DE3243372A1

DE3243372A1 - Vorrichtung zur optischen abtastung einer oberflaeche einer durchsichtigen scheibe

Info

Publication number: DE3243372A1
Application number: DE19823243372
Authority: DE
Inventors: Klaus-Peter Dipl.-Ing. 5100 Aachen Schleisiek
Original assignee: SCHLEISIEK KLAUS PETER DIPL IN
Current assignee: SCHLEISIEK KLAUS PETER DIPL IN
Priority date: 1982-11-24
Filing date: 1982-11-24
Publication date: 1984-05-24

Description

BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur optischen Abtastung-einer Oberfläche einer durchsichtigen Scheibe mit Hilfe mehrfach zwischen der abgetasteten Oberfäche und einer gegenüberliegenden Reflexionsfläche reflektierten Lichtes, das an sauberen Stellen der abgetasteten Oberfläche totalreflekLiert und an Wasertropfen, aufgetrocknetem Schmutz oder dergleichen auf der abgetasteten Oberfläche aus der Scheibe herausgestreut wird, mit einer eine Lichtquelle umfassenden Sendeeinrichtung zum Einkoppeln des Lichtes in die Scheibe und einer ein lichtempfindliches Element umfassenden Empfangseinrichtung zum Auskoppeln des Lichtes und Messen der Lichtintensität.
Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE-OS 23 54 100 bekannt und dient dazu, Wassertropfen oder angetrockneten Schmutz auf der äußeren Oberfläche einer Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs abzutasten, so daß die Scheibenwaschanlage oder die Scheibenwischer automatisch ausgelöst werden können. Bei dieser Vorrichtung sind eine Glühlampe, Kodensorlinsen, Prismen zum Ein- und Auskoppeln des Lichtes in die bzw. aus der Scheibe, Wölbspiegel zur fokussierung und das lichtempfindliche Element in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht, das mit einer einstückig mit den Prismen ausgebildeten Wand aus durchsichtigem Material an die innere Oberfläche der Windschutzscheibe angeklebt ist. Das Gehäuse enthält ein verhältnismäßig großes Luftvolumen, das von dem Licht auf dem Weg von der Lichtquelle zum lichtempfindlichen Element durchstahlt wird Die Reflexionsfläche ist durch die an dieses Luftvolumen ancrrenzende qehäuseinnere Oberfläche der durchsichtigen Gehäusewand gebildet.
Diese herkömmliche Vorrichtung hat den Nachteil,daß das Luftvolumen, insbesondere wenn das Gehäuse nicht versiegelt ist, verhältnismäßig viel Feuchtigkeit enthalten kann.
Dies kann dazu führen, daß die Reflexionsfläche beschlägt und dadurch Licht aus der Scheibe herausstreut, so daß es zu einer Verfälschung des Meßsignals kommt.
Wenn andererseits das Gehäuse versiegelt ist, so ist keine Möglichkeit eines Druckausgleichs gegeben, und die Wärmeausdehnung des Suftvolumens kann zur Ablösung der Klebeverbindung mit der Glasscheibe führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der gattungSgemäßen Art zu schaffen, die nur auf Schmutz oder Feuchtigkeit auf der abgetasteten Oberfläche anspricht und bei der das Meßsignal nicht durch Schmutz oder Feuchtigkeit auf der Reflexionsfläche verfälscht werden kann.
Erfindungsgemäße Lösungen dieser Aufgabe sbnd in den kennzeichnenden Teileii der Patentansprüche 1 und 2 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt.
Erfindungsgemäl3 wird die Reflexionsfläche gegen Beschlagen geschützt, ohne das es zu den oben erwähnten Druckausgleichsproblemen kommt.
In einem Fall wird dies dadurch erreicht, daß zwischen der die Reflexionsfläche bildenden Oberfläche der Scheibe und einer durch das Gehäuse gebildeten Abdeckung nur ein schmaler Zwischenraum besteht, der ein Medium mit niedrigem Brechungsindex, beispielsweise Luft enthält.
Dieser Luftspalt gewährleistet die Totalreflexion des Lichtes an der Oberfläche der Scheibe. Das eingeschlossene Luftvolumen ist jedoch so gering, daß sich die Wärmeausdehnung nicht nachteilig bemerkbar macht. Ferner enthält das kleine Luftvolumen zu wenig Wasserdampf, um das Beschlaaen der Reflexionsfläche zu verursachen.
Bei der zweiten Lösung ist die Reflexionsfläche in das Innere der in diesem Fall durch Verbundglas gebildeten Scheibe verlegt. Bevorzugt ist auch in diesem Fall dadurch eine Totalreflexion an der Reflexionsfläche crewährleistet, daß innerhalb der Scheibe ein an die Reflexionsfläche angrenzender Hohlraum ausgebildet ist.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 ist ein Teilschnitt duch eine Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung; Fig. 2 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung für Verbundglasscheiben.
In Figur 1 ist mit 10 eine Scheibe, beispielsweise die Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs bezeichnet. Eine Vorrichtung zum Abtasten von Wassertropfen 18 oder angetrocknetem Schmutz auf der äußeren Oberfläche 1 der Scheibe 10 umfaßt ein Gehäuse 20, das ein lichtempfindliches Element 16 und ein Prisma 12 aufnimmt. Das Prisma 12 ist wahlweise aus Glas oder Plexiglas hergestellt und mit Hilfe eines durchsichtigen Klebstoffs 14 an die innere Oberfläche 2 der Scheibe 10 angeklebt oder durch eine das Gehäuse 20 ausfüllende,durchsichtige plastische Masse oder Flüssigkeit gebildet. Durch das Prisma 20 werden Lichtstrahlen a, die sich in der Scheibe 10 ausbreiten und mehrfach an deren Oberfläche 1,2 totalreflektiert werden, aus der Scheibe 10 ausgekoppelt und auf das lichtempfindliche Element 16 fokussiert. Die Anordnung von Prisma und lichtempfindlichem Element ist derart getroffen, daß nur solche Lichtstrahlen auf das lichtempfindliche Element gelenkt werden, deren Einfallswinkel bezogen auf die Ebene der Scheibe 10 größer als der Grenzwinkel der Totalreflexion ist. Das lichtempfindliche Element wird daher nicht erreicht von Umgebungslicht, das von außen durch die Scheibe 10 fällt. Das lichtempfindliche Element 16 ist beispielsweise durch eine Fotodiode oder einen Fototransistor gebildet.
In Figur 1 ist nur die Empfangseinrichtung der erfindungsgemäßen Abtastvorrichtung dargestellt. Die zugehörige Sendeeinrichtung kann synmetrisch zu der Empfangseinrichtung, bezogen auf die Ebene E am rechten Bildrand in Figur- 1 ausgebildet seinr wobei das lichtempfindliche Element -16 durch eine Lichtquelle, vorzugsweise eine Leuchtdiode ersetzt ist.
Die Reflexionsfläche 2 ist durch einen zwischen der Sendeeinrichtung und der Emfpangseinrichtung gelegenen Oberflächenabschnitt der Scheibe 10 gebildet und durch eine einstückig mit dem Gehäuse 20 ausgebildete Abdeckung 4 gegen Beschlagen oder Verschmutzen geschützt. Die Abdeckung 4 bildet mit der Reflexionsfläche 2 einen schmalen Zwischenraum 3. Der Zwischenraum 3 enthält Luft oder ein anderes optisch dünnes Medium, so daß an der Reflexionsfläche 2 Totalreflexion noch bei Einfallswinkeln statt- findet, bei denen bei einem Glas- Wasser- Ubergang an Wassertropfen 18 auf der Oberfläche 1 bereits keine Totalreflexion mehr stattfindet.
Die Lichtquelle der Sendeeinrichtung und das lichtempfindliche Element 16 der Empfangseinrichtung sind jeweils fest mit dem zugehörigen Prisma 12 verbunden. Der Strahlengang der Lichtstrahlen a verläuft daher von der Lichtquelle bis zum lichtempfindlichen Element ausschließlich durch feste oder flüssige Medien und braucht keine Festkörper- Luft- Oberfläche zu durchdringen. Die erindungsgemäße Vorrichtung vermeidet somit nicht nur Funktionsstörungen durch Beschlagen der Reflexionsfläche 2, sondern auch Funktionsstörungen durch Beschlagen oder Verschmutzen anderer reflektierender oder durchstrahlter Festkörper- Luft- Oberflächen, wie sie bei herkömmlichen Vorrichtungen beispielsweise an der Oberfläche der Lichtquelle, ¢'ölbspiegeln, Kondensorlinsen loser Prismen vorliegen. Daneben werden auch Peflexionsverluste an Fest1crper-LuftOberflächen vermieden.
Zur Fokussierung des Lichtes auf das lichtempfindliche Element 16 dient gemäß Figur 1 eine reflektierende geXrumste Oberfläche 13 des Prismas.
Ein Kondensor der Sendeeinrichtung ist in entsprechender Weise gebildet.
Das in Figur 2 gezeigte Ausführungsbeispiel der Erfindung unterscheidet sich von dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel dadurch, daß der die Reflexionsfläche 2 begrenzende Zwischenraum 3 in einer Hohlraum innerhalb der Scheibe 10 vorgesehen ist. ffRsß Fig.2 ist die Scheibe 10 eine Verbundglasscheibe mit einer äußeren Komponente 5 und einer inneren Komponente 6, die durch eine Klebefolie 11 miteinander verbunden sind.
Der Hohlraum 7 zwischen den Komponenten 5,6 ist durch eine Aussparung in der Klebefolie 11 gebildet. Bei der Herstellung der Verbundglasscheibe wird ein Eindringen von Klebemittel in den Hohlraum 7 mit Vorteil dadurch vermieden, daß an der Stelle des zu bildenden Hohlraums statt der Klebefolie ein Füllkörper 8 eingelegt wird, der nicht an Glas klebt oder haftet. Der Füllkörper 8 ist beispielsweise durch eine nur lose in einzelnen Punkten an der inneren Oberfläche der Komponente 5 der Scheibe anliegende Folie gebildet. In einer anderen Ausführungsform ist der Füllkörper durch eine Masse gebildet, die nach dem Verbinden der Komponenten 5,6 stärker schrumpft als die Klebefolie 11 und dadurch den Zwischenraum 3 bildet. Sofern für den Füllkörper 8 ein Material -mit hinreichend kleinem Brechungsindex verwendet wird, kann der Füllkörper den Hohlraum auch vollständig ausfüllen. Wie in Figur 2 anhand der gestrichelt angedeuteten Lichtstrahlen zu erkennen ist, erfolgt die Mehrfachreflexion nur innerhalb der verhältnismäßig dünnen Komponente 5 statt in der aanzen Scheibe 10. Der Weg des Lichtes durch das Glas ist dadurch bei der gleichen Anzahl von Reflexionen erheblich verkürzt, und die - vor allem bei getönten Autoscheiben - starke Lichtabsorbtion im Glas wird stark vermindert. Das Meßlicht wird dadurch heller im Vergleich zu dem in die Scheibe eingestreuten Umgebungslicht und kann daher einfacher und sicherer durch die nachgeschaltete Elektronik vom Untergrund unterschieden werden. In einer abgewandelten Form des Ausführungsbeispiels aus Figur 2 kann die Reflexionsfläche 2 auch dadurch gebildet sein, daß die innere Oberfläche-einer der Komponenten 5,6 der Scheibe 10 im Bereich zwischen der Sendeeinrichtung und der Empfangseinrichtung verspiegelt wird.
Die reflektierende Schicht ist in diesem Fall vollständig in das Glas eingeschlossen und somit zuverlässig gegen Beschädigung geschützt Sowohl bei dem Ausführungsbeispiel aus Figur 1 als auch bei dem aus Figur 2 ist gewährleistet, daß nur Unregelmäßigkeiten auf der abgetasteten Oberfläche 1 der Scheibe einen Einfluß auf das Meßsignal haben, während alle anderen Oberflächeneinflüsse ausgeschaltet sind.Das Ausführungsbeispiel aus Figur 2 ermöglicht darüberhinaus eine Verringerung der Abmessungen. Demgegenüber hat die in Figur 1 gezeigte Ausführungsform den Vorteil, daß sie nachträglich an jeder Scheibe angebracht werden kann. Die mit Bezug auf Figur 2 beschriebenen Maßnahmen, mit denen ein Eindringen der Klebemasse in den Zwischenraum 3 verhindert wird, können sinngemäß auch beim Aufkleben der Vorrichtung aus Figur 1 auf die Windschutzscheibe angewandt werden.

Claims

VORRICHTUNG ZUR OPTISCHEN ABTASTUNG EINER OBERFLACHE EINER DURCHSICHTIGEN SCHEIBE PATENTANSPRUCHR 1. Vorrichtung zur optischen Abtastung einer Oberfläche einer durchsichtigen Scheibe mit Hilfe mehrfach zwischen der abgetasteten Oberfläche und einer gegenüberliegenden Reflexionsfläche reflektierten Lichtes, das an sauberen Stellen der abgetasteten Oberfläche totalreflektiert und an Wassertropfen, aufgetrocknetem Schmutz oder dergleichen auf der abgetasteten Oberfläche aus der Scheibe herausgestreut wird, mit einer eine Lichtquelle umfassenden Sendeeinrichtung zum Einkoppeln des Lichtes in die Scheibe und einer ein lichtempfindliches Element umfassenden Empfangseinrichtung zum Auskoppeln des Lichtes und Messen der Lichtintensität, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die ReflexionsFläche (2) die Oberfläche der Scheibe (10) auf der der abgetasteten Oberfläche (1) der gegenüberliegenden Seite ist und eine die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung (12,16) aufnehmendes Gehäuse (20) eine Abdeckung (4) für die Reflexionsfläche (2) aufweist, die mit der Reflexìonsfläche einen spaltförmigen Zwischenraum (3) bildet, der ein Medium von deutlich kleinerem Brechungsindex als Wasser enthält.
2.Vorrichtung zur optischen Abtastung einer Oberfläche einer durchsichtigen Scheibe mit Hilfe mehrfach zwischen der abgetasteten Oberfläche und einer gegenüberliegenden Reflexionsfläche retlektierten Lich-tes, das an sauberen Stellen der abgetasteten Oberfläche totalreflektiert und an Wassertropfen, auf7etrocknetem Schmutz oder dergleichen auf der abgetasteten Oberfläche aus der Scheibe herausgestreut wird, mit einer eine Lichtquelle umfassenden Sendeeinrichtung zum Einkoppeln des Lichtes in die Scheibe und einer ein lichtempfindliches Element umfassenden Empfangseinrichtung zum Auskoppeln des Lichtes und Messen der Lichtintensität, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Scheibe (10) eine Verbundglasscheibe ist und das die Reflexionsfläche (2) an einer Grenzschicht zwischen zwei Komponenten (5,6) der Verbundglasscheibe gebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n z e i c hn e t, daß in der Grenzschicht zwischen den Komponenten (5,6) der Verbundglasscheibe (10) durch eine Aussparung in einer die Komponenten verbindenden-Klebefolie (11) oder dergleichen ein Hohlraum (7) gebildet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß der Hohlraum (7) einen Füllkörper (8) enthält, dessen Material nicht an der der abgetasteten Oberfläche (1) zugewandten Komponente (5) der Scheibe (10) haftet.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß der Hohlraum (7) mit einem Material ausgefüllt ist, dessen Brechungsindex deutlich kleiner als der des Wassers ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e k e n nz e i c h n e t, daß die Reflexionsfläche (2) durch Verspiegelung einer der Komponenten (5,6)in der Grenzschicht dieser beiden Komponenten gebildet ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Strahlengang des Lichtes von der Lichtquelle der Sendeeinrichtung bis zum lichtempfindlichen Element (16) der Empfangseinrichtung ausschließlich durch feste oder flüssige Medien verläuft.

5. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung jeweils ein auf die Scheibe (10) aufgeklebtes Prisma (12) umfassen, das fest mit der durch ein Festkörperelement gebildeten Lichtquelle bzw. dem durch einen Festkörper gebildeten lichtempfindlichen Element verbunden ist, und daß ein Kondensor der Sendeeinrichtung und eine Fokussierungseinrichtung der Empfangseinrichtung jeweils durch eine spiegelnde gekrümmte Oberfläche (13) des Prismas gebildet sind.