DE102004022072A1

DE102004022072A1 - Prüfvorrichtung für eine optoelektronische Sensoreinrichtung zur Detektion von Feuchtigkeit auf einer Kraftfahrzeugscheibe

Info

Publication number: DE102004022072A1
Application number: DE200410022072
Authority: DE
Inventors: Matthias Dr. Richwin; Jean-Luc Sommer; Thomas Weber
Original assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Current assignee: Kostal Automobil Elektrik GmbH and Co KG
Priority date: 2004-05-05
Filing date: 2004-05-05
Publication date: 2005-12-01
Anticipated expiration: 2024-05-06
Also published as: DE102004022072B4

Abstract

Prüfvorrichtung für eine optoelektronische Sensoreinrichtung zur Detektion von Feuchtigkeit auf einer Kraftfahrzeugscheibe, wobei die Sensoreinrichtung zumindest einen Sender und einen Empfänger für optische Strahlung aufweist und wobei die Prüfvorrichtung eine an die Fahrzeugscheibe anfügbare oder direkt mit der Sensoreinrichtung verbindbare Anzeigevorrichtung aufweist, welche geometrische Muster darstellen kann.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung für eine optoelektronische Sensoreinrichtung zur Detektion von Feuchtigkeit auf einer Kraftfahrzeugscheibe, wobei die Sensoreinrichtung zumindest einen Sender und einen Empfänger für optische Strahlung aufweist.

Solche Sensoreinrichtungen werden in Kraftfahrzeugen beispielsweise als Regensensoren zur Steuerung einer Scheibenreinigungsanlage oder als Beschlagssensoren zur Steuerung einer Klimaanlage eingesetzt. In der DE 197 20 874 C2 ist ein Regensensor beschrieben, der auf dem Funktionsprinzip der gestörten Totalreflexion von infrarotem Licht basiert, welches mittels eines optischen Koppelelementes unter einem Winkel von 45° über eine Optik in eine Fahrzeugscheibe eingekoppelt wird. Bei trockener und sauberer Scheibe wird das Licht an der Scheibenaußenseite totalreflektiert und unter einem Winkel von ebenfalls 45° über eine zweite Optik von einem Empfänger detektiert. Eine Benetzung der Scheibe koppelt Licht aus dem Strahlengang aus, da an dieser Stelle die Totalreflexion nicht mehr stattfindet.

Es ist im Labor nur schwer möglich, reproduzierbar Regen oder Beschlag zu erzeugen. Zur Funktionsprüfung eines Feuchtigkeitssensors ist es daher erforderlich, die durch Lichtauskopplung erzeugte Dämpfung künstlich nachzubilden, um den Sensor zu stimulieren und sein Verhalten zu untersuchen.

Es stellte sich die Aufgabe, eine Prüfvorrichtung zu schaffen, die eine einfache und reproduzierbare Funktionsprüfung optoelektronischer Feuchtigkeitssensoreinrichtungen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Prüfvorrichtung eine an die Fahrzeugscheibe anfügbare oder direkt mit der Sensoreinrichtung verbindbare Anzeigevorrichtung aufweist, welche geometrische Muster darstellen kann.

Es wird damit vorgeschlagen, als Prüfvorrichtung ein schaltbares Dämpfungselement vorzusehen, welches die infrarote Strahlung auf ihrem optischen Weg in definierter Weise dämpfen kann, um so die Lichtauskopplung durch Benetzung zu simulieren und den Sensor in vorgebbarer Weise zu stimulieren.

In einer vorteilhaften Ausführung kann dies eine Flüssigkristallschicht mit einer oder mehreren Polarisationsfolien sein, wie sie als Flüssigkristallanzeige (LCD) verwendet wird. Besonders vorteilhaft ist es, eine Punktmatrix-Anzeige vorzusehen, da damit eine ortsaufgelöste Dämpfung des Strahlenganges möglich wird.

Besonders vorteilhaft ist auch, zur Steuerung der Anzeigevorrichtung eine Steuerungsvorrichtung mit einem Rechner vorzusehen. Die Simulation kann hierdurch sowohl realistische Tropfenformen als auch rein statistische oder geometrische Muster umfassen, synthetische oder reale zeitlich Abläufe verwenden, sowie auch die Empfindlichkeit des Sensors ortsaufgelöst vermessen, indem einzelne Punkte der Matrix angesteuert werden.

Eine äußerst vorteilhafte Anwendung einer rechnergesteuerten Anzeigevorrichtung besteht darin, reale Testsituationen wiederholt einzuspielen. Hierzu können beispielsweise vorher aufgezeichneter Meßwerte nach geeigneter Normierung zur wiederholten Ansteuerung der Anzeigevorrichtung verwendet werden, um die Antwortreaktion der Sensoreinrichtung, insbesondere durch Anpassung von Algorithmen und Parametern im Steuerungsprogramm der Sensoreinrichtung, auf die eingespielte Situation hin zu optimieren.

Ebenfalls vorteilhaft ist, wenn die Anzeigeelemente der Anzeigevorrichtung auch mittlere Intensitäten zwischen Hell und Dunkel, also beispielsweise Grauabstufungen, zur Simulation einer mittelstarken Dämpfung der Sensorstrahlung darstellen können.

Vorteilhaft ist es auch, die Steuerungsvorrichtung mit dem optoelektronischen Sensor zu verbinden und die Sensorsignale in Beziehung auf die simulierten Sensorereignisse auszuwerten. Die Antwort des Sensors kann so zu einer realistischen Simulation von Überwischeffekten verwendet und so die Realitätsnähe des Systems weiter gesteigert werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung dargestellt und näher erläutert. Die einzige Figur zeigt das Funktionsprinzip einer erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung anhand einer Skizze.
Schematisch dargestellt ist der Strahlengang eines Regensensors. Um Regen oder Verschmutzungen auf der Fahrzeugscheibe (4) eines Kraftfahrzeugs zu sensieren, strahlt eine als Lichtsender (2) wirkende Sende-Diode eine optische Strahlung, vorzugsweise im nahen Infrarotbereich bei einer Wellenlänge von ca. 880 nm, über eine erste Linsenstruktur (6) zur Parallelisierung des Lichtbündels und ein Koppelelement (1) unter einem Winkel von 45° in das Glas der Fahrzeugscheibe (4) ein. An der Außenfläche der Fahrzeugscheibe (4) wird der einfallende Lichtstrahl unter einem Winkel von 45° totalreflektiert und fällt über das Koppelelement (1) und über eine fokussierend wirkende zweite Linsenstruktur (7) auf eine als Lichtempfänger (3) wirkende Foto-Diode.
Befinden sich Regentropfen oder Schmutzteilchen auf der Außenseite der Fahrzeugscheibe (4), so wird an diese Stelle ein Teil der auftreffenden Strahlung aus der Fahrzeugscheibe ausgekoppelt oder absorbiert, was eine Verminderung der von der Foto-Diode empfangenen Strahlungsintensität bewirkt. Diese Intensitätsänderung kann durch eine mit der Foto-Diode verbundene Elektronik, die in der Figur nicht dargestellt ist, leicht registriert werden.
Zur brechungsfreien Lichteinkopplung in die Fahrzeugscheibe (4) kann das hierzu verwendete Koppelelement (1) vorteilhafterweise durch eine Folie ausgebildet sein, welche eine Prismenstruktur aufweist, wobei die Flächen der Prismen genau senkrecht zum eingekoppelten bzw. ausgekoppelten Lichtstrahlenbündel angeordnet sind, wodurch ein brechungsfreier Übergang der Strahlung in den Koppelelement (1) sowie aus dem Koppelelement (1) heraus, erreicht wird. Das Koppelelement (1) ist mit der Fahrzeugscheibe (4) durch eine Klebeschicht (5) verbunden.
Die dargestellte Sensoranordnung ist mit einer erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung verbunden. Die Prüfvorrichtung besteht im wesentlichen aus einer Anzeigevorrichtung (8), welche über eine Steuerleitung (15) Ansteuersignale von einer Steuervorrichtung (13) erhält. Die Anzeigevorrichtung (8) ist vorteilhaft als eine einfache Flüssigkristallanzeige ausgeführt, die hier schematisch durch eine Flüssigkeitskristallschicht (9) zwischen zwei Glasflächen (10) dargestellt ist. Auf eine Darstellung von Polarisatoren, Elektroden usw. wurde verzichtet, da der übliche Aufbau von LCD-Anzeigen als bekannt voraus gesetzt werden kann.
Die Flüssigkeitskristallanzeige kann als einfache und kostengünstige Dot-Martrix-Anzeige ausgebildet sein, die einfache hell- und dunkel oder lichtdurchlässig/lichtundurchlässig steuerbare Anzeigeelemente (11, 12) in Form von Punkten oder Flächen aufweist.
Die Anzeigevorrichtung liegt mit einer Glasfläche (10a) auf der Außenseite der Kraftfahrzeugscheibe (4) auf. Der Strahlungsübergang zwischen den Glasflächen wird durch ein zwischen die Glasflächen gebrachtes, vorzugsweise flüssiges Koppelmedium mit einem geeignet gewählten Brechungsindex erleichtert, welches insbesondere verhindert, daß sich auf dem Lichtweg, etwa durch Lufteinschlüsse zwischen den Glasflächen, der Brechungsindex diskontinuierlich ändert.
Um die Prüfung der Sensoreinrichtung möglichst realistisch zu gestalten, ist es vorteilhaft, statt einer realen Kraftfahrzeugscheibe eine Glasscheibe mit verringerter Dicke vorzusehen, so daß der Lichtweg durch die Glasscheibe und die Anzeigevorrichtung dem Lichtweg durch eine Kraftfahrzeugscheibe üblicher Stärke entspricht. Alternativ kann auf die zusätzliche Scheibe auch ganz verzichtet werden, wenn beispielsweise die Sensoreinrichtung direkt an eine Glasfläche der Anzeigevorrichtung gekoppelt wird und die Scheibenstärken der Anzeigevorrichtung so gewählt sind, daß der Lichtweg durch die Anzeigevorrichtung dem Lichtweg durch eine reale Kraftfahrzeugscheibe entspricht.
Da der Brechungsindex der Glasfläche (10a) dem Brechungsindex der Fahrzeugscheibe (4) genau oder zumindest fast genau entspricht, wird ein vom Lichtsender (2) in die Fahrzeugscheibe (4) eingekoppelter Lichtstrahl ohne nennenswerte Ablenkung in die an der Fahrzeugscheibe (4) anliegende Glasfläche (10a) der Anzeigevorrichtung (8) weiterlaufen. Gelangt der Lichtstrahl bis zur oberen Glasfläche (10b) der Anzeigevorrichtung (8), so wird er an der Oberseite der Glasfläche in Richtung auf den Lichtempfänger (3) totalreflektiert.
Dies ist allerdings nur genau dann der Fall, wenn der Lichtstrahl beim Durchgang durch die Flüssigkristallschicht (9) ausschließlich auf hellgesteuerte Anzeigeelemente (11) trifft. Befindet sich im Lichtweg dagegen ein dunkelgesteuertes Anzeigeelement (12), so wird der Lichtstrahl durch dieses Anzeigeelement (12) absorbiert, wodurch sich die beim Lichtempfänger (3) eintreffende Lichtintensität verringert.
Durch Hell- bzw. Dunkelsteuerung der Anzeigeelemente (11, 12) zu feststehenden oder zeitlich variierenden Mustern kann die Steuervorrichtung (13) unterschiedliche Benetzungszustände auf der Fahrzeugscheibe (4) simulieren. Die erzeugten Muster können beispielsweise statistische Zufallsmuster sein oder auch bestimmten Niederschlagseigenschaften entsprechen, die der Steuervorrichtung anhand von Parametern vorgegeben werden können.
Besonders vorteilhaft ist es, die Sensorantwort vom Lichtempfänger (3) oder einer mit dem Lichtempfänger (3) verbundenen Elektronik über eine Meßleitung (14) der Steuervorrichtung (13) zuzuführen. Hierdurch kann die Steuervorrichtung (13) vollautomatisch überprüfen, ob die Signale des Lichtempfängers (3) der zu erwartenden Antwort des Lichtempfängers (3) auf die simulierten Niederschlagsereignisse entsprechen.

1: mikrostrukturierte Folie (Koppelelement)
2: (Licht-)Sender
3: (Licht-)Empfänger
4: Fahrzeugscheibe
5: Klebeschicht
6: erste Linsenstruktur
7: zweite Linsenstruktur
8: Anzeigevorrichtung
9: Flüssigkristallfläche
10a, 10b: Glasflächen
11: Anzeigeelement (hellgesteuert)
12: Anzeigeelement (dunkelgesteuert)
13: Steuervorrichtung
14: Meßleitung
15: Steuerleitung

Claims

Prüfvorrichtung für eine optoelektronische Sensoreinrichtung zur Detektion von Feuchtigkeit auf einer Kraftfahrzeugscheibe, wobei die Sensoreinrichtung zumindest einen Sender und einen Empfänger für optische Strahlung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfvorrichtung eine an die Fahrzeugscheibe (4) anfügbare oder direkt mit der Sensoreinrichtung verbindbare Anzeigevorrichtung (8) aufweist, welche geometrische Muster darstellen kann.
Prüfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfvorrichtung eine Steuervorrichtung (13) zur Ansteuerung der Anzeigevorrichtung (8) aufweist.
Prüfvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (13) die von der Anzeigevorrichtung (8) angezeigten Muster gemäß einem programmmäßig vorgegebenen zeitlichen Ablauf steuert.
Prüfvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (13) die von der Anzeigevorrichtung (8) angezeigten Muster gemäß einer statistischen Zufallsverteilung steuert.
Prüfvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die charakteristische mittlere Größen der statistisch generierten Muster, insbesondere die mittlere Helligkeitsverteilung, die mittlere Größe und die zeitliche Änderungsgeschwindigkeit der Muster der Steuervorrichtung durch Eingabe von Parametern vorgebbar sind.
Prüfvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (13) die von der Anzeigevorrichtung (8) angezeigten Muster auf der Grundlage zuvor aufgezeichneter Meßdaten steuert.
Prüfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Anzeigevorrichtung (8) eine Flüssigkristallanzeige zur Anwendung kommt.
Prüfvorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (13) die Anzeigeelemente (11, 12) der Anzeigevorrichtung (8) in jeweils zwei mögliche Zustände, insbesondere hell/dunkel, schwarz/weiß oder lichtdurchlässig/lichtundurchlässig steuern kann.
Prüfvorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (13) die Anzeigeelemente (11, 12) der Anzeigevorrichtung (8) in mehr als zwei Zustände, insbesondere zur Darstellung mittlerer Anzeigeintensitäten oder Grauabstufungen steuern kann.
Prüfvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die der Steuervorrichtung vorgebbaren Parameter den Eigenschaften von Niederschlägen, insbesondere Geschwindigkeit, Größe, Intensität von Niederschlägen, entsprechen.
Prüfvorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfvorrichtung die Antwort eines Feuchtigkeitssensors (3) auf simulierte Ereignisse speichert.
Prüfvorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfvorrichtung durch die Steuervorrichtung vorgegebene Testabläufe automatisch ausführt.
Prüfvorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die optoelektronische Sensoreinrichtung ein Regensensor ist.
Prüfvorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die optoelektronische Sensoreinrichtung ein Beschlagssensor ist.