DE4006420C2 - Vorrichtung zum optischen Erfassen von Fremdkörpern oder eines Belags auf der Oberfläche einer optisch transparenten Scheibe - Google Patents
Vorrichtung zum optischen Erfassen von Fremdkörpern oder eines Belags auf der Oberfläche einer optisch transparenten ScheibeInfo
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- B60S1/0833—Optical rain sensor
Description
Die Erfindung geht von einer Vorrichtung zum optischen
Erfassen von Fremdkörpern oder Belägen auf der
Oberfläche einer transparenten Scheibe entsprechend der
Gattung des Anspruchs 1 aus.
Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der
DE 23 54 100 B2 bereits bekannt. Bei dieser Vorrichtung
ist ein optisch/elektrischer Strahlungssender und ein
ebensolcher Strahlungsempfänger, mit Hilfe einer
durchgehenden, optisch hochtransparenten Folie an einer
Scheibe befestigt. Diese Anordnung bewirkt demnach
neben einer optischen Ankopplung auch die Befestigung
der Vorrichtung an der Scheibe. Nachteilig dabei ist,
daß die eingesetzten Folien im allgemeinen relativ
weich sind, so daß sie durch seitlichen Druck auf den
Sensor verschert werden können. Dies kann zum Ablösen
des Sensors von der Scheibe oder zu einer Veränderung
des Strahlengangs in der Folie führen, wodurch
Fehlmessungen auftreten können.
Eine Sensoranordnung zur Messung von optischen
Oberflächenveränderungen auf Glasscheiben ist auch
aus der DE 24 20 594 A1 bekannt. Diese Sensoranordnung
weist neben einem Strahlungssender einen
Strahlungsempfänger auf, wobei diese Bauteile mit
Prismen zusammenwirken. Diese Prismen sind an der zu
vermessenden Scheibe mit Hilfe eines optischen Kitts
befestigt, der sich über die gesamte
Hypothenusenflächen der Prismen vollflächig erstreckt.
Diese Art der Befestigung ist relativ unzureichend, da
Kittmassen gegen Umwelteinflüsse wie zum Beispiel
wechselnde Temperaturen und UV-Strahlung empfindlich
sind und ihre Hafteigenschaften verlieren können. Zudem
ist ein derart befestigter Sensor mechanisch leicht
verschiebbar angeordnet, was gegebenenfalls zu
Funktionsstörungen der Sensoranordnung führen kann.
Ein an einer Scheibe befestigter Strahlungssender, der
ein Lichtsignal in diese Scheibe einkoppelt, das von
einem ebenfalls daran angeordneten Strahlungsempfänger
aufgenommen und an eine elektronische Steuerung
weitergeleitet wird, ist ferner aus der DE 35 38 553 A1
bekannt. Angaben über die Art der Befestigung dieser
Bauteile an der Scheibe sind dieser Schrift jedoch
nicht zu entnehmen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß keine Ablösung
des Sensors möglich ist. Die Funktionen Klebeverbindung und optische
Ankopplung sind auf zwei verschiedene Folien mit unterschiedlichen
Eigenschaften verteilt worden. Hierbei können herkömmlich bekannte
und sich in der Praxis bewährte Folien verwendet werden. Nur im Be
reich der optischen Ankopplung, das heißt im Bereich des Senders und
des Empfängers bzw. im Ein- und Ausgang der Meßstrecke ist eine op
tisch hochtransparente Folie notwendig. Diese Folie kann in Ausspa
rungen der die Klebefunktion übernehmende Folie eingesetzt werden.
Beide Folien können somit gemäß den Abmessungen des Sensors als fer
tiger Zuschnitt hergestellt werden und auf einer dünnen Schutzfolie
aufgebracht sein und so besonders einfach verarbeitet werden. Die
Vorrichtung baut dadurch besonders einfach und preisgünstig.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ist eine
vorteilhafte Weiterbildung und Verbesserung der in dem Hauptanspruch
angegebenen Merkmale möglich.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge
stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es
zeigen die
Fig. 1 einen Schnitt durch die Vorrichtung und
Fig. 2
eine Folie in perspektivischer Darstellung.
In der Fig. 1 ist mit 10 ein Sensor bezeichnet, der aus einer in
einem Gehäuse 11 angeordneten light emitting Diode (LED, strahlungs
emittierende Diode) als Strahlungssensor 12 und einer Fotodiode, zum
Beispiel einer Siliziumfotodiode als Empfänger 13 besteht. Das Ge
häuse 11 ist zum Beispiel mit einer Kunststoffmasse ausgefüllt, so
daß sich im Bereich des Senders 12 und des Empfängers 13 eine rela
tiv glatte Oberfläche 14 ergibt. Sender 12 und Empfänger 13 sind je
weils unter dem gleichen Winkel zur Oberfläche 14 angeordnet, so daß
die optischen Achsen des Senders 12 und des Empfängers 13 leicht
zueinander geneigt sind. Zwischen der Oberfläche 14 und der Innen
seite einer Scheibe 16, deren Außenseite bezüglich Verunreinigungen,
Regentropfen oder sonstigem Belag 17 überwacht werden soll, ist eine
Zwischenfolie 18 angeordnet. Die Zwischenfolie 18 weist auf bei
den Oberseiten eine Klebeschicht auf und ist somit an der Oberflä
che 14 und an der Innenseite der Scheibe 16 angeklebt. Hierzu be
steht die Zwischenfolie 18, wie in Fig. 2 dargestellt, aus einer
Folie 20 mit guten Klebeeigenschaften, die im Bereich des Sen
ders 12, des Empfängers 13 und der Meßstrecke des Sensors 10 Ausspa
rungen 21, 22, 23 aufweist. In den Aussparungen 21, 23 sind Folien
stücke 24 aus optisch hochtransparentem Material eingesetzt. Sowohl
die Folie 20 als auch die Folienstücke 24 haben eine einheitliche
Höhe, so daß die Zwischenfolie 18 keine Unebenheiten aufweist. Die
Folie 20 sollte UV-lichtbeständig (ultra violettes Licht) und tempe
raturbeständig sein. Hierzu kann eine im Handel übliche schwarze Fo
lie z. B. mit der Bezeichnung Klebeband, schwarz 4962, Fa. 3M und der
Zusammensetzung Klebstoff: Acrylat, Träger: schwarzer Neopren-Schaum
stoff, geschlossenzellig verwendet werden. In diese Folie 20 werden
die Aussparungen 21, 22, 23 eingeschnitten und in die Aussparun
gen 21, 23 die Folienstücke 24 eingesetzt. Bei den Folienstücken 24
handelt es sich ebenfalls um handelsübliche Folien z. B. mit der Be
zeichnung ISOTAC Klebstoff-Film Y4910 F, Fa. 3M und der Zusammenset
zung Acrylat (A20). Sie sind zum Beispiel in die Aussparungen 21, 23
eingepreßt, so daß sie nicht herausfallen können. Die Aussparung 22
ist die eigentliche Meßstrecke und weist keine Ausfüllung auf. Die
Folie 20 ist auf beiden Seiten mit einer die Klebeschicht abdeckende
Schutzschicht abgedeckt. Zur Befestigung der Zwischenfolie 18 wird
die Schutzschicht der Folie 20 abgezogen und die Zwischenschicht 50
an der Oberfläche 14 des Sensors 10 angeklebt, daß der Sender 12 und
der Empfänger 13 sich im Bereich der optisch hochtransparenten Fo
lienstücke 24 befinden. Anschließend wird auch die andere Schutz
schicht entfernt und die Zwischenfolie 18 auf der Innenseite der
Scheibe 16 aufgeklebt.
Die vom Sender 12 emittierte Strahlung geht dabei so durch die Zwi
schenfolie 18 hindurch, daß der Eintrittswinkel nahezu gleich dem
Austrittswinkel ist. Die Strahlung wird an der Grenzfläche der
Außenseite der Scheibe 16 (Scheibe 16/Atmosphäre) in Form einer To
talreflexion reflektiert. Ebenfalls wird die Strahlung an der Grenz
fläche der Innenseite der Scheibe 16 und der Atmosphäre in der Aus
sparung 22 totalreflektiert. Im Bereich der Aussparung 23 mit dem
Folienstück 24, das heißt im Bereich des Empfängers 13 tritt die
Strahlung wieder durch die Zwischenfolie 18 hindurch und in den
Empfänger 13 ein. Abgesehen von geringen Verlusten gelangt bei einer
sauberen Oberfläche nahezu die gesamte an der Grenzfläche Schei
be/Atmosphäre reflektierte Strahlungsmenge in den Empfänger 13. Die
vom Sender ausgestrahlte Strahlung kann zum Beispiel im Bereich der
Wellenlänge von 565 nm liegen. Die verwendete Wellenlänge ist aber
vom Material der Scheibe 16 abhängig. Die oben angegebene Wellenlän
ge gilt zum Beispiel für grüne Verbundglasscheiben von Kraftfahrzeu
gen. Sollen hingegen andere getönte Scheiben von Kraftfahrzeugen
oder die farbigen Heckleuchten bzw. die Scheinwerferleuchten von
Kraftfahrzeugen überwacht werden, so ist die Wellenlänge darauf ent
sprechend einzustellen.
Befindet sich der Belag 17, z. B. Regentropfen, auf der vorderen Ober
fläche der Scheibe 16, das heißt auf der Außenseite der Scheibe 16,
so bewirken diese eine Auskopplung eines Teils der vom Sender 12 aus
gesandten Strahlung. Ein Teil der Strahlung gelangt dadurch nicht
mehr zum Empfänger 13, sondern wird an der Grenzfläche Scheibe/At
mosphäre in die Atmosphäre hinausgebrochen. Dadurch ergibt sich bei
sauberer Scheibe ein sehr hohes, mit Regentropfen bedeckter Scheibe
ein kleineres, deutlich unterscheidbares Signal. Auf diese Weise be
wirken die Regentropfen eine Verminderung der detektierten Strah
lungsmenge im Empfänger 13, was durch eine nicht näher dargestellte
Auswerteschaltung 27 erfaßt wird. Mit Hilfe der Auswerteschaltung
können auch Zusatzfunktionen gesteuert und überprüft werden. Die
Auswerteschaltung kann auch so steuern, daß sie nur bei eingeschal
tetem Scheinwerferlicht und bei einer entsprechenden vorgegebenen
Schwächung auslöst. Wird hingegen eine Windschutzscheibe überwacht,
so kann mit dieser Auswerteschaltung auch eine Intervallschaltung
für die Scheibenwischer gesteuert werden.
Die Vorrichtung kann für alle zu reinigenden Scheiben eines Fahr
zeugs, insbesondere Kraftfahrzeugs verwendet werden. Sowohl die Vor
der- als auch die Heckscheibe kann überwacht werden. Auch ist die
Vorrichtung bei den Streuscheiben der Frontleuchten und bei den
Streuscheiben der Hecklichter und der Blinker verwendbar.
Claims (8)
1. Vorrichtung zum optischen Erfassen von Fremdkörpern
(17) oder eines Belags auf der Oberfläche einer optisch
transparenten Scheibe (16), mit wenigstens einem
Strahlungssender (12) und wenigstens einem
Strahlungsempfänger (13), die einen Sensor (10) bilden,
wobei sich zwischen der Scheibe (16) und dem Sensor
(10) eine Zwischenfolie (18) befindet, dadurch
gekennzeichnet, daß die Zwischenfolie (18) im Bereich
des oder der Strahlungssender (12) und des oder der
Strahlungsempfänger (13) aus einem optisch
transparenten Material besteht, daß im jeweiligen
Meßbereich eine Totalreflexion der Strahlung möglich
ist, und daß die Zwischenfolie (18) im übrigen Bereich
auf den dem Sensor (10) und der Scheibe (16)
zugewandten Seiten Klebeeigenschaften aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Zwischenfolie (18) aus wenigstens zwei Folien
oder Folienstücken (20, 24) mit unterschiedlichen
optischen Eigenschaften zusammengesetzt ist, und eine
einheitliche Dicke aufweist.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die außerhalb der
Meßbereiche liegenden Bereiche mit Klebeeigenschaften
der Folie (20) vor der Montage der Vorrichtung an die
Scheibe (16) mit einer abziehbaren Schutzschicht
versehen sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungssender (12)
und der Strahlungsempfänger (13) im
Transmissionsbereich der Scheibe (16) arbeiten.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (16) eine
Streuscheibe eines Scheinwerfers eines Kraftfahrzeugs
ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (16) eine
Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (16) eine
Streuscheibe einer Heckleuchte eines Kraftfahrzeugs
ist.
8. Verfahren zur Befestigung einer Vorrichtung nach
einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß in eine Folie (20) mit Klebeeigenschaften
Ausschnitte (21, 22, 23) eingebracht werden, daß die
Ausschnitte (21, 23), in deren Bereiche der oder die
Strahlungssender (12) oder der oder die
Strahlungsempfänger (13) angeordnet sind, Folienstücke
(24) aus optisch transparentem Material eingesetzt
werden, daß die Folie (20) am Sensor (10) befestigt
wird, daß die Schutzschicht der Folie (20) abgezogen
wird, und daß die Folie (20) auf der Scheibe (16)
aufgeklebt wird.
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