DE4329188A1 - Optischer Sensor zur Steuerung einer Scheibenwischeranlage - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen optischen Sensor zur Er­ kennung eines Beschlages auf einer Glasscheibe, insbesondere einer Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeuges.

Der Sensor eignet sich zur bedarfsgerechten Steuerung einer Scheibenwischeranlage, er ist auf der Innenseite der Scheibe installiert und ist in der Lage, einen Beschlag auf deren Außenseite zu erkennen.

Der Sensor besteht aus wenigstens einem, idealerweise aber mehreren Strahlungssendern, und wenigstens einem Strahlungs­ empfänger.

Um Störungen durch Fremdlichtquellen auszuschließen, werden die Strahlungssender gepulst, mit einer bestimmten Impulsfolge, auf nur die die Auswertelektronik des Strahlungsempfängers anspricht, betrieben.

Die Impulsstrahlung der Strahlungssender 1.1 wird direkt in einem Winkel α in das Glas eingekoppelt. Dieser Winkel ist so zu wählen, daß sich die in das Glas eingekoppelte Strahlung durch Totalreflexion an den Scheibenoberflächen innerhalb der Scheibe 1.5 ausbreitet.

Totalreflexion an den Scheibenoberflächen entsteht dann, wenn innerhalb des Glases ein Strahl mit einem Winkel von 42° zur Glasnormalen auf die Scheibenoberfläche trifft.

Herkömmliche Sendedioden geben ihre Strahlung innerhalb eines Öffnungswinkels in Form eines Strahlenbündels ab, so daß nicht nur ein Strahl mit einem bestimmten Winkel, sondern ein Strah­ lenbündel in einem größeren Winkelbereich in die Scheibe ein­ gekoppelt wird.

So daß jeder einzelne Strahl des eingekoppelten Strahlenbün­ dels mit einem Winkel von 42° zur Glasnormalen die Scheiben­ oberfläche mehrmals, in einem Abstand der durch den Einkopp­ lungswinkel bestimmt wird, abtastet.

Durch den Einsatz von mehreren nebeneinander angeordneten Strahlungssendern wird erreicht, daß die Detektionsfläche von mehreren Strahlenbündel überstrichen wird, so daß jeder Punkt dieser Fläche von einer Vielzahl von Strahlen unterschiedlich­ ster Winkel bestrahlt wird.

Die Scheibe stellt hier einen Lichtleiter dar, in dem sich die Strahlung ausbreitet, und bei unveränderten Grenzschichten auch innerhalb diesem bleibt.

Tritt nun ein Beschlag 1.4 der Scheibenoberfläche auf, wird die Grenzschicht verändert, und die dadurch verursachten ge­ änderten Reflexionswinkel lassen Impulsstrahlungsanteile aus der Scheibe austreten.

Um auch bei geringem Beschlag der Scheibe ein zur Steuerung der Scheibenwischer verwertbares Signal zu erhalten, wird die in den Tropfen reflektierte und aus der Scheibe austretende Impulsstrahlung als Nutzsignal verwendet.

In DE 33 14 770 C2 wurden optische Sensoren zur Beschlagser­ kennung bekannt. Bei diesen Sensoren erfolgt die Auskopplung des Nutzsignales direkt aus dem Medium Glas. Was zur Folge hat, daß bei der Version die nach dem Prinzip der Totalreflexion der Strahlung arbeitet, nicht die in den Tropfen reflektierte Strahlung als Nutzsignal verwendet werden kann, sondern ledig­ lich die Abnahme eines definierten Grundsignales ein Nutzsig­ nal darstellt. Eine weitere Version bei der die in den Tropfen reflektierte Strahlung als Nutzsignal verwendet wird, läßt je­ doch eine Strahlenausbreitung nach dem Prinzip der Totalreflex­ ion nicht zu.

Um nun die in den Tropfen reflektierte Strahlung als Nutz­ signal erfassen zu können und dennoch das Prinzip der Total­ reflexion aufrechtzuerhalten, wird hier ein Sensor vorge­ schlagen, bei dem sich der Strahlungsempfänger außerhalb des für die Strahlungsausbreitung verantwortlichen Mediums befin­ det.

Der Strahlungsempfänger befindet sich in einem zweiten Medi­ um, dessen Brechzahl kleiner ist als die von Glas, so daß die Glasoberfläche, welche die Grenzschicht bildet, unangetastet bleibt und die Ausbreitung der Impulsstrahlung innerhalb des Glases nicht beeinträchtigt wird.

Das Medium in welchem der Strahlungsempfänger positioniert ist, ist vorzugsweise Luft.

Das Austreten der Impulsstrahlung aus der Scheibe in Folge eines Beschlages 1.4 erfolgt zum größeren Teil aus der Schei­ benaußenseite, ein Teil dieser Strahlung wird jedoch in den Tropfen reflektiert und tritt aus der Scheibeninnenseite aus. Diese innen austretende Strahlung wird beim Übergang in das Medium Luft gebrochen, so daß sie in einem spitzen Winkel β zur Scheibenoberfläche für den Strahlungsempfänger 1.2 erkenn­ bar wird, und als Nutzsignal verwertet werden kann.

Da das Nutzsignal im spitzen Winkel aus der Scheibe austritt, ist es möglich den Strahlungsempfänger geschützt 1.6 vor di­ rekter Sonnenlicht- und Fremdlichteinstrahlung zu positionie­ ren.

Damit derjenige Anteil der von den Strahlungssendern in die Scheibe eingekoppelten Impulsstrahlung, deren Winkel < 42° zur Glasnormalen ist, und die daher unmittelbar nach der Ein­ kopplung aus der Scheibe wieder austritt, zu keiner Verfäl­ schung des Nutzsignales führt, wird die Strahlung aus dem betreffenden Bereich durch geeignete Mittel 1.3 absorbiert.

Möglich ist hier der Einsatz von Absorbtionsstreifen, die auf der Linie vom Strahlungssender zum Strahlungsempfänger auf der Scheibeninnenseite aufgebracht sind, und die mindestens die Breite der strahlenden Fläche des Strahlungssenders haben. Der Vorteil dieser Absorbtionsstreifen besteht darin, daß die verbleibende Fläche der Scheibe zwischen den Streifen der De­ tektionsfläche zugerechnet werden kann.

Anstelle der Absorbtionsstreifen kann der entsprechende Be­ reich auch auf der gesamten Breite der Strahlungssender op­ tisch abgedeckt werden.

Die Länge der Absorbtionsstreifen bzw. der optischen Abdeck­ ung ist neben dem Winkel β auch von der Glasdicke abhängig.

Claims (3)

1. Optischer Sensor zur Erkennung eines Beschlages auf einer Glasscheibe, insbesondere einer Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsstrahlung, die von wenigstens einem Strah­ lungssender in die Scheibe eingebracht wird, sich inner­ halb dieser nach dem Prinzip der Totalreflexion ausbrei­ tet, und wenigstens ein Strahlungsempfänger, der sich in einem optisch dünneren Medium bezüglich des Mediums Glas befindet, die in den Tropfen reflektierte und aus der In­ nenseite der Scheibe austretende Impulsstrahlung als Nutz­ signal erkennt.

2. Optischer Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium in dem sich der Strahlungsempfänger befin­ det Luft ist.

3. Optischer Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß derjenige Anteil der Impulsstrahlung der unmittelbar nach der Einkopplung aus der Scheibe wieder austritt, durch Absorbtionsstreifen welche auf der Linie vom Strah­ lungssender zum Strahlungsempfänger auf der Scheibeninnen­ seite angebracht sind, und die mindestens die Breite der strahlenden Fläche des Strahlungssenders haben, oder durch eine optische Abdeckung, absorbiert wird.