DE19700665C5

DE19700665C5 - Sensor zum Detektieren von Fremdmaterial und Scheibenwischsystem mit Sensor zum Detektieren von Fremdmaterial, insbesondere Regentropfen

Info

Publication number: DE19700665C5
Application number: DE19700665A
Authority: DE
Inventors: Hitoshi Iwata
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 1996-01-11
Filing date: 1997-01-10
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2017-01-11
Also published as: JPH09189533A; DE19700665A1; DE19700665C2

Abstract

Sensor zum Nachweis von Fremdmaterial auf einer durchsichtigen Wand (17), wobei der Sensor eine Kameraeinrichtung (21), die durch diese Wand (17) ein Bild eines in einer von dieser beabstandeten Position auf der der Kameraeinrichtung (21) gegenüberliegenden Seite der Wand (17) angeordneten Objekts (15) aufnimmt, und eine an die Kameraeinrichtung (21) angeschlossene Detektionseinrichtung (23) aufweist, die das Bild des Objekts (15) von der Kameraeinrichtung (21) empfängt und einen Speicher (27) enthält, der ein Grundbild des Objekts (15) für den Fall, daß die Wand (17) frei von Fremdmaterial ist, speichert, wobei die Detektionseinrichtung (23) das in dem Speicher (27) abgespeicherte Grundbild mit dem Bild des Objekts (15), das durch die Kameraeinrichtung (21) erzeugt wird, vergleicht, um das Vorhandensein von Fremdmaterial auf dieser Wand (17) festzustellen, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Objekt (15) um ein nicht selbstleuchtendes Objekt handelt, das ein lichtemittierendes Element (16) aufweist, welches das Licht in das Objekt...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Sensoren zum Detektieren von Fremdmaterial, wie beispielsweise auf eine Windschutzscheibe eines Fahrzeugs fallende Regentropfen, und ein Fremdmaterial erfassendes Windschutzscheiben-Wischsystem.
Wenn Regentropfen auf die Frontscheibe eines Fahrzeugs fallen, bedient ein Fahrer üblicherweise die Scheibenwischer per Hand, um die Regentropfen in Übereinstimmung mir der Wagengeschwindigkeit und mit der Menge des fallenden Regens zu beseitigen. Um derartige Handbedienungen überflüssig zu machen, wurden Einrichtungen zur Erfassung des Vorliegens von Regentropfen vorgeschlagen. Regentropfen erfassende Scheibenwischer sind mit Regentropfensensoren, die die Menge an Regen detektieren, versehen. Das Zeitintervall zwischen den Wischzyklen der Scheibenwischer wird dabei in Übereinstimmung mit der Regenmenge eingestellt.
Bisher wurden ein Kapazitätssensor, ein Vibrationssensor und ein Fotosensor neben anderen Sensoren zum Bestimmen der Menge an Regentropfen eingesetzt. Die Kapazitäts- und Vibrationssensoren detektieren diejenige Menge an Regentropfen, die in einem vorbestimmten Bereich der Windschutzscheibe auftreffen und geben der Menge an Regentropfen entsprechende Nachweissignale ab. Der Fotosensor erfaßt Änderungen der Lichtstrahlung, die durch ein vorbestimmtes Gebiet der Windschutzscheibe fällt. Derartige Änderungen werden von Fremdmaterial, wie auf die Windschutzscheibe fallenden und Lichtstrahlung absorbierenden Regen, verursacht. Jedoch ist das Gebiet der Windschutzscheibe, das mit dem Kapazitäts-, Vibrations- oder Fotosensor abgedeckt wird, nicht dasjenige Gebiet, das primär vom Fahrer verwendet wird. Deswegen kann der Fahrer möglicherweise die gewünschte Scheibenwischerbewegung nicht erreichen.
Weiter können derartige Regentropfen erfassende Wischeranlagen nicht genau bestimmen, ob das Fremdmaterial auf der Windschutzscheibe wirklich aus Regentropfen besteht. Ferner sind derartige Scheibenwischeranlagen für die genaue Bestimmung der Menge an Regentropfen ungeeignet. Daraus ergeben sich für eine automatische Kontrolle der Scheibenwischerbewegung, die so gut wie die manuelle Steuerung des Fahren ist, Schwierigkeiten.
In der DE 4417 385 A1 wird vorgeschlagen, mit Hilfe einer CCD-Kamera Regentropfen auf der Wmdschutzscheibe aufzunehmen und mit Hilfe einer Musterkennung zu entscheiden, ob aufgrund der Regenmenge ein Einschalten des Scheibenwischers erforderlich ist. Die Einschaltung des Scheibenwischers erfolgt dann automatisch.
Der Aufbau gemäß einer anderen Druckschrift US 4,476,419 verwendet einfache Fotosensoren und außerhalb des Fahrerraums gelegen Fotodioden, die mit einer Kollimierungsoptik auf die Fotosensoren gerichtet sind. Mit diesen läßt sich eine etwas grobe Ortsauflösung auf der Windschutzscheibe erkennen und mit Hilfe einer Mustererkennung zu entscheiden, ob eine Scheibenwischerbetätigung automatisch eingeleitet werden soll.
Aus der JP 59-199347 A (Patent Abstracts of Japan, Vol. 9, No. 67 (M-366) ) ist eine Scheibenwischersteuervorrichtung bekannt, bei der ein Scheibenwischer bei einem Fahrzeug automatisch dann eingeschaltet wird, wenn eine Detektionsvorrichtung erkennt, daß die Scheibe verschmutzt ist. Dabei detektiert eine im Wageninneren angeordnete Kamera durch die Windschutzscheibe des Fahrzeuges hindurch bei Tag ein Bild der Motorhaube oder einer (nicht eingeschalteten) Infrarotlampe, wobei ein Mikrocomputer das von der Kamera aufgenommene Bild verarbeitet und . auswertet. Anhand dieses Bildes wird durch Vergleich mit einem Bild bei unverschmutzter Windschutzscheibe festgestellt, ob die Windschutzscheibe verschmutzt ist. Ist dies der Fall, wird der Scheibenwischer ausgelöst. In diesem Modus arbeitet das bekannte System bei Tag. Bei Nacht wird die Infrarotlampe eingeschaltet und das Bild der eingeschalteten Infrarotlampe durch die Kamera aufgenommen und aus dem aufgenommenen Bild eine Helligkeitszahl errechnet. Da die Helligkeit des Bildes durch Verunreinigungen oder Regentropfen auf der Windschutzscheibe verändert wird, wird die errechnete Helligkeit mit einem Grenzwert verglichen, um zu bestimmen, ob die Scheibe verschmutzt ist oder nicht. Bei verschmutzter Scheibe wird der Scheibenwischer betätigt. Dieses bekannte System ist kompliziert und umständlich und aufwendig in seiner Ausführung.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen anderen Sensor zum Detektieren von Fremdmaterial und ein verbessertes Scheibenwischsystem bereitzustellen.
Die Aufgabe wird von einem Sensor gemäß einem System und einer Vorrichtung nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß delektiert der Sensor Fremdmaterial auf einer transparenten Wand. Der Sensor weist eine Kameraeinrichtung zum Erfassen eines Bildes durch diese Wand eines von dieser Wand beabstandeten, nicht selbstleuchtenden Objektes, das ein Lichtemittierendes Element aufweist, welches Licht in das Objekt einspeist, Objektes sowie eine mit der Kameraeinrichtung in Verbindung stehende Detektionseinrichtung auf. Die Detektionseinrichtung empfängt das Bild des Objekts von der Kameraeinrichtung und verwendet es zur Beurteilung, ob Fremdmaterial auf der Wand vorhanden ist.
Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausbildung delektiert das System Fremdmaterial auf einer Windschutzscheibe und treibt einen Scheibenwischer an. Das System weist insbesondere einen Sensor mir einer Kameraeinrichtung und einer Detektionseinrichtung sowie eine Antriebsvorrichtung auf.
Die Kameraeinrichtung erfaßt durch die Windschutzscheibe ein nicht selbstleuchtendes Objekt, das beabstandet von der Windschutzscheibe angeordnet ist, und erzeugt ein Bild dieses Objektes. Die Detektionseinrichtung ist an der Kamera angeschlossen, empfängt das Bild von der Kameraeinrichtung und beurteilt aufgrund von diesem, ob Fremdmaterial auf der Windschutzscheibe vorhanden ist. Die Antriebsvorrichtung treibt die Scheibenwischer an, wenn sich aufgrund der Beurteilung des Sensors ergibt, daß sich Fremdmaterial auf der Windschutzscheibe befindet.
Die vorliegende Erfindung kann in vielfacher Weise, sowohl als Vorrichtung als auch als Verfahren, verwirklicht werden. Andere Weiterbildungen und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der begleitenden Zeichnung verdeutlicht, die beispielhaft die Prinzipien der Erfindung darstellt. Die Merkmale der Erfindung sind im wesentlichen den beigefügten Ansprüchen entnehmbar. Die Erfindung zusammen mit ihren Eigenschaften und Vorteilen kann aber bezugnehmend auf die folgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels zusammen mit der Zeichnung am besten verstanden werden.
Es zeigen:
1 eine Schemazeichnung eines erfindungsgemäßen Regentropfensensors, der in einem Fahrzeug installiert ist;
2A eine Schemazeichnung einer CCD-Kamera, die in dem Regentropfensensor gemäß 1 vorgesehen ist;
2B einen Lichtleiter, der auf der Motorhaube eines Fahrzeugs befestigt ist;
3 ein elektrisches Blockdiagramm, das ein Scheibenwischsystem für eine Windschutzscheibe zum Erfassen von Regentropfen schematisch darstellt;
4A eine Zeichnung eines Grundbildmusters des Lichtleiters;
4B ein aktuelles Bildmuster des Lichtleiters;
5A eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts des Grundbildmusters von 4A;
5B eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts des aktuellen Bildmusters von 4B und
6 eine Zeichnung eines vorbestimmten Bereichs der Windschutzscheibe, durch den die CCD-Kamera eines Regentropfensensors ein Bild aufnimmt.
Ein Regentropfensensor und ein Fremdmaterial erfassendes Scheibenwischsystem wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Wie in 1 dargestellt ist, ist ein Regentropfensensor 13 in der Fahrgastzelle 11a eines Fahrzeugs 11 angeordnet und an einem Rückspiegel 12 befestigt. Ein als Objekt dienender Lichtleiter 15 ist auf der Motorhaube 14 des Fahrzeugs 11 angeordnet. Vorzugsweise befindet sich der Lichtleiter 15 zentral und nahe dem vorderen Ende der Motorhaube 14. Allerdings muß der Regentropfensensor 13 nicht unbedingt am Spiegel 12 angeordnet werden und kann auch an anderen Orten, wie beispielsweise auf dem Armaturenbrett, installiert sein. Vorzugsweise ist der Regentropfensensor 13 jedoch so positioniert, daß er einen Bereich innerhalb des Wischbereichs eines Scheibenwischers 18 erfaßt.
Wie in 2A und 2B dargestellt ist, enthält der Lichtleiter 15 ein aus Acrylharz bestehendes Lichtleitteil 15A und einen Ständer 15B, der das Lichtleitteil 15A trägt. Das Lichtleitteil 15A enthält einen kreisförmigen äußeren Bereich und einen inneren Bereich, der x-förmig ausgeschnitten ist. Ferner ist das Lichtleitteil 15A mit seiner flachen Oberfläche der Windschutzscheibe 17 des Fahrzeugs 11 zugewandt. Eine infrarote Leuchtdiode (LED 16) ist dabei im Zentrum des inneren Bereichs des Lichtleitteils 15A eingebettet. Eine Lumineszenz der infraroten LED 16 führt zum Abstrahlen infraroter Lichtstrahlen von dem gesamten Lichtleitteil 15A gegen die Windschutzscheibe 17. In dieser Struktur kann auch mehr als eine infrarote LED 16 eingesetzt werden. Weiter kann auch eine LED mit sichtbarem Licht anstelle der infraroten LED 16 verwendet werden. Falls jedoch eine LED mir sichtbarem Licht verwendet wird, sollte vorzugsweise ein Filter vor der später beschriebenen CCD-Kamera 21 angeordnet werden, um Störlicht auszuschalten.
Wenn infrarote Strahlen von dem Lichtleiter 15 emittiert werden, empfängt der Regentropfensensor 13 infrarote Strahlung, die durch ein vorbestimmtes Gebiet F (6) der Windschutzscheibe 17 dringt und in die Fahrgastzelle 11A einfällt. Der Regentropfensensor 13 erzeugt dann Bilddaten vom Lichtleiter und beurteilt, ob Regentropfen auf der Windschutzscheibe vorhanden sind. Der Regentropfensensor 13 delektiert auch die Regentropfenmenge und gibt ein entsprechendes Signal ab. Die Bewegung des Scheibenwischers 18 wird so gesteuert, daß das Fremdmaterial oder die Regentropfen von der Windschutzscheibe 17 entfernt werden. Außer Regentropfen kann das Fremdmaterial Schnee, Eis, Tau, Sand (Staub) sowie kleine Schmutzteilchen wie Blätter enthalten.
Wie in 3 dargestellt ist, enthält das Regentropfen erfassende Scheibenwischsystem einen Regentropfensensor 13, eine Antriebsschaltung 31, einen Scheibenwischermotor 32 und den Scheibenwischer 18. Der Regentropfensensor 13 weist eine CCD (charged coupled devices)-Kamera 21, eine Abstimmschaltung 22, eine Bildmustererkennungsschaltung 23, die infrarote LED 16 und eine modulierbare Treiberschaltung 24 für die LED auf. Wie in 2A gezeigt ist, ist Für die CCD-Kamera 21 eine Linse 25 und ein CCD 26 vorgesehen. Die Linse 25 ist für eine Brennweite von ungefähr einem Meter ausgelegt. Dadurch erfaßt das CCD 26 das Bild des Lichtleiters 15 auf dem CCD 26, während eine Bilderfassung der Umgebung des Fahrzeugs 11 weitestgehend ausgeschlossen ist. Bildaufnehmende Systeme wie Fototransistor- und Fotodiodenarrays können ebenfalls anstelle des CCDs 26 eingesetzt werden.
Ein monochromes CCD mit 10 000 (100 × 100) Bildpunkten, die zweidimensional angeordnet sind, kann als CCD 26 verwendet werden. Das CCD 26 ist für die Aufnahme von Infrarotstrahlen, die durch den vorgegebenen Bereich F, den in diesem Ausführungsbeispiel 50 mm × 50 mm betragenden Bereich der Windschutzscheibe 17, hindurchfallen, über die Linse 25 geeignet. Der Bereich des Gebiets F ist größer als der Bereich, der von Regentropfensensoren nach dem Stand der Technik überdeckt wird. Weiterhin ist das Gebiet F innerhalb des Wischbereichs des Wischers 18 bestimmt. Nach Empfang der Infrarotstrahlen, die von dem Lichtleiter 15 emittiert wurden und durch den vorbestimmten Bereich F hindurchgegangen sind, sendet das CCD 26 das Bilddatensignal vom Lichtleiter 15 zu der Abstimmschaltung 22. Die Bilddaten enthalten eine der Anzahl von Bildpunkten entsprechende Anzahl an Bildpunktdaten. Die Zahl der Bildpunkte für das CCD 26 und der Bereich des vorbestimmten Gebiets F können wenn nötig geändert werden.
Die Modulationsschaltung 24 als Treiber für die LED veranlaßt innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls die infrarote LED 16 zum Leuchten, wenn sie Lumineszenzsteuersignale von der später beschriebenen Bildmustererkennungsschaltung 23 empfängt. Die Modulationsschaltung 24 sendet ferner Lumineszenzsignale für das Leuchten der infraroten LED 16 an die Abstimmschaltung 22. Während die infrarote LED 16 leuchtet, sendet die Modulationsschaltung 24 Lumineszenzsignale auf Hochpotential zur Abstimmschaltung 22.
Wenn die Hochpotential-Lumineszenzsignale von der Modulationsschaltung 24 ausgesandt sind, übermittelt die Abstimmschaltung 22 die Datensignale von der CCD-Kamera 21 zur Bildmustererkennungsschaltung 23. Die Erkennungsschaltung 23 weist einen Speicher 27 auf, in dem ein Grundmuster P1 des Lichtleiters 15 abgespeichert ist. Das Grundmuster P1 entspricht einem Bildmuster für den Lichtleiter 15, das in der CCD-Kamera 21 gebildet wird, wenn die Windschutzscheibe 17 vollständig frei von Regentropfen ist, wie es beispielsweise in 4A gezeigt ist. Das Grundmuster P1 ist aus einer Vielzahl von Bildpunktdaten aufgebaut. Jedes Bildpunktdatum entspricht dabei einem Bildpunkt des CCDs 26 und enthält Lumineszenzdaten.
Die Erkennungsschaltung 23 empfängt die Bilddatensignale von der Abstimmschaltung 22. Auf Grundlage der Datensignale erkennt die Erkennungsschaltung 23 ein aktuelles Bildmuster P2 des Lichtleiters 15, das jeweils vom CCD 26 (4B) erfaßt wurde. Das aktuelle Muster P2 ist aus einer Vielzahl von Pixeldaten aufgebaut und im Speicher 27 abgespeichert. Die Erkennungsschaltung 23 bestätigt, ob das aktuelle Muster P2 Daten einer aktuellen Bildaufnahme des Lichtleiters 15 enthält, indem sie sich auf einen Lumineszenzdatenwert in jedem Bildpunkt bezieht. In anderen Worten, falls der Wert des Lumineszenzdatums größer als der Wert einer vorbestimmten Bezugslumineszenz K₀ ist, bestimmt die Erkennungsschaltung 23, daß das aktuelle Muster P2 Daten für eine aktuelle Bildaufnahme enthält. Die Bezugslumineszenz K₀ gibt den Leuchtwert an, für den die Erkennungsschaltung 23 eine geeignete Auswertung der Bilddaten vom Lichtleiter 15 vornehmen kann. Der Wert der Bezugslumineszenz K₀ kann durch ein Schaltfeld 23A durch Bedienen von nicht gezeigten Eingangsschaltern geändert werden. Der Eingangswert der Referenzlumineszenz K₀ wird im Speicher 27 abgespeichert. Die Bezugslumineszenz K₀ ist zum Unterdrücken des Einflusses von Störlicht auf der CCD veränderbar.
Die Erkennungsschaltung 23 vergleicht das Grundmuster P1 mit dem aktuellen Muster P2. Insbesondere vergleicht die Erkennungsschaltung 23 die Daten jedes Bildpunkts des aktuellen Musters P2 mir den Daten des entsprechenden Bildpunkts des Grundmusters P1 und berechnet die Anzahl von Bildpunkten, die zusammenpassen bzw. im wesentlichen übereinstimmen.
5A zeigt ein vergrößertes Diagramm, das einen Ausschnitt A des Grundmusters P1 darstellt. 5B zeigt ein vergrößertes Diagramm des Ausschnitts B des aktuellen Musters P2. In 5A sind Kreise füe Pixeldaten eingezeichnet, die einen Teil des Grundmusters P1 ausbilden. In 5B sind Kreise und Kreuze für Pixeldaten gezeigt, die ein Teil des aktuellen Musters P2 sind. In 5B umgibt eine doppelt unterbrochene Linie eine Bildpunktgruppe G1, deren Daten im wesentlichen mit den Bildpunktdaten des Grundmusters P1 übereinstimmen. Die Bildpunktdaten der Datengruppe G2 stimmen dagegen mit den Bildpunktdaten in dem Grundmuster P1 nicht überein. Dies wird durch Regentropfen verursacht, die auf die Windschutzscheibe 17 gefallen sind.
Eine Störung oder Verformung des aktuellen Musters P2 entsteht, wenn Regentropfen auf die Windschutzscheibe 17 fallen. Die Störung vermindert die Anzahl der im wesentlichen zwischen dem Grundmuster P1 und dem aktuellen Muster P2 übereinstimmenden Bildpunktdaten. Das heißt, die Anzahl der nicht übereinstimmenden Bildpunkte wird erhöht. Wenn die Anzahl im wesentlichen übereinstimmender Bildpunkte relativ gering ist, wird entschieden, daß Regentropfen auf die Windschutzscheibe 17 gefallen sind.
Ein Schwellwert S₀ wird über das Bedienfeld 23 in die Erkennungsschaltung eingegeben und im Speicher 27 abgespeichert. Der Schwellwert S₀ ist ein Bezugswert zur Beurteilung der Menge an Regentropfen auf der Windschutzscheibe 17, das heißt, der Durchsichtigkeit der Windschutzscheibe 17. Der Schwellwert S₀ bestimmt die Anzahl übereinstimmender Bildpunkte für einen Zustand, in dem die Regentropfen auf der Windschutzscheibe 17 die Sichtbarkeit nach vorn erniedrigen, und steuert den Treiber zum Betätigen des Scheibenwischers 18. Der Schwellwert S₀ ist experimentell bestimmt.
Die Erkennungsschaltung 23 vergleicht die Anzahl von übereinstimmenden Bildpunktdaten bzw. einen Übereinstimmungswert S mit dem Schwellwert S₀ und ermittelt die Menge an Regentropfen auf der Windschutzscheibe 17 bzw. die Sichtbarkeit durch die Windschutzscheibe 17. Wenn der Übereinstimmungswert S größer als der Schwellwert S₀ ist, entscheidet die Erkennungsschaltung 23, daß keine Regentropfen vorhanden sind oder daß die Menge an Regentropfen relativ gering ist. Die Erkennungsschaltung 23 sendet dann ein Detektionssignal, das den Zustand der Windschutzscheibe (Regentropfen relativ gering) 17 anzeigt, zu der Treiberschaltung 31.
Wenn der Übereinstimmungswert S gleich oder kleiner als der Schwellwert S₀ ist, bestimmt die Erkennungsschaltung 23, daß eine relativ große Menge an Regentropfen auf die Windschutzscheibe 17 gefallen ist, und sendet ein Detektionssignal, das den Zustand der Windschutzscheibe 17 (relativ viele Regentropfen) anzeigt, zu der Treiberschaltung 31. Anstelle des Übereinstimmungswertes S, der die Anzahl der übereinstimmenden Bildpunkte anzeigt, kann auch die Zahl der nicht zusammenpassenden Bildpunktdaten zwischen dem Grundmuster P1 und dem aktuellen Muster P2 zur Entscheidung der Durchsichtigkeit herangezogen werden. In diesem Fall wird für eine große Menge an fallenden Regentropfen entschieden, wenn die Zahl der nicht zusammenpassenden Bildpunktdaten größer als ein vorgegebener Schwellwert ist.
Die Treiberschaltung 31 treibt den Scheibenwischermotor 32 in Abhängigkeit vom Detektionssignal an, welches das Vorliegen einer großen Menge auf die Windschutzscheibe 17 gefallener Regentropfen anzeigt. Der Scheibenwischermotor 32 ist mir einem Sensor 33, beispielsweise einem Endschalter, für die Ruheposition zum Detektieren einer Bezugsposition des Scheibenwischers 18 verbunden. Der Sensor 33 für die Ruheposition ist mit der Erkennungsschaltung 28 verbunden, detektiert die Position des Scheibenwischers 18 und sendet ein Positionssignal an die Erkennungsschaltung 28. Die Treiberschaltung 31 und der Scheibenwischermotor 32 bilden eine Scheibenwischerantriebsschaltung.
Die Treiberschaltung 31 ist an einen handbetätigbaren Schalter 34 und einen automatischen Schalter 35 angeschlossen, die beide in der Fahrgastzelle 11a angeordnet sind. Der handbetätigbare Schalter 34 entspricht dem normalen Scheibenwischersteuerschalter, der von dem Fahrer zum Bewegen des Scheibenwischers 18 bedient wird. Der Automatikschalter 35 wird, wenn der Scheibenwischer 18 automatisch in Abhängigkeit vom Detektionssignal vom Regentropfensensor 13 bewegt werden soll, eingesetzt.
Bei klarem Wetter kann es vorkommen, daß der Regentropfensensor 13 aufgrund von Streustrahlen ein aktuelles Muster 2 falsch erkennt, und zwar sogar dann, wenn sich keine Regentropfen auf der Windschutzscheibe 17 befinden. Dadurch erfolgt ein unnötiges Wischen mittels des Scheibenwischers 18. In diesem Falle kann der Einfluß von Streustrahlen durch Einstellung der Referenzlumineszenz K₀ über das Bedienfeld 23a reduziert werden, damit ein genaues Erkennen des aktuellen Musters P2 möglich wird. Um die Detektionsgenauigkeit des Regentropfensensors 13 zu verbessern, wird vorzugsweise derjenige Ölfilm, der sich auf der Windschutzscheibe 17 bildet, beseitigt.
Bei der vorliegenden Erfindung erzeugt die innerhalb der Fahrgastzelle 11a des Fahrzeugs 11 vorgesehene CCD-Kamera 21 Bilddaten des Lichtleiters 15 und ermittelt die Menge an Regentropfen, die auf die Windschutzscheibe 17 gefallen sind. Dadurch werden Regentropfen neben Fremdmaterial, das auf die Windschutzscheibe 17 fällt, von anderem Material genau unterschieden. Die Anzahl von Regentropfen kann ebenfalls ermittelt werden. Entsprechend kann die Durchsichtigkeit der Windschutzscheibe 17 aus den gewonnenen Resultaten bestimmt werden.
Die Bildaufnahme des Lichtleiters 15 durch die CCD-Kamera 21 simuliert den Zustand, bei dem auch ein Fahrer durch die Windschutzscheibe 17 sieht. Dementsprechend erlaubt ein Bezug auf die durch die CCD-Kamera 21 gewonnenen Bilddaten eine Beurteilung der Durchsichtigkeit der Windschutzscheibe 17, wobei auch die Menge an Regentropfen auf der Windschutzscheibe 17 nachgewiesen wird. Weiter ist der Regentropfensensor 13 nahe dem Sichtpunkt des Fahrers angeordnet. Dadurch kann die Durchsichtigkeit der Windschutzscheibe 17 an einer Position nahe beim Fahrer ermittelt werden. In anderen Worten sind das Blickfeld des Fahrers durch die Windschutzscheibe 17 und das vorbestimmte Gebiet F auf der Windschutzscheibe 17 im wesentlichen miteinander koinzident. Das erlaubt eine Ermittlung der Durchsichtigkeit der Windschutzscheibe 17 bezüglich des Sichtfelds des Fahrers.
Der Vergleich zwischen dem Grundmuster P1 und dem aktuellen Muster P2 gestattet eine genaue Beurteilung der Menge an Regentropfen. Die Berechnung des Übereinstimmungswerts S, der dadurch gewonnen wird, daß die Daten von jedem Bildpunkt des aktuellen Musters P2 mit denen des Grundmusters P1 verglichen werden, erlaubt die Bestimmung der Durchsichtigkeit der Windschutzscheibe 17. Der Vergleich zwischen dem Übereinstimmungswert S und dem Schwellwert S₀ erleichtert die Beurteilung der Durchsichtigkeit der Windschutzscheibe 17 (d. h. eine Beurteilung des Erfordernisses, die Windschutzscheibe 17 zu wischen). Anstelle eines einzigen Schwellwertes S₀ kann auch mehr als ein Schwellwert verwendet werden. Eine Vielzahl von Schwellwerten ermöglicht es, die Anzahl von Regentropfen auf der Windschutzscheibe 17 in Stufen zu ermitteln. In diesem Fall kann der Scheibenwischer 18 so angesteuert werden, daß das Zeitintervall zwischen jedem Wischvorgang bei intermittierendem Betrieb oder die Wischgeschwindigkeit in Übereinstimmung mit der aufgenommenen Regentropfenmenge verändert werden. Wenn sich beispielsweise die Menge an Regentropfen auf der Windschutzscheibe 17 erhöht, kann das Intervall zwischen jedem Wischvorgang des Scheibenwischers 18 so gesteuert werden, daß das Intervall zwischen jedem Wischen verkleinert oder die Wischgeschwindigkeit erhöht wird, um die Regentropfen auf der Windschutzscheibe 17 sofort zu beseitigen.
Obwohl hier nur ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben wurde, sollte es für den Durchschnittsfachmann deutlich sein, daß die vorliegende Erfindung auch in vielen anderen spezifischen Formen ausgeführt werden kann, ohne daß von dem Wesen oder dem Umfang der Erfindung abge wichen wird. Insbesondere kann die vorliegende Erfindung auch in folgenden Ausführungsformen verwirklicht werden.
Der erfindungsgemäße Regentropfen erfassende Wischer kann bei einer Rückscheibe wie auch an der vorderen Windschutzscheibe 17 eingesetzt werden.
Das Lichtleitteil 15a ist nicht auf die oben beschriebene Form beschränkt, sondern kann auch in anderer, beliebiger Form ausgeführt werden. Diesbezüglich kann das Lichtleitteil 15a, insbesondere zur Verbesserung der Regentropfen-Nachweisempfindlichkeit, eine relativ komplizierte Form in Übereinstimmung mit der Gesamtzahl der Bildpunkte in der CCD-Kamera 21 oder der Auflösung der Kamera 21 haben. Beispielsweise kann das Lichtleitteil 15a eine Vielzahl von Kerben, Ritzen und/oder Zapfen oder ähnlichem an seinem Umfang aufweisen.
Deshalb sind die dargestellten Beispiele und Ausführungsformen nur als rein illustrativ und nicht als einschränkend anzusehen. Die Erfindung ist daher nicht auf die oben angegebenen Details beschränkt, sondern kann innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche modifiziert werden.

Claims

Sensor zum Nachweis von Fremdmaterial auf einer durchsichtigen Wand (17), wobei der Sensor eine Kameraeinrichtung (21), die durch diese Wand (17) ein Bild eines in einer von dieser beabstandeten Position auf der der Kameraeinrichtung (21) gegenüberliegenden Seite der Wand (17) angeordneten Objekts (15) aufnimmt, und eine an die Kameraeinrichtung (21) angeschlossene Detektionseinrichtung (23) aufweist, die das Bild des Objekts (15) von der Kameraeinrichtung (21) empfängt und einen Speicher (27) enthält, der ein Grundbild des Objekts (15) für den Fall, daß die Wand (17) frei von Fremdmaterial ist, speichert, wobei die Detektionseinrichtung (23) das in dem Speicher (27) abgespeicherte Grundbild mit dem Bild des Objekts (15), das durch die Kameraeinrichtung (21) erzeugt wird, vergleicht, um das Vorhandensein von Fremdmaterial auf dieser Wand (17) festzustellen, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Objekt (15) um ein nicht selbstleuchtendes Objekt handelt, das ein lichtemittierendes Element (16) aufweist, welches das Licht in das Objekt (15) einspeist.
Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bild des Objekts (15) und das Grundbild jeweils durch eine Vielzahl von Bildpunktdaten gebildet werden, die Detektionseinrichtung (23) die Vielzahl von Bildpunktdaten des Bildes vom Objekt (15) mit der Vielzahl von Bildpunktdaten des Grundbildes vergleicht und dann einen Wert für die Anzahl von Bildpunktdaten berechnet, die im wesentlichen übereinstimmend zusammenpassen, um zu entscheiden, ob Fremdmaterial auf der Wand (17) vorhanden ist.
Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektionseinrichtung (23) den Wert der Anzahl von im wesentlichen übereinstimmend zusammenpassenden Bildpunktdaten mit einem vorgegebenen ersten Schwellwert vergleicht und die Gegenwart von Fremdmaterial auf dieser Wand (17) feststellt, wenn der Wert der Anzahl von im wesentlichen zusammenpassenden Bildpunktdaten gleich dem oder kleiner als der vorgegebene erste Schwellwert ist.
Sensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß noch ein Bedienfeld (23a) zum Ändern des vorbestimmten ersten Schwellwerts vorgesehen ist.
Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bild des Objekts (15) und das Grundbild durch eine Vielzahl von Bildpunktdaten gebildet werden, wobei die Detektionseinrichtung (23) die Vielzahl von Bildpunktdaten des Bildes des Objekts (15) mit der Vielzahl von Daten des Grundbildes vergleicht und daraufhin einen Wert für diejenige Anzahl von im wesentlichen nicht übereinstimmend zusammenpassenden Bildpunktdaten berechnet, um das Vorliegen von Fremdmaterial auf der Wand (17) zu bestimmen.
Sensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektionseinrichtung (23) den die Anzahl von nicht zusammenpassenden Bildpunktdaten anzeigenden Wert mit einem vorgegebenen zweiten Schwellwert vergleicht und bestimmt, ob Fremdmaterial auf der Wand (17) vorhanden ist, wenn die Anzahl von nicht zusammenpassenden Bildpunktdaten gleich dem oder größer als der vorgegebene zweite Schwellwert ist.
Sensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß noch ein Bedienfeld (23a) vorgesehen ist, um den vorgegebenen zweiten Schwellwert zu ändern.
System zum Detektieren von Fremdmaterial auf einer Windschutzscheibe (17) und zum Antreiben eines Scheibenwischers (18), wobei das System einen Sensor mit einer Kameraeinrichtung (21) und mit einer Detektionseinrichtung (23) sowie eine Antriebsvorrichtung (31, 32) umfaßt, die Kameraeinrichtung (21) durch die Windschutzscheibe ein von der Windschutzscheibe beabstandetes, nicht selbst leuchtendes, gegenüber der Kameraeinrichtung (21) liegendes Objekt (15), das ein lichtemittierendes Element (16) aufweist, welches das Licht in das Objekt (15) einspeist, aufnimmt und ein Bild des Objekts (15) erzeugt, ferner die Detektionseinrichtung (23) mit der Kameraeinrichtung (21) verbunden ist, das Bild von der Kameraeinrichtung (21) empfängt und einen Speicher (27) enthält, der ein Grundbild des Objektes (15) für den Fall, daß die Windschutzscheibe (17) frei von Fremdmaterial ist, aufweist und das in dem Speicher (27) abgespeicherte Grundbild mit dem Bild des Objektes (15), das durch die Kameraeinrichtung (21) erzeugt wird, vergleicht, um das Vorhandensein von Fremdmaterial auf der Windschutzscheibe (17) festzustellen, und wobei die Antriebsvorrichtung (31, 32) den Wischer (18) antreibt, wenn der Sensor das Vorliegen von Fremdmaterial auf der Windschutzscheibe (17) erfaßt hat.
System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Bild des Objekts (15) und das Grundbild jeweils durch eine Vielzahl von Bildpunktdaten gebildet sind, die Detektionseinrichtung (23) die Vielzahl von Bildpunktdaten des Bildes des Objekts (15) mit der Vielzahl von Bildpunktdaten des Grundbildes vergleicht und dann einen Wert für die Anzahl von Bildpunktdaten, die im wesentlichen übereinstimmend zusammenpassen, berechnet, um zu entscheiden, ob Fremdmaterial auf der Windschutzscheibe vorhanden ist.
System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektionseinrichtung (23) den Wert, der die Anzahl von im wesentlichen zusammenpassenden Bildpunktdaten angibt, mit einem vorgegebenen ersten Schwellwert vergleicht und die Gegenwart von Fremdmaterial auf dieser Windschutzscheibe bestimmt, wenn der Wert, der die Anzahl von im wesentlichen zusammenpassenden Bildpunktdaten angibt, gleich dem oder kleiner als der vorgegebene erste Schwellwert ist.
System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor weiter ein Bedienfeld (23a) zur Änderung des vorbestimmten ersten Schwellwertes aufweist.
System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Bild des Objekts (15) und das Grundbild durch eine Vielzahl von Bildpunktdaten gebildet werden, wobei die Detektionseinrichtung (23) die Vielzahl von Bildpunktdaten des Bildes des Objekts (15) mit der Vielzahl von Daten des Grundbildes vergleicht und dann einen Wert für die Anzahl von im wesentlichen nicht übereinstimmend zusammenpassenden Bildpunktdaten berechnet, um das Vorliegen von Fremdmaterial auf der Windschutzscheibe zu bestimmen.
System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektionseinrichtung (23) den Wert für die Anzahl von nicht zusammenpassenden Bildpunktdaten mit einem vorgegebenen zweiten Schwellwert vergleicht und bestimmt, ob Fremdmaterial auf der Windschutzscheibe vorliegt, wenn der Wert für die Anzahl von nicht zusammenpassenden Bildpunktdaten gleich dem oder größer als der vorgegebene zweite Schwellwert ist.
System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor ferner ein Bedienfeld (23a) aufweist, um den vorgegebenen zweiten Schwellwert zu ändern.
System nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Objekt (15) an der Vorderseite eines Fahrzeugs (11) angeordnet ist und der Sensor innerhalb des Fahrzeugs (11) nahe einem Rückspiegel (12) so angeordnet ist, daß die Kameraeinrichtung (21) das Objekt (15) durch die Windschutzscheibe (17) des Fahrzeugs (11) erfassen kann.
Vorrichtung zum Erfassen von Regentropfen und anderem Fremdmaterial auf der Windschutzscheibe eines Fahrzeugs (11), wobei die Vorrichtung ein nicht selbstleuchtendes, ein lichtemittierendes Element (16) aufweisendes Objekt (15) in der Nähe der Vorderseite des Fahrzeugs (11) an einer von der Windschutzscheibe (17) beabstandeten Position, einen Sensor (13) mit einer Kamera (21) im Innenraum des Fahrzeugs und einer Detektionseinrichtung (23) aufweist, wobei die Kamera (21) ein Bild des Objekts durch die Windschutzscheibe aufnimmt und das Bild als Datensatz an die Detektionseinrichtung (23) übermittelt, welche die Daten des von der Kamera erhaltenen Bilds mit einem ein Bezugsbild repräsentierenden Datensatz vergleicht und auf Grundlage der Anzahl von im wesentlichen zusammenpassenden Daten beurteilt, ob Fremdmaterial auf der Windschutzscheibe vorliegt.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das durch die Kamera aufgenommene Bild und das Bezugsbild durch eine Vielzahl von Datenpunkten gebildet sind.