DE19601802C2 - Sensoreinrichtung zum Feststellen eines Benetzungszustandes einer Scheibe - Google Patents

Sensoreinrichtung zum Feststellen eines Benetzungszustandes einer Scheibe

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Description

Stand der Technik

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sensoreinrichtung zum Feststellen eines Benetzungszustandes einer Scheibe, bei dem eine von einem Strahlungssender abgegebene Strahlung über ein Einkoppelteil, das eine als Sammellinse ausge­ bildete Strahleintrittsfläche aufweist, in die Scheibe eingekoppelt und nach mindestens einer Totalreflexion aus der Scheibe über einen Auskoppelteil, das eine ebenfalls als Sammellinse ausgebildete Strahlaustrittsfläche aufweist, auf einen Strahlungsempfänger ausgekoppelt wird, wobei die axiale Senderstrahlung an einer ebenen ersten Begrenzungsfläche totalreflektiert wird.

Eine Sensoreinrichtung dieser Art ist in der DE 44 06 398 A1 als bekannt ausgewiesen. Bei dieser bekannten Sensoreinrichtung, die zum Beispiel bei einer automatischen Wischersteuerung eines Kraftfahrzeugs eingesetzt wird, wird eine von einem Strahlungssender abgegebene Strahlung über einen senderseiti­ gen Strahlleitkörper in Form eines Einkoppelteils so in eine Scheibe eingekoppelt, daß sie in dieser mindestens einmal totalreflektiert und dann über einen empfän­ gerseitigen Strahlleitkörper in Form eines Auskoppelteils auf einen Strahlungs­ empfänger geführt wird, der ein der empfangenen Strahlung entsprechendes elektrisches Signal abgibt. Ist die von den Strahlleitkörpern abgelegene Seite der Scheibe zum Beispiel durch Regen, Schnee oder Schmutz benetzt, so wird durch diese Benetzung Strahlung aus der Scheibe ausgekoppelt, so daß sich die auf den Strahlungsempfänger gelangende Strahlungsmenge entsprechend verringert. Durch die Verringerung der Strahlungsmenge wird in einer nachgeschalteten Auswerteeinrichtung der Benetzungszustand erkannt, und es kann eine ge­ eignete Reaktion ausgelöst werden. In der DE 44 06 398 A1 sind Maßnahmen zur Unterdrückung bzw. Ausblendung von Fremdlicht angegeben, das sich der empfangenen Senderstrahlung störend überlagern kann. Beispielsweise ist angegeben, wie die verschiedenen Begrenzungsflächen der Strahlleitkörper günstigerweise ausgerichtet sind, um das Fremdlicht von der Senderstrahlung zu trennen. Trotz dieser Maßnahmen können sich der empfangenen Senderstrah­ lung Störungen überlagern, durch die eindeutige Rückschlüsse auf ein jeweiliges Benetzungsereignis erschwert werden.

In der DE 32 03 091 A1 ist zur Kompensation von störender Fremdstrahlung eine elektronische Tatktung der Senderstrahlung angegeben. Zur besseren Kopplung zwischen den Strahlleitkörpern und der Scheibe ist vorgeschlagen, ein Silikonfenster in diesem Übergangsbereichen anzuordnen.

Vorteile der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sensoreinrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei der Störungen in der empfangenen Sender­ strahlung weiter unterdrückt sind.

Diese Aufgabe wird mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Hiernach ist also vorgesehen, daß die Strahleintrittsfläche kugelförmig ausge­ bildet ist, daß der Strahlungssender derart angeordnet ist, daß die divergierende Senderstrahlung im wesentlichen achsparallel auf die erste Begrenzungsfläche gerichtet ist und daß die Ausdehnung der ersten Begrenzungsfläche mindestens so groß ist, daß von ihr das gesamte parallel gerichtete Strahlenbündel erfaßt ist. Durch die achsparallele Ausrichtung der Senderstrahlung und die angepaßte Begrenzungsfläche wird ein definiertes Strahlenbündel erzeugt, das über das Einkoppelteil und das Auskoppelteil definiert auf den Strahlungsempfänger weiterleitbar ist. Störungen der Senderstrahlung durch unterschiedlichen Einfall auf die Begrenzungsflächen bzw. Streuungen an Kanten oder anderen Über­ gangsstellen werden praktisch vollständig ausgeschlossen. Zum einen wird mit diesen Maßnahmen die Strahlungsmenge der Senderstrahlung mit minimalem Verlust auf den Strahlungsempfänger geleitet und zum andern kann durch die definierte Strahlungsführung Femdlicht, das üblicherweise in einem anderen Winkel in den Auskoppelteil gelangt, durch weitere Maßnahmen, wie sie zum Beispiel in der DE 44 06 398 A1 genannt sind, eindeutig abgetrennt werden. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird das Signal-/Rauschverhältnis optimiert.

Die Maßnahme, daß sich an die erste Begrenzungsfläche eine zweite Begren­ zungsfläche anschließt, die derart ausgerichtet ist, daß die an der ersten Be­ grenzungsfläche reflektierte Senderstrahlung totalreflektiert wird, und die in ihrer Ausdehnung mindestens so groß ist, daß die an der ersten Begrenzungsfläche reflektierte Senderstrahlung vollständig erfaßt ist, trägt weiterhin dazu bei, daß die Senderstrahlung dem Strahlungsempfänger möglichst vollständig und stö­ rungsfrei zugeführt wird, so daß eine zuverlässigere Auswertung gewährleistet wird. Für die Herstellung und den Aufbau der Sensoreinrichtung ist es weiterhin günstig, wenn der Auskoppelteil gleiche Ausbildung besitzt wie das Einkoppel­ teil.

Um die Senderstrahlung möglichst vollständig und ohne Streuungen in die Scheibe einkoppeln und aus dieser auskoppeln zu können, ist es weiterhin vorteilhaft, daß zwischen einer Übergangsfläche des Einkoppelteils zu der Scheibe und/oder einer weiteren Übergangsfläche der Scheibe zu dem Auskop­ pelteil ein elastisches, für die Senderstrahlung transparentes Medium mit schmalen Randseiten vorgesehen ist und daß die schmalen Randseiten mit einer Blende eingefaßt und/oder strahlungsabsorbierend beschichtet sind. Dabei eignet sich als transparentes Medium besonders ein Fenster aus Silikon.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Be­ zugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Die Figur zeigt eine an einer Schei­ be 10 angekoppelte Sensoreinrichtung 20 mit einem senderseitigen Strahlleitkör­ per in Form eines Einkoppelteils 16 und einem empfängerseitigen Strahlleitkörper in Form eines Auskoppelteils 17. Die Sensoreinrichtung 20 ist in einem nicht dargestellten Gehäuse untergebracht.

Ein Strahlungssender 8 gibt eine Senderstrahlung 14 über eine Strahleintritts­ fläche 9 in den Einkoppelteil 16 ab. An einer ersten Begrenzungsfläche 2 des Einkoppelteils 16 wird die Senderstrahlung 14 total reflektiert und auf eine zweite Begrenzungsfläche 3 des Einkoppelteils 16 geleitet, an dem eine weitere Totalreflexion stattfindet. Von der zweiten Begrenzungsfläche 3 wird die Sen­ derstrahlung 14 unter einem derartigen Winkel über eine Übergangsfläche 1 und eine Übergangsschicht 11 in die Scheibe 10 eingekoppelt, daß an der der Sen­ soreinrichtung 20 gegenüberliegenden Seite der Scheibe 10 bei unbenetzter Scheibe 10 eine Totalreflexion stattfindet, die sich vorliegend innerhalb der Scheibe 10 mehrfach wiederholt, bis sie zu dem im Abstand von dem Einkoppel­ teil 16 angeordneten Auskoppelteil 17 gelangt. An dem Auskoppelteil 17 tritt die Senderstrahlung 14 über eine weitere Übergangsschicht 11 und eine weitere Übergangsfläche 1' in das Auskoppelteil 17 ein und wird zunächst an einer zweiten Begrenzungsfläche 3' des Auskoppelteils 17 und dann an einer ersten Begrenzungsfläche 2' des Auskoppelteils 17 totalreflektiert und über eine Strahl­ austrittsfläche 4 auf einen Strahlungsempfänger 6 gerichtet. Zwischen der Strahlaustrittsfläche 4 und dem Strahlungsempfänger 6 sind vorliegend ein optisches Filter 7 und eine Blende 5 angeordnet. Zum Unterdrücken von Stör­ strahlung sind die Innenseiten 13 des Einkoppelteils 16 und des Auskoppelteils 17 sägezahnförmig ausgebildet, wodurch auf die Innenseiten 13 auffallende Strahlungsanteile beseitigt werden.

Unter ungünstigen Bedingungen kann auf die von der Sensoreinrichtung 20 abgekehrte Seite der Scheibe 10 zum Beispiel unter einem Winkel β auftreffen­ des Fremdlicht 15 in die Scheibe 10 und das Auskoppelteil 17 gelangen. Die Ausrichtung der ersten und der zweiten Begrenzungsflächen 2', 3' sind derart, daß das Fremdlicht nicht unter dem Winkel der Totalreflexion auftrifft und dadurch praktisch vollkommen das Auskoppelteil 17 verläßt, wie in der eingangs erwähnten DE 44 06 398 A1 beschrieben.

Vorliegend geht es darum, die Senderstrahlung 14 möglichst definiert auf den Strahlungsempfänger 6 zu führen, damit eine Benetzung auf der Scheibe 10 von einer nicht gezeigten, nachfolgenden Auswerteeinrichtung zuverlässig erkannt werden kann. Hierzu ist die Strahleintrittsfläche 9 kugelförmig gekrümmt und der Strahlungssender 8 derart angeordnet, daß das von ihm abgegebene, di­ vergierende Strahlenbündel möglichst vollkommen erfaßt und sämtliche Strahlen im wesentlichen parallel zur optischen Achse ausgerichtet werden. Der Krüm­ mungsradius der kugelförmigen Strahleintrittsfläche 9 ist dabei ebenfalls auf die möglichst vollständige Erfassung des Strahlungsbündels abgestimmt. Die Aus­ dehnung der ersten Begrenzungsfläche 2 ist so groß, daß das parallele Strah­ lungsbündel von ihr vollständig erfaßt wird und auf die zweite Begrenzungs­ fläche 3 gerichtet wird, dessen Ausdehnung ebenfalls auf eine vollständige Erfassung des Strahlungsbündels abgestimmt ist. Hierdurch werden die Rand­ strahlen des Strahlungsbündels ebenso sicher und definiert unter Totalreflexion in dem Einkoppelteil 16 weitergeleitet wie der axiale Strahl. Auch die Einkopp­ lung in die Scheibe 10 ist für sämtliche Strahlen der Senderstrahlung 14 in gleicher Weise definiert. Entsprechende Verhältnisse liegen bei dem gleich ausgebildeten Auskoppelteil 17 vor. Durch die definierte Führung aller Strah­ lungsanteile der Senderstrahlung können die Ausbildung und Anordnung der einzelnen Elemente der Sensoreinrichtung 20 in Verbindung mit der Scheibe 10 genau auf die Senderstrahlung 14 abgestimmt werden, so daß die Strahlungs­ ausbeutung optimiert und Störeinflüsse weitgehend unterdrückt werden können.

Streuungen an den beiden Übergangsschichten 11 können insbesondere an Randflächen 12 der beiden Übergangsschichten 11 auftreten, wobei sich auch die dort auftreffende Fremdstrahlung 15 bemerkbar machen kann. Um auch derartige Störstrahlungen zu beseitigen, ist weiterhin vorgesehen, daß die Randfläche 12 mit einer strahlungsabsorbierenden Schicht, wie zum Beispiel einer schwarzen Einfärbung bei sichtbarem Licht, versehen ist. Alternativ oder zusätzlich können die Randflächen 12 auch eingefaßt bzw. mit einer mecha­ nischen Blende versehen sein. Undefinierte Streustrahlungen werden mit diesen Maßnahmen sicher vermieden.

Die beschriebenen Maßnahmen führen dazu, daß die Senderstrahlung 14 mit minimalen Verlusten auf den Strahlungsempfänger 6 gelangt und der Signal- /Rauschabstand optimiert wird. Die Zuverlässigkeit bei der Erkennung eines Benetzungsereignisses wird dadurch gesteigert.

Claims (5)

1. Sensoreinrichtung zum Feststellen eines Benetzungszustandes einer Scheibe (10), bei dem eine von einem Strahlungssender (8) abgegebene Strahlung (14) über ein Einkoppelteil (16), das eine als Sammellinse ausgebildete Strahlein­ trittsfläche (9) aufweist, in die Scheibe (10) eingekoppelt und nach mindestens einer Totalreflexion aus der Scheibe (10) über ein Auskoppelteil (17), das eine ebenfalls als Sammellinse ausgebildete Strahlaustrittsfläche (4) aufweist, auf einen Strahlungsempfänger (6) ausgekoppelt wird, wobei die axiale Sender­ strahlung (14) an einer ebenen ersten Begrenzungsfläche (2) des Strahlleitkörpers (16, 17) totalreflektiert wird, dadurch gekennzeichnet,
daß die Strahleintrittsfläche (9) kugelförmig ausgebildet ist,
daß der Strahlungssender (8) derart angeordnet ist, daß die divergierende Senderstrahlung (14) annähernd achsparallel auf die erste Begrenzungsfläche (2) gerichtet ist und
daß die Ausdehnung der ersten Begrenzungsfläche (2) mindestens so groß ist, daß von ihr das gesamte parallel gerichtete Strahlenbündel erfaßt ist.
2. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die erste Begrenzungsfläche (2) eine zweite Begrenzungsfläche (3) folgt, die derart ausgerichtet ist, daß die an der ersten Begrenzungsfläche (2) reflektierte Senderstrahlung (14) totalreflektiert wird, und die in ihrer Ausdehnung mindestens so groß ist, daß die an der ersten Begrenzungsfläche (2) reflektierte Senderstrahlung (14) vollständig erfaßt ist.
3. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auskoppelteil (17) gleiche Ausbildung besitzt wie das Einkoppel­ teil (16).
4. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen einer Übergangsfläche (1) des Einkoppelteils (16) zu der Scheibe (10) und/oder einer weiteren Übergangsfläche (1') der Scheibe zu dem Auskoppelteil (17) ein elastisches, für die Senderstrahlung trans­ parentes Medium mit schmalen Randseiten (12) vorgesehen ist und
daß die schmalen Randseiten (12) mit einer Blende eingefaßt und/oder strahlungsabsorbierend beschichtet sind.
5. Sensoreinrichtung nach Anspruch 4, daß das transparente Medium als Silikonfenster ausgebildet ist.
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