(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
−カメラ（１）、  
−可視光線（ｈ，ｎ）をガラス（２）に照射するための照明光源（３，３０）、  
を包含する雨を認識するための装置であって、  
−該カメラ、並びに、該照明光源は、該カメラが、該照明光源がガラス（２）に対してエミッションしている可視光のシグナル（ｒ１，ｒ２’）を捉えることができるように構成されている、  
−該可視光は、光を、照明方向に対して鉛直な予め定められている方向において、ブラインド手段（２０）のストラクチャー（２１）によってブロックする、或いは、非常に弱める効果を有するブラインド手段（２０）を通過し、
−該ガラス（２）が、車両のフロントガラスであり、
−フロントガラスの高さにおいて車両の側方にいる他の交通参加者が、眩惑される、或いは、惑わされることが回避される
ことを特徴とする雨（４）を認識するための装置。
【請求項２】
該予め定められている方向が、照明方向に対して鉛直、且つ、車体前後方向に対して鉛直であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
該ブラインド手段（２０）が、スラットをストラクチャー（２１）として包含しているグリッドであることを特徴とする請求項１或いは２の何れか一項に記載の装置。
【請求項４】
該グリッドが、光を、照明方向に対して鉛直な予め定められている方向において、該グリッドのスラットによってブロックする、或いは、非常に弱める効果を有し、及びスラットが、光を照射方向において通過させることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
該カメラ（１）が、視野制限用ファンネル（１４）を包含し、該ブラインド手段（２０）が、該視野制限用ファンネルに配置されている、或いは、該視野制限用ファンネル内に内蔵されていることを特徴とする請求項１から４のうち何れか一項に記載の装置。
【請求項６】
該ブラインド手段（２０）のストラクチャー（２１）が、互いに平行に配置されていることを特徴とする請求項１から５のうち何れか一項に記載の装置。  
【請求項７】
該ブラインド手段（２０）の該ストラクチャー（２１）が、該視野制限用ファンネル（１４）の表面の形状に合わせて配置されていることを特徴とする請求項５に記載の装置。  
【請求項８】
該ブラインド手段（２０）の隣接するストラクチャー（２１）が、１００μｍ未満の間隔を有していることを特徴とする請求項１から７のうち何れか一項に記載の装置。
【請求項９】
該ブラインド手段（２０）の隣接するストラクチャー（２１）が、０．１ｍｍから１ｍｍの範囲の間隔を有していることを特徴とする請求項１から７のうち何れか一項に記載の装置。
【請求項１０】
該ストラクチャー（２１）の高さが、該ブラインド手段（２０）の該ストラクチャー間の間隔と略同じであることを特徴とする請求項１から９のうち何れか一項に記載の装置。
【請求項１１】
該ブラインド手段（２０）が、隣接するストラクチャー（２１）間の間隔が、及び／或いは、該ストラクチャーの幅が、周期的に変化するように構成されていることを特徴とする請求項１から１０のうち何れか一項に記載の装置。
【請求項１２】
光導体（１９）が、照明光源（３，３０）上に配置されていることを特徴とする請求項１から１１のうち何れか一項に記載の装置。
【請求項１３】
該ブラインド手段（２０）が、該光導体（１９）上に配置されていることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明光源およびカメラを用いたガラス面の雨滴検出のための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＵＳ７，２５９，３６７Ｂ２には、ガラス板を用い、カメラ画角の透過ウインドを広範囲に赤外線ダイオードによって照射するカメラを用いた雨センシングが、提案されている。カメラは、略無限大にフォーカスされているため、ドライバー・アシスタント・アプリケーションにも同時に用いることができる。しかしながら、遠距離部の結像であるため、雨滴は、画像の障害としてのみ認識され、ピクセル・タクトとシンクロするようにパルスする、或いは、モジュレーションされた赤外線により撮影された画像の煩雑な差異測定によって検知されなければならない。
【０００３】
ＷＯ  ２０１２／０９２９１１  Ａ１には、雨を認識するための手段、並びに、方法が、開示されている。このカメラは、ガラスの裏、特に、車両内部、フロントガラスの裏に配置され、該ガラス板前方の遠距離領域にフォーカスされている。ガラスに向けられた少なくとも一本の光線を得るための照明光源は、少なくとも一本のガラス外側で反射された光線が、外側反射光、或いは、外反射として、カメラに当たるように、ガラスに該少なくとも一本の光線を照射する。カメラに当たる少なくとも一本の光線の、具体的には、反射光の光量は、カメラによって測定することができる。この際光源は、可視波長領域内の光を発生できる。尚この際、交通参加者が、該照明によって邪魔されないことに注意しなければならない。そのために、照明の強度と継続時間を、外の明るさに合わせることができる。
【０００４】
しかしながら、可視光線による照明は、それが例え、車両における照明ガイドラインを満たしていたとしても、邪魔だと感じられ得る。即ち、他の交通参加者、特に、歩行者は、これを認識した場合、このような照明に邪魔され得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７，２５９，３６７Ｂ２号明細書
【特許文献２】国際公開第２０１２／０９２９１１  Ａ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
よって、本発明の課題は、従来の技術において既知の装置の上記のような問題を克服し、カメラベースの雨検知用に最適化された照明を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、以下の基本アイデアをベースとしている：赤外線は、カラー解像度を最適化するために一般的に用いられている赤外線遮蔽フィルターを通過できないため、通常、ドライバー・アシスタント用の一般的なカメラによって検知されることはできないが、可視の波長領域の照明には、該スペクトル領域に対してのカラー解像度を有する一般的なドライバー・アシスタント用のカメラによっても、完全に捉えられ得ると言う長所がある。該照明が、広い照射角度で光を発生するような照明形状の場合、光エミッション面は、幅広い照射角度に起因して、特に、側方からも可視である。よって、フロントガラスの高さにおいて車両の側方にいる他の交通参加者、例えば、歩行者などが眩惑される可能性がある。
【０００８】
本発明に係る雨検出のための装置は、一台のカメラとガラス面に可視光線をエミッションするための一つの照明光源を包含している。該カメラ、並びに、該照明光源は、該カメラが、該照明光源がガラスに対してエミッションしている可視光のシグナルを捉えることができるように構成され、配置されている。この際該カメラによって検出されるシグナルは、特に、ガラス内側面、或いは、外側面、及び／或いは、雨滴で反射される、乃至、散乱される該照明光源からの可視光と相関関係を有している。該可視光は、ブラインド手段を通過するが、該ブラインド手段は、その構造によって、照明方向に対して鉛直な予め定められている方向において、光をブロックする、或いは、それを非常に弱める効果を有している。非常に弱まったと言う状態は、ブラインド手段が無い状態における光量の最大１０％しかブロックされている方向へは拡散出来ない状態のことである。一方、予め定められている方向に対して鉛直方向、並びに、照明方向へは、実質、ブラインド手段から邪魔されることなく、拡散可能である。即ち、該ブラインド手段は、スラット式ブラインドのような効果を有することが好ましい。要するに、予め定められている方向へは、光を良好に通過させるが、ブラインドのスラットの方向に対して横方向へは、光は、ブロックされる。言い換えれば、該ブラインド手段は、照明光源とガラス外側の間に配置され、上記の如き、即ち、予め定められている方向に対して横方向への、好ましくは、予め定められている方向に対して横方向両側（即ち、負と正の方向双方）への光の拡散を、低減、乃至、阻止する効果を有するものである。
【０００９】
これは、照明光源からの可視光線がガラスからエミッションする方向を制御できる、更には、ガラスの外側（例えば、側方）にある／いる、オブジェクトやヒトへの妨害を阻止することができると言う長所を提供している。
【００１０】
カメラは、好ましくは、ＣＣＤ−センサーやＣＭＯＳ−センサーなどである一つの画像センサー、並びに、該画像センサーの一つの、或いは、複数の領域に電磁線をフォーカスするためのレンズ、乃至、結像システムを包含している。該照明光源は、一つ乃至複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）或いは発光バンドとして構成されることができる。尚、該照明光源は、面状に照明することが好ましい。
【００１１】
ガラス外側の雨は、カメラがガラスの後ろに配置され、ガラスの前の遠距離領域にフォーカスされることによって検知されることが好ましい。
【００１２】
好ましくは、該照明光源は、少なくとも一本の光線を照射し、ガラス外側で反射した少なくとも一本の光線がカメラに当たるようにガラスに対して向けられている。
【００１３】
好ましくは、該一本或いは複数本のガラス外側で反射した光線の反射光が、カメラによって測定され、該測定された一本或いは複数本のガラス外側で反射した光線の反射光が、評価される。
【００１４】
ある有利な実施形態によれば、該ガラスは、車両のフロントガラスであり、予め定められている（ブロック）方向は、照明方向に対して鉛直、且つ、車体前後方向に対して鉛直である、即ち、車両の横方向に相当する。これにより、特に歩行者など、フロントガラスの高さにおいて車両の側方にいる他の交通参加者が、眩惑される、或いは、惑わされる（刺激される）ことを回避できる。
【００１５】
ある好ましい実施形態においては、該ブラインド手段は、スラットをストラクチャーとして包含しているグリッドを有している、或いは、そのようなグリッドである。
【００１６】
該カメラは、好ましくは、特にカメラの視野を（下方に）制限し、理想的には、阻害反射や散乱反射を最低限に抑えるためのファンネル状の視野（視野制限用ファンネル）、乃至、視野ブラインド、乃至、散乱光シェードを包含している。ブラインド手段は、視野制限用ファンネルに配置されている、或いは、視野制限用ファンネル内に内蔵されている。照明手段が内蔵されたカメラのコンパクトな構造を達成するために、照明光源は、好ましくは、視野制限用ファンネルの下に配置される。尚、照明光源からの光が、ガラスに当たることができるように、視野制限用ファンネルは、照明光源からの光線がガラスに当たる領域において、可視光線に対して透過性を有するように構成されていることが好ましい。ここでは、該ブラインド手段は、その領域において、視野制限用ファンネルの代わりとなるように、視野制限用ファンネルに好ましく内蔵できる。代案的に、該視野制限用ファンネルは、光を透過するマテリアルからできている領域を有し、該ブラインド手段は、例えば、その下に、或いは、その上に、配置されていることができる。
【００１７】
好ましくは、該ブラインド手段のストラクチャーは、互いに平行に配置されているが、これらは、更に、互いに対してそれぞれ同じ間隔を有していることができる（等間隔配置）。
【００１８】
代案的なある好ましい実施形態においては、該視野制限用ファンネル内、或いは、その付近に配置されている該ブラインド手段のストラクチャーは、該視野制限用ファンネルの表面の形状に合わせて配置されていることができる。該視野制限用ファンネルの表面は、通常、長方形ではなく、対称な台形状である。よって、該ストラクチャーは、好ましくは、正確に平行ではなく、視野制限用ファンネルを視野方向において、同じ大きさの面、或いは、ストライプ（レーン）に分割している。
【００１９】
尚、該ブラインド手段の隣接するストラクチャーの間隔は、１００μｍ未満、即ち、マイクロメートル・オーダーであることが好ましい。このストラクチャー寸法のグリッド（例えば、スラット幅、約１５μｍ）は、既に、例えば、コンピューター・ディスプレー用の覗き見防止フィルターが既存であり、これらは、薄いフィルムとして好ましく製造可能である。代案的には、ブラインド手段の隣接するストラクチャーは、好ましく、０．１ｍｍから１ｍｍの範囲、即ち、ミリメートル・オーダーの間隔を有することができる。大きめのストラクチャーの長所は、これらを、射出成形技術によって製造可能なことである。しかも、このようなグリッドの製造は、これも射出成形技術によって製造可能な光導体の製造プロセスに、二成分射出成形法によって好ましく統合することすら可能である。
【００２０】
必要なグリッドの、或いは、ブラインド手段の高さは、ストラクチャーの幅とスラットの高さから容易に幾何学的に割出すことができる。例えば、吸収率が１である無限に薄いスラットにおいて、スラット高に対するストラクチャー幅の割合が１：１の場合、スラットストラクチャーに対して横方向である側方の照射角度は、４５°に制限することができる。この、側方に対する照射角制限は、光学的阻害低減と言う、ここで想定されている目的には、既に十分なものである。よって、ストラクチャーの高さは、ブラインド手段のストラクチャーの幅と略同じであることが好ましい。
【００２１】
ある有利な実施形態によれば、該ブラインド手段は、隣接するストラクチャーまでの間隔が、或いは、各々のストラクチャーの幅が、周期的に変化するように構成されている。これにより、照明の空間的なモジュレーションが可能になる。
【００２２】
ある好ましい実施形態においては、光導体が、照明光源に配置されている。この場合、ブラインド手段を光導体上に配置することが好ましい。
【００２３】
以下、本発明を、図面と実施例に基づいて詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、ある可能な照明光源とカメラの構成と、ガラス面（縦断面）に雨がある状態における光路の基本原理を、模式的に示す。
【図２】図２は、該カメラの画像センサーによって捉えられたガラスに雨がついていることを示唆するシグナルを示す。
【図３】図３は、照明用にＬＥＤが付属したカメラ（縦断面）を示す。
【図４】図４は、下に列状に並んだ四つのＬＥＤを備えた視野制限用ファンネルを上視図として示す。
【図５】図５は、グリッド、光導体、並びに、ＬＥＤを上視図、並びに、断面図として示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は、遠距離領域にフォーカスされたカメラ（１）と、可視である波長領域の光（ｈ，ｎ）をガラスに照射する照明光源（３）を、縦断面図として示している。後に説明する光線軌道（ｈ，ｎ，ｔ１，ｒ１，ｔ２’，ｒ２’）は、模式的に示されている。照明手段の主光線（ｈ）からの反射は、カメラ（１）に届いていない。照明手段の開口角度は、副光線（ｎ）のガラスの内側（２．１）及び外側（２．２）で反射した光線が、二本の空間的に分離した光線（ｒ１，ｒ２’）として、レンズ、乃至、カメラ（１）に到達するような大きさになっている。遠距離領域に焦点が合わされているため、光線束の輪郭は、画像チップ（５）には、ぼけた状態でしか映らない。双方の光線（ｒ１，ｒ２’）は、十分に分離されており、それぞれの反射光は、画像センサー（５）で検出可能である。
【００２６】
副光線（ｎ）の空気・ガラス・境界面（即ち、ガラス内面（２．１））で反射された一部（ｒ１）は、基準光線として用いることができる。ガラスを透過する一部（ｔ１）のうち、ガラス・雨滴・境界面（即ち、ガラス外側（２．２））で反射し、カメラ（１）に当たる一部が、測定光線（ｒ２’）である。尚、光線の内、ガラス（２）内で複数回反射した割合は、示されていない（ガラス外側（２．２）ガラス・空気面で反射した後、ガラス内部（２．１）ガラス・雨滴面で再び反射）。  
【００２７】
ここに示されているように降雨時（４）にフロントガラス（２）の外側（２．２）が濡れている場合、内側（２．１）からガラスを透過した光（ｔ１）の大部分（ｔ２’）は、アンカップリングされ、反射される割合（ｒ２’）は、ガラスが乾いている場合（図示せず）と比べて少なくなっている。尚、内側（２．１）から反射される光（ｒ１）は、ガラス外側（２．２）の濡れには、影響されない。  
【００２８】
測定された双方の光線の反射を比較（ｒ１対ｒ２’）することにより、簡単に、雨天時（４）に弱まるシグナル（ｒ２’）を測定し、ワイパーを適宜制御することができる。
【００２９】
幅広い照射角度を有する該照明光源（３）は、本構成においては、カメラ（１）内に、正確には、カメラハウジング内に内蔵でき、例えば、例示した如く、カメラモジュールの配線基板（１６）上に設置することができる。
【００３０】
該照明光源（３）は、視野ブラインド、乃至、視野制限用ファンネル（１４）の下側に配置することができる。該視野制限用ファンネル（１４）は、照明光源（３）からガラス（２）に向かう光線（ｎ）が通る領域は、可視光を透過する。
【００３１】
ガラス（２）の外側（２．２）上に一粒の、或いは、複数の雨滴（４）が存在する場合、該雨滴（４）は、その領域において、光がより多くガラスからガラス前方へとアンカップリング（ｔ２’）される効果を示す。よって、輝度の下がったガラス（２）の外側（２．２）で反射された部分光線（ｒ２’）が、カメラ（１）によって測定される。
【００３２】
該照明光源（３）は、幅広い照射角度で可視光線（ｈ，ｎ）を発生させるため、光エミッション面は、幅広い照射角度を有し、特に、側方、ここでは、図１の縦断面に対して鉛直方向からも見ることができる。よって、（フロント）ガラスの高さにおいて車両の側方にいる他の交通参加者、例えば、歩行者などは、惑わされる（刺激される）可能性がある。
【００３３】
図２には、雨検知用に用いられている画像センサー（５）の上部（６）に、例えば、七つのＬＥＤを照明光源（３）とする七つのペアの照明光の反射（８，９）が、示されている。これらは、カメラ（１）の焦点が無限大に合わせられているため、鮮明には映らないが、認識はできる。特に、輝度、乃至、光量は、測定可能である。上の照明反射光（８）は、フロントガラス（２）内側（２．１）で反射した光線（ｒ１）から、一方、下の照明反射光（９）は、フロントガラス外側（２．２）で反射した光線（ｒ２’）から生じたものである。
【００３４】
即ち、図２は、画像チップ（５）上で、ドライバー・アシスタント領域（７）と雨センサー領域（６）の区画例を示している。双方の領域は、可視である波長領域内の光（電磁線）を検出し、典型的には、雨センサー領域（６）において重なり合っている。雨滴（４）がついているフロントガラス外側からの照明反射光（９）は、輝度が弱まっている。照明反射光（９）は、フロントガラス（２）の外側（２．２）で反射した光線（ｒ２’）によるものであるが、フロントガラス（２）を透過した光線（ｔ１）の大部分は、雨滴（４）を介して、フロントガラスからアンカップリング（ｔ２’）されてしまうため、カメラ（１）に向かって反射（ｒ２’）されない。該照明反射光（９）は、雨（４）が、ガラス（２）の外側（２．２）に存在するか否かと言う情報を包含しており、その光量だけ、乃至、光の分散パターンだけでも、測定シグナルとして十分に用いることができる。
【００３５】
本発明の一つの実施例を図３に縦断面図として示す。照明光源（３）、ガラス（２）並びにカメラ（１）の基本的な構成と仕様は、ここでは、図１に示されている構成に相当している。ここに示されているカメラ（１）は、画像センサー（５）、二枚の配線基板（１５，１６）、レンズ、乃至、結像システム（１３）、並びに、視野制限用ファンネル（１４）を包含している。該画像センサー（５）は、第二配線基板（１６）と接続されている第一配線基板（１５）上に配置されている。尚、該視野制限用ファンネル（１４）は、カメラ（１）の視野を制限している。
【００３６】
図３の模式的な表現から、遠距離領域が、如何に、結像システム（１３）、乃至、レンズによって、カメラ（１）の画像センサー（５）上にフォーカスされ、結像されるかは、明らかである。遠距離領域の写像（１７）の光路は、点線によって、模式的に示されている。照明手段の、乃至、近距離領域の写像の光路（ｎ，ｒ２’）は、破線によって、模式的に示されている。ガラス外面（２．２）で反射した照明光線（ｒ２’）の写像の焦点（１８）は、画像センサー（５）よりも後ろにある。よって、該照明反射光（９）は、カメラ画像内では、ピントが合っていない。  
【００３７】
照明光源（３）としては、この実施例では、二枚目の配線基板（１６）に列状に配置されている複数の発光ダイオード（ＬＥＤｓ）（３０）が、用いられている。これらのＬＥＤｓ（３０）の前には、ブラインド手段（２０）としてグリッドが配置されている。ここでは、該グリッドは、視野制限用ファンネル（１４）内に内蔵されている。該グリッド（２０）のスラット（２１）は、ＬＥＤｓ（３０）の光線が、示されている縦断面に相当する面に対して鉛直方向へは、カメラ（１）から、乃至、ガラス（２）から全く、或いは、殆んど、エミッションされないように構成され、且つ、配置されている。そのためには、グリッド・スラット（２１）は、例えば、一点鎖線によって示されているカメラ（１）の光学軸（１１）に対して平行に配置されることができる。
【００３８】
図４は、その下に一列に配置された四つのＬＥＤｓ（３０）を備えている視野制限用ファンネル（１４）を正面から示している。ここでも、ブラインド手段としては、視野制限用ファンネルが内蔵されたグリッドが、設けられている。一方、ブラインド・ストラクチャー（２１）としては、互いに、或いは、光学軸に対して正確には平行にではなく、視野制限用ファンネル（１４）の表面の形状に合わせて配置されているスラットが、設けられている。このスラット配置もまた、光学軸（１１）に対して鉛直、即ち、図４では上下方向へは、グリッド（２０）のスラット（２１）によって光がブロックされる効果を有している。一方、該グリッド・スラット（２１）は、ＬＥＤｓ（３０）が発した可視光（ｎ）が、視野制限用ファンネル（１４）を通り、ガラス（２）に達する通過は可能にしている。
【００３９】
最後に、図５は、発光ダイオード（３０）、光導体（１９）並びにグリッド（２０）を備えた照明光源（３）の代案的実施形態を示している。尚、図５ａは、該構成の上視図、図５ｂは、その断面図である。ここでは、隣接して配置されている四つの発光ダイオード（３０）の上には、光導体（１９）が配置されている。光導体上には、グリッドが、ブラインド・ストラクチャー（２０）として配置されている。グリッド（２０）のスラット（２１）は、互いに平行に配置されており、好ましくは、カメラ（１）の光学軸（１１）に対して平行に向けられている。
【００４０】
該スラット（２１）乃至グリッド（２０）は、例えば、射出形成技術によって製造可能である。しかも、このようなグリッド（２０）の製造は、これも射出成形技術によって製造可能な光導体（１９）の製造プロセスに、二成分射出成形法によって好ましく統合することすら可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１．    カメラ
２．    ガラス
２．１．    ガラス内側
２．２．    ガラス外側
３．    照明光源
４．    雨、雨滴
５．    画像センサー
６．    雨センサー領域
７．    ドライバー・アシスタント領域
８．    ガラス内側での照明反射
９．    ガラス外側での照明反射
１０．    雨滴がある際のシグナルの変化
１１．    光学軸
１３．    結像システム、乃至、レンズ
１４．    視野制限用ファンネル
１５．    第一配線基板
１６．    第二配線基板
１７．    遠距離領域光路（車両周辺部）
１８．    近距離領域写像の焦点（ガラス外側）
１９．    光導体
２０．    ブラインド手段、乃至、グリッド
２１．    ブラインド手段ストラクチャー、乃至、グリッド・スラット
３０．    ＬＥＤ
ｈ．    照明主光線
ｎ．    照明副光線、乃至、照明副光路
ｒ１．    ガラス内側で反射されるｎの割合
ｔ１．    ガラス内側を透過するｎの割合
ｒ２’．    雨天時にガラス外側で反射するｔ１の割合
ｔ２’．    雨天時にガラス外側を透過するｔ１の割合
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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