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Die Erfindung betrifft ein Sensorsystem zur Ermittlung des Benetzungsgrades auf einer Außenseite einer Scheibe mit mindestens einem an einer Innenseite der Scheibe angeordneten Sensor.
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Sensorsysteme für Scheiben oder Fenster sind seit vielen Jahren in unterschiedlichsten Anwendungen im Einsatz.
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Herkömmlicherweise werden Scheibensensoren in der Haus- oder Automobiltechnik dazu verwendet, die äußeren Lichtverhältnisse, wie Tag oder Nacht, oder eine Regen- oder Schmutzbenetzung auf der Außenseite der Scheibe zu ermitteln.
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Der Aufbau dieser Scheiben- und Regensensoranordnungen ist herkömmlicherweise so konzipiert, dass auf der Innenseite der Scheiben lichtemittierende Sensoren angebracht sind und Lichtsignale in die Scheibe abgeben. Das Licht wird dabei innerhalb der Scheibe mehrfach reflektiert. Im Falle einer Benetzung auf der Außenseite der Scheibe nimmt die Lichtintensität der innerhalb der Scheibe reflektierten Lichtsignale ab, da die Reflexionseigenschaften innerhalb der Scheibe sich aufgrund der Benetzung auf der Außenseite der Scheibe verändern. Mittels einer Signalempfangseinheit kann die Abnahme der Signalintensität ermittelt und damit auf die Benetzung der Außenseite der Scheibe geschlossen werden.
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Die
DE 199 33 641 A1 offenbart eine Sensoreinrichtung zur Erfassung einer Benetzung, insbesondere Niederschlag und Verschmutzung, auf einer Scheibe mit mindestens einem Sender und mindestens einem Empfänger für das von den Sendern abgestrahlte Steuerlicht. Der Sender und der Empfänger sind auf den Eckpunkten eines gedachten Trapezes angeordnet. Dadurch werden die äußeren Abmessungen des Sensors reduziert, das Verhältnis von sensitiver Fläche und Grundfläche des Sensors verbessert und eine zusammenhängende sensitive Fläche geschaffen, wobei auch Raum für ein Empfangselement einer automatischen Lichtsteuerung vorhanden ist.
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Auch die
DE 198 15 747 C1 beschreibt eine Sensoreinrichtung zur Erfassung einer Benetzung, insbesondere Niederschlag und Verschmutzung, auf einer Scheibe mit mindestens zwei, vorzugsweise acht, Sendern und mindestens einem Empfänger für das von den jeweiligen Sendern abgestrahlte Licht, wobei die Sender konzentrisch um den Empfänger angeordnet sind und eine Grundfläche durch die Sender und Empfänger definiert ist, wobei die Grundfläche mindestens ein Kreisausschnitt ist. Dadurch sollen die äußeren Abmessungen des Sensors reduziert und das Verhältnis von sensitiver Fläche und Grundfläche des Sensors verbessert werden. Gleiches gilt für die
DE 41 02 146 C1 als Regen- und Verschmutzungssensor für Scheiben. Eine Lichtquelle strahlt Licht von der Unter- bzw. Innenseite der Scheibe zu dieser hin ab, und eine Lichtmesseinrichtung erfasst das von der Ober- bzw. Außenseite der Scheibe durch Totalreflexion reflektierte Licht. Dabei ist wenigstens ein erstes, das von der Scheibe reflektierte Licht fokussierendes optisches Element an der Glasscheibe angebracht, dessen fokussierende Reflexionsfläche einen Teil eines Rotationsellipsoids bildet, wobei im Strahlengang die Lichtquelle im ersten Brennpunkt und die Lichtmesseinrichtung im zweiten Brennpunkt dieses Rotationsellipsoids angeordnet sind. Hierdurch soll eine langgestreckte sensitive Reflexionsfläche an der Ober- bzw. Außenseite der Scheibe gewonnen werden, so dass das Auftreten von Regentropfen oder Schmutzpartikeln an einer größeren Fläche überwacht werden kann, deren Länge im Wesentlichen der Länge der gesamten Anordnung entspricht.
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Ebenfalls zeigt die
DE 43 43 474 A1 eine Sensoreinrichtung zur Erfassung des Benetzungs- und/oder Verschmutzungsgrades von Scheiben, insbesondere Frontscheiben von Kraftfahrzeugen, die eine Strahlung von der Innenseite der Scheibe aus in die Scheibe abgebende Strahlungsquelle und eine die in der Scheibe zwischen Außenfläche und Innenfläche durch Totalreflexion mehrfach reflektierte Strahlung erfassende Strahlungsmesseinrichtung aufweist. Eine Heizeinrichtung ist an wenigstens einer Berührungsfläche zwischen der Sensoreinrichtung und der Scheibe oder in der Scheibe angeordnet. Hierdurch soll bei geringem Energiebedarf gezielt die Messstrecke der Scheibe beheizt werden, so dass keine Messbeeinträchtigung durch Kondensat an der Innenfläche der Scheibe zu befürchten und eine verspiegelte Reflexionsfläche an dieser Innenseite nicht erforderlich ist.
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Des Weiteren beschreibt
DE 203 02 419 U1 eine Anordnung zur Detektion von Verschmutzungen auf Oberflächen eines Glases, wobei das unverschmutzte Glas zu mindestens einer mechanischen Resonanzschwingung anregbar ist und diese Resonanzschwingung eine Dämpfung und eine Abhängigkeit von der Geometrie des Glases und von der Temperatur des Glases aufweist. Mindestens ein Aktorelement ist mit dem Glas fest verbunden und regt mindestens eine mechanische Resonanzschwingung des Glases an, wobei mindestens ein Sensorelement fest mit dem Glas verbunden ist, welches die Resonanzschwingung des Glases detektiert, wobei es aufgrund auftretender Verschmutzungen von mindestens einer Glasoberfläche zu Frequenzverschiebungen und Dämpfungsänderungen der Resonanzschwingung des verschmutzten zum unverschmutzten Glas kommt.
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Nachteilig an den Lösungen im Stand der Technik ist, dass die Signalsendeeinrichtungen und Signalempfangseinrichtungen auf der Innenseite der Scheibe angeordnet sein müssen und damit aufgrund der Vielzahl der Signaleinrichtungen das Sichtfeld beeinträchtigen können. Gleichzeitig ist die Auswertung der mehrfach innerhalb der Scheibe reflektierten Lichtsignale zum Teil häufig schwierig, da die genauen Signalwege innerhalb der Scheibe nicht ermittelbar sind. Dadurch bedingt, können Variationen der Lichtintensitäten innerhalb der Scheibe nicht eineindeutig und ausschließlich auf eine Benetzung der Scheibe zurückgeführt werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein Sensorsystem bereitzustellen, das eine einfache und genaue Auswertung der Benetzung einer Scheibe ermöglicht.
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Gelöst wird die Aufgabe durch ein Sensorsystem gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Erfindungsgemäß ist ein Sensorsystem zur Ermittlung des Benetzungsgrades auf einer Außenseite einer Scheibe vorgesehen, bei dem der Sensor aus optischen Abbildungsfehler aufgrund einer äußeren Benetzung der Scheibe den Benetzungsgrad der Scheibe ermittelt, wobei die optischen Abbildungsfehler mittels einer außerhalb der Scheibe vorhandenen Bildsignalquelle ermittelbar sind.
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Durch das Sensorsystem ist es möglich, optische Abbildungsfehler der Scheibe, wie sphärische Aberrationen oder Beugungen, aufgrund der auf der auf Außenseite der Scheibe vorhandenen Benetzungen zu ermitteln. Im Unterschied zu bestehenden Sensorsystemen müssen mit dem vorliegenden Sensorsystem nicht die Signalreflektionen innerhalb der Scheibe ermittelt werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung muss auf der Innenseite der Scheibe auch nur ein Sensor zum Signalempfang angeordnet sein. Eine Anordnung von Signalsendeeinrichtungen auf der Innenseite der Scheibe kann gemäß der vorliegenden Erfindung entfallen, so dass die im Sichtfeld anzuordnenden Sensoren im Vergleich zur herkömmlichen Technik deutlich reduziert sind. Die außerhalb der Scheibe angeordnete Bildsignalquelle erzeugt ein Bildsignal, welches im Falle einer Benetzung zu optischen Abbildungsfehlern auf der Scheibe führt, die zuverlässig und eindeutig mit dem auf der Innenseite der Scheibe angeordneten Sensor ermittelbar sind. Im Falle der Verwendung nur eines Sensors werden die optischen Abbildungsfehler bezogen auf die unmittelbare korrespondierende Sensorfläche auf der Scheibe ermittelt.
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Ein Bildsignal im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein optisches und/oder akustisches Signal, dass bezüglich der Frequenz und Amplitude frei wählbar ist, wobei die Frequenz und/oder Amplitude gemäß der vorliegenden Erfindung auch zeitlich variieren können. Beispielsweise ist vorgesehen, dass die Wellenlänge eines von der Bildsignalquelle ausgesandten Lichtbildsignals in Abhängigkeit der äußeren Lichtverhältnisse veränderbar ist.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Sensorsystems ist vorgesehen, dass mehrere Sensoren auf der Scheibe dergestalt angeordnet sind, dass optische Abbildungsfehler einer großen Fläche der Scheibe anhand der außerhalb der Scheibe vorhandenen Bildsignalquelle ermittelbar sind. Mit mehreren Sensoren kann ein Sensorsystem aufgebaut werden, mit dem die optischen Abbildungsfehler eines großen Bereichs der Scheibe ermittelt werden können. In diesem Falle wird nicht die jeweils korrespondierende unmittelbare Sensorfläche auf der Scheibe durch die jeweiligen Sensoren detektiert, sondern durch die Kombination der Sensoren die gesamte zwischen den Sensoren liegende Scheibenfläche. Die Sensoren sind vorteilhafterweise so angeordnet, dass diese äquidistant auf einer linsenförmigen Linie angeordnet sind und somit optische Abbildungsfehler innerhalb der linsenförmigen Sensoranordnung detektieren können. So ist es möglich, dass die optischen Abbildungsfehler bezogen auf die linsenförmige Anordnung der Sensoren auf der Scheibe ermittelbar sind.
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Der Sensor verfügt vorteilhafterweise über ein Autofokussystem zur optischen Fokussierung der Bildsignalquelle. Alternativ bzw. kumullativ ist das gesamte Sensorsystem der Sensoren als Autofokussystem ausgebildet. Durch das Autofokussystem kann das Bildsignal der Bildsignalquelle unabhängig von den äußeren Witterungs- und Lichtverhältnissen permanent fokussiert und damit die optischen Abbildungsfehler der benetzten Scheibe sehr genau ermittelt werden. Ebenfalls kann der Grad der optischen Abbildungsfehler mittels des Autofokussystems und damit der Beneztungsgrad der Außenseite der Scheite sehr genau bestimmt werden.
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Ein optisch unbeeinflusstes Bildsignal der Bildsignalquelle ist vorteilhafterweise im Sensorsystem abspeicherbar und mit einem fortlaufend auf der Innenseite der Scheibe detektierten Bildsignal der Bildsignalquelle im Sensor vergleichbar. Hierdurch wird im Sensorsystem ein Referenzbildsignal hinterlegt, das mit dem aktuellen Bildsignal vergleichbar ist. Dadurch können zusätzliche Bildsignaleffekte, wie veränderte Lichtverhältnisse, die gerade keinen Einfluss auf die optischen Abbildungseigenschaften der Scheibe bzw. der Benetzung auf der außenseite der Scheibe haben, kompensiert werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Sensorsystems ist vorgesehen, dass die Bildsignalquelle auf der Vorderseite eines Autos, insbesondere auf einer Motorhaube des Autos, anordbar ist. Hierbei kann die Bildsignalquelle entweder ein permanentes Bildsignal in Richtung der Scheibe aussenden oder als permanentes Bild mit Ausrichtung auf die Scheibe konzipiert sein. Vorteilhafterweise beeinträchtigt die Bildsignalquelle nicht das Sichtfeld des Autofahrers. Ein weiteres wichtiges Anwendungsfeld der vorliegenden Erfindung ist die Haus- und Servicetechnik. Hierbei ist vorgesehen, dass bei der Überschreitung eines vorgebbaren Benetzungsgrades der Scheiben eines Gebäudes ein Servicesignal ausgelöst wird und eine nachfolgende Reinigung der Scheibe – manuell oder automatisch – initiiert wird.
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Zur einfachen und eindeutigen Ermittlung des Benetzungsgrades der äußeren Fläche der Scheibe ist aus der detektierten Stärke der optischen Abbildungsfehler der Benetzungsgrad der Außenseite der Scheibe unmittelbar und eindeutig ableitbar. Die Bildsignalquelle ist über eine Auswerteeinheit vorteilhafterweise mit dem Sensorsystem verbunden, wobei in der Bildsignalquelle unterschiedliche Bildsignale und/oder frequenzabhängige Lichtsignale erzeugbar sind. Hierdurch ist es möglich, in Abhängigkeit von weiteren äußeren Einflüssen, wie beispielsweise den Lichtverhältnissen, die in der Bildsignalquelle erzeugten Bildsignale anzupassen und somit ein an äußere Einflüsse anpassbare Bildsignalquelle zur Ermittlung der optischen Abbildungsfehler bereitzustellen.
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Der Sensor oder die Anordnung der Sensoren umfassen vorteilhafterweise ein Autofokussystem zur optischen Erfassung der Bildsignalquelle. Hierdurch ist eine permanente Erfassung der Bildsignalquelle insbesondere bei störenden Außeneinflüssen, wie beispielsweise während der Fahrt eines Autos oder bei wechselnden Lichtverhältnissen, möglich.
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Im Falle der Überschreitung eines vorgebbaren Benetzungsgrades löst eine Signaleinrichtung ein Signal aus, dass von anderen Systemeinheit verarbeitet werden kann. Vorteilhafterweise aktiviert eine Steuereinheit mit der Ermittlung des Signals der Signaleinrichtung eine Scheibenreinigungsvorrichtung, insbesondere eine Scheibwischanlage.
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Weiterhin ist in einer vorteilhaften Ausführung der der Sensor teilweise in der Scheibe integriert. Durch die teilweise Integration in der Scheibe kann der Sensor zusammen mit der Scheibe hergestellt werden. Des Weitere ist es möglich, den Sensor bzw. das Sensorsystem für zusätzliche Erfassungssysteme zu verwenden. Beispielsweise die Erfassung von zusätzlichen Strahlenverläufen innerhalb der Scheibe gemäß dem bisherigen Stand der Technik.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigen beispielhaft
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1 eine Seitenansicht der Scheibe mit drei angeordneten Sensoren;
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2 eine Rückansicht der Scheibe einer Anordnung von Sensoren.
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Die 1 zeigt eine Seitenansicht der Scheibe 1 mit drei auf einer Innenseite 2 der Scheibe 1 angeordneten Sensoren 4a, 4b, 4c. Die Sensoren 4a, 4b, 4c sind als Sensorsystem 8 mittels einer Verbindungsleitung 6 miteinander und mit einer in einem Gehäuse angeordneten Signaleinheit 9 und Steuereinheit 7 verbunden. Eine Bildsignalquelle 5a, 5b sendet ein Bildsignal aus, das durch die Außenseite 3 der Scheibe 1 dringt und durch die Sensoren 4a, 4b, 4c detektiert wird. Falls auf der Außenseite 3 der Scheibe 1 eine Benetzung vorliegt, treten optischen Abbildungsfehler auf, die durch die Sensorsystem 8 detektiert werden können. Für den Fall, dass die Sensorsystem 8 einen optischen Abbildungsfehler ermittelt, können mittels der Signaleinheit 9 und der Steuereinheit 7 diese optischen Abbildungsfehler detektiert und aus der Größe und Form der optischen Abbildungsfehlern der Benetzungsgrad der Außenseite 3 der Scheibe 1 ermittelt werden. Auf der Grundlage des ermittelten Benetzungsgrades der Außenseite 3 der Scheibe 1 erzeugt die Signaleinrichtung 9 ein Signal, das die Steuereinheit 7 auswertet und für die Steuerung einer Scheibenreinigungsvorrichtung 10 (nicht dargestellt) dient.
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Die Bildsignalquelle 5b erzeugt ein generisches Bildsignal, das von der Sensorsystem 8 erfasst wird. Sollte eine Benetzung der Außenseite 3 der Scheibe 1 vorliegen, so treten optischen Abbildungsfehler auf, die von dem Sensorsystem 8 erfasst werden. Vorteilhafterweise wird das generisch erzeugte Bildsignal auch an die Signaleinheit 9 übermittelt, so dass die Signaleinheit 9 das ursprüngliche generische Bildsignal als Referenzbild für die Bestimmung der optischen Abbildungsfehler der durch die Scheibe 1 erfassten Bildsignale nutzen kann.
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Alternativ bzw. kumulativ können weitere vorhandene Bildsignalquellen 5a, wie beispielsweise die Sonne oder andere Bildsignalquellen, wie Umgebungsbilder, beispielsweise andere Gebäude oder Wegbegrenzungen auf einer Strasse, verwendet werden. Hierbei ist jedoch notwendig, dass die Bildsignale der Bildsignalquelle 5a zusätzlich unmittelbar visuell erfassbar sind und für die Auswertung der optischen Abbildungsfehler verwendet werden können. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass mittels einer zusätzlichen Bildsignalempfangseinrichtung (nicht dargestellt) das Referenzbildsignal ermittelt und zum Vergleich mit der durch die Scheibe veränderten und im Sensorsystem 8 detektierten Bildsignale verglichen wird.
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Die 2 zeigt ein Sensorsystem 8 von acht Sensoren 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h auf der Rückseite 2 einer Scheibe 1. Innerhalb der gesamten Fläche des Sensorsystems 8 sind optische Abbildungsfehler aufgrund einer Benetzung auf der Außenseite 3 (nicht dargestellt) der Scheibe 1 ermittelbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Scheibe
- 2
- Innenseite
- 3
- Außenseite
- 4a bis 4h
- Sensoren
- 5a, 5b
- Bildsignalquelle
- 6
- Verbindungsleitung
- 7
- Steuereinheit
- 8
- Sensorsystem
- 9
- Signaleinrichtung
- 10
- Scheibenreinigungsvorrichtung
- 11
- Auswerteeinheit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19933641 A1 [0005]
- DE 19815747 C1 [0006]
- DE 4102146 C1 [0006]
- DE 4343474 A1 [0007]
- DE 20302419 U1 [0008]
