DE102021113279A1

DE102021113279A1 - Method of detecting liquid on a disk

Info

Publication number: DE102021113279A1
Application number: DE102021113279.7A
Authority: DE
Inventors: Thomas Horn
Original assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2021-05-21
Filing date: 2021-05-21
Publication date: 2022-11-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung von Flüssigkeit auf einer Scheibe, wobei mittels eines Strahlungssenders Strahlung ausgesendet wird, wobei die Strahlung mittels eines optischen Elementes in die Scheibe eingekoppelt wird und die Strahlung nach Reflektion in der Scheibe aus der Scheibe ausgekoppelt wird und mittels eines optischen Elementes auf einen Strahlungsempfänger geleitet wird, bei dem erfindungswesentlich vorgesehen ist, dass die Strahlung vor der Einkopplung in die Scheibe in Teilstrahlenbündel aufgeteilt wird, dass die Teilstrahlenbündel zur Ausbildung von sensitiven Bereichen auf der Scheibe in die Scheibe eingekoppelt werden, dass von den einzelnen sensitiven Bereichen eine Detektionsfläche auf der Scheibe ausgebildet wird, dass die einzelnen sensitiven Bereiche von nichtsensitiven Bereichen umgeben sind, dass die Teilstrahlenbündel nach der Reflektion in der Detektionsfläche auf einen gemeinsamen Strahlungsempfänger geleitet werden, dass aus dem Verhältnis der eingekoppelten Strahlung und der ausgekoppelten Strahlung auf den Benetzungszustand mit Flüssigkeit in dem Detektionsbereich auf der Scheibe geschlossen wird.The invention relates to a method for detecting liquid on a pane, radiation being emitted by means of a radiation transmitter, the radiation being coupled into the pane by means of an optical element and the radiation being coupled out of the pane after reflection in the pane and by means of an optical element element is directed to a radiation receiver, in which it is essential to the invention that the radiation is divided into partial beams of rays before being coupled into the pane, that the partial beams of rays are coupled into the pane to form sensitive areas on the pane, that from the individual sensitive areas a detection surface is formed on the pane, that the individual sensitive areas are surrounded by non-sensitive areas, that the partial beams of rays are directed to a common radiation receiver after reflection in the detection surface, that from the relationship the coupled-in radiation and the coupled-out radiation on the state of wetting with liquid in the detection area on the pane.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung von Flüssigkeit auf einer Scheibe, insbesondere auf einer Scheibe eines Fahrzeuges, wobei mittels mindestens eines Strahlungssenders Strahlung ausgesendet wird, wobei die Strahlung mittels mindestens eines optischen Elementes in die Scheibe eingekoppelt wird und wobei die Strahlung nach Reflektion in der Scheibe aus der Scheibe ausgekoppelt wird und mittels mindestens eines optischen Elementes auf einen Strahlungsempfänger geleitet wird.The invention relates to a method for detecting liquid on a pane, in particular on a pane of a vehicle, radiation being emitted by means of at least one radiation transmitter, the radiation being coupled into the pane by means of at least one optical element and the radiation being reflected in the Disc is decoupled from the disc and is directed by means of at least one optical element to a radiation receiver.

Verfahren und Sensorvorrichtungen zur Erfassung von Flüssigkeit auf einer Scheibe, insbesondere zur Erfassung des Benetzungsgrades, beispielsweise zur Niederschlagserkennung auf einer Windschutzscheibe eines Fahrzeuges, kommen in einer Vielzahl von Kraftfahrzeugen zum Einsatz. Zumeist sind hierbei die entsprechenden Sensorvorrichtungen im oberen Bereich der Windschutzscheibe angeordnet, um hier den Benetzungsgrad auf der Windschutzscheibe zu ermitteln. Zur Erfassung des Benetzungsgrades kann beispielsweise eine optische Sensorvorrichtung eingesetzt werden, bei der beispielsweise ein Strahlungssignal, insbesondere ein Infrarotsignal von einem Strahlungssender, in die Windschutzscheibe eingekoppelt wird und nach einer Laufstrecke der Strahlung in der Windschutzscheibe wieder ausgekoppelt wird. Anhand des wiederausgekoppelten Anteils der Strahlung kann ermittelt werden, wie hoch der Anteil an Totalreflexionen in der Windschutzscheibe ist. Der Anteil an Totalreflexionen in der Windschutzscheibe wird hierbei durch die Benetzung der Windschutzscheibe, beispielsweise mit Wasser, beeinflusst. Insbesondere wird durch die Benetzung mit Wasser der Anteil an Totalreflexionen in der Windschutzscheibe herabgesetzt, da durch die benetzten Bereiche Strahlung aus der Windschutzscheibe austreten kann.Methods and sensor devices for detecting liquid on a pane, in particular for detecting the degree of wetting, for example for detecting precipitation on a windshield of a vehicle, are used in a large number of motor vehicles. In most cases, the corresponding sensor devices are arranged in the upper area of the windshield in order to determine the degree of wetting on the windshield here. An optical sensor device can be used to detect the degree of wetting, for example, in which a radiation signal, in particular an infrared signal from a radiation transmitter, is coupled into the windshield and is coupled out again after the radiation has traveled a distance in the windshield. The proportion of radiation that is coupled out again can be used to determine how high the proportion of total reflections is in the windshield. The proportion of total reflections in the windshield is influenced by the wetting of the windshield, for example with water. In particular, the proportion of total reflections in the windshield is reduced by wetting with water, since radiation can escape from the windshield through the wetted areas.

Beispielsweise ist aus der DE 199 55 423 A1 eine Sensoreinrichtung zur Erfassung des Benetzungs- und/oder Verschmutzungsgrades einer an einem Kraftfahrzeug angeordneten Scheibe bekannt. Hierbei werden zur Verringerung des Fremdstrahlungsanteils aus der Umgebung einzelne optische Führungselemente an einer Wandung eines Gehäuses angeformt, die durch ein Blockierelement voneinander getrennt sind. Die Sensoreinrichtung weist einen Strahlungssender und einen Strahlungsempfänger auf, die als SMD-Bauteile auf einem Schaltungsträger angeordnet sind.For example, from the DE 199 55 423 A1 a sensor device for detecting the degree of wetting and/or soiling of a window pane arranged on a motor vehicle. In order to reduce the proportion of extraneous radiation from the environment, individual optical guide elements are formed on a wall of a housing and are separated from one another by a blocking element. The sensor device has a radiation transmitter and a radiation receiver, which are arranged as SMD components on a circuit carrier.

Um einen möglichst großen Bereich auf der Scheibe, beispielsweise der Windschutzscheibe eines Fahrzeuges, auf die Benetzung mit Flüssigkeit hin untersuchen zu können, ist ein möglichst großer Detektionsbereich vorteilhaft. Hierdurch kann die Wahrscheinlichkeit der Detektion eines Tropfens erhöht werden. Nachteilig bei der Vergrößerung der Detektionsfläche durch eine Vergrößerung des sensitiven Bereiches ist, dass sich der Anteil der durch einen Tropfen beeinflussten sensitiven Fläche verringert. Dies resultiert in einer Verkleinerung des relativen Austritts der Strahlung durch den Tropfen, also der Anteil der durch einen Tropfen austretenden Strahlung wird verringert, und somit in einer Verringerung der Signalreduzierung beim Photodetektor.In order to be able to examine the largest possible area on the pane, for example the windscreen of a vehicle, for wetting with liquid, it is advantageous to have a detection area that is as large as possible. This can increase the probability of detecting a drop. The disadvantage of enlarging the detection area by enlarging the sensitive area is that the proportion of the sensitive area affected by a drop is reduced. This results in a reduction in the relative emergence of the radiation through the drop, ie the proportion of radiation emerging through a drop is reduced, and thus in a reduction in the signal reduction at the photodetector.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung von Feuchtigkeit auf einer Scheibe vorzuschlagen, bei dem eine vergrößerte Detektionsfläche erreicht werden kann, ohne dass hierdurch die durch einen Tropfen verursachte Signalreduzierung am Photodetektor verringert wird.The invention is based on the object of proposing a method and a device for detecting moisture on a pane, in which an enlarged detection area can be achieved without reducing the signal reduction caused by a drop at the photodetector.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9.This problem is solved with a method having the features of patent claim 1 and with a device having the features of patent claim 9.

Bei einem Verfahren zur Erfassung von Flüssigkeit auf einer Scheibe, insbesondere auf einer Scheibe eines Fahrzeuges, wobei mittels mindestens eines Strahlungssenders Strahlung ausgesendet wird, wobei die Strahlung mittels mindestens eines optischen Elementes in die Scheibe eingekoppelt wird und wobei die Strahlung nach Reflektion in der Scheibe aus der Scheibe ausgekoppelt wird und mittels mindestens eines optischen Elementes auf einen Strahlungsempfänger geleitet wird, ist erfindungswesentlich vorgesehen, dass die Strahlung vor der Einkopplung in die Scheibe in Teilstrahlenbündel aufgeteilt wird, dass die Teilstrahlenbündel zur Ausbildung von sensitiven Bereichen auf der Scheibe in die Scheibe eingekoppelt werden, dass aus den einzelnen sensitiven Bereichen eine Detektionsfläche auf der Scheibe ausgebildet wird, dass die einzelnen sensitiven Bereiche von nichtsensitiven Bereichen umgeben sind, dass die Teilstrahlenbündel nach der Reflektion in der Detektionsfläche auf einen gemeinsamen Strahlungsempfänger geleitet werden und dass aus dem Verhältnis der eingekoppelten Strahlung und der ausgekoppelten Strahlung auf den Benetzungszustand mit Flüssigkeit in dem Detektionsbereich auf der Scheibe geschlossen wird.In a method for detecting liquid on a pane, in particular on a pane of a vehicle, radiation is emitted by means of at least one radiation transmitter, wherein the radiation is coupled into the pane by means of at least one optical element and the radiation is emitted after reflection in the pane is coupled out of the pane and directed to a radiation receiver by means of at least one optical element, it is essential to the invention that the radiation is divided into partial beams of rays before being coupled into the pane, that the partial beams of rays are coupled into the pane to form sensitive areas on the pane that from the individual sensitive areas a detection surface is formed on the pane, that the individual sensitive areas are surrounded by non-sensitive areas, that the partial beams of rays after reflection in the detection surface on a common en radiation receiver are directed and that from the ratio of the coupled-in radiation and the coupled-out radiation on the wetting state with liquid in the detection area on the pane is closed.

Sensorvorrichtungen zur Erfassung von Flüssigkeiten auf einer Scheibe können beispielsweise an der Innenseite einer Scheibe, insbesondere an der Windschutzscheibe eines Fahrzeuges, angeordnet sein. Eine Sensorvorrichtung kann mindestens einen Strahlungssender zur Aussendung von Strahlung, insbesondere von elektromagnetischer Strahlung, beispielsweise von Licht oder Infrarotstrahlung, aufweisen. Beispielsweise kann der Strahlungssender als eine LED ausgebildet sein. Bei dem Strahlungssender kann es sich also um eine Lichtquelle handeln. Durch den Strahlungssender kann elektromagnetische Strahlung ausgesendet werden, die in die Windschutzscheibe eingekoppelt werden kann. In der Scheibe kann die elektromagnetische Strahlung durch eine oder mehrere Totalreflexionen an der Außenseite der Scheibe, also an der Grenzfläche zwischen Scheibenmaterial und Umgebungsluft, eine Messstrecke durchlaufen. Am Ende der Messstrecke kann der reflektierte Teil der eingekoppelten elektromagnetischen Strahlung aus der Windschutzscheibe austreten, also ausgekoppelt werden, und von einem Strahlungsempfänger detektiert werden. Durch beispielsweise Regentropfen auf der Windschutzscheibe kann der Anteil der reflektierten elektromagnetischen Strahlung, also der Anteil der Totalreflexionen in der Windschutzscheibe, reduziert werden, so dass die elektromagnetische Strahlung an diesen Stellen aus der Windschutzscheibe austritt. Zur Einkopplung und zur Auskopplung der elektromagnetischen Strahlung in die Windschutzscheibe kann ein optisches Element vorgesehen sein, das beispielsweise durch einen Glaskörper oder Kunststoffkörper oder Ähnliches, insbesondere einen transparenten Körper, ausgebildet sein kann. Es können auch mehrere optische Elemente vorgesehen sein. Die Strahlungseintrittsseite und die Strahlungsaustrittsseite des optischen Elementes, also des Führungselementes, können in einem spitzen Winkel zu der Ebene der Scheibe angeordnet sein, so dass eine Totalreflexion der von dem Strahlungssender ausgesandten Strahlung in der Scheibe, insbesondere an der Grenzfläche zwischen Scheibenmaterial und Umgebungsluft, also an der dem Führungselement abgewandten Seite der Scheibe, beispielsweise an der dem Innenraum abgewandten Seite bei einer Windschutzscheibe eines Fahrzeuges, erfolgen kann. Ebenso kann die Strahlungsaustrittsseite einen spitzen Winkel zur Scheibe aufweisen, so dass die in der Scheibe totalreflektierte und aus der Scheibe ausgekoppelte Strahlung von der Strahlungsaustrittsseite auf den Strahlungsempfänger treffen kann.Sensor devices for detecting liquids on a pane can be arranged, for example, on the inside of a pane, in particular on the windshield of a vehicle. A sensor device can have at least one radiation transmitter for emitting radiation, in particular electromagnetic radiation, for example light or infrared radiation. For example, the radiation transmitter can be designed as an LED. In which Radiation emitter can therefore be a light source. Electromagnetic radiation can be emitted by the radiation transmitter and can be coupled into the windshield. In the pane, the electromagnetic radiation can pass through a measuring section due to one or more total reflections on the outside of the pane, i.e. at the interface between the pane material and the ambient air. At the end of the measurement section, the reflected part of the coupled-in electromagnetic radiation can emerge from the windshield, ie be coupled out, and be detected by a radiation receiver. For example, raindrops on the windshield can reduce the proportion of the reflected electromagnetic radiation, ie the proportion of total reflections in the windshield, so that the electromagnetic radiation emerges from the windshield at these points. An optical element can be provided for coupling and decoupling the electromagnetic radiation into the windshield, which can be formed, for example, by a glass body or plastic body or the like, in particular a transparent body. Several optical elements can also be provided. The radiation entry side and the radiation exit side of the optical element, i.e. the guide element, can be arranged at an acute angle to the plane of the pane, so that total reflection of the radiation emitted by the radiation emitter in the pane, in particular at the interface between the pane material and the ambient air, i.e on the side of the pane facing away from the guide element, for example on the side facing away from the interior of a windshield of a vehicle. Likewise, the radiation exit side can have an acute angle to the pane, so that the radiation that is totally reflected in the pane and coupled out of the pane can impinge on the radiation receiver from the radiation exit side.

Bevor die Strahlung, also insbesondere das Licht, mittels des optischen Elementes in die Scheibe eingekoppelt wird, wird die Strahlung in Teilstrahlenbündel aufgeteilt. Die Aufteilung in Teilstrahlenbündel kann mittels des optischen Elementes erfolgen. Nachdem die Teilstrahlenbündel in die Scheibe eingekoppelt wurden, treffen die Teilstrahlenbündel voneinander getrennt auf jeweils einen Bereich in der Scheibe, wobei durch diese Bereiche die sensitiven Bereiche der Detektionsfläche ausgebildet sind. An der Außenseite der Scheibe, also der Grenzfläche zwischen dem Scheibenmedium, also dem Scheibenmaterial und der Umgebung, insbesondere der Umgebung des Fahrzeuges, kann es zu Totalreflektionen der Teilstrahlenbündel kommen. Durch die Teilstrahlenbündel wird die Detektionsfläche der Sensoranordnung ausgebildet, in der Flüssigkeit detektiert werden kann. Die Detektionsfläche ist somit nicht durch durchgehende Bereiche, also eine durchgehende Bestrahlung mit der ausgesendeten Strahlung ausgebildet, sondern durch eine Vielzahl von sensitiven Teilflächen, wobei jede Teilfläche durch ein Teilstrahlenbündel erzeugt wird. Hierbei sind die Teilflächen von nichtsensitiven Bereichen umgeben. In den nichtsensitiven, also nicht bestrahlten Bereichen, ist eine Flüssigkeitsdetektion nicht möglich. Die bestrahlte Fläche, also die sensitive Fläche, auf der Scheibe wird durch die Aufteilung in Teilstrahlen nicht vergrößert, vielmehr wird die bestrahlte Fläche aufgeteilt, wobei die gesamt bestrahlte Fläche gleich bleibt. Durch einen Tropfen, der sich auf der Detektionsfläche befindet, wird somit die gleiche bestrahlte Fläche beeinflusst, wie es auch bei einer Nichtaufspaltung der Strahlung in Teilbündel der Fall wäre. Die Detektionsfläche wird dadurch vergrößert, dass sie sich nun aus sensitiven und nichtsensitiven Bereichen zusammensetzt. Die überwachte Fläche ist also vergrößert, ohne die für die Auskopplung relevante Fläche zu vergrößern. Hierdurch ist trotz Vergrößerung der überwachten Fläche keine Verringerung der relativen Auskopplung verbunden, da die bestrahlte Fläche gleich bleibt. Die Auskopplung eines oder mehrerer Teilstrahlenbündel wird durch die Verringerung der mittels des Strahlungsempfängers erfassten Strahlungsmenge gemessen. Somit ist eine gegenüber der einfachen Bestrahlung der Scheibe vergrößerte Detektionsfläche erreicht, ohne dass die relative Auskopplung durch einen Tropfen verringert ist, wie es bei der Aufweitung der Strahlung zur Vergrößerung der Detektionsfläche durch eine größere bestrahlte Fläche der Fall wäre.Before the radiation, that is to say in particular the light, is coupled into the pane by means of the optical element, the radiation is divided into partial beams of rays. The division into partial beams of rays can take place by means of the optical element. After the partial beams of rays have been coupled into the pane, the partial beams of rays strike a region in the pane separately from one another, with the sensitive regions of the detection surface being formed by these regions. Total reflections of the partial beams of rays can occur on the outside of the pane, ie the interface between the pane medium, ie the pane material and the environment, in particular the environment of the vehicle. The detection surface of the sensor arrangement, in which liquid can be detected, is formed by the partial beams of rays. The detection surface is thus not formed by continuous areas, ie a continuous irradiation with the emitted radiation, but by a large number of sensitive partial surfaces, each partial surface being generated by a partial beam of rays. In this case, the partial areas are surrounded by non-sensitive areas. Liquid detection is not possible in the non-sensitive, i.e. non-irradiated areas. The irradiated area, i.e. the sensitive area, on the pane is not increased by the division into partial beams, rather the irradiated area is divided, with the total irradiated area remaining the same. A drop located on the detection surface therefore affects the same irradiated surface as would be the case if the radiation were not split into partial beams. The detection area is increased in that it is now made up of sensitive and non-sensitive areas. The monitored area is therefore increased without increasing the area relevant for the decoupling. Despite the increase in the monitored area, this does not result in a reduction in the relative decoupling, since the irradiated area remains the same. The decoupling of one or more partial beams of rays is measured by the reduction in the amount of radiation detected by the radiation receiver. Thus, compared to the simple irradiation of the pane, an enlarged detection area is achieved without the relative decoupling being reduced by a drop, as would be the case when the radiation is expanded to enlarge the detection area by a larger irradiated area.

In einer Weiterbildung des Verfahrens werden die Teilstrahlenbündel auf einen einzigen Strahlungsempfänger geleitet. Durch ein optisches Element, beispielsweise einen Führungskörper, können die Teilstrahlenbündel, die an der Grenzfläche zwischen Windschutzscheibe und Umgebungsluft totalreflektiert wurden, auf einen einzigen Strahlungsempfänger geleitet werden. Bei dem Strahlungsempfänger kann es sich beispielsweise um eine Photodiode handeln.In a further development of the method, the partial beams of rays are directed onto a single radiation receiver. The partial beams of rays that were totally reflected at the interface between the windshield and the ambient air can be guided to a single radiation receiver by an optical element, for example a guide body. The radiation receiver can be a photodiode, for example.

In einer Weiterbildung des Verfahrens sind die zwischen den sensitiven Bereichen der Detektionsfläche angeordneten nichtsensitiven Bereiche, also die Bereiche der Detektionsfläche, die nicht von einem Teilstrahlenbündel beleuchtet werden, kleiner als ein minimaler Tropfendurchmesser. Hierdurch ist sichergestellt, dass auch sehr kleine Tropfen, die auf einen nichtsensitiven Bereich fallen, den nichtsensitiven Bereich überragen und somit von einem sensitiven Bereich erfasst werden können.In a development of the method, the non-sensitive areas arranged between the sensitive areas of the detection surface, ie the areas of the detection surface that are not illuminated by a partial beam of rays, are smaller than a minimum droplet diameter. This ensures that even very small drops that fall on a non-sensitive area protrude beyond the non-sensitive area and can thus be detected by a sensitive area.

In einer Weiterbildung des Verfahrens werden die sensitiven Bereiche durch nichtsensitive Bereiche voneinander getrennt. Die sensitiven Bereiche, die zusammen den Detektionsbereich bilden, werden durch Bestrahlungsflächen der einzelnen Teilstrahlenbündel gebildet. Die nichtsensitiven Bereiche sind Bereiche, bei denen keine Bestrahlung mit der ausgesendeten Strahlung stattfindet. Insbesondere können die sensitiven Bereiche in einem Raster angeordnet sein, wobei die einzelnen sensitiven Bereiche durch die nichtsensitiven Bereiche getrennt sind.In a development of the method, the sensitive areas are replaced by non-sensitive areas separated from each other. The sensitive areas, which together form the detection area, are formed by the irradiation areas of the individual partial beams of rays. The non-sensitive areas are areas where no irradiation with the emitted radiation takes place. In particular, the sensitive areas can be arranged in a grid, with the individual sensitive areas being separated by the non-sensitive areas.

In einer Weiterbildung des Verfahrens wird durch einen Tropfen auf der Detektionsfläche mindestens ein sensitiver Bereich in der Detektionsfläche auf der Scheibe beeinflusst, insbesondere wird mindestens ein sensitiver Bereich zumindest teilweise überdeckt und in dem beeinflussten sensitiven Bereich kommt es nicht zu einer vollständigen Totalreflektion der Strahlung. Ein Tropfen, der auf die Detektionsfläche auf der Scheibe fällt, beeinflusst mindestens einen sensitiven Bereich, indem die Totalreflektion der Strahlung durch den Tropfen verhindert bzw. eingeschränkt ist.In a further development of the method, at least one sensitive area in the detection area on the windshield is influenced by a droplet on the detection area, in particular at least one sensitive area is at least partially covered and in the affected sensitive area there is no complete total reflection of the radiation. A drop that falls on the detection surface on the pane affects at least one sensitive area by preventing or restricting the total reflection of the radiation through the drop.

In einer Weiterbildung des Verfahrens werden mehrere sensitive Bereiche von einem Tropfen überdeckt. Durch die Überdeckung mehrerer sensitiver Bereiche wird die Totalreflektion von mehreren Teilstrahlenbündel verhindert. Somit wird weniger Licht zu dem Strahlenempfänger ausgekoppelt, so dass auf einen erhöhten Benetzungsgrad der Scheibe durch Flüssigkeit geschlossen wird.In a development of the method, several sensitive areas are covered by one drop. By covering several sensitive areas, the total reflection of several partial beams of rays is prevented. As a result, less light is coupled out to the radiation receiver, so that an increased degree of wetting of the pane by liquid is inferred.

In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die von der Strahlungsquelle ausgesendete Strahlung mittels mindestens eines optischen Elementes in Teilstrahlenbündel aufgespalten. Bei dem optischen Element kann es sich beispielsweise um einen Führungskörper aus Glas, Kunststoff oder einem ähnlichen Material handeln, der dazu ausgebildet ist, die von der Strahlungsquelle, also von dem Strahlungssender, ausgesendete Strahlung in die Scheibe einzukoppeln. Beispielsweise durch eine diffraktive Ausbildung des Führungskörpers kann das von dem Strahlungssender ausgesendete Strahlenbündel in die Teilstrahlenbündel aufgeteilt werden, wobei die einzelnen Teilstrahlenbündel in die Windschutzscheibe voneinander getrennt eingekoppelt werden. Somit kann eine Detektionsfläche, bestehend aus voneinander getrennten, durch die jeweiligen Teilsstrahlenbündel erzeugten Beleuchtungsflächen, ausgebildet sein.In one embodiment of the method, the radiation emitted by the radiation source is split into partial beams of rays by means of at least one optical element. The optical element can be, for example, a guide body made of glass, plastic or a similar material, which is designed to couple the radiation emitted by the radiation source, ie by the radiation emitter, into the pane. For example, by designing the guide body to be diffractive, the bundle of rays emitted by the radiation transmitter can be divided into the partial bundles of rays, with the individual partial bundles of rays being coupled into the windshield separately from one another. Thus, a detection surface consisting of mutually separate illumination surfaces generated by the respective partial beams of rays can be formed.

In einer Weiterbildung des Verfahrens wird aus der mittels des Strahlungsempfängers erfassten Signalstärke auf den Benetzungszustand der Scheibe im Detektionsbereich geschlossen. Je mehr durch die Teilstrahlenbündel erzeugte sensitive Bereiche von Feuchtigkeit bedeckt sind, desto geringer ist der Anteil der aus der Scheibe ausgekoppelten Strahlung. Somit kann aus der mittels des Strahlungsempfängers empfangenen Signalstärke auf den Benetzungsgrad geschlossen werden. Insbesondere kann hier das Verhältnis der eingekoppelten und der wieder ausgekoppelten Strahlung ausgewertet werden.In a further development of the method, conclusions are drawn about the wetting state of the pane in the detection area from the signal strength detected by means of the radiation receiver. The more sensitive areas generated by the partial beams of rays are covered by moisture, the lower the proportion of radiation coupled out of the pane. The degree of wetting can thus be inferred from the signal strength received by means of the radiation receiver. In particular, the ratio of the coupled-in and coupled-out radiation can be evaluated here.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Erfassung von Flüssigkeit auf einer Scheibe, insbesondere auf einer Scheibe eines Fahrzeuges, mit mindestens einem Strahlungssender, mit mindestens einem Strahlungsempfänger und mit mindestens einem optischen Element zur Einkopplung der von dem Strahlungssender ausgesendeten Strahlung in die Scheibe und mit mindestens einem optischen Element zur Auskopplung der an der Grenzfläche zwischen Scheibe und Umgebungsluft totalreflektierten Strahlung aus der Scheibe, bei der erfindungswesentlich vorgesehen ist, dass ein optisches Element zur Aufspaltung der von dem Strahlungssender ausgesendeten Strahlung in Teilstrahlenbündel ausgebildet ist und dass das optische Element zur Leitung der einzelnen Teilstrahlenbündel auf voneinander getrennte Bereiche in der Scheibe ausgebildet ist. Die Vorrichtung weist einen Strahlungssender zur Aussendung von Strahlung, insbesondere von Licht bzw. von Infrarotstrahlung, auf. Insbesondere kann es sich bei dem Strahlungssender um eine LED handeln. Die von dem Strahlungssender ausgesendete Strahlung wird in ein optisches Element eingeleitet, von dem die Strahlung in die zu überwachende Scheibe eingekoppelt wird. Bei dem optischen Element kann es sich beispielsweise um einen Führungskörper aus Kunststoff, Glas oder Ähnlichem handeln. Mittels des optischen Elementes wird die Strahlung vorzugsweise in einem Winkel von 42° zur Scheibe in die Scheibe eingekoppelt. Durch die an der Außenseite der Scheibe stattfindende Totalreflektion, insbesondere durch die an dem Übergang zwischen Scheibe und Umgebungsluft stattfindende Totalreflektion, wird die Strahlung zumindest größtenteils wieder in die Scheibe zurückgespiegelt. Das zurückgespiegelte Licht kann von einem Strahlungsempfänger erfasst werden. Bei dem Strahlungsempfänger kann es sich beispielsweise um eine Photodiode oder Ähnlichem handeln. Sich auf der Scheibenoberfläche befindende Flüssigkeitstropfen stören die Totalreflektion, so dass weniger Strahlung zurückgespiegelt wird. Die Verringerung des Signals am Strahlungsempfänger, also das Verhältnis zwischen eingekoppelter und ausgekoppelter Strahlung, ist ein Maß für die Auskopplung und somit für die mit Flüssigkeit benetzte Fläche auf der Scheibe. Zur Auskopplung des Lichtes aus der Scheibe und zur Fokussierung auf den Strahlungsempfänger ist ein optisches Element vorgesehen. Bei dem optischen Element kann es sich um den gleichen Körper handeln, wie bei dem optischen Element zur Einkopplung der Strahlung. Hierbei sind die optischen Elemente zur Einkopplung und zur Auskopplung der Strahlung also einteilig als eine Art Führungskörper ausgebildet. Es können allerdings auch separate optische Körper zur Einkopplung und zur Auskopplung vorgesehen sein. Bevor die Strahlung von dem optischen Element in die Scheibe eingekoppelt wird, wird das von dem Strahlungssender ausgesendete Strahlenbündel mittels des optischen Elementes in Teilstrahlenbündel aufgespalten. Durch das optische Element wird somit eine Detektionsfläche zur Erfassung von Feuchtigkeit auf der Scheibe erzeugt, wobei die Detektionsfläche aus einzelnen sensitiven Bereichen besteht. Jedes Teilstrahlenbündel erzeugt hierbei einen sensitiven Bereich, wobei die sensitiven Bereiche durch die Aufspaltung in Teilstrahlenbündel räumlich voneinander getrennt sind. Zwischen den sensitiven Bereichen sind somit nicht bestrahlte, also nichtsensitive Bereiche angeordnet. Die sensitiven Bereiche können in einer Art Raster angeordnet sein. Durch die Aufspaltung des Strahlenbündels in Teilstrahlenbündel ist somit eine Vergrößerung der Detektionsfläche auf der Scheibe geschaffen, ohne dafür die eigentlichen sensitiven Bereiche zu vergrößern. Die nichtsensitiven Bereiche zwischen den sensitiven Bereichen sind hierbei kleiner als der minimale Tropfendurchmesser, so dass auch kleinste Flüssigkeitstropfen erfasst werden können. Durch das dem Strahlungsempfänger zugeordnete optische Element werden die totalreflektierten Teilstrahlenbündel auf den Strahlungsempfänger fokussiert. Trotz der Vergrößerung der Detektionsfläche nimmt die relative Abnahme des Signals des Strahlungsempfängers durch einen sich in der Detektionsfläche befindenden Tropfen im Vergleich zu der nicht vergrößerten Detektionsfläche nicht ab, da der eigentlich bestrahlte sensitive Bereich gleichbleibt.The invention also relates to a device for detecting liquid on a pane, in particular on a pane of a vehicle, with at least one radiation transmitter, with at least one radiation receiver and with at least one optical element for coupling the radiation emitted by the radiation transmitter into the pane and with at least an optical element for decoupling the radiation totally reflected at the interface between the pane and the ambient air from the pane, in which it is essential to the invention that an optical element is designed for splitting the radiation emitted by the radiation transmitter into partial beams of rays and that the optical element for guiding the individual Partial beam is formed on separate areas in the disc. The device has a radiation transmitter for emitting radiation, in particular light or infrared radiation. In particular, the radiation transmitter can be an LED. The radiation emitted by the radiation transmitter is introduced into an optical element, from which the radiation is coupled into the pane to be monitored. The optical element can be, for example, a guide body made of plastic, glass or the like. The radiation is preferably coupled into the pane at an angle of 42° to the pane by means of the optical element. Due to the total reflection taking place on the outside of the pane, in particular due to the total reflection taking place at the transition between the pane and the ambient air, the radiation is at least largely reflected back into the pane. The reflected light can be detected by a radiation receiver. The radiation receiver can be a photodiode or the like, for example. Drops of liquid on the surface of the pane disturb the total reflection, so that less radiation is reflected back. The reduction in the signal at the radiation receiver, i.e. the ratio between coupled-in and coupled-out radiation, is a measure of the coupling-out and thus of the liquid-wetted surface on the pane. An optical element is provided for decoupling the light from the pane and for focusing it onto the radiation receiver. The optical element can be the same body as the optical element for coupling in the radiation. Here are the optical elements for coupling and thus designed in one piece as a kind of guide body for coupling out the radiation. However, separate optical bodies can also be provided for coupling and decoupling. Before the radiation is coupled into the pane by the optical element, the beam of rays emitted by the radiation transmitter is split into partial beams of rays by means of the optical element. The optical element thus generates a detection surface for detecting moisture on the pane, with the detection surface consisting of individual sensitive areas. In this case, each partial beam of rays generates a sensitive area, with the sensitive areas being spatially separated from one another by the splitting into partial beams of rays. Non-irradiated, ie non-sensitive areas are thus arranged between the sensitive areas. The sensitive areas can be arranged in a kind of grid. The splitting of the beam of rays into partial beams of rays thus creates an enlargement of the detection area on the pane without enlarging the actual sensitive areas. The non-sensitive areas between the sensitive areas are smaller than the minimum droplet diameter, so that even the smallest droplets of liquid can be detected. The totally reflected partial beams of rays are focused onto the radiation receiver by the optical element assigned to the radiation receiver. Despite the enlargement of the detection area, the relative decrease in the signal of the radiation receiver due to a drop located in the detection area does not decrease in comparison to the non-enlarged detection area, since the sensitive area actually irradiated remains the same.

In einer Weiterbildung der Erfindung handelt es sich bei dem optischen Element um eine diffraktive Optik. Als optisches Element zum Einkoppeln und Aufspalten der von dem Strahlungssender ausgesendeten Strahlung wird eine diffraktive Optik verwendet, um eine Aufspaltung des ausgesendeten Strahlenbündels in Teilstrahlenbündel zu erreichen.In a development of the invention, the optical element is a diffractive optic. Diffractive optics are used as the optical element for coupling in and splitting up the radiation emitted by the radiation transmitter, in order to achieve a splitting of the emitted beam of rays into partial beams of rays.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels weiter erläutert. Im Einzelnen zeigen die Figuren in:

1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Erfassung von Flüssigkeit auf einer Scheibe in einer Seitenansicht,
2 eine Vorrichtung nach 1 mit einem Tropfen auf der Detektionsfläche,
3a eine Detektionsfläche ohne Aufspaltung der Strahlung in Teilstrahlenbündel, und
3b eine Detektionsfläche mit Aufspaltung der Strahlung in Teilstrahlenbündel.

In the following, the invention is explained in more detail using an exemplary embodiment illustrated in the drawing. In detail, the figures show in:

1 a schematic view of a device for detecting liquid on a pane in a side view,
2 a device 1 with a drop on the detection surface,
3a a detection surface without splitting the radiation into partial beams of rays, and
3b a detection surface with splitting of the radiation into partial beams of rays.

In 1 ist eine Vorrichtung zur Erfassung von Flüssigkeit auf einer Scheibe 1 mit einem Strahlungssender 2 und einem Strahlungsempfänger 3 dargestellt. Bei dem Strahlungssender 2 kann es sich beispielsweise um eine LED zur Aussendung von Licht handeln. Bei den Strahlungsempfänger 3 kann es sich beispielsweise um einen Photodetektor mit einer Photodiode handeln. Das von dem Strahlungssender 2 ausgesendete Licht 4 wird mittels eines optischen Elementes 5 in Teilstrahlenbündel 6 aufgespalten. Die Teilstrahlenbündel 6 werden in die Scheibe 1 eingekoppelt. An der Grenzfläche 7 zwischen dem Scheibenmaterial und der Umgebung, also insbesondere an der Grenzfläche 7 zwischen Glas und Luft, kann es zu Totalreflektionen der Teilstrahlenbündel 6 kommen. Durch die Teilstrahlenbündel 6 sind sensitive Bereiche 8 auf der Scheibe 1 ausgebildet. Jedes Teilstrahlenbündel 6 bildet hierbei einen sensitiven Bereich 8 aus. Die sensitiven Bereiche 8 sind durch nichtsensitive Bereiche 9 räumlich voneinander getrennt. Wird ein sensitiver Bereich 8 von einem Tropfen an der Oberfläche der Scheibe 1 abgedeckt, so kommt es nicht zu einer Totalreflektion der Strahlung sondern zu einem Austritt der Strahlung des Teilstrahlenbündels 6 aus der Scheibe und somit zu einer Verringerung der wieder aus der Scheibe ausgekoppelten Strahlung, die von dem Strahlungsempfänger 3 erfasst wird. Die sensitiven Bereiche 8 können in einem Raster ausgebildet sein, so dass sich die Detektionsfläche 10 ausbildet. Dem Strahlungsempfänger 3 ist ein optisches Element 11 zugeordnet, durch das die Strahlung der Teilstrahlenbündel 6 aus der Scheibe ausgekoppelt und auf den Strahlungsempfänger 3 fokussiert werden kann. Das Verhältnis zwischen vom Strahlungssender 2 ausgesendeter Strahlung und vom Strahlungsempfänger 3 empfangener Strahlung ist ein Maß für die Benetzung der Scheibe 1 mit Flüssigkeit in der Detektionsfläche 10. Zwischen den optischen Elementen 5, 11 und der Scheibe 1 kann ein SIL-Gel 14 zur optischen Ankopplung der optischen Elemente 5, 11 an die Scheibe 1 angeordnet sein.In 1 a device for detecting liquid on a pane 1 with a radiation transmitter 2 and a radiation receiver 3 is shown. The radiation transmitter 2 can be, for example, an LED for emitting light. The radiation receiver 3 can be a photodetector with a photodiode, for example. The light 4 emitted by the radiation transmitter 2 is split into partial beams 6 by means of an optical element 5 . The partial beams of rays 6 are coupled into the pane 1 . Total reflections of the partial beams of rays 6 can occur at the interface 7 between the pane material and the environment, ie in particular at the interface 7 between glass and air. Sensitive areas 8 are formed on pane 1 by partial beams of rays 6 . Each partial beam of rays 6 forms a sensitive area 8 here. The sensitive areas 8 are spatially separated from one another by non-sensitive areas 9 . If a sensitive area 8 is covered by a drop on the surface of pane 1, there is no total reflection of the radiation, but the radiation of the partial beam 6 exits the pane and thus a reduction in the radiation coupled out of the pane again. which is detected by the radiation receiver 3. The sensitive areas 8 can be formed in a grid, so that the detection area 10 is formed. An optical element 11 is assigned to the radiation receiver 3 , through which the radiation of the partial beam bundles 6 can be coupled out of the pane and focused onto the radiation receiver 3 . The ratio between the radiation emitted by the radiation transmitter 2 and the radiation received by the radiation receiver 3 is a measure of the wetting of the pane 1 with liquid in the detection area 10. A SIL gel 14 can be placed between the optical elements 5, 11 and the pane 1 for optical coupling of the optical elements 5, 11 can be arranged on the pane 1.

In 2 ist ein Flüssigkeitstropfen 12 in der Detektionsfläche 10 auf der Scheibe 1 dargestellt. Die Teilstrahlenbündel 6, deren sensitive Bereiche 8 durch den Tropfen 12 abgedeckt sind, werden an der Grenzfläche 7 zwischen dem Scheibenmaterial und der Umgebung nicht totalreflektiert sondern treten zumindest teilweise aus der Scheibe 1 aus. Diese Teilstrahlenbündel tragen also nicht mehr zu der am Photodetektor 3 empfangenen Strahlung bei. Aus der Verringerung der am Photodetektor 3 empfangenen Strahlung lässt sich auf die Benetzung der Detektionsfläche 10 mit Flüssigkeitstropfen 12 schließen.In 2 a liquid drop 12 is shown in the detection area 10 on the pane 1. The partial beams of rays 6, whose sensitive areas 8 are covered by the drop 12, are not totally reflected at the boundary surface 7 between the pane material and the environment, but emerge at least partially from the pane 1. These partial beams of rays therefore no longer contribute to the radiation received at the photodetector 3 . From the reduction in the radiation received at the photodetector 3 it can be concluded that the detection surface 10 has been wetted with drops of liquid 12 .

In 3a ist eine Detektionsfläche 10 mit einem Tropfen 12 in einer Draufsicht dargestellt. In der Darstellung ist die vom Strahlungssender 2 ausgesendete Strahlung nicht in Teilstrahlenbündel 6 aufgespalten, wie es erfindungswesentlich vorgesehen ist. Der zusammenhängende sensitive Bereich 13 entspricht somit der Detektionsfläche 10.In 3a a detection surface 10 with a drop 12 is shown in a plan view. In the illustration, it is from the radiation transmitter 2 Sent radiation is not split into partial beams 6, as is essential to the invention. The contiguous sensitive area 13 thus corresponds to the detection area 10.

In 3b ist eine Detektionsfläche 10 mit sensitiven Bereichen 8 der Teilstrahlenbündel 6 in einer Draufsicht dargestellt. Der dargestellte sensitive Bereich ist in der Fläche gleichgroß wie der sensitive Bereich 13, der in 3a dargestellt ist. Durch die Aufspaltung des ausgesendeten Lichtes 4 in Teilstrahlenbündel 6 ist die Detektionsfläche 10 allerdings größer als die Detektionsfläche, die in 3a dargestellt ist, da die sensitiven Bereiche 8 von nichtsensitiven Bereichen 9 voneinander getrennt sind. Bei gleichbleibenden sensitiven Bereichen ist somit eine Vergrößerung der Detektionsfläche 10 erreicht.In 3b a detection surface 10 with sensitive areas 8 of the partial beams 6 is shown in a plan view. The area of the sensitive area shown is the same size as the sensitive area 13, which is 3a is shown. Due to the splitting of the emitted light 4 into partial beams 6, however, the detection surface 10 is larger than the detection surface shown in 3a is shown because the sensitive areas 8 are separated from non-sensitive areas 9 . An enlargement of the detection surface 10 is thus achieved with the same sensitive areas.

Alle in der vorstehenden Beschreibung und in den Ansprüchen genannten Merkmale sind in einer beliebigen Auswahl mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche kombinierbar. Die Offenbarung der Erfindung ist somit nicht auf die beschriebenen beziehungsweise beanspruchten Merkmalskombinationen beschränkt, vielmehr sind alle im Rahmen der Erfindung sinnvollen Merkmalskombinationen als offenbart zu betrachten.All of the features mentioned in the above description and in the claims can be combined in any selection with the features of the independent claims. The disclosure of the invention is therefore not limited to the combinations of features described or claimed, rather all combinations of features that make sense within the scope of the invention are to be regarded as disclosed.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 19955423 A1 [0003]

Claims

Method for detecting liquid on a pane (1), in particular on a pane of a vehicle, radiation being emitted by means of at least one radiation transmitter (2), the radiation being coupled into the pane (1) by means of at least one optical element (5). and wherein the radiation is coupled out of the pane (1) after reflection in the pane (1) and is guided to a radiation receiver (3) by means of at least one optical element (11), characterized in that the radiation before being coupled into the pane (1) is divided into partial beams (6), that the partial beams (6) to form sensitive areas (8) on the pane (1) are coupled into the pane (1), that one of the individual sensitive areas (8). Detection surface (10) is formed on the pane (1), that the individual sensitive areas (8) are surrounded by non-sensitive areas (9), that the partial beams of rays (6) nac h of the reflection in the detection surface (10) are directed to a common radiation receiver (3), so that the wetting state with liquid in the detection area (10) on the pane (1) is deduced from the ratio of the coupled-in radiation and the coupled-out radiation.

procedure after claim 1 , characterized in that the partial beams of rays (6) are directed onto a single radiation receiver (3), in particular a single sensory active area.

Procedure according to one of Claims 1 or 2 , characterized in that the non-sensitive areas (9) arranged between the sensitive areas (8) of the detection surface (10) are smaller than a minimum droplet diameter.

Procedure according to one of Claims 1 until 3 , characterized in that the sensitive areas (8) are separated from one another by non-sensitive areas (9).

Procedure according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that a drop (12) on the detection surface (10) influences at least one sensitive area (8) in the detection surface (10) on the pane (1), in particular is at least partially covered, and that it is in the Influenced sensitive area (8) does not come to a complete total reflection of the radiation.

Procedure according to one of Claims 1 until 5 , characterized in that several sensitive areas (8) are covered by a drop (12).

Procedure according to one of Claims 1 until 6 , characterized in that the radiation emitted by the radiation source is split into partial beams (6) by means of at least one optical element (5).

Procedure according to one of Claims 1 until 7 , characterized in that the wetting state of the window pane (1) in the detection area (10) is deduced from the signal strength detected by means of the radiation receiver (3).

Device for detecting liquid on a pane (1), in particular on a pane of a vehicle, with at least one radiation transmitter (2), with at least one radiation receiver (3) and with at least one optical element (5) for coupling in the radiation emitted by the radiation transmitter ( 2) emitted radiation into the pane (1) and with at least one optical element (11) for decoupling the radiation totally reflected at the interface between pane (1) and ambient air from the pane (1), characterized in that the optical element (5 ) is designed to split the radiation emitted by the radiation transmitter (2) into partial beams of rays (6), and that the optical element (5) is designed to direct the individual partial beams of rays (6) to regions (8) in the pane (1) that are separate from one another is.

device after claim 9 , characterized in that the optical element (5) is a diffractive optic.