 generated the ⁇ accordingly.
  • Fig. 3 shows an isometric drawing of a light guide 201 according to an embodiment. It can be seen that the optical fiber 201 is a solid state structure having a prismatic shape.
  • the light guide 201 comprises a coupling side 302 for coupling to a light source and an exit side 303 for emitting the diverted Lichtke ⁇ gel.
  • the coupling side 302 includes a first surface 304 and the exit side 303 includes a second surface 305, wherein the first and second surfaces 304 and 305 are inclined with respect to each other.
  • the length 306 of the Lichtlei ⁇ ters is between 3 cm and 4 cm and the width 307 of the light guide is about 0.7 cm.
  • the coupling side 302 may include a structure for more effectively coupling the light of the light source, for example a Fresnel lens.
  • the second surface 305 of the outlet side 303 can include a structural ⁇ structure for diffusing the redirected light beam and for generating a light beam with a continuous and homogeneous intensity, for example, microstructures 310. This results in a large illumination area on the light guide exit surface. Therefore, the optical fiber can illuminate a large area on the windshield or the window of the vehicle, resulting in a larger rain detection area.
  • FIGS. 5, 6A and 6B show special structures on the coupling side 302.
  • Fig. 4 shows a side view of a light guide 201 and a light source 102 according to an exemplary embodiment of the ⁇ invention.
  • the light source 102 is an SMD LED with a flat chen Lichtaussende Lake realized.
  • the light guide 201 includes a coupling side 401 and an exit side 402 which are arranged to be perpendicular to each other.
  • the light guide 201 includes a reflection side 403 that extends at an angle of about 60 degrees to the coupling side 401.
  • the light source 102 is located below the coupling side 401 of the light guide 201 and is optically coupled to the light guide 201. It is further shown that two different light beams 404 and 405 of the light cone are emitted by the light source 102.
  • the light beam 404 is guided in the light guide 201 and subjected to total reflection in the light guide 201 due to the small scattering angle to the coupling side 403. Subsequently, the internal reflection of the light beam 404 is emitted through the exit side 402, resulting in the light beam 406.
  • the light beam 405 is subjected to two consecutive total reflections on the surface of the exit side 402 and on the surface of the reflection side 403 before it is emitted through the exit side 402, which results in the light beam 407.
  • FIG. 5 shows a part of a Fresnel-like lens structure 501 arranged on the coupling side of the light guide according to an exemplary embodiment of the invention.
  • a side view shows the dimensions and angles for a number of V-shaped groove structures provided along the side of the coupling surface.
  • This V-shaped Rillenstruktu ⁇ ren provide the functionality of the widening of the light beam ⁇ in random directions, resulting in a scattering of light emitted from the light source.
  • This ver ⁇ prevents the occurrence of a hot spot at the exit side of the light guide.
  • the angle of the V-shaped Ril ⁇ len founded is for example 105 degrees and the distance between two adjacent V-shaped groove structures is, for example, 0.3 mm.
  • Fig. 6A shows a front view of a light guide 201 with light sources 102, 601 and 602 and Fig. 6B shows a side view according to an embodiment of the invention.
  • the light guide 201 includes a mating face 302 and an off ⁇ exit side 303 having an inclined surface, as seen from the side view in FIG. 6B.
  • the optical fiber 201 includes spherical cavities 603, 604 and 605 located above the light sources 102, 601 and 602 to match the light output of the light sources 102, 601 and 602, which in this case are in a dome-shaped lens housing. In this way, a greater part of the light emitted by the light sources 102, 601 and 602 is transmitted into the light guide 201.
  • Fig. 7 shows a vehicle 700 according to an embodiment of the invention with a windshield 106 and a re gendetektionsvorraum 200, which, for example, between the windshield 106 and the inside mirror is 701 of the driving ⁇ zeugs.
  • the rain detection device includes the features described in connection with the present invention.
  • FIG. 8 shows a flow chart for a method according to an embodiment of the invention.
  • the method comprises the step Sl of emitting a cone of light by a light source ⁇ inside the vehicle.
  • the step S2 of redirecting the light cone to a region of a windscreen ⁇ or a window of the vehicle is performed by a light guide.

Abstract

Es wird eine Regendetektionsvorrichtung (200) für ein Fahrzeug (700) vorgestellt, die eine Kamera (101), eine Lichtquelle (102) zum Aussenden eines Lichtkegels für die Regendetektion und einen Lichtleiter (201) mit einer Kopplungsseite (302) mit einer ersten Oberfläche (304) und einer Austrittsseite (303) mit einer zweiten Oberfläche (305) umfasst. Die Kopplungsseite (302) des Lichtleiters ist optisch an die Lichtquelle (102) gekoppelt und der Lichtleiter (201) ist für das Umleiten und für das Verengen des Lichtkegels der Lichtquelle konfiguriert.

Description

Regendetektionsvorrichtung
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft die Regendetektion in Fahrzeugen. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Regendetektionsvorrichtung für ein Fahrzeug sowie ein Fahrzeug .
Ausgangssituation der Erfindung
Heutzutage können Fahrzeuge eine Regendetektionsfunktionali- tät zum automatischen Ein- und Ausschalten der Scheibenwi- scher sowie zum Regeln der Frequenz der Scheibenwischer einschließen. Es gibt unterschiedliche Möglichkeiten der Messung der Regenintensität. Eine Möglichkeit der Messung der Regen¬ intensität besteht in der Messung von Reflexionen eines Lichtstrahls an der Windschutzscheibe des Fahrzeugs. Es gibt zum Beispiel Systeme für die Regendetektion in Fahrzeugen, die so ausgestaltet sind, dass sie mit einer nach vorn ge¬ richteten Kamera des Fahrzeugs zusammenwirken.
WO 2012/092911 AI beschreibt eine Regendetektionsvorrichtung, die eine Kamera und eine Beleuchtungsquelle umfasst.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung ei- ner effektiveren und zuverlässigeren Regendetektionsvorrichtung .
Diese Aufgabe und weitere Aufgaben werden durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungs- formen und Vorteile sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen dargelegt.
Es wird eine Regendetektionsvorrichtung für ein Fahrzeug vor- gestellt, wobei die Regendetektionsvorrichtung eine Kamera, eine Lichtquelle zum Aussenden eines Lichtkegels für die Re¬ gendetektion und einen Lichtleiter mit einer Kopplungsseite mit einer ersten Oberfläche und einer Austrittsseite mit ei¬ ner zweiten Oberfläche umfasst. Die Kopplungsseite des Licht- leiters ist optisch an die Lichtquelle gekoppelt. Außerdem ist der Lichtleiter für das Umleiten und für das Verengen des Lichtkegels der Lichtquelle konfiguriert.
Es ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung auch ein Fahrzeug, das eine Regendetektionsvorrichtung umfasst, und das im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung beschriebene Verfahren betreffen kann.
Durch das Bereitstellen einer solchen Regendetektionsvorrich- tung, die einen Lichtleiter umfasst, ist gewährleistbar, dass weniger Licht der Lichtquelle verloren geht. Das Licht der Lichtquelle ist, mit anderen Worten, effektiver für die Regendetektion nutzbar. Ein erster Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass der Lichtleiter die Aussenderichtung so ändern kann, dass von einer gerade nach oben verlaufenden Richtung zu einer geneigten Richtung in Richtung der Windschutzscheibe mit einem schmaleren Kegel gewechselt wird. Auf diese Weise ge- währleistet er, dass ein viel größerer Anteil des von der Lichtquelle ausgesendeten Lichts für die Regendetektion nutzbar ist, was die Anordnung effektiver macht. Außerdem besteht ein zweiter Vorteil des Lichtleiters darin, dass der Licht¬ leiter, im Vergleich zu einer Lichtquelle ohne Lichtleiter, einen viel gleichmäßigeren beleuchteten Bereich auf der Windschutzscheibe erzeugen kann. Ein dritter Vorteil der vorlie¬ genden Erfindung besteht darin, dass der Regendetektionsbe- reich auf der Windschutzscheibe oder dem Fenster vergrößerbar ist, da die Austrittsfläche des Lichtleiters, im Vergleich zu der Austrittsfläche der Lichtquelle, vergrößerbar ist.
Der Lichtleiter ist als eine Vorrichtung zum Umleiten und Verengen des Lichtkegels der Lichtquelle aufzufassen. Der Lichtleiter kann zum Beispiel als eine aus klarem Kunststoff geformte Festkörperstruktur ausgeführt sein. Der Lichtleiter kann, mit anderen Worten, eine prismenartige Form umfassen. Die Kopplungsseite des Lichtleiters kann so konfiguriert sein, dass sie optisch an die Lichtquelle gekoppelt ist. Der Begriff "optisch gekoppelt" ist dahingehend aufzufassen, dass ein größerer Teil des Lichtkegels der Lichtquelle zu dem Lichtleiter übertragen und von dem Lichtleiter geleitet wird. Die Austrittsseite des Lichtleiters kann für das Aussenden des umgeleiteten und verengten Lichtkegels konfiguriert sein. Durch das Umleiten des Lichtkegels ist die Richtung der Peak- Intensität des Lichtkegels veränderbar. Der Lichtkegel ist, mit anderen Worten, durch den Lichtleiter neigbar. Das Verengen des Lichtkegels kann beinhalten, dass der Öffnungswinkel des Lichtkegels von dem Lichtleiter reduziert wird.
Die Regendetektionsvorrichtung kann ein unabhängiges System des Fahrzeugs sein. Außerdem kann das Regendetektionssystem auch in einem Fahrerassistenzsystem integriert oder Teil eines Fahrerassistenzsystems des Fahrzeugs sein. So ist zum Beispiel die Kamera durch das Fahrerassistenzsystem für die Aufzeichnung von Fahrerassistenzbildern verwendbar. Somit ist ein bereits vorhandenes Fahrerassistenzsystem, das eine Kame¬ ra hat, um die Regendetektionsfähigkeit erweiterbar. Außerdem kann die Kamera für die Aufzeichnung von Reflexionen des um- geleiteten Lichtkegels an einer Windschutzscheibe oder einem Fenster des Fahrzeugs konfiguriert sein. Die vorliegende Er¬ findung kann somit auch einen Erweiterungsbausatz für ein Fahrerassistenzsystem zur Erweiterung eines bereits vorhande- nen Fahrerassistenzsystems um Regendetektionsfähigkeiten betreffen. Das Fahrzeug kann ein PKW, ein LKW, ein Motorrad oder ein beliebiges anderes Fahrzeug mit einer Windschutz¬ scheibe oder einem Fenster, wo Regendetektionsfähigkeiten relevant sind, sein. Wie bereits erwähnt, kann die Kamera Teil eines Fahrerassistenzsystems sein. Für Fahrerassistenzanwen¬ dungen kann der Brennpunkt der Kamera auf unendlich oder nahe unendlich eingestellt sein. Die Kamera kann im Inneren des Fahrzeugs installiert und/oder auf eine Windschutzscheibe oder ein Fenster des Fahrzeugs gerichtet sein. Die Kamera ist zum Beispiel eine Digitalkamera mit einem CMOS-Chip. Die Lichtquelle kann als Glühlampe oder Lichtemitterdiode ausge¬ führt und durch die Regendetektionsvorrichtung gesteuert sein. Die Regendetektionsvorrichtung, die die Kamera einschließt, kann zum Beispiel in einer Vorrichtung installiert sein, die sich zwischen der Windschutzscheibe und dem Innenspiegel des Fahrzeugs befindet, so dass das Sehfeld des Fah¬ rers nicht eingeschränkt ist.
Zum Beispiel kann ein Regentropfen oder eine andere Form von Niederschlag eine Veränderung der Reflexion des Lichtkegels an der Außenseite der Windschutzscheibe oder des Fensters des Fahrzeugs bewirken. Diese Reflexion wird weiter unten als die zweite Reflexion bezeichnet. Eine Veränderung der zweiten Reflexion kann somit ein Anzeichen für Regen sein. Außerdem kann die Regendetektionsvorrichtung auch eine andere Form von Niederschlag detektieren, was die Vorrichtung effektiver macht . Der Lichtkegel der Lichtquelle ist als Kegel im weiteren Sin¬ ne auffassbar, d.h., der Lichtkegel muss kein exakter Kegel sein, sondern beschreibt lediglich die räumlichen Emissions- charakteristika der Lichtquelle. Der Lichtkegel ist, mit an- deren Worten, als ein Strahlungsmuster der Lichtquelle, das entlang einer Richtung ausgesendet wird, auffassbar. Außerdem kann der Lichtkegel eine Peak-Intensität entlang einer Rich¬ tung haben. Des Weiteren ist der Lichtkegel auch hinsichtlich eines Öffnungswinkels beschreibbar. Der Öffnungswinkel ist zum Beispiel als ein Winkel des Lichtkegels auffassbar, bei dem der Lichtkegel die halbe Intensität bezüglich der Peak- Intensität des Lichtkegels hat. Der Öffnungswinkel kann, mit anderen Worten, einer halben Breite des Lichtkegels entspre¬ chen .
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst der Lichtleiter eine fresnelartige Linse, die an der Kopplungs¬ seite des Lichtleiters angeordnet ist. Mittels der Fresnel- oder fresnelartigen Linse kann die Kopp¬ lungsseite des Lichtleiters den Lichtkegel der Lichtquelle bündeln. Somit ist gewährleistbar, dass ein größerer Anteil des Lichts der Lichtquelle einer Totalreflexion in dem Lichtleiter unterzogen und durch die Austrittsseite des Lichtlei- ters ausgesendet wird. Es ist, mit anderen Worten, möglich, dass der Lichtleiter weniger Licht verliert. Auf diese Weise ist ein größerer Anteil des Lichts der Lichtquelle für die Regendetektion nutzbar, was zu einer empfindlicheren und/oder genaueren Regendetektion führt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Austritts¬ seite des Lichtleiters für die Lichtstreuung konfiguriert. Daher kann der Lichtleiter einen Lichtkegel mit einer kontinuierlichen und homogenen Intensität aussenden. Auf diese Weise ist der Lichtkegel für die Regendetektion verbesserbar. Außerdem ist ein mit höherer Gleichmäßigkeit beleuchteter Be- reich auf der Windschutzscheibe oder dem Fenster des Fahrzeugs realisierbar.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst die zweite Oberfläche der Austrittsseite Mikrostrukturen für die Licht- Streuung.
Mittels der Mikrostrukturen ist ein großer Beleuchtungsbereich auf der zweiten Oberfläche der Austrittsseite des Lichtleiters bewirkbar. Auf diese Weise kann der Lichtleiter einen größeren Bereich auf der Windschutzscheibe oder dem Fenster des Fahrzeugs beleuchten, was zu einem größeren Re- gendetektionsbereich führen kann.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung um- fasst der Lichtleiter eine Reflexionsseite mit einer dritten Oberfläche zum Reflektieren von internen Reflexionen des von der Lichtquelle ausgesendeten Lichtkegels. Außerdem schließen die erste Oberfläche der Kopplungsseite und die dritte Ober¬ fläche der Reflexionsseite einen Winkel ein, dessen Größe zwischen 45 Grad und 75 Grad liegt. Der Winkel beträgt vor¬ zugsweise 60 Grad.
Sowohl die erste Oberfläche als auch die dritte Oberfläche können planare oder fast planare Oberflächen sein. In dieser Ausführungsform können die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche so angeordnet sein, dass sie nicht parallel zuei¬ nander verlaufen. Der von der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche eingeschlossene Winkel ist als der Winkel auffassbar, um den die zweite Oberfläche in Bezug auf die erste Oberfläche geneigt ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die zweite Ober- fläche der Austrittsseite größer als eine lichtemittierende Oberfläche der Lichtquelle.
Die Austrittsseite des Lichtleiters kann, mit anderen Worten, einen größeren Flächeninhalt als die Lichtquelle haben. Auf diese Weise ist, im Vergleich zu Regendetektionsvorrichtungen ohne Lichtleiter, der Regendetektionsbereich auf der Windschutzscheibe oder dem Fenster des Fahrzeugs vergrößerbar.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Lichtquelle eine Lichtemitterdiode.
Die Lichtquelle ist zum Beispiel ein TOPLED-SMD-Bauelement .
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Lichtleiter aus transparentem Kunststoff, Polycarbonat , geformt.
Die Verwendung von Polycarbonat kann vorteilhaft sein, da Polycarbonat in der Automobilbranche erprobt ist und in einem Spritzgießprozess leicht formbar ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel beträgt die Länge des Lichtleiters zwischen 2 cm und 6 cm und seine Breite zwi¬ schen 0,5 cm und 1,5 cm. Vorzugsweise beträgt seine Länge zwischen 3 cm und 4 cm und seine Breite zwischen 0,6 cm und 0,8 cm.
Auf diese Weise ist der Lichtleiter zusammen mit der Regende- tektionsvorrichtung und der Kamera in einer Vorrichtung aus- führbar, die sich hinter dem Innenspiegel des Autos befindet und das Sehfeld des Fahrers nicht einschränkt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel verläuft eine Peak- Intensität des bei Nichtvorhandensein des Lichtleiters von der Lichtquelle ausgesendeten Lichtkegels entlang einer vertikalen Richtung.
Die Lichtquelle kann, mit anderen Worten, für das Aussenden von Licht mit einem Lichtkegel, der eine Peak-Intensität ent¬ lang einer vertikalen Richtung hat, konfiguriert sein. Die vertikale Richtung ist im Zusammenhang mit Fig. 1 erläutert. Somit kann der Lichtleiter so konfiguriert sein, dass er die Peak-Intensität derart neigt, dass von einer vertikalen Rich- tung zu einer geneigten Richtung gewechselt wird. Der Winkel zwischen der vertikalen Richtung und der geneigten Richtung liegt zum Beispiel im Bereich zwischen 40 Grad und 70 Grad.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein Fahrzeug vorgestellt, das eine Windschutzscheibe oder ein Fenster und eine im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung beschriebene Regendetektionsvorrichtung umfasst. Die Lichtquelle, der Lichtleiter und die Kamera sind derart angeordnet und konfi¬ guriert, dass der von dem Lichtleiter ausgesendete Lichtkegel zu einem Bereich der Windschutzscheibe oder des Fensters des Fahrzeugs umgeleitet wird.
Die Kamera kann für die Aufzeichnung der ersten Reflexion und der zweiten Reflexion des umgeleiteten Lichtkegels konfigu- riert sein. Außerdem können die Lichtquelle, der Lichtleiter und die Kamera derart konfiguriert sein, dass die ersten und zweiten Reflexionen voneinander trennbar sind. Es kann zum Beispiel ein Abstand zwischen den ersten und zweiten Reflexionen vorhanden sein, so dass die Kamera zwischen den ersten _
y und zweiten Reflexionen unterscheiden kann. Durch Analyse der ersten und zweiten Reflexionen sind Regen oder andere Formen von Niederschlag von der Regendetektionsvorrichtung detektierbar .
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst die Regende¬ tektionsvorrichtung auch eine Verarbeitungseinheit. Die Lichtquelle, der Lichtleiter und die Kamera sind derart ange¬ ordnet und konfiguriert, dass eine erste Reflexion des Licht- kegels von einer Innenseite der Windschutzscheibe oder des Fensters zu der Kamera reflektiert wird. Außerdem sind die Lichtquelle, der Lichtleiter und die Kamera derart angeordnet und konfiguriert, dass eine zweite Reflexion des Lichtkegels von einer Außenseite der Windschutzscheibe oder des Fensters zu der Kamera reflektiert wird. Die Verarbeitungseinheit ist konfiguriert für das Detektieren von Regen auf der Grundlage einer Veränderung der von der Kamera aufgezeichneten zweiten Reflexion des Lichtkegels. Zum Beispiel kann ein Regentropfen oder eine andere Form von Niederschlag eine Veränderung der Reflexion des Lichtkegels an der Außenseite der Windschutzscheibe oder des Fensters be¬ wirken, d.h., die zweite Reflexion. Eine Veränderung der zweiten Reflexion kann somit ein Anzeichen für Regen sein. Außerdem kann die Regendetektionsvorrichtung auch eine andere Form von Niederschlag detektieren, was die Vorrichtung effektiver macht.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Verarbei- tungseinheit für das Kalibrieren der Regendetektionsvorrichtung auf der Grundlage der ersten Reflexion des Lichtkegels konfiguriert . Die erste Reflexion wird zum Beispiel nicht wesentlich durch das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Regen beein- flusst. Daher ist die erste Reflexion für das Kalibrieren des Regendetektionssystems verwendbar .
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst die Regende- tektionsvorrichtung auch ein Gehäuse und eine in dem Gehäuse angeordnete Leiterplatte. Die Lichtquelle ist auf der Leiter¬ platte der Regendetektionsvorrichtung angeordnet und der Lichtleiter ist in einer Öffnung des Gehäuses eingebettet.
Auf diese Weise ist es möglich, eine kompakte Regendetekti¬ onsvorrichtung bereitzustellen. Außerdem können die Öffnung in dem Gehäuse und der Lichtleiter so angeordnet sein, dass Licht nur durch den Lichtleiter ausgesendet wird. Auf diese Weise wird kein Streulicht erzeugt. Außerdem kann das Gehäuse die Leiterplatte und/oder die Lichtquelle vor Staub und Feuchtigkeit schützen und die elektromagnetische Verträglich¬ keit (EMV) verbessern.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Kamera Teil eines Fahrerassistenzsystems des Fahrzeugs. Außerdem ist die Kamera auch für die Aufzeichnung eines Fahrerassistenzbildes konfiguriert. Zusätzlich sind die Lichtquelle, der Lichtlei- ter und die Kamera derart konfiguriert, dass Reflexionen des Lichtkegels an der Windschutzscheibe oder dem Fenster und das Fahrerassistenzbild sich nicht überlappen.
Dies ist dahingehend aufzufassen, dass die Reflexionen des Lichtkegels an der Windschutzscheibe und die Fahrerassistenz¬ funktionalität sich zeitlich nicht überlappen. Die Regende- tektionsfunktionalität und die Fahrerassistenzfunktionalität der Kamera sind, mit anderen Worten, in unterschiedlichen Zeitrahmen ausführbar. Dies ist durch eine derartige Zeit- Steuerung der Kamera und der Lichtquelle erreichbar, dass Rahmen, in denen die Lichtquelle eingeschaltet ist und die Regendetektion aktiv ist, nicht mit Rahmen zusammenfallen, in denen die Fahrerassistenzfunktion ausgeführt wird. Auf diese Weise ist die Kamera für die Fahrerassistenz und für die Re¬ gendetektion verwendbar. Zur Erzeugung von Fahrerassistenzbildern kann der Brennpunkt der Kamera auf unendlich oder nahe unendlich eingestellt sein. Hierdurch sind Fahrerassis¬ tenzbilder als Bilder auffassbar, die zur Erzeugung von Fah- rerassistenzdaten verwendet oder verarbeitet werden.
Außerdem wird ein Verfahren zur Regendetektion für ein Fahrzeug vorgestellt. Das Verfahren umfasst die Schritte des Aus¬ sendens eines Lichtkegels durch eine Lichtquelle im Inneren des Fahrzeugs und des Umleitens des Lichtkegels zu einem Be¬ reich einer Windschutzscheibe oder eines Fensters des Fahr¬ zeugs durch einen Lichtleiter und des Verengens des Lichtke¬ gels durch den Lichtleiter. Zusätzlich schließt das Verfahren den Schritt des Aufzeichnens eines Bildes des Bereichs der Windschutzscheibe oder des Fensters mit einer Kamera für die Regendetektion ein.
Dieses Verfahren ist zum Beispiel durch eine im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung beschriebene Regendetektions- Vorrichtung ausführbar. Merkmale und Vorteile, die in Bezug auf die Regendetektionsvorrichtung und/oder das Fahrzeug beschrieben sind, können auch auf das Verfahren zutreffen. Die Schritte des Verfahrens sind in der dargestellten Reihenfolge ausführbar. Außerdem sind die Schritte des Verfahrens in ei- ner anderen Reihenfolge oder parallel zueinander ausführbar.
Ein wesentlicher Punkt der Erfindung ist somit darin zu sehen, dass der Lichtleiter die Aussenderichtung der Lichtquelle so ändert, dass von einer nach oben verlaufenden Richtung zu einer geneigten Richtung mit einem schmaleren Kegel gewechselt wird. Außerdem ist gewährleistbar, dass ein größerer Anteil des von der Lichtquelle ausgesendeten Lichts für die Regendetektion nutzbar ist, was die Anordnung effektiver macht. Weiterhin ist, im Vergleich zu Lichtquellen ohne Lichtleiter, ein mit viel höherer Gleichmäßigkeit beleuchte¬ ter Bereich auf der Windschutzscheibe oder dem Fenster von dem Lichtleiter erzeugbar. Zusätzlich ist der Regendetekti- onsbereich auf der Windschutzscheibe oder dem Fenster vergrößerbar, da die Austrittsfläche des Lichtleiters im Ver¬ gleich zu der Austrittsfläche der Lichtquelle vergrößert ist.
Ein Fachmann wird aus der obigen und der folgenden Beschreibung schließen, dass, sofern nicht anders angegeben, zusätz- lieh zu einer beliebigen Kombination von Merkmalen, die zu einer Gegenstandsart gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen, die unterschiedliche Gegenstandsarten betreffen, als mit dieser Anmeldung offenbart zu betrachten ist. Die oben beschriebenen Aspekte sowie weitere Aspekte, Merkma¬ le und Vorteile der Erfindung sind auch den Ausführungsbei¬ spielen zu entnehmen, die im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben sind. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 zeigt eine Regendetektionsvorrichtung ohne Lichtleiter gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 2 zeigt eine Regendetektionsvorrichtung gemäß einem Aus- führungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 3 zeigt einen Lichtleiter gemäß einem Ausführungsbei¬ spiel der Erfindung.
Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht eines Lichtleiters gemäß ei¬ nem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Fig. 5 zeigt eine auf der Kopplungsseite eines Lichtleiters vorgesehene fresnelartige Struktur gemäß einem Ausführungs¬ beispiel der Erfindung.
Fig. 6A und Fig. 6B zeigen unterschiedliche Ansichten eines Lichtleiters gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Fig. 7 zeigt ein Fahrzeug mit einer Regendetektionsvorrich- tung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 8 zeigt ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Es ist zu beachten, dass die Figuren schematisch und nicht maßstabgerecht gezeichnet sind. Keines der Bezugszeichen in den Ansprüchen ist als den Schutzbereich der Ansprüche beschränkend aufzufassen.
Ausführliche Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Fig. 1 zeigt eine Regendetektionsvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ohne Lichtleiter, um die Wirkung des Lichtleiters der vorliegenden Erfindung zu erläutern und zu zeigen. Die Regendetektionsvorrichtung 100 kann in einem Fahrzeug installiert sein und kann Teil eines Fah¬ rerassistenzsystems des Fahrzeugs sein. Die Regendetektionsvorrichtung 100 umfasst eine Kamera 101 und eine Lichtquelle 102 und ist ohne Lichtleiter darge¬ stellt. Die Kamera 101 ist eine nach vorn gerichtete Kamera, die in einem Fahrzeug installiert und auf eine Windschutz¬ scheibe 106 des Fahrzeugs gerichtet ist. Die Lichtquelle 102 und die Kamera 101 sind mit einer Leiterplatte 113 der Regen¬ detektionsvorrichtung 100 verbunden. Außerdem ist die Leiterplatte 113 in einem Gehäuse 114 zum Schutz vor Staub und Feuchtigkeit und zur Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit integriert. Das Gehäuse 114 hat eine Öffnung 115. Die Lichtquelle ist für das Aussenden des Lichtkegels 103 durch die Öffnung 115 konfiguriert. Außerdem ist eine Verarbeitungseinheit 116 zur Regendetektion mit der Leiterplatte verbunden.
Die Lichtquelle 102 ist für das Aussenden eines Lichtkegels 103 konfiguriert, der eine Peak-Intensität entlang einer ver¬ tikalen Richtung 105 und einen Öffnungswinkel 104 hat. Die Windschutzscheibe 106 wird zum Beispiel mit der Lichtquelle 102 mit einem Emissionsmuster und mit einem Lichtkegel 103 mit einer halben Breite von 60 Grad beleuchtet, wobei die halbe Breite dem Öffnungswinkel 104 des Lichtkegels ent¬ spricht. Es ist zu beachten, dass für die Beschreibung der vorliegenden Erfindung der Lichtkegel 103 der Lichtkegel ist, der bei Nichtvorhandensein eines Lichtleiters erzeugt wird. Ein Anteil 109 des Lichts wird für die Regendetektion verwendet. Bei Nichtvorhandensein des Lichtleiters ist der Anteil 109 nicht gleich der Peak-Intensität 105 des Lichtkegels 103. Der Anteil 109 des Lichts wird an der Innenfläche 107 und der Außenfläche 108 der Windschutzscheibe 106 des Fahrzeugs re¬ flektiert. Auf diese Weise werden eine erste Reflexion 110 und eine zweite Reflexion 111 des Lichtkegels 103 erzeugt. Außerdem wird eine Durchlasskomponente 112 des Lichtkegels 103 durch die Windschutzscheibe 106 durchgelassen. Die Kamera 101 ist für das Detektieren der ersten und zweiten Reflexionen 110 und 111 konfiguriert. Die Kamera 101 ist für das Re¬ gistrieren der Reflexionen 110 und 111 des Lichtkegels 103 auf dem richtigen Teil der Bildfläche der Kamera 101 konfigu¬ riert. Dieser Teil wird für die Regendetektion verwendet. Re- gentropfen auf der Windschutzscheibe 106 erzeugen Veränderungen der äußeren zweiten Reflexion 111, was durch die Kamera 101 und/oder die Verarbeitungseinheit 116 detektiert wird. Die Kamera 101 und/oder die Verarbeitungseinheit 116 können voraussetzen, dass die innere erste Reflexion 110 im Wesent- liehen konstant ist und können die erste Reflexion 110 für die Kalibrierung der Regendetektionsvorrichtung 100 oder als Referenz für die Berechnung der Veränderung der zweiten Reflexion 111 verwenden.
Fig. 2 zeigt eine Regendetektionsvorrichtung 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Regendetektionsvorrichtung 200 von Fig. 2 entspricht zum Beispiel der Regendetektionsvorrichtung 100 von Fig. 1, wobei zusätzlich ein Lichtleiter 201 vorhan- den ist. Wie die Regendetektionsvorrichtung 100 von Fig. 1 umfasst die Regendetektionsvorrichtung 200 von Fig. 2 eine Kamera 101, eine Lichtquelle 102 und eine Verarbeitungsein¬ heit 116, die mit einer Leiterplatte 113 verbunden ist, die in einem Gehäuse 114, das eine Öffnung 115 hat, integriert ist. Die Kamera 101 ist in einem Fahrzeug installiert und auf die Windschutzscheibe 106, die eine Innenseite 107 und eine Außenseite 108 hat, gerichtet.
Im Gegensatz zu der Regendetektionsvorrichtung 100 von Fig. 1 ist ein Lichtleiter 201 zumindest teilweise in die Öffnung 115 des Gehäuses eingebettet. Außerdem ist der Lichtleiter 201 optisch an die Lichtquelle 102 gekoppelt, d.h., der Lichtkegel der Lichtquelle wird durch den Lichtleiter 201 ge¬ leitet. Auf diese Weise wird der Lichtkegel der Lichtquelle von dem Lichtleiter 201 umgeleitet und verengt. Der Lichtlei¬ ter 201 kann auch anderen Formen haben, wie z.B. die in Fig. 4 gezeigte Form. Es ist ersichtlich, dass der Lichtkegel 202 von Fig. 2 gegenüber dem Lichtkegel 103 von Fig. 1 geneigt und verengt ist. Der Winkel 203 ist, mit anderen Worten, kleiner als der Winkel 104. Außerdem ist die Peak-Intensität 204 des Lichtkegels 202 in einer Linie mit dem Anteil 109 des Lichtkegels 202, der an der Windschutzscheibe zur Regendetek- tion reflektiert wird. Auf diese Weise wird ein größerer Teil des Lichtkegels zu einem Regendetektionsbereich auf der Wind- schutzscheibe geleitet. Der richtige Winkel für den umgelei¬ teten Lichtkegel 202 kann von dem relativen Winkel zwischen der Windschutzscheibe 106 und der Kamera 101 abhängen. Dem¬ entsprechend werden erste und zweite Reflexionen 110 und 111 sowie eine Durchlasskomponente 112 erzeugt.
Fig. 3 zeigt eine isometrische Zeichnung eines Lichtleiters 201 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Es ist ersichtlich, dass der Lichtleiter 201 eine Festkörperstruktur mit einer prismenartigen Form ist. Der Lichtleiter 201 umfasst eine Kopplungsseite 302 zum Koppeln an eine Lichtquelle und eine Austrittsseite 303 zum Aussenden des umgeleiteten Lichtke¬ gels. Die Kopplungsseite 302 umfasst eine erste Oberfläche 304 und die Austrittsseite 303 umfasst eine zweite Oberfläche 305, wobei die ersten und zweiten Oberflächen 304 und 305 in Bezug aufeinander geneigt sind. Die Länge 306 des Lichtlei¬ ters beträgt zwischen 3 cm und 4 cm und die Breite 307 des Lichtleiters beträgt ungefähr 0,7 cm. Die Kopplungsseite 302 kann eine Struktur zum effektiveren Koppeln des Lichts der Lichtquelle, zum Beispiel eine Fresnel-Linse, umfassen. Die zweite Oberfläche 305 der Austrittsseite 303 kann eine Struk¬ tur zum Streuen des umgeleiteten Lichtkegels und zum Erzeugen eines Lichtkegels mit einer kontinuierlichen und homogenen Intensität, zum Beispiel Mikrostrukturen 310, umfassen. Das ergibt einen großen Beleuchtungsbereich auf der Lichtleiter- Austrittsfläche. Daher kann der Lichtleiter einen großen Bereich auf der Windschutzscheibe oder dem Fenster des Fahrzeugs beleuchten, was zu einem größeren Regendetektionsbe- reich führt. Die Figuren 5, 6A und 6B zeigen spezielle Struk- turen auf der Kopplungsseite 302.
Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht eines Lichtleiters 201 und einer Lichtquelle 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Er¬ findung. Die Lichtquelle 102 ist als SMD-LED mit einem fla- chen Lichtaussendebereich realisiert. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel umfasst der Lichtleiter 201 eine Kopplungsseite 401 und eine Austrittsseite 402, die so angeordnet sind, dass sie senkrecht zueinander verlaufen. Außerdem umfasst der Lichtleiter 201 eine Reflexionsseite 403, die in einem Winkel von ungefähr 60 Grad zur Kopplungsseite 401 verläuft. Die Lichtquelle 102 befindet sich unterhalb der Kopplungsseite 401 des Lichtleiters 201 und ist optisch an den Lichtleiter 201 gekoppelt. Es wird ferner gezeigt, dass zwei unterschied- liehe Lichtstrahlen 404 und 405 des Lichtkegels von der Lichtquelle 102 ausgesendet werden. Der Lichtstrahl 404 wird in dem Lichtleiter 201 geleitet und aufgrund des kleinen Streuwinkels zur Kopplungsseite 403 einer Totalreflexion in dem Lichtleiter 201 unterzogen. Anschließend wird die interne Reflexion des Lichtstrahls 404 durch die Austrittsseite 402 ausgesendet, was den Lichtstrahl 406 ergibt. Der Lichtstrahl 405 wird an der Oberfläche der Austrittsseite 402 und an der Oberfläche der Reflexionsseite 403 zwei aufeinander folgenden Totalreflexionen unterzogen, bevor er durch die Austrittssei- te 402 ausgesendet wird, was den Lichtstrahl 407 ergibt.
Fig. 5 zeigt einen Teil einer auf der Kopplungsseite des Lichtleiters angeordneten fresnelartigen Linsenstruktur 501 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Eine Seitenan- sieht zeigt die Abmessungen und Winkel für eine Anzahl von V- förmigen Rillenstrukturen, die entlang der Seite der Kopplungsfläche vorgesehen sind. Diese V-förmigen Rillenstruktu¬ ren stellen die Funktionalität des Aufweitens des Licht¬ strahls in zufällige Richtungen bereit, was zu einer Streuung des von der Lichtquelle ausgesendeten Lichts führt. Dies ver¬ hindert das Auftreten einer überhitzten Stelle an der Austrittsseite des Lichtleiters. Der Winkel der V-förmigen Ril¬ lenstruktur beträgt beispielsweise 105 Grad und der Abstand zwischen zwei benachbarten V-förmigen Rillenstrukturen beträgt zum Beispiel 0,3 mm.
Fig. 6A zeigt eine Vorderansicht eines Lichtleiters 201 mit Lichtquellen 102, 601 und 602 und Fig. 6B zeigt eine Seitenansicht gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Lichtleiter 201 umfasst eine Kopplungsseite 302 und eine Aus¬ trittsseite 303 mit einer geneigten Oberfläche, wie aus der Seitenansicht in Fig. 6B ersichtlich ist. Der Lichtleiter 201 umfasst kugelförmige Hohlräume 603, 604 und 605, die sich über den Lichtquellen 102, 601 und 602 befinden, um zu dem Lichtausgang der Lichtquellen 102, 601 und 602 zu passen, die sich in diesem Fall in einem kuppeiförmigen Linsengehäuse befinden. Auf diese Weise wird ein größerer Teil des von den Lichtquellen 102, 601 und 602 ausgesendeten Lichts in den Lichtleiter 201 übertragen.
Fig. 7 zeigt ein Fahrzeug 700 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer Windschutzscheibe 106 und einer Re- gendetektionsvorrichtung 200, die sich zum Beispiel zwischen der Windschutzscheibe 106 und dem Innenspiegel 701 des Fahr¬ zeugs befindet. Die Regendetektionsvorrichtung schließt die im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung beschriebenen Merkmale ein.
Fig. 8 zeigt ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Verfahren umfasst den Schritt Sl des Aussendens eines Lichtkegels durch eine Licht¬ quelle im Inneren des Fahrzeugs. Außerdem wird der Schritt S2 des Umleitens des Lichtkegels zu einem Bereich einer Wind¬ schutzscheibe oder eines Fensters des Fahrzeugs durch einen Lichtleiter ausgeführt. Außerdem sind der Schritt S3, der das Verengen des Lichtkegels durch den Lichtleiter umfasst, und der Schritt S4, der das Aufzeichnen eines Bildes des Bereichs der Windschutzscheibe oder des Fensters mit einer Kamera für die Regendetektion umfasst, in dem Verfahren eingeschlossen.
In den Ansprüchen schließt das Wort "umfassend" andere Ele- mente oder Schritte nicht aus und der unbestimmte Artikel "ein/eine/eines/einem/einen/einer" schließt eine Mehrzahl nicht aus. Es ist zu beachten, dass Merkmale, die unter Be¬ zugnahme auf ein Ausführungsbeispiel beschrieben sind, auch mit anderen Merkmalen anderer Ausführungsbeispiele kombinier- bar sind. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Maßnahmen in sich voneinander unterscheidenden abhängigen Ansprüchen und/oder Ausführungsbeispielen angeführt sind, ist kein Hinweis darauf, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht vorteilhaft verwendbar ist. Die Bezugszeichen in den Ansprü- chen sollen den Schutzbereich der Ansprüche nicht beschränken .

Claims

Ansprüche
1. Regendetektionsvorrichtung (200) für ein Fahrzeug (700), wobei die Regendetektionsvorrichtung umfasst:
eine Kamera (101),
eine Lichtquelle (102) zum Aussenden eines Lichtkegels für die Regendetektion,
einen Lichtleiter (201) mit einer Kopplungsseite (302) mit einer ersten Oberfläche (304) und einer Austrittsseite (303) mit einer zweiten Oberfläche (305) ,
wobei die Kopplungsseite (302) des Lichtleiters optisch an die Lichtquelle (102) gekoppelt ist und
wobei der Lichtleiter (201) für das Umleiten und für das Verengen des Lichtkegels der Lichtquelle konfiguriert ist.
2. Regendetektionsvorrichtung (200) nach Anspruch 1,
wobei der Lichtleiter (201) eine fresnelartige Linse
(500) umfasst, die an der Kopplungsseite (302) des Lichtlei¬ ters angeordnet ist.
3. Regendetektionsvorrichtung (200) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Austrittsseite (303) des Lichtleiters (201) für die Lichtstreuung konfiguriert ist.
4. Regendetektionsvorrichtung nach Anspruch 3,
wobei die zweite Oberfläche (305) der Austrittsseite (303) Mikrostrukturen (310) für die Lichtstreuung umfasst.
5. Regendetektionsvorrichtung (200) nach einem der vorange- henden Ansprüche, wobei der Lichtleiter (201) ferner umfasst: eine Reflexionsseite (403) mit einer dritten Oberfläche zum Reflektieren von internen Reflexionen des von der Lichtquelle (102) ausgesendeten Lichtkegels,
wobei die erste Oberfläche (304) der Kopplungsseite (302) und die dritte Oberfläche der Reflexionsseite (403) ei¬ nen Winkel einschließen, dessen Größe zwischen 45 Grad und 75 Grad liegt, wobei der Winkel vorzugsweise 60 Grad beträgt.
6. Regendetektionsvorrichtung (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei die zweite Oberfläche (305) der Austrittsseite größer als eine lichtemittierende Oberfläche der Lichtquelle (102) ist.
7. Regendetektionsvorrichtung (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Lichtleiter (201) aus transparentem Kunststoff, vorzugsweise aus Polycarbonat , geformt ist. 8. Regendetektionsvorrichtung (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Länge (306) des Lichtleiters (201) zwischen 2 cm und 6 cm und seine Breite (307) zwischen 0,5 cm und 1,5 cm beträgt, wobei vorzugsweise seine Länge zwischen 3 cm und 4 cm und seine Breite zwischen 0,6 cm und 0,
8 cm beträgt.
9. Regendetektionsvorrichtung (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Peak-Intensität des bei Nicht¬ vorhandensein des Lichtleiters (201) von der Lichtquelle (102) ausgesendeten Lichtkegels (103) entlang einer vertikalen Richtung (105) verläuft.
10. Fahrzeug (700), umfassend:
eine Windschutzscheibe oder ein Fenster (106),
eine Regendetektionsvorrichtung (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei die Lichtquelle (102), der Lichtleiter (201) und die Kamera (101) derart angeordnet und konfiguriert sind, dass der von der Lichtquelle ausgesendete Lichtkegel (202) von dem Lichtleiter verengt und zu einem Bereich der Windschutzscheibe oder des Fensters (106) des Fahrzeugs umgelei¬ tet wird.
11. Fahrzeug (700) nach Anspruch 10, wobei die Regendetekti- onsvorrichtung ferner eine Verarbeitungseinheit (116) um- fasst ,
wobei die Lichtquelle (102), der Lichtleiter (201) und die Kamera (101) derart angeordnet und konfiguriert sind, dass eine erste Reflexion (110) des Lichtkegels von einer In¬ nenseite (107) der Windschutzscheibe oder des Fensters zu der Kamera reflektiert wird, und
wobei die Lichtquelle (102), der Lichtleiter (201) und die Kamera (101) derart angeordnet und konfiguriert sind, dass eine zweite Reflexion (111) des Lichtkegels von einer Außenseite (108) der Windschutzscheibe oder des Fensters zu der Kamera reflektiert wird, und
wobei die Verarbeitungseinheit konfiguriert ist für das Detektieren von Regen auf der Grundlage einer Veränderung der von der Kamera (101) aufgezeichneten zweiten Reflexion (111) des Lichtkegels (202) .
12. Fahrzeug (700) nach Anspruch 11, wobei die Verarbei¬ tungseinheit für das Kalibrieren der Regendetektionsvorrich- tung auf der Grundlage der ersten Reflexion (110) des Licht¬ kegels (202) konfiguriert ist.
13. Fahrzeug (700) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Regendetektionsvorrichtung (200) ferner umfasst:
ein Gehäuse (114),
eine in dem Gehäuse (114) angeordnete Leiterplatte
(113) ,
wobei die Lichtquelle (102) auf der Leiterplatte der Re¬ gendetektionsvorrichtung angeordnet ist und wobei der Lichtleiter (201) in einer Öffnung (115) des Gehäuses eingebettet ist.
14. Fahrzeug (700) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Kamera (101) Teil eines Fahrerassistenzsystems des Fahr¬ zeugs ist,
wobei die Kamera (101) ferner für die Aufzeichnung eines Fahrerassistenzbildes konfiguriert ist und
wobei die Lichtquelle (102), der Lichtleiter (201) und die Kamera (101) derart konfiguriert sind, dass Reflexionen des Lichtkegels (202) an der Windschutzscheibe oder dem Fens¬ ter (106) und das Fahrerassistenzbild sich nicht überlappen.
15. Verfahren zur Regendetektion für ein Fahrzeug, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
Aussenden eines Lichtkegels durch eine Lichtquelle im Inneren des Fahrzeugs (Sl),
Umleiten des Lichtkegels zu einem Bereich einer Windschutzscheibe oder eines Fensters des Fahrzeugs durch einen Lichtleiter (S2),
Verengen des Lichtkegels durch den Lichtleiter (S3) und
Aufzeichnen eines Bildes des Bereichs der Windschutzscheibe oder des Fensters mit einer Kamera für die Regende¬ tektion (S4) .
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