DE19746351A1 - Sensoreinrichtung zur Erfassung des Benetzungs- und/oder Verschmutzungsgrades von Scheiben - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Sensoreinrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Bei Kraftfahrzeugen wird ein Regensensor zur Messung des Be­ netzungsgrades von Windschutzscheiben oder Heckscheiben im Wischfeld auf der Innenseite der Scheibe angebracht. Ist ein Automatikbetrieb der Wischanlage eingeschaltet und wird die Scheibe an der Stelle, an der der Sensor installiert ist, mit Feuchtigkeit benetzt, so löst er einen Wischvorgang aus.

Die Wirkungsweise des Sensors beruht auf einem optischen Prinzip: Ein durch einen Sender emittierter Lichtstrahl be­ kannter Intensität wird an einer ersten bestimmten Stelle in die Scheibe eingeleitet und durch eine definierte Länge der Scheibe durch mehrfache Totalreflexion innerhalb der Scheibe geleitet. An einer zweiten bestimmten Stelle wird der Licht­ strahl durch optische Auskopplung einem Empfänger und einem Meßsystem zugeführt, in dem die Restlichtintensität gemessen und ausgewertet wird.

Durch Benetzen der Scheibenoberfläche mit Wassertropfen wird ein Teil des Lichtstrahls nicht mehr totalreflektiert, son­ dern tritt aus der Scheibe heraus. Der hierbei eintretende Intensitätsverlust des Restlichts ist ein Maß für die Benet­ zung der Scheibenoberfläche. Unterhalb eines vorgebbaren Schwellwertes werden dann beispielsweise Mittel zur Schei­ benreinigung automatisch eingeschaltet.

Derartige Regensensoren werden häufig in Kraftfahrzeugen in Höhe des Rückspiegels angebracht, um die Sicht des Fahrers durch das Sensorgehäuse nicht zu beeinträchtigen. In einigen Kraftfahrzeugen befindet sich an dieser Stelle jedoch ein in der Windschutzscheibe integrierter Lichtfilter, beispiels­ weise ein den oberen Rand der Scheibe färbender Grund- oder Graukeil. Eine Positionierung des optischen Regensensors im Lichtfilter ist dann nicht möglich, wenn die Wellenlänge des verwendeten Senderlichtes in einem Bereich liegt, der im we­ sentlichen durch den Lichtfilter gedämpft wird, da durch die mehrfache Totalreflexion in der Scheibe der Lichtstrahl mehrmals durch den Lichtfilter geht und dabei unzulässig stark gedämpft wird.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung mit den kennzeichnen­ den Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß die Senderstrahlung des Regensensors bei Durchgang durch die Scheibe an einem Reflexionsmittel in der Scheibe derart re­ flektiert bzw. totalreflektiert wird, daß die Dämpfung durch die optisch stärker absorbierende Schicht des Lichtfilters verringert wird.

Da die Frontscheibe eines Kraftfahrzeugs in bekannter Weise aus einem Verbund von mehreren Schichten besteht und der Lichtfilter üblicherweise als eine optisch stärker absorbie­ rende Schicht der Verbundglasscheibe ausgeführt ist, kann zwischen dieser und der vom Kraftfahrzeuginneren weggerich­ teten äußeren Schicht ein Reflexionsmittel angeordnet wer­ den, so daß die Senderstrahlung unter Totalreflexion bzw. Reflexion an der Außenseite der äußeren Schicht und dem Re­ flexionsmittel durch die Scheibe geleitet wird.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen er­ geben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale. Besonders vor­ teilhaft ist, daß das Reflexionsmittel auf unterschiedliche Art und Weise realisiert werden kann, so daß für unter­ schiedlich hergestellte oder ausgeführte Verbundglasscheiben optimale Lösungen gefunden werden können.

Vorteilhaft sind weiterhin die sich durch das Reflexionsmit­ tel ergebenden kürzeren optischen Wege des Lichtstrahls in der Scheibe. Damit erfolgt bei gleichbleibender Länge der Meßstrecke des Regensensors eine größere Anzahl von Totalre­ flexionen bzw. Reflexionen, so daß eine homogenere Ausleuch­ tung der Meßstrecke gegeben ist. Damit wird die Empfindlich­ keit des Regensensors im Bereich der Meßstrecke homogeni­ siert und damit erhöht.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der Möglichkeit auf ei­ ne die Innenseite der Scheibe heizende Heizvorrichtung zu verzichten, da die Benetzung der Innenseite der Scheibe, beispielsweise durch Kondensat, praktisch keinen Einfluß mehr auf die feuchtigkeitsbedingte Signalabschwächung und damit auf die Funktionssicherheit des Regensensors ausübt.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich­ nung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen Querschnitt einer Sen­ soreinrichtung, bestehend aus einem optischen Regensensor auf einer herkömmlichen Scheibe, Fig. 2 einen Querschnitt der verbesserten Scheibe im Bereich der Meßstrecke des Re­ gensensors nach einem ersten Ausführungsbeispiel, Fig. 3 einen Querschnitt der verbesserten Scheibe im Bereich der Meßstrecke des Regensensors nach einem zweiten Ausführungs­ beispiel.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt einen an einer Glasscheibe 10 angebrachten op­ tischen Regensensor. Als Scheibe 10 ist beispielsweise eine Windschutzscheibe, eine Heckscheibe oder eine sonstige Scheibe, deren Benetzung gemessen werden soll, zu verwenden. Der Regensensor weist eine Diode (LED) als Sender 12 und ei­ ne Photodiode als Empfänger 14 auf, die zusammen mit je zwei Lichtleitern 16', 16'' und einem Teil der Scheibe 10 einen optischen Meßkreis bilden. Das aus dem Sender 12 austretende Licht wird an einer Eingangslinse 15 des ersten Lichtleiters 16' gebündelt und an totalreflektierenden Flächen umgelenkt, 50 daß es an einer Austrittsfläche als nahezu paralleler Lichtstrahl 18 in einem definierten Winkel in die Wind­ schutzscheibe 10 eindringen kann.

Bei herkömmlichen Scheiben 10 wird nach dem Eindringen des Lichtstrahls 18 in die Scheibe 10 dieser mehrmals an der Au­ ßenseite 32 und an der Innenseite 30 der Scheibe 10 totalre­ flektiert und/oder reflektiert.

An einer geeigneten Stelle gelangt der Lichtstrahl 18 über den zweiten Lichtleiter 16'', einer linsenartig gekrümmten Lichtaustrittsfläche 19 und einer Blende 20 auf den Empfän­ ger 14. Je nach Benetzungsgrad der Scheibe 10 ändert sich die vom Empfänger 14 empfangene Lichtmenge, da durch Regen­ tropfen 21 im Meßbereich des Regensensors ein Teil des Lichtstrahls 18 aus der Scheibe ausgekoppelt wird. Das Signal des Empfängers 14 wird anschließend an eine im Regen­ sensor oder außerhalb diesen befindliche Auswerteelektronik 22 geleitet, dort aufbereitet und ausgewertet.

Der Regensensor und Teile der Auswerteelektronik 22 sind in einem Gehäuse 23 untergebracht. Dieses Gehäuse 23 wird bei­ spielsweise an metallischen Klemmverbindungen angeklipst, die auf der Scheibe 10 angeklebt sind.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch die neuartige Scheibe 10 im Bereich der Meßstrecke des Regensensors. Die Scheibe 10 ist eine Verbundglasscheibe mit einer in das Kraftfahr­ zeuginnere gerichteten inneren Scheibe 24, einer äußeren Scheibe 26 und einer dazwischen angeordneten eingefärbten Verbundglasfolie 28 als Lichtfilter, die Licht einer be­ stimmten Wellenlänge stärker absorbiert als die innere oder äußere Scheibe 24, 26. Der Lichtfilter dämpft Sonnenlicht eines bestimmten Wellenlängenbereichs, so daß der Fahrer des Kraftfahrzeugs nicht geblendet wird. Erfindungsgemäß wird im Bereich der Meßstrecke ein Reflexionsmittel 34 zwischen der Innenseite 36 der äußeren Scheibe 26 und der stärker absor­ bierenden Folie 28 angebracht.

Die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung nach Fig. 2 funktio­ niert folgendermaßen:
Erfindungsgemäß wird in der Scheibe 10 im Bereich der Meß­ strecke des Regensensors ein Reflexionsmittel 34 derart an­ geordnet, daß die Dämpfung des Lichtstrahls 18 durch die Fo­ lie 28 verringert wird, indem der Lichtstrahl 18 die Folie 28 lediglich beim Ein- und Auskoppeln des Lichtstrahls 18 in bzw. aus der Scheibe 10 durchquert. Zwischen der Ein- und Auskopplung des Lichtstrahls 18 wird der in der Auswer­ teelektronik 22 ausgewertete Lichtstrahl 18 an der Oberflä­ che des Reflexionsmittels 34 zur Außenseite 32 der Scheibe 10 zurückreflektiert und gelangt dort nicht in die stärker absorbierende Folie 28.

Das Reflexionsmittel 34 kann beispielsweise auf der Innen­ seite 36 der äußeren Scheibe 26 oder auf der Oberfläche der Folie 28 aufgebracht sein. Ebenfalls möglich ist es, das Re­ flexionsmittel 34 zwischen äußerer Scheibe 26 und Folie 28 einzulegen.

Als Reflexionsmittel 34 kann beispielsweise eine dünne Me­ tallfolie, vorzugsweise aus Aluminium, oder eine metallisch bedampfte dünne Kunststoffolie eingesetzt werden. Diese kann adhäsiv auf der Innenseite 36 der äußeren Scheibe 32 ange­ bracht sein. Diese Reflexionsmittel 34 sind jedoch zu sehen.

Eine weitere Ausführungsform des Reflexionsmittels 34 kann durch eine im wesentlichen transparente Folie oder Schicht realisiert werden, deren Brechungsindex sich von dem der Scheibe 10 unterscheidet. Der Unterschied im Brechungsindex bewirkt eine Reflexion eines Teils des schräg einfallenden Lichtstrahls 18 am Reflexionsmittel 34. Bei geeigneter Wahl des Reflexionsmittels 34 wird daher die Lichtdurchlässigkeit der Scheibe 10 für den vom Sender 12 emittierten Lichtstrahl 18 verbessert bzw. die benetzungsunabhängigen Verluste redu­ ziert.

Das Reflexionsmittel 34 ist ebenfalls durch direkte Be­ schichtung der Innenseite 36 der äußeren Scheibe 32 zu rea­ lisieren, beispielsweise durch Bestreichen, Bedampfen oder Bekleben.

Das Reflexionsmittel 34 ist generell auf das vom Sender 12 emittierte Licht mit bekannter Wellenlänge derart abge­ stimmt, daß das Reflexionsmittel 34 Licht dieser Wellenlänge am stärksten reflektiert.

Durch die kürzeren optischen Wege des Lichtstrahls 18 in der Scheibe 10 bei gleichbleibender Länge der Meßstrecke, er­ folgt eine größere Anzahl von Totalreflexionen bzw. Refle­ xionen, so daß eine homogenere Ausleuchtung der Meßstrecke, d. h. der Außenseite 32 der Scheibe 10, gegeben ist. Damit wird die Empfindlichkeit des Regensensors im Bereich der ge­ samten Meßstrecke homogenisiert.

Kondensat oder eine andere, bei herkömmlichen Sensoreinrich­ tungen unerwünschte Benetzung auf der Innenseite 30 der in­ neren Scheibe 24, hat bei Verwendung eines Reflexionsmittels 34 keinen Einfluß mehr auf die Funktionssicherheit des Re­ gensensors, da an der Innenseite 30 der Scheibe 10 keine To­ talreflexion und damit mögliche Auskopplung des Lichtstrahls 18 bei Benetzung stattfindet. Daher kann Kondensat auf der Innenseite 30 nicht zu einer Signalabschwächung des Empfän­ gers 14 führen. Infolgedessen kann auf eine Heizung im Re­ gensensor, die einen Beschlag auf der Innenseite 30 der in­ neren Scheibe 24 verhindern soll, verzichtet werden.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfin­ dungsgemäßen Sensoreinrichtung mit einem Querschnitt der Scheibe 10 im Bereich der Meßstrecke des Regensensors analog zu Fig. 2. Die Scheibe 10 weist einen Verbund von Schichten auf, mit einer inneren Scheibe 24, einer äußeren Scheibe 26 und einer zwischen beiden Scheiben 24, 26 eingelegten Folie 28, die im Bereich einer inneren Totalreflexion des Licht­ strahls 18 an der Innenseite 36 der äußeren Scheibe 26 aus­ gestanzt ist.

Das Ausstanzen geschieht während der Fertigung der Scheibe 10. Beim anschließenden Zusammenfügen der zwei Scheiben 24, 26 entsteht ein Hohlraum als Reflexionsmittel 34 für den Lichtstrahl 18, der in Abhängigkeit des Fertigungsverfahrens mit feuchtigkeitsfreier Luft bei niedrigem Luftdruck gefüllt ist bzw. ein Vakuum enthält.

Durch das Verhältnis der Brechungsindize von äußerer Scheibe 26 und Luft bzw. Vakuum im Hohlraum sowie dem Einfallswinkel des Lichtstrahls 18 durchläuft dieser an der Innenseite 36 der äußeren Scheibe 26 eine Totalreflexion wie an der Außen­ seite 32 der äußeren Scheibe 26. In dem Hohlraum kann sich jedoch keine Feuchtigkeit ansammeln, die dazu führt, daß Teile des Lichtstrahls 18 aus der äußeren Scheibe 26 in den Hohlraum und die innere Scheibe 24 ausgekoppelt werden. Da­ her ist die Totalreflexion in der Scheibe 10 feuchtigkeits­ unabhängig.

Claims (9)

1. Sensoreinrichtung zur Erfassung des Benetzungs- und/oder Verschmutzungsgrades an Scheiben (10), insbesondere für Kraftfahrzeuge, die den Feuchtigkeitsbelag auf der Außensei­ te (32) der Scheibe (10) detektiert, mit einem Sender (12), der Strahlung (18) in die Scheibe (10) abgibt, die unter To­ talreflexion in der Scheibe (10) geleitet wird, und einem Empfänger (14), der die aus der Scheibe (10) heraustretende Strahlung (18) detektiert, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (10) einen Verbund von Schichten (24, 26, 28) aufweist und daß ein Reflexionsmittel (34) zwischen zwei Schichten (24, 26, 28) der Scheibe (10) derart anzuordnen ist, daß die Strahlung (18) unter Totalreflexion und/oder Reflexion an der Außenseite (32) der Scheibe (10) und an dem Reflexionsmittel (34) in der Scheibe (10) zu leiten ist.

2. Scheibe (10), insbesondere an Kraftfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (10) einen Verbund von Schichten (24, 26, 28) aufweist und daß ein Reflexionsmittel (34) zur Reflexion von Lichtstrahlung zwischen zwei Schich­ ten (24, 26, 28) der Scheibe (10) derart anzuordnen ist, daß die Lichtstrahlung (18) unter Totalreflexion und/oder Refle­ xion an einer Außenseite (32) der Scheibe (10) und an dem Reflexionsmittel (34) in der Scheibe (10) zu leiten ist.

3. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Scheibe (10) wenigstens eine optisch stär­ ker absorbierenden Schicht (28) und eine äußere Scheibe (26) aufweist, zwischen denen das Reflexionsmittel (34) angeord­ net ist.

4. Sensoreinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß das Reflexionsmittel (34) auf der Innenseite (36) der äußeren Scheibe (26) oder auf der Oberfläche der optisch stärker absorbierenden Schicht (28) aufzubringen oder zwi­ schen äußerer Scheibe (26) und der optisch stärker absorbie­ renden Schicht (28) einzulegen ist.

5. Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß als Reflexionsmittel (34) eine Metallfolie oder eine metallisch bedampfte Kunststoffo­ lie einzusetzten ist.

6. Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß als Reflexionsmittel (34) eine Folie bzw. Schicht, deren Brechungsindex sich von dem Brechungsindex der an das Reflexionsmittel (34) grenzenden Schicht (26) unterscheidet, einzusetzten ist.

7. Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Reflexionsmittel (34) durch Beschichtung, Bedampfung oder Beklebung einer der Schichten (26, 28) aufgebracht ist.

8. Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die optisch stärker absor­ bierende Schicht (28) als Lichtfilter mit einer eingefärbten Verbundglasfolie oder Polyvinylbutyrol-Folie (PVB) reali­ siert ist.

9. Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß als Reflexionsmittel (34) eine der Schichten (24, 26, 28), insbesondere eine optisch stärker absorbierende Schicht (28), einen Hohlraum aufweist, der mit Gas, insbesondere mit Luft, gefüllt ist oder ein Va­ kuum aufweist und dessen Brechungsindex sich von dem Bre­ chungsindex der an das Reflexionsmittel (34) grenzenden Schicht (26) unterscheidet.