DE10137339C1

DE10137339C1 - Optische Einrichtung zur Detektion von Schmutz und anderen Feststoffen auf der Außenseite einer Fahrzeugscheibe

Info

Publication number: DE10137339C1
Application number: DE10137339A
Authority: DE
Inventors: Hubertus Flothkoetter; Lars Feldmann; Ulrike Meier; Markus Vogt
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2001-07-31
Filing date: 2001-07-31
Publication date: 2003-02-13
Anticipated expiration: 2021-08-01

Abstract

Es wird eine optische Anordnung zur Detektion von Schmutz (8) und anderen Feststoffen auf der Außenseite (1B) einer Fahrzeugscheibe (1), wobei DOLLAR A - elektromagnetische Strahlung (2) von einem der Scheibeninnenseite (1A) zugewandten Sender (6) unter einem bestimmten Einfallswinkel (alpha) zur Scheibennormalen auf die Scheibe (1) gerichtet wird, DOLLAR A - die an der Grenzfläche der Scheibenaußenseite (1B) zurückreflektierte Strahlung (3) von einem der Scheibeninnenseite (1A) zugewandten Empfänger (7) als Signal für die Detektion von Schmutz (8) empfangen wird. DOLLAR A Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (6) nur die reflektierte Strahlung (3) empfängt, die innerhalb der Scheibe (1) unter einem Winkel (alpha) von 32 DEG +- 3 DEG zur Scheibennormalen verläuft.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine optische Anordnung zur Detektion von Schmutz und anderen Feststoffen auf der Außenseite einer Fahrzeugscheibe. Dabei wird elektromagnetische Strahlung von einem der Scheibeninnenseite zugewandten Sender unter einem bestimmten Einfallswinkel zur Scheibennormalen auf die Scheibe gerichtet und die an der Grenzfläche der Scheibenaußenseite unter dem Reflexionswinkel zurückreflektierte Strahlung von einem der Scheibeninnenseite zugewandten Empfänger als Signal für die Detektion von Schmutz und anderen Feststoffen empfangen. In Abhängigkeit von diesem Signal werden dann die Scheibenwaschanlage sowie der Scheibenwischer betätigt.

In der EP 1 101 673 A2 ist eine ähnliche optische Einrichtung beschrieben, die jedoch hauptsächlich als Regensensor zur Erfassung des Benetzungsgrades der Scheibenaußenseite mit Flüssigkeit verwendet wird. Zu diesem Zweck wird die vom Sender emittierte Strahlung unter einem Winkel zur Scheibennormalen eingestrahlt, der gleich oder größer dem Winkel der Totalreflexion ist. Bei einer trockenen Scheibe wird somit die gesamte Strahlung (sofern die Absorption in der Scheibe vernachlässigt wird) zurückreflektiert. Bei einer Benetzung der Scheibe ist an der Grenzfläche der Scheibenaußenseite die Bedingung der Totalreflexion nicht mehr gegeben. Dies führt dazu, daß nicht mehr sämtliche Strahlung reflektiert wird, so daß die Intensität der reflektierten Strahlung abnimmt. Die Abnahme der reflektierten Strahlung dient dabei als Meßsignal für den Benetzungsgrad. Eine Detektion von trockenem Schmutz ist bei einer Einstrahlung unter einem Winkel gleich oder größer als der Totalreflexionswinkel nicht möglich, da die Strahlung den Schmutz aufgrund der Totalreflexion nicht erreicht. Der Winkel der Totalreflexion beträgt für die bei Fahrzeugen üblicherweise eingesetzten Scheiben ungefähr 41°, wobei als Messstrahlung IR-Strahlung verwendet wird.

Aus der US 4,355,271 ist ferner eine Einrichtung bekannt, mit der sowohl Schmutz als auch Regen erkannt werden soll. Bei dieser Vorrichtung ist der Einfallswinkel der vom Sender emittierten Strahlung kleiner als der Winkel der Totalreflexion. Dort wird ein Winkelbereich von 20° bis 40° vorgeschlagen. Bei einer sauberen, trockenen Scheibenaußenseite wird ein Teil der vom Sender ausgesandten Strahlung an der Grenzfläche der Scheibenaußenseite in die Umgebungsluft ausgekoppelt. Der andere Teil wird vollständig (sofern die Absorption in der Scheibe vernachlässigt wird), an der Grenzfläche der Scheibenaußenseite unter dem Reflexionswinkel zum Empfänger zurückreflektiert. Eine Benetzung der Scheibenaußenseite führt nun zu einer Abnahme der Intensität der reflektierten Strahlung, während trockener Schmutz auf der Scheibe zu einem Anstieg der Intensität der reflektierten Strahlung führt. Der Anstieg der Intensität der reflektierten Strahlung ist verursacht durch die Reflexion der aus der Scheibe ausgekoppelten Strahlung an dem Schmutz. Dabei ist die Sensitivität gegenüber einer Benetzung mit Flüssigkeit gegenüber der "Totalreflexions-Einstrahlung" jedoch etwas verringert. Allerdings wird auf diese Weise wird eine gewisse Sensitivität der optischen Einrichtung gegenüber trockenem Schmutz erreicht.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine optische Einrichtung der vorstehend genannten Art dahingehend weiterzuentwickeln, daß die Empfindlichkeit gegenüber trockenem Schmutz und anderen Feststoffen möglichst groß ist.

Die Lösung dieser Aufgabe beruht auf der überraschenden Erkenntnis, daß die Änderung der Intensität der reflektierten Strahlung beim Übergang von einer trockenen, sauberen Scheibe zu einer trockenen, verschmutzten Scheibe, dann am größten ist, wenn der Empfänger nur die reflektierte Strahlung empfängt, die innerhalb der Scheibe unter einem Winkel von 32° ± 3° zur Scheibennormalen verläuft.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weist die optische Einrichtung zur Ausbildung der erfindungsgemäßen geometrisch optischen Bedingung zwei jeweils an die Scheibeninnenseite angekoppelte Strahlungsleitkörper auf, deren optische Achsen jeweils unter einem Winkel von 32° ± 3° zur Scheibennormalen verlaufen und deren Brechungsindex zumindest nahezu gleich dem Brechungsindex der Scheibe ist, wobei der erste Strahlungsleitkörper der Einkopplung der vom Sender emittierten Strahlung in die Scheibe dient und der zweite Strahlungsleitkörper der Auskopplung der von der Scheibenaußenseite reflektierten Strahlung in Richtung auf den Empfänger dient.

Anhand der beigefügten Zeichnungen soll die Erfindung nachfolgend näher erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine an die Scheibeninnenseite angekoppelte optische Einrichtung bei sauberer Scheibenaußenseite,

Fig. 2 einen Schnitt wie in Fig. 1, jedoch bei verschmutzter Scheibenaußenseite,

Fig. 3 ein Intensitätsdiagramm für die von der Grenzfläche der Scheibenaußenseite reflektierte Strahlung bei sauberer und verschmutzter Scheibe,

Fig. 4 eine optische Einrichtung wie in Fig. 1 und 2, jedoch mit einer anderen Ausrichtung des Senders und Empfängers.

Fig. 1 zeigt die an die Scheibeninnenseite (1A) angekoppelte erfindungsgemäße optische Einrichtung. Diese besteht aus zwei Strahlungsleitkörpern (4, 5), deren optische Achsen (4A, 5A) jeweils unter einem Winkel (α) von 32° ± 3° zur Scheibennormalen verlaufen und deren Brechungsindex zumindest nahezu gleich dem Brechungsindex der Scheibe ist, wobei der erste Strahlungsleitkörper (4) der Einkopplung der vom Sender (6) emittierten Strahlung (2) in die Scheibe (1) dient und der zweite Strahlungsleitkörper (5) der Auskopplung der von der Scheibenaußenseite (1B) reflektierter Strahlung (3) in Richtung auf den Empfänger (7) dient.

Wenn der Brechungsindex der Strahlungsleitkörper (4, 5) gleich dem Brechungsindex der Scheibe (1) ist, wird eine unerwünschte, störende Brechung an der Grenzfläche zwischen den Strahlungsleitkörpern (4, 5) und der Scheibeninnenseite (1A) vermieden und somit eine optimale Ein- bzw. Auskopplung erreicht. In einer nicht dargestellten Ausführungsform liegen die Strahlungsleitkörper (4, 5) nicht unmittelbar an der Scheibeninnenseite (1A) an, sondern über ein Koppelmedium, das aus den vorgenanten Gründen einen möglichst gleichen Brechungsindex wie die Scheibe (1) und die Strahlungsleitkörper (4, 5) aufweist. Als Koppelmedium wird bspw. ein Kleber auf Silikonbasis verwendet. Die Strahlungsleitkörper (4, 5) bestehen vorzugsweise aus einem für IR-Strahlung transparenten Kunststoff. Dabei können die Strahlungsleitkörper (4, 5) separat oder einstückig ausgeführt sein. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung sind die Strahlungsleitkörper (4, 5) einstückig in einer optisch dichten Gehäusewandung (9) integriert. Die Herstellung dieses einstückigen Teils (4, 5, 9) erfolgt vorzugsweise in einem 2-Komponenten Spritzgießverfahren.

In den Fig. 1 und 2 sind der Sender (6) und der Empfänger (7) mit ihren optischen Achsen (= Normale zur Sender bzw. Empfängeroberfläche) jeweils parallel zur jeweiligen optischen Achse (4A, 5A) des zugeordneten Strahlungsleitkörpers (4, 5) ausgebildet. In Fig. 4 ist eine optische Einrichtung gezeigt, bei der die optischen Achsen von Sender (6) und Empfänger (7) aus konstruktiven Gründen nicht parallel zu den optischen Achsen der korrespondierenden Strahlungsleitkörper (4, 5) sind. Obwohl dabei ein Teil der vom Sender (6) emittierten Strahlung verloren geht, ist der Anteil der Strahlung, der in den Raumwinkelbereich zum Sender emittiert wird, für eine Detektion ausreichend.

Zur Parallelisierung der vom Sender (6) in etwa isotrop in den Halbraum emittierten Strahlung (2) weist der erste Strahlungsleitkörper (4) an seinem dem Sender (6) zugewandten Ende eine konvexe Linse auf. Ebenso weist der zweite Strahlungsleitkörper (5) an seinem dem Empfänger (7) zugewandten Ende zur Bündelung der reflektierten Strahlung (3) auf den Empfänger (7) eine konvexe Linse auf. Die Linsenstrukturen sind vorzugsweise einstückig mit den Strahlungsleitkörpern (4, 5) ausgebildet.

In Fig. 3 ist die Intensitätsänderung (ΔI) der reflektierten Strahlung, die bei Schmutz (8) auf der Scheibenaußenseite (1B) gegenüber einer sauberen Scheibe auftritt dargestellt. Diese Intensitätsänderung (ΔI) ist dann besonders groß, wenn die optische Einrichtung so ausgebildet ist, daß die Strahlung (Eintrittsstrahlung und reflektierte Strahlung) innerhalb der Scheibe (1) unter einem Winkel (α) von 32° ± 3° zur Scheibennormalen verläuft.

Bezugszeichenliste

1

Scheibe

1

A Scheibeninnenseite

1

B Scheibenaußenseite

2

Strahlung, die vom Sender emittiert wird

3

Reflektierte Strahlung

4

Erster Strahlungsleitkörper

4

A Optische Achse des ersten Strahlungsleitkörpers

5

Zweiter Strahlungsleitkörper

5

A Optische Achse des zweiten Strahlungsleitkörpers

6

Sender

7

Empfänger

8

Schmutz

9

(Gehäuse-)Wandung

Claims

1. Optische Anordnung zur Detektion von Schmutz (8) und anderen Feststoffen auf der Außenseite (1B) einer Fahrzeugscheibe (1), wobei
elektromagnetische Strahlung (2) von einem der Scheibeninnenseite (1A) zugewandten Sender (6) unter einem bestimmten Einfallswinkel (α) zur Scheibennormalen auf die Scheibe (1) gerichtet wird,
die an der Grenzfläche der Scheibenaußenseite (1B) zurückreflektierte Strahlung (3) von einem der Scheibeninnenseite (1A) zugewandten Empfänger (7) als Signal für die Detektion von Schmutz (8) empfangen wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Empfänger (6) nur die reflektierte Strahlung (3) empfängt, die innerhalb der Scheibe (1) unter einem Winkel (α) von 32° ± 3° zur Scheibennormalen verläuft.

2. Optische Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
dieselbe zwei an der Scheibeninnenseite (1A) anliegende Strahlungsleitkörper (4, 5) aufweist, deren optische Achsen (4A, 5A) jeweils unter einem Winkel (α) von 32 ± 3° zur Scheibennormalen verlaufen und deren Brechungsindex zumindest nahezu gleich dem Brechungsindex der Scheibe (1) ist, wobei
der erste Strahlungsleitkörper (4) der Einkopplung der vom Sender (6) emittierten Strahlung (2) in die Scheibe (1) dient,
der zweite Strahlungsleitkörper (5) der Auskopplung der von der Scheibenaußenseite (1B) reflektierten Strahlung (3) in Richtung auf den Empfänger (7) dient.

3. Optische Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsleitkörper (4, 5) jeweils an ihrem dem Sender (6) oder dem Empfänger (7) zugewandeten Ende eine konvexförmige Linse als Sammel-/Richtelement aufweisen.

4. Optische Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsleitkörper (4, 5) jeweils über ein Koppelmedium, dessen Brechungsindex zumindest nahezu gleich dem Brechungsindex der Scheibe (1) ist, an der Scheibeninnenseite (1A) anliegen.

5. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Strahlungsleitkörper (4, 5) einstückig ausgebildet sind.

6. Optische Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Strahlungsleitkörper (4, 5) einstückig mit einer Wandung (9) ausgebildet sind.