EP2438427A1 - Messeinrichtung, messsystem und verfahren zur messung der kontamination eines lichtdurchlässigen messobjekts - Google Patents

Messeinrichtung, messsystem und verfahren zur messung der kontamination eines lichtdurchlässigen messobjekts

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Publication number
EP2438427A1
EP2438427A1 EP10749753A EP10749753A EP2438427A1 EP 2438427 A1 EP2438427 A1 EP 2438427A1 EP 10749753 A EP10749753 A EP 10749753A EP 10749753 A EP10749753 A EP 10749753A EP 2438427 A1 EP2438427 A1 EP 2438427A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
measuring
coupling
light
decoupling
measuring object
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP10749753A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Heinz Haas
Jürgen Gärtner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors GmbH filed Critical Osram Opto Semiconductors GmbH
Publication of EP2438427A1 publication Critical patent/EP2438427A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60S—SERVICING, CLEANING, REPAIRING, SUPPORTING, LIFTING, OR MANOEUVRING OF VEHICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60S1/00—Cleaning of vehicles
    • B60S1/02—Cleaning windscreens, windows or optical devices
    • B60S1/04—Wipers or the like, e.g. scrapers
    • B60S1/06—Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive
    • B60S1/08—Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive electrically driven
    • B60S1/0818—Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive electrically driven including control systems responsive to external conditions, e.g. by detection of moisture, dirt or the like
    • B60S1/0822—Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive electrically driven including control systems responsive to external conditions, e.g. by detection of moisture, dirt or the like characterized by the arrangement or type of detection means
    • B60S1/0833—Optical rain sensor
    • B60S1/0837—Optical rain sensor with a particular arrangement of the optical elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55—Specular reflectivity
    • G01N21/552—Attenuated total reflection
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/94—Investigating contamination, e.g. dust

Definitions

  • the invention relates to a measuring device, a measuring system and a method for measuring the contamination of a transparent measuring object.
  • Translucent materials are used inter alia as covers for lighting equipment.
  • Cover can protect the illumination device and / or influence the emission characteristic.
  • the light emitted by the illumination device at least partially penetrates the cover.
  • Another field of application for translucent materials are window panes.
  • a measuring device for measuring the contamination of a transparent measuring object having the features of patent claim 1. Furthermore, a measuring system and a method for measuring are provided.
  • the measuring device for measuring the contamination of a transparent measuring object comprises a radiation source, a coupling device for coupling a beam into the measuring object, so that the beam is guided in the measuring object, a coupling device for coupling the beam from the 0 measuring object, a radiation detector and a
  • Comparing means which is designed to compare a characteristic value of the detected beam with a reference value.
  • the measuring device is suitable for detecting contamination, in particular surface contamination, of the measurement object.
  • translucency is meant the ability of material 0 to pass electromagnetic waves, such as light in the visible spectral range, through the material, this property also being called transparency designated. By “translucency” it also applies that only part of the electromagnetic waves are transmitted.
  • a radiation source is a source for providing electromagnetic radiation, in particular light, for example in the visible range.
  • Light may also include ultraviolet or infrared radiation.
  • the beam is, for example, a radiation beam, that is to say a group of beams of the radiation which are in one
  • the beam may be, for example, a light beam.
  • the coupling device makes it possible to couple a beam into the measurement object so that it is guided in the measurement object, that is, the beam runs within the measurement object.
  • the radiation detector is a sensor which is designed to detect a characteristic of the coupled-out beam.
  • An embodiment of the radiation detector is a
  • the detected characteristic value can be, for example, the light intensity or power.
  • the comparison device compares the detected characteristic value with a comparison value. Based on the comparison can be determined whether a cleaning of the test object is required or not. In one embodiment, it is merely determined and indicated whether cleaning is required or not. In an alternative embodiment, the comparison result is a value from a continuous or discrete value range that indicates the degree of contamination.
  • the beam is guided in the test object. Preferably, the beam is coupled in such a way that the beam in the measurement object is reflected at least once on one side of the measurement object, ie after passing through the measurement object from one
  • Measuring object with a top and bottom of the beam can zigzag run from the coupling device to the coupling device in the measurement object when the beam is alternately reflected at the top and bottom.
  • the beam by total reflection in the measurement object is similar
  • the damping is increased by multiple reflection, which facilitates the detection.
  • the prism in the coupling device is suitable for deflecting the beam provided by the radiation source in such a way that it is coupled into the measurement object and 0 after passing through the measurement object on one side of the object
  • the object being measured is totally reflected.
  • the prism in the decoupling device is suitable for the decoupled beam redirect so that it is guided to the radiation detector.
  • the coupling devices 5 and / or the decoupling devices comprise a mirror.
  • the mirror coating is advantageously applied to one side of the coupling device and / or the decoupling device, at which the beam within the coupling device and / or the decoupling device
  • the coupling-in device and / or the coupling-out device comprise a light guiding element, through which the electromagnetic wave, in particular light, passes, wherein the refractive index of the element is similar to the refractive index of the measuring object.
  • the coupling or decoupling of the beam takes place during the transition from the light-guiding element into the measured object. If the refractive index of the element is similar to the refractive index of the measuring object, reflection or refraction of the beam during the transition is avoided or reduced.
  • the refractive index of the element and the refractive index of the measurement object are advantageously matched to one another in such a way that the beam is coupled in such a way that it is totally reflected in the measurement object. If the
  • an adhesive used for this purpose advantageously has a similar Refractive index as the coupling device and / or the coupling-out device and the measurement object.
  • the coupling devices and / or the coupling-out devices are shielded from light radiation from ambient light.
  • Ambient light is understood as meaning any external light irradiation on the measuring device, for example daylight. If the measuring object is the cover of a lighting device, that is the
  • Illuminating device radiated light or emitted by adjacent lighting devices ambient light.
  • the coupling-in and coupling-out devices are positioned in the vicinity of the illumination device, the light emitted by the illumination source can be too
  • the shield helps to prevent the ambient light from distorting the measurement. This would be the case if the ambient light were guided via the measurement object and the decoupling device to the radiation detector.
  • the light signal is a periodic sinusoidal signal.
  • an amplitude-modulated signal is an amplitude-keyed light signal.
  • the amplitude-keyed light signal has two levels between which it switches.
  • the light signal is a periodic on-off-keyed signal with pulses, as may be generated by turning the radiation source on and off.
  • Signal is provided only a single pulse.
  • Another alternative signal has a sequence of pulses.
  • the radiation detector is advantageously designed to detect an intensity or intensity change, for example a light intensity or
  • the radiation detector provides an output signal that is dependent on the detected intensity or intensity change.
  • the radiation detector is advantageously designed to detect the change in intensity. Constant ambient light is not taken into account in this detection. This allows the contamination measurement in daylight or at a
  • the radiation source generates a narrowband light signal that can be detected by using a bandpass filter in the radiation detector 0. This bandpass filter filters out broadband ambient light.
  • a measuring system comprises a transparent measuring object and a measuring device, as described above, for example, whose coupling device and its coupling-out device are positioned on a same side or different sides of the measuring object which has a first and a second side.
  • the measuring object has one side, which is more exposed to the 0 pollution than the other, as for example in the outside of a
  • Lighting source coverage in a tunnel is the case, so are the coupling device and the coupling device advantageously mounted on the side that is not exposed to contamination.
  • the contamination of the measuring device is avoided, which could affect the measurement.
  • the radiation detector is protected by the measurement object, for example in the case of a cover, from environmental influences and dirt.
  • the measuring device In order to facilitate access to the measuring device, it may be advantageous to position the measuring device on the more polluting side.
  • the coupling-in device and the coupling-out device can be positioned on different sides of the measuring object.
  • the coupling device and the decoupling device are positioned such that the beam is reflected multiple times. This increases the measuring accuracy, since the contamination of the test object due to the multiple reflection flows into the measurement several times, so that local deviations of the degree of soiling do not have such a strong effect on the measurement result.
  • a method for measuring the contamination of a transparent measuring object the following steps are provided: The beam is coupled into the measuring object so that the beam is guided in the measuring object. The beam is decoupled from the measured object and detected. A characteristic value of the detected beam is compared with a predetermined reference value.
  • the beam is at least once at a
  • the radiation is amplitude modulated to reduce the influence of ambient light on the measurement.
  • an intensity or an intensity change of the beam is detected.
  • the intensity of a beam can be detected in a simple manner, for example by a photodiode. A change in intensity is advantageously detected when otherwise a uniform irradiation of the ambient light would flow into the measurement result.
  • a bandpass filtering takes place which is suitable for largely blanking out the spectrum of the ambient light. This is advantageous if the beam has a narrow spectrum, which would be the case, for example, with a laser beam.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a measuring system with a measuring device
  • Figure 2 is a diagram showing the attenuation at increasing
  • FIG. 1 schematically shows a cover for a lighting device.
  • the cover is the measuring object 7 whose pollution is measured.
  • the measurement object is shown plan. It should be noted that in alternative embodiments (not shown), the first and second sides are not parallel to each other or the measurement object is not planar, but curved, for example.
  • the measurement object 7 has a first side 8 and a second side 9.
  • the cover is positioned such that the first side 8 faces the illumination device (not shown), so that in operation the light emitted by the illumination device (not shown)
  • Light source radiated light passes through the measuring object 7 and is emitted from the second side 9.
  • the second side 9 is increasingly exposed to environmental influences and can consequently pollute.
  • a measuring device 20 is positioned on the first side 8 of the measuring object 7. Positioning on the first side reduces the effect of environmental influences on the measuring device 20, in particular the associated contamination.
  • the measuring device 20 comprises a radiation source, which in this embodiment is designed as a light source 1, a coupling device 3 and a coupling-out device 5, which are positioned on the first side 8 of the measuring object 7, and a radiation detector, which is designed as a light detector 6 in this embodiment , and a comparison device 10.
  • the light source 1 generates a light beam 2.
  • Light is electromagnetic waves, in particular light in the visible range but also in the ultraviolet and infrared range understood.
  • the Light source 1 a semiconductor device, for example, a device comprising a light-emitting diode (LED) or a laser, which has a narrow-band spectrum.
  • the coupling device 3 and the decoupling device 5 are fixed with a transparent adhesive 4 on the first side 8 of the measuring object 7.
  • the measurement object and the input and the output device are integrally formed.
  • the input and the output device are in this case an integral part of the measurement object. This avoids refraction or damping effects at the transitions between input and output device and object to be measured.
  • the coupling device 3 and the decoupling device 5 are formed as a prism.
  • the prisms are light-guiding elements made of transparent material.
  • the prisms have a flat base in the shape of a right triangle. Other forms are conceivable.
  • the coupling device 3 has an inlet side 31 and an outlet side 32, which is positioned on the first side 8 of the measuring object 7.
  • the light source 1 is positioned such that its light beam 2 enters the coupling device 3 via the entry side 31. In one embodiment, the light source 1 is positioned adjacent to the entrance surface 31. In one exemplary embodiment, the light source 1 touches the coupling device 3.
  • the light beam 2 passes through the coupling device 3.
  • the light beam 2 is at the exit surface 32 so in the DUT coupled 7 that it is reflected at least on one side 9 of the measuring object 7.
  • the light beam 2 is reflected in the coupling device 3 on one side of the prism.
  • the light beam 2 initially runs parallel or nearly parallel to the first side 8 of the measurement object 7 and is reflected in such a way that the light beam 2 exits at the decoupling surface 32 and enters the measurement object 7.
  • the sides of the coupling device 3, which reflect the light, are preferably mirrored in order to avoid damping effects.
  • the coupling device 3 is shielded from ambient light. This can be achieved, for example, with a cover 12.
  • Ambient light is light radiation into the measuring device 20, which does not originate from the light beam 2, that is also the light generated by the illumination device (not shown).
  • the cover 12 is preferably designed and / or arranged such that the coupling device 3 and / or the coupling-out device 5, apart from the side facing the measurement object, is shielded on all sides from ambient light.
  • the light beam 2 is largely transmitted at the interface between the coupling device 3 and the measuring object 8.
  • the light-guiding part of the coupling device 3 has a similar refractive index as the measuring object 7
  • Refractive index of the adhesive 4 is advantageously similar.
  • a similar refractive index leads to refractive and refractive index Damping effects are largely avoided or reduced at the interface.
  • a similar refractive index can be understood to mean a refractive index, so that the light beam 2 is not reflected or only partially reflected when it passes from the coupling device 3 into the measuring object.
  • the coupled-in light beam 2 is repeatedly reflected at the first and the second side 8, 9 of the measuring object 7, so that it runs in a zigzag pattern along the measuring object 7.
  • the light beam 2 is coupled into the measurement object 7 in such a way that the light beam is totally reflected on the sides 7, 9 of the measurement object 8.
  • the decoupling takes place by means of the decoupling device 5 with an entry surface 51 and an exit surface 52.
  • the refractive index of the primate is selected such that reflection of the light beam 2 does not occur but rather at least substantial transmission of the light beam 2 into the decoupling device 5.
  • the light-guiding part of the decoupling device 5, the adhesive 4 and the measuring object 7 have a similar refractive index.
  • the light beam 2 extends in the decoupling device 5 in such a way that it can be detected by a detector 6 which is positioned at the exit surface 52 of the decoupling device 5. This can be done, for example, by the light beam 2 striking the light detector 6 directly from the entrance surface 51 via the exit surface 52, as shown in FIG. 1 by the beam path 2a. But it is also conceivable that the light beam 2 is reflected again in the decoupling device, as shown in Figure 1 by the beam path 2b.
  • the Output coupling device 5 prism-shaped, which makes it possible to reflect the light beam 2 so that it strikes the light detector 6.
  • the reflection side of the decoupling device 5 is mirrored to obtain the signal quality.
  • Ambient light may be reduced by a cover 12 for shielding.
  • the cover for shielding the decoupling device 5 may be connected to the cover for shielding the coupling device 3 or it may be provided a separate cover for shielding the decoupling device.
  • the shielding can take place alternatively or additionally, in which an opaque layer, preferably above the mirror layer, is applied to the decoupling device. Such an opaque layer is alternatively or additionally optionally also suitable for the shielding of the coupling device 3 against ambient light.
  • a shielding of the coupling device and / or the coupling-out device against ambient light is preferably provided on all sides except on the side facing the measuring object, the coupling-out device or the coupling device. In particular, a shield may be provided laterally next to the coupling device 3 and / or the coupling-out device 5 on the side 8 of the measurement object.
  • the light detector 6 may be formed as a semiconductor device.
  • An exemplary embodiment comprises a photodiode which is suitable for detecting the light intensity of the light beam 2.
  • the light detector 6 generates a signal dependent on the detected light, for example a signal
  • a comparison device 10 compares the detected intensity of the light beam 2 with a predetermined comparison value. Based on the result can be read whether a cleaning of the measuring object 7 is required or what degree of contamination it has.
  • the comparator 10 indicates whether a predetermined level of contamination has been reached, for example by a beep or a signal light. In this case, the compares
  • the comparison device 10 outputs a value at which the degree of contamination can be read off. In one embodiment, this value is between 0 and 1, where 1 corresponds to an unpolluted object to be measured and 0 corresponds to contamination associated with opacity.
  • comparison device can also be designed such that the result is transmitted to a display device, be it via contact means or contactless.
  • Display device can be mounted on the second side 9 of the measurement object or beyond the illumination device or its cover.
  • the measurement of contamination is based on the fact that with increasing pollution of the coupled light beam 2 is attenuated more. Due to the contamination of the measuring object 7, the light is in reflection at the second Page 9 partially absorbed. This effect occurs all the more, the more often the light from the second side 9 of the measuring object 7 is reflected and thus damped.
  • Pollution degree facilitates and increases the accuracy. Low pollution, for example, by a few percentage points, would be detected with only a single reflection with a sensitive detector. Due to the multiple reflection, however, the damping effect multiplies, so that even slight contamination is easier to detect.
  • the number of reflections of the light beam 2 within the measuring object 7 can be varied. The larger the distance 11, the more reflections are made.
  • the distance 11 may for example be between 1 cm and 10 cm.
  • the distance 11 can be selected depending on the degree of contamination to be detected. Should rather low Pollution can be detected, it may be advantageous to choose a greater distance to increase the number of reflections. This improves the dynamic range. If the detection concentrates more on heavy soiling, then a smaller distance may be advantageous, since heavy soiling, even with few reflections, leads to a significant attenuation of the light beam 2, which can be detected.
  • FIG. 2 illustrates, with reference to a diagram, the attenuation of the light beam at different degrees of contamination and at different distances between the input and output device 3, 5.
  • Pollution levels of a glass sheet applied. 51 corresponds to clean glass. 52 corresponds to a low pollution. 53 corresponds to medium pollution and 54 corresponds to high pollution.
  • a relative signal value is plotted on the Y axis.
  • the received signal is compared with the signal that is detected in a non-contaminated disc, so that the value for the unpolluted measuring object is 1.
  • the curves 61, 62, 63, 64 each comprise four values which are indicated by markers.
  • the curves represent different distances 11 between the input and output device 3, 5.
  • Curve 61 is a transmission curve. That is, curve 61 indicates the extent to which the intensity of the transmitted Light is reduced by the increasing pollution. In this case there is a linear relationship between signal degradation and contamination.
  • Curve 62 shows the change in the relative signal at a small distance, in this example 2 cm, between the input and output device. It can be seen that the signal is more strongly degraded by the multiple reflection than is the case with the transmission.
  • the curves 63 and 64 show the relative signal when the distance between the input and output device is further increased. In the case of the curve 63 it is 4 cm, in the case of the curve 64 it is 6 cm. It can be seen that the relative signal is further degraded by the increased distance between the input and output coupling device, so that a clear signal degradation can be detected even with slight contamination 52. This results in the highest damping for the largest distance selected in conjunction with the most heavily soiled disc. The relationship between the disc contamination and the measured values is clear. For larger distances between the
  • Input and output device results in a higher attenuation.
  • the measurement can be used to derive a reliable statement about the contamination of the DUT.
  • a calibration of the comparison device 10 can be carried out, for example, by taking a measurement with a clean measurement object and a measurement at a predetermined degree of contamination, in which a cleaning is to take place. If this degree of contamination has been detected in a subsequent measurement, for example, a signal is emitted, which signals the pollution and required cleaning. It should be noted that measurement results are determined largely unaffected by environmental parameters when no ambient light occurs. This is the case with a lighting device when this lighting device is switched off. However, this can lead to an influence on traffic safety in lighting equipment in tunnels.
  • the light source 1 is suitable for generating an amplitude-modulated light signal.
  • One form of amplitude modulated signal is a light pulse.
  • One form of amplitude modulated signal is a sequence of light pulses.
  • One form of amplitude modulated signal is a periodic on-off-keyed light signal.
  • the light detector 6 is suitable for detecting a change in the characteristic to be detected, for example a change in intensity. It is not detected an absolute value, but the level difference of the detected
  • a small change in intensity with a low level fluctuation indicates a high degree of contamination, while a high intensity change is associated with low pollution.
  • the detected change is compared with a reference value. If the input signal comprises a pulse sequence or is a periodic on-off-keyed light signal, a plurality of intensity changes can be detected so that the values can be averaged, which increases the measurement accuracy.
  • a narrowband light signal is generated, for example by a laser, which is filtered by a bandpass filter on the detector. The bandpass filter largely filters the broadband ambient light and limits the detection to a narrow bandpass range.

Abstract

Eine Messeinrichtung (20) zur Messung der Kontamination eines lichtdurchlässigen Messobjekts (7) umfasst eine Strahlungsquelle (1), eine Einkoppeleinrichtung (3) zur Einkopplung eines Strahls (2) in das Messobjekt (7), sodass der Strahl (2) im Messobjekt (7) geführt wird, eine Auskoppeleinrichtung (5) zur Auskopplung des Strahls (2) aus dem Messobjekt (7), einen Strahlungsdetektor (6) und eine Vergleichseinrichtung (10), die ausgebildet ist, einen Kennwert des detektierten Strahls (2) mit einem Referenzwert zu vergleichen.

Description

Beschreibung
Messeinrichtung, Messsystem und Verfahren zur Messung der Kontamination eines lichtdurchlässigen Messobjekts
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2009 023 615.5, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung, ein Messsystem und ein Verfahren zur Messung der Kontamination eines lichtdurchlässigen Messobjekts.
Lichtdurchlässige Materialen werden unter anderem als Abdeckungen für Beleuchtungseinrichtungen eingesetzt. Die
Abdeckung kann die Beleuchtungseinrichtung schützen und/oder die Abstrahlcharakteristik beeinflussen. Das von der Beleuchtungseinrichtung abgestrahlte Licht durchdringt zumindest teilweise die Abdeckung. Ein weiteres Einsatzgebiet für lichtdurchlässige Materialien sind Fensterscheiben.
Durch Umwelteinflüsse können die Oberflächen von lichtdurchlässigen Gegenständen verschmutzen. Mit zunehmender Verschmutzung wird die Lichtdurchlässigkeit verringert. Bei Fenstern wird die Durchsicht verschlechtert. Bei Abdeckungen für Beleuchtungseinrichtungen kann bei zunehmender Verschmutzung weniger Licht die Abdeckung durchdringen.
Dieses Problem tritt unter anderem in Verkehrstunneln auf, deren Beleuchtungseinrichtungen üblicherweise mit einer Glasoder Acrylglasabdeckung versehen sind; aber auch andere Materialien sind denkbar. Diese Abdeckungen werden unter anderem durch Autoabgase und Reifenabrieb verschmutzt und müssen deshalb einer regelmäßigen Reinigung unterzogen werden, um die ausreichende Beleuchtung des Tunnels zu gewährleisten. Zur Optimierung des Reinigungsintervalls ist eine Überwachung des Verschmutzungsgrades wünschenswert. 5
Es stellt sich deshalb die Aufgabe, eine Einrichtung und ein Verfahren zur Messung der Kontamination eines lichtdurchlässigen Messobjekts bereitzustellen.
-0 Das Problem wird durch eine Messeinrichtung zur Messung der Kontamination eines lichtdurchlässigen Messobjekts mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst . Ferner sind ein Messsystem und eine Verfahren zur Messung vorgesehen.
L5 Die Messeinrichtung zur Messung der Kontamination eines lichtdurchlässigen Messobjekts umfasst eine Strahlungsquelle, eine Einkoppeleinrichtung zur Einkopplung eines Strahls in das Messobjekt, sodass der Strahl im Messobjekt geführt wird, eine Auskoppeleinrichtung zur Auskopplung des Strahls aus dem 0 Messobjekt, einen Strahlungsdetektor und eine
Vergleichseinrichtung, die ausgebildet ist, einen Kennwert des detektierten Strahls mit einem Referenzwert zu vergleichen. 5 Die Messeinrichtung ist geeignet eine Verunreinigung, insbesondere Oberflächenverunreinigung, des Messobjekts zu detektieren.
Unter „Lichtdurchlässigkeit" wird die Fähigkeit des Materials 0 verstanden, elektromagnetische Wellen, wie Licht im sichtbaren Spektralbereich, durch das Material hindurch zu lassen. Diese Eigenschaft wird auch als Transparenz bezeichnet. Unter „Lichtdurchlässigkeit" fällt auch, dass nur ein Teil der elektromagnetischen Wellen durchgelassen wird.
Eine Strahlungsquelle ist eine Quelle zur Bereitstellung elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Licht, beispielsweise im sichtbaren Bereich. Licht kann auch Strahlung im ultravioletten oder infraroten Bereich umfassen.
Der Strahl ist beispielsweise ein Strahlungsbündel, also eine Gruppe von Strahlen der Strahlung, die sich in einer
Vorzugsrichtung ausbreiten. Der Strahl kann beispielsweise ein Lichtstrahl sein.
Die Einkoppeleinrichtung ermöglicht es, einen Strahl in das Messobjekt einzukoppeln, sodass dieser im Messobjekt geführt wird, das heißt der Strahl läuft innerhalb des Messobjekts.
Der Strahlungsdetektor ist ein Sensor, der ausgebildet ist einen Kennwert des ausgekoppelten Strahls zu detektieren. Eine Ausführungsform des Strahlungsdetektors ist ein
Lichtdetektor. Bei dem detektierten Kennwert kann es sich beispielsweise um die Lichtintensität oder Leistung handeln. Die Vergleichseinrichtung vergleicht den detektierten Kennwert mit einem Vergleichswert . Anhand des Vergleichs kann festgestellt werden, ob eine Reinigung des Messobjekts erforderlich ist oder nicht. In einem Ausführungsbeispiel wird lediglich ermittelt und angezeigt, ob eine Reinigung erforderlich ist oder nicht. In einem alternativen Ausführungsbeispiel ist das Vergleichsergebnis ein Wert aus einem kontinuierlichen oder diskreten Wertebereich, der den Verschmutzungsgrad anzeigt. Der Strahl wird im Messobjekt geführt. Vorzugsweise wird der Strahl derart einkoppelt, dass der Strahl im Messobjekt zumindest einmal an einer Seite des Messobjekts reflektiert wird, also nach dem Durchlauf durch das Messobjekt von einer
5 Seite des Messobjektes in das Messobjekt zurückgeworfen. Hierbei handelt es sich vorteilhafterweise um eine Totalreflexion, sodass keine Teiltransmission bei der Reflexion sondern lediglich Absorptionseffekte den Strahl beim Durchlauf durch das Messobjekt dämpfen. Bei einem
.0 Messobjekt mit einer Ober- und Unterseite kann der Strahl zickzackförmig von der Einkoppeleinrichtung zur Auskoppeleinrichtung im Messobjekt laufen, wenn der Strahl abwechselnd an Ober- und Unterseite reflektiert wird. Somit wird der Strahl durch Totalreflexion im Messobjekt ähnlich
L5 wie in einem Lichtleiter von der Einkoppel- zur
Auskoppeleinrichtung geführt. Durch Verschmutzung einer Seite des Messobjekts wird das Licht bei Reflexion an dieser Seite gedämpft. Mit zunehmender Verschmutzung verstärkt sich die Dämpfung. Mit zunehmender Anzahl von Reflexionen an einer 0 verschmutzten Seite verstärkt sich die Dämpfung des Strahls.
Auch geringere Verschmutzung können zuverlässig detektiert werden, da durch mehrfache Reflexion die Dämpfung verstärkt wird, was die Detektion erleichtert. 5 In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfassen die
Einkoppeleinrichtung und/oder die Auskoppeleinrichtung ein Prisma. Das Prisma in der Einkoppeleinrichtung ist geeignet den von der Strahlungsquelle bereitgestellten Strahl derart umzulenken, dass er in das Messobjekt eingekoppelt wird und 0 nach Durchlauf durch das Messobjekt an einer Seite des
Messobjekts total reflektiert wird. Das Prisma in der Auskoppeleinrichtung ist geeignet den ausgekoppelten Strahl derart umzulenken, dass er zum Strahlungsdetektor geführt wird.
Vorteilhafterweise umfassen die Einkoppeleinrichtungen 5 und/oder die Auskoppeleinrichtungen eine VerSpiegelung. Die Verspiegelung ist vorteilhafterweise an einer Seite der Einkoppeleinrichtung und/oder der Auskoppeleinrichtung aufgebracht , an der der Strahl innerhalb der Einkoppeleinrichtung und/oder der Auskoppeleinrichtung
.0 reflektiert wird oder reflektiert werden kann, wenn er durch die Einkoppeleinrichtung beziehungsweise durch die Auskoppeleinrichtung propagiert. Die Verspiegelung hilft Transmissions- oder Dämpfungseffekte zu vermeiden. Dadurch erfolgt eine Signalverbesserung des einzukoppelnden
L5 beziehungsweise ausgekoppelten Strahls.
Vorteilhafterweise umfassen die Einkoppeleinrichtung und/oder die Auskoppeleinrichtung ein Licht führendes Element, durch den die elektromagnetische Welle, insbesondere Licht, 0 verläuft, wobei der Brechungsindex des Elements ähnlich dem Brechungsindex des Messobjekts ist. Die Einkopplung beziehungsweise Auskopplung des Strahls erfolgt beim Übergang vom Licht führenden Element in das Messobjekt. Wenn der Brechungsindex des Elements ähnlich dem Brechungsindex des 5 Messobjekts ist, werden Reflexion oder Brechung des Strahls beim Übergang vermieden beziehungsweise verringert. Der Brechungsindex des Elements und der Brechungsindex des Messobjekts sind vorteilhafterweise derart aufeinander abgestimmt, dass der Strahl so eingekoppelt wird, dass er im 0 Messobjekt total reflektiert wird. Wenn die
Einkoppeleinrichtung und/oder die Auskoppeleinrichtung auf das Messobjekt geklebt sind, hat ein zu diesem Zweck verwendeter Kleber vorteilhafterweise einen ähnlichen Brechungsindex wie die Einkoppeleinrichtung und/oder die Auskoppeleinrichtung und das Messobjekt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Einkoppeleinrichtungen und/oder die Auskoppeleinrichtungen gegen Lichteinstrahlung von Umgebungslicht abgeschirmt. Unter Umgebungslicht wird jegliche externe Lichteinstrahlung auf die Messeinrichtung verstanden, beispielsweise Tageslicht. Wenn das Messobjekt die Abdeckung einer Beleuchtungseinrichtung ist, ist das von der
Beleuchtungseinrichtung abgestrahlte Licht oder das von benachbarten Beleuchtungseinrichtungen abgestrahlte Licht UmgebungsIicht . Wenn die Einkoppel- und Auskoppeleinrichtung in der Nähe der Beleuchtungseinrichtung positioniert sind, kann das von der Beleuchtungsquelle emittierte Licht zu
Verfälschungen der Messung führen. Die Abschirmung hilft zu vermeiden, dass das Umgebungslicht die Messung verfälscht. Dies wäre der Fall, wenn das UmgebungsIicht über das Messobjekt und die Auskoppeleinrichtung zum Strahlungsdetektor geführt würde.
Eine Möglichkeit, den Einfluss des UmgebungsIichts bei der Messung weitgehend zu eliminieren, ist die Verwendung einer Strahlungsquelle, die geeignet ist, amplitudenmoduliertes Licht bereitzustellen. In einer Ausführungsform ist das Lichtsignal ein periodisches Sinussignal. Ein Ausführungsbeispiel eines amplitudenmodulierten Signals ist ein amplitudenumgetastetes Lichtsignal . Das amplitudenumgetastete Lichtsignal hat zwei Pegel, zwischen denen hin- und hergeschaltet wird. Im einfachsten Fall ist das Lichtsignal ein periodisches ein-aus-umgetastetes Signal mit Pulsen, wie es durch An- und Ausschalten der Strahlungsquelle erzeugt werden kann. In einem alternativen Signal ist nur ein einzelner Impuls vorgesehen. Ein weiteres alternatives Signal weist eine Sequenz von Pulsen auf.
Der Strahlungsdetektor ist vorteilhafterweise ausgebildet 5 eine Intensität oder Intensitätsänderung zu detektieren, beispielsweise eine Lichtintensität oder
Lichtintensitätsänderung. Der Strahlungsdetektor liefert ein Ausgangssignal, das abhängig von der detektierten Intensität beziehungsweise Intensitätsänderung ist. Bei Verwendung von
.0 amplitudenmodulierten Signalen ist der Strahlungsdetektor vorteilhafterweise ausgebildet, die Veränderung der Intensität zu detektieren. Konstantes Umgebungslicht wird bei dieser Detektion nicht berücksichtigt. Dies erlaubt, die Verschmutzungsmessung auch bei Tageslicht oder bei einer
L5 Beleuchtungseinrichtung während deren Betrieb durchzuführen.
In einer alternativen Ausgestaltung generiert die Strahlungsquelle ein schmalbandiges Lichtsignal, das durch Verwendung eines Bandpassfilters im Strahlungsdetektor 0 detektiert werden kann. Dieses Bandpassfilter filtert breitbandiges Umgebungslicht heraus.
Ein Messsystem umfasst ein lichtdurchlässiges Messobjekt und eine Messeinrichtung, wie beispielsweise oben beschrieben, 5 deren Einkoppeleinrichtung und deren Auskoppeleinrichtung auf einer selben Seite oder verschiedenen Seiten des Messobjekts, das eine erste und eine zweite Seite hat, positioniert sind.
Wenn das Messobjekt eine Seite hat, die stärker der 0 Verschmutzung ausgesetzt ist als die andere, wie es beispielsweise bei der Außenseite einer
Beleuchtungsquellenabdeckung in einem Tunnel der Fall ist, so sind die Einkoppeleinrichtung und die Auskoppeleinrichtung vorteilhafterweise auf der Seite angebracht, die nicht der Verschmutzung ausgesetzt ist. Somit wird die Verschmutzung der Messeinrichtung vermieden, was eine Beeinflussung der Messung nach sich ziehen könnte. Der Strahlungsdetektor ist durch das Messobjekt, beispielsweise im Fall einer Abdeckung, vor Umwelteinflüssen und Schmutz geschützt.
Um leichteren Zugang zur Messeinrichtung zu ermöglichen, kann es von Vorteil sein, die Messeinrichtung auf der stärker verschmutzenden Seite zu positionieren. Alternativ können die Einkoppeleinrichtung und die Auskoppeleinrichtung auf verschiedenen Seiten des Messobjekts positioniert sein.
Vorteilhafterweise sind die Einkoppeleinrichtung und die Auskoppeleinrichtung derart positioniert, dass der Strahl mehrfach reflektiert wird. Dies erhöht die Messgenauigkeit, da die Verschmutzung des Messobjekts auf Grund der Mehrfachreflexion mehrfach in die Messung einfließt, sodass lokale Abweichungen des Verschmutzungsgrades sich nicht so stark auf das Messergebnis auswirken.
In einem Verfahren zur Messung der Kontamination eines lichtdurchlässigen Messobjekts sind folgende Schritte vorgesehen: Der Strahl wird in das Messobjekt eingekoppelt, sodass der Strahl im Messobjekt geführt wird. Der Strahl wird aus dem Messobjekt ausgekoppelt und detektiert. Ein Kennwert des detektierten Strahls wird mit einem vorgegebenen Referenzwert verglichen.
Vorteilhafterweise wird der Strahl zumindest einmal an einer
Seite des Messobjekts reflektiert. Der Strahl wird in Abhängigkeit von der Kontamination der Seite gedämpft. Vorteilhafterweise ist die Strahlung amplitudenmoduliert, um den Einfluss von Umgebungslicht auf die Messung zu reduzieren. In einem Ausführungsbeispiel wird eine Intensität oder eine Intensitätsänderung des Strahls detektiert. Die Intensität eines Strahls ist in einfacher Weise, beispielsweise durch eine Fotodiode, zu detektieren. Eine Intensitätsänderung wird vorteilhafterweise dann detektiert, wenn in das Messergebnis ansonsten eine gleichmäßige Einstrahlung des Umgebungslichts einfließen würde.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass eine Bandpassfilterung erfolgt, die geeignet ist das Spektrum des Umgebungslichts weitgehend auszublenden. Dies ist dann von Vorteil, wenn der Strahl ein schmales Spektrum hat, was beispielsweise bei einem Laserstrahl der Fall wäre.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den untergeordneten Patentansprüchen angegeben.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen erklärt.
Es zeigen:
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel eines Messsystems mit einer Messeinrichtung,
Figur 2 ein Diagramm, das die Dämpfung bei zunehmender
Verschmutzung des Messobjekts illustriert.
Figur 1 zeigt schematisch eine Abdeckung für eine Beleuchtungseinrichtung. Die Abdeckung ist das Messobjekt 7, dessen Verschmutzung gemessen wird. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Messobjekt plan dargestellt. Es sei bemerkt, dass in alternativen Ausführungsbeispielen (nicht dargestellt) die erste und die zweite Seite nicht zueinander parallel sind oder das Messobjekt nicht plan ist, sondern beispielsweise gekrümmt ist.
Das Messobjekt 7 hat eine erste Seite 8 und eine zweite Seite 9. Die Abdeckung ist derart positioniert, dass die erste Seite 8 der Beleuchtungseinrichtung (nicht dargestellt) zugewandt ist, sodass im Betrieb das von der
Beleuchtungsquelle abgestrahlte Licht das Messobjekt 7 durchläuft und von der zweiten Seite 9 abgestrahlt wird. Die zweite Seite 9 ist verstärkt Umgebungseinflüssen ausgesetzt und kann infolgedessen verschmutzen.
Auf der ersten Seite 8 des Messobjekts 7 ist eine Messeinrichtung 20 positioniert. Durch die Positionierung auf der ersten Seite wird die Einwirkung von Umgebungseinflüssen auf die Messeinrichtung 20 - insbesondere damit einhergehende Verschmutzung - reduziert.
Die Messeinrichtung 20 umfasst eine Strahlungsquelle, die in diesem Ausführungsbeispiel als Lichtquelle 1 ausgebildet ist, eine Einkoppeleinrichtung 3 und eine Auskoppeleinrichtung 5, die auf der ersten Seite 8 des Messobjekts 7 positioniert sind, sowie einen Strahlungsdetektor, der in diesem Ausführungsbeispiel als Lichtdetektor 6 ausgebildet ist, und eine Vergleichseinrichtung 10.
Die Lichtquelle 1 generiert einen Lichtstrahl 2. Unter Licht werden elektromagnetische Wellen, insbesondere Licht im sichtbaren Bereich aber auch im ultravioletten und infraroten Bereich, verstanden. In einem Ausführungsbeispiel ist die Lichtquelle 1 ein Halbleiterbauelement , beispielsweise ein Bauelement umfassend eine Licht emittierende Diode (LED) oder einen Laser, welcher ein schmalbandiges Spektrum hat.
Die Einkoppeleinrichtung 3 und die Auskoppeleinrichtung 5 sind mit einem transparenten Kleber 4 auf der ersten Seite 8 des Messobjekts 7 fixiert. In einer alternativen Ausgestaltung (nicht dargestellt) sind das Messobjekt und die Ein- und die Auskoppeleinrichtung einstückig ausgebildet . Die Ein- und die Auskoppeleinrichtung sind in diesem Fall integraler Bestandteil des Messobjekts. Dieses vermeidet Brechungs- oder Dämpfungseffekte an den Übergängen zwischen Ein- und Auskoppeleinrichtung und Messobjekt.
In diesem Ausführungsbeispiel sind die Einkoppeleinrichtung 3 und die Auskoppeleinrichtung 5 als Prisma ausgebildet . Die Prismen sind Licht führende Elemente aus transparentem Material. Die Prismen haben eine plane Grundfläche in der Form eines rechtwinkligen Dreiecks. Auch anderen Formen sind denkbar.
Die Einkoppeleinrichtung 3 hat eine Eintrittsseite 31 und eine Austrittsseite 32, die auf der ersten Seite 8 des Messobjekts 7 positioniert ist. Die Lichtquelle 1 ist derart positioniert, dass deren Lichtstrahl 2 über die Eintrittseite 31 in die Einkoppeleinrichtung 3 eintritt. In einem Ausführungsbeispiel ist die Lichtquelle 1 benachbart zur Eintrittsfläche 31 positioniert. In einem Ausführungsbeispiel berührt die Lichtquelle 1 die Einkoppeleinrichtung 3.
Die Lichtstrahl 2 durchläuft die Einkoppeleinrichtung 3. Der Lichtstrahl 2 wird an der Austrittsfläche 32 derart in das Messobjekt 7 eingekoppelt, dass er zumindest an einer Seite 9 des Messobjekts 7 reflektiert wird.
In diesem Ausführungsbeispiel wird der Lichtstrahl 2 in der Einkoppeleinrichtung 3 an einer Seite des Prismas reflektiert . In diesem Ausführungsbeispiel verläuft der Lichtstrahl 2 zunächst parallel oder nahezu parallel zu der ersten Seite 8 des Messobjekts 7 und wird derart reflektiert, dass der Lichtstrahl 2 an der Auskoppelflache 32 austritt und in das Messobjekt 7 eintritt wird.
Die Seiten der Einkoppeleinrichtung 3, welche das Licht reflektieren, sind vorzugsweise verspiegelt, um Dämpfungseffekte zu vermeiden. Vorteilhafterweise ist die Einkoppeleinrichtung 3 gegen Umgebungslicht abgeschirmt. Dies kann beispielsweise mit einer Abdeckung 12 erreicht werden. Umgebungslicht ist Lichteinstrahlung in die Messeinrichtung 20, die nicht vom Lichtstrahl 2 herrührt, also auch das von der Beleuchtungseinrichtung (nicht dargestellt) generierte Licht. Die Abdeckung 12 ist vorzugsweise derart ausgebildet und/oder angeordnet, dass die Einkoppeleinrichtung 3 und/oder die Auskoppeleinrichtung 5 abgesehen von der dem Messobjekt zugewandten Seite allseitig gegen Umgebungslicht abgeschirmt ist .
Beim Einkoppeln in das Messobjekt 7 wird der Lichtstrahl 2 an der Grenzfläche zwischen Einkoppeleinrichtung 3 und Messobjekt 8 weitgehend transmittiert .
Der Licht führende Teil der Einkoppeleinrichtung 3 hat einen ähnlichen Brechungsindex wie das Messobjekt 7. Auch der
Brechungsindex des Klebers 4 ist vorteilhafterweise ähnlich.
Ein ähnlicher Brechungsindex führt dazu, dass Brechungs- und Dämpfungseffekte an der Grenzfläche weitgehend vermieden beziehungsweise reduziert werden. Unter ähnlichem Brechungsindex kann ein Brechungsindex verstanden werden, sodass der Lichtstrahl 2 beim Übertritt von der Einkoppeleinrichtung 3 in das Messobjekt nicht oder nur zu geringem Teil reflektiert wird.
Der eingekoppelte Lichtstrahl 2 wird an der ersten und der zweiten Seite 8, 9 des Messobjekts 7 mehrfach reflektiert, sodass er zickzackförmig entlang des Messobjekts 7 läuft. Vorteilhafterweise wird der Lichtstrahl 2 derart in das Messobjekt 7 eingekoppelt, sodass der Lichtstrahl an den Seiten 7, 9 des Messobjekts 8 total reflektiert wird.
Die Auskopplung erfolgt mittels der Auskoppeleinrichtung 5 mit einer Eintrittfläche 51 und einer Austrittsfläche 52. Der Brechungsindex des Primas ist derart gewählt, dass es nicht zu einer Reflexion des Lichtstrahls 2 kommt, sondern zu einer zumindest weitgehenden Transmission des Lichtstrahls 2 in die Auskoppeleinrichtung 5. Vorteilhafterweise haben der Licht führende Teil der Auskoppeleinrichtung 5, der Kleber 4 und das Messobjekt 7 einen ähnlichen Brechungsindex.
Der Lichtstrahl 2 verläuft in der Auskoppeleinrichtung 5 derart, dass er von einem Detektor 6 detektiert werden kann, der an der Austrittfläche 52 der Auskoppeleinrichtung 5 positioniert ist. Dies kann beispielsweise erfolgen, indem der Lichtstrahl 2 direkt von der Eintrittsfläche 51 über die Austrittsfläche 52 auf den Lichtdetektor 6 trifft, wie in Figur 1 durch den Strahlverlauf 2a dargestellt. Es ist aber auch denkbar, dass der Lichtstrahl 2 nochmals in der Auskoppeleinrichtung reflektiert wird, wie in Figur 1 durch den Strahlverlauf 2b dargestellt. Zu diesem Zweck ist die Auskoppeleinrichtung 5 prismenförmig geformt, was ermöglicht, den Lichtstrahl 2 derart zu reflektieren, dass er auf den Lichtdetektor 6 trifft. Vorteilhafterweise ist die Reflexionsseite der Auskoppeleinrichtung 5 verspiegelt, um die Signalqualität zu erhalten. Der Einfluss von
Umgebungslicht kann durch eine Abdeckung 12 zur Abschirmung verringert werden. Die Abdeckung zur Abschirmung der Auskoppeleinrichtung 5 kann mit der Abdeckung zum Abschirmen der Einkoppeleinrichtung 3 verbunden sein oder es kann eine separate Abdeckung zur Abschirmung der Auskoppeleinrichtung vorgesehen sein. Die Abschirmung kann alternativ oder ergänzend erfolgen, in dem auf der Auskoppeleinrichtung eine lichtundurchlässige Schicht, vorzugsweise über der Spiegelschicht, aufgebracht ist. Eine derartige lichtundurchlässige Schicht ist alternativ oder ergänzend gegebenenfalls auch für die Abschirmung der Einkoppeleinrichtung 3 gegen Umgebungslicht geeignet. Eine Abschirmung der Einkoppeleinrichtung und/oder der Auskoppeleinrichtung gegen Umgebungslicht ist vorzugsweise allseitig, außer auf der dem Messobjekt zugewandten Seite, der Auskoppeleinrichtung bzw. der Einkoppeleinrichtung vorgesehen. Insbesondere kann eine Abschirmung seitlich neben der Einkoppeleinrichtung 3 und/oder der Auskoppeleinrichtung 5 auf der Seite 8 des Messobjektes vorgesehen sein.
Der Lichtdetektor 6 kann als Halbleiterbauelement ausgebildet sein. Ein Ausführungsbeispiel umfasst eine Fotodiode, welche geeignet ist, die Lichtintensität des Lichtstrahls 2 zu detektieren. Der Lichtdetektor 6 generiert ein vom detektierten Licht abhängiges Signal, beispielsweise einen
Strom- oder Spannungswert, der einer nachgeschalteten Vergleichseinrichtung 10 bereitgestellt wird. Eine Vergleichseinrichtung 10 vergleicht die detektierte Intensität des Lichtstrahls 2 mit einem vorgegebenen Vergleichswert. Anhand des Ergebnisses lässt sich ablesen, ob eine Reinigung des Messobjekts 7 erforderlich ist beziehungsweise welchen Verschmutzungsgrad es hat.
In einem Ausführungsbeispiel zeigt die Vergleichseinrichtung 10 an, ob ein vorgegebener Verschmutzungsgrad erreicht worden ist, beispielsweise durch einen Signalton oder ein Signallicht. In diesem Fall vergleicht die
Vergleichseinrichtung 10, ob der das Ausgangssignal des Lichtdetektors 6 unterhalb oder oberhalb des vorgegebenen Vergleichswerts ist.
Alternativ gibt die Vergleichseinrichtung 10 einen Wert aus, an dem sich der Verschmutzungsgrad ablesen lässt. In einem Ausführungsbeispiel lieget dieser Wert zwischen 0 und 1, wobei 1 einem unverschmutzten Messobjekt entspricht und 0 einer Verschmutzung, die mit Lichtundurchlässigkeit einhergeht.
Es sei bemerkt, dass die Vergleichseinrichtung auch derart ausgebildet sein kann, dass das Ergebnis an eine Anzeigeeinrichtung, sei es über Kontaktmittel oder kontaktlos, übermittelt wird. Eine derartige
Anzeigeeinrichtung kann auf der zweiten Seite 9 des Messobjekts angebracht sein oder jenseits der Beleuchtungseinrichtung oder deren Abdeckung.
Die Messung der Verschmutzung beruht darauf, dass mit zunehmender Verschmutzung der eingekoppelte Lichtstrahl 2 stärker gedämpft wird. Durch die Verschmutzung des Messobjekts 7 wird das Licht bei Reflexion an der zweiten Seite 9 zum Teil absorbiert. Dieser Effekt tritt umso stärker auf, je öfter das Licht von der zweiten Seite 9 des Messobjekts 7 reflektiert und damit gedämpft wird.
Durch die mehrfache Reflexion wird die Detektion des
Verschmutzungsgrades erleichtert und die Messgenauigkeit erhöht. Eine geringe Verschmutzung, beispielsweise um wenige Prozentpunkte, wäre bei nur einmaliger Reflexion mit einem sensiblen Detektor zu detektieren. Durch die mehrfache Reflexion vervielfältigt sich jedoch der Dämpfungseffekt, sodass auch eine geringe Verschmutzung leichter zu detektieren ist.
Die Messung wird bei mehrfacher Reflexion genauer. Wird beispielsweise der Lichtstrahl 2 an einer Stelle reflektiert, an der eine partielle starke Verschmutzung oder eine partielle schwache Verschmutzung vorliegt, so bewirkt die mehrfache Reflexion, dass der Einfluss der partiellen starken Verschmutzung oder der partiellen schwachen Verschmutzung auf das Gesamtergebnis reduziert wird. Die Mehrfachreflexion bewirkt, dass automatisch eine Durchschnittsmessung über eine größere Fläche, an der der Strahl reflektiert wird, gebildet wird.
Anhand des Abstands 11 zwischen der Einkoppeleinrichtung 2 und der Auskoppeleinrichtung 5 lässt sich die Anzahl der Reflexionen des Lichtstrahls 2 innerhalb des Messobjekts 7 variieren. Je größer der Abstand 11 ist, desto mehr Reflexionen erfolgen. Der Abstand 11 kann beispielsweise zwischen 1 cm und 10 cm betragen.
Der Abstand 11 kann abhängig von dem zu detektierenden Verschmutzungsgrad gewählt werden. Sollen eher geringe Verschmutzungen detektiert werden, so kann es von Vorteil sein, einen größeren Abstand zu wählen, um die Anzahl der Reflexionen zu erhöhen. Dieses verbessert den Dynamikbereich. Konzentriert sich die Detektion eher auf starke Verschmutzungen, so kann ein geringerer Abstand von Vorteil sein, da starke Verschmutzung auch bei wenigen Reflexionen zu einer deutlichen Dämpfung des Lichtstrahls 2 führen, die detektiert werden kann.
Figur 2 veranschaulicht anhand eines Diagramms die Dämpfung des Lichtstrahls bei verschiedenen Verschmutzungsgraden und bei verschiedenen Abständen zwischen der Ein- und Auskoppeleinrichtung 3, 5.
Auf der X-Achse sind repräsentativ verschiedene
Verschmutzungsgrade einer Glasscheibe aufgetragen. 51 entspricht sauberem Glas . 52 entspricht einer geringen Verschmutzung. 53 entspricht einer mittleren Verschmutzung, und 54 entspricht einer hohen Verschmutzung.
Auf der Y-Achse ist eine relativer Signalwert aufgetragen. Dabei wird das empfangene Signal ins Verhältnis gesetzt mit dem Signal, dass bei einer nicht verschmutzten Scheibe detektiert wird, sodass der Wert für das unverschmutzte Messobjekt 1 beträgt.
Die Kurven 61, 62, 63, 64 umfassen jeweils vier Werte, die mit Markern angezeigt werden. Die Kurven repräsentieren verschiedene Abstände 11 zwischen der Ein- und Auskoppeleinrichtung 3, 5.
Kurve 61 ist eine Transmissionskurve. Das heißt, Kurve 61 zeigt an, inwieweit sich die Intensität des transmittierten Lichts durch die zunehmende Verschmutzung verringert. In diesem Fall besteht ein linearer Zusammenhang zwischen Signaldegradation und Verschmutzung.
Kurve 62 zeigt die Veränderung des relativen Signals bei einem geringen Abstand, in diesem Beispiel 2 cm, zwischen der Ein- und Auskoppeleinrichtung. Man sieht, dass durch die mehrfache Reflexion das Signal stärker degradiert wird als dieses bei der Transmission der Fall ist. Die Kurven 63 und 64 zeigen das relative Signal wenn der Abstand zwischen Ein- und Auskoppeleinrichtung weiter erhöht wird. Im Fall der Kurve 63 beträgt er 4 cm, im Fall der Kurve 64 beträgt er 6 cm. Man sieht, dass durch den erhöhten Abstand zwischen Ein- und Auskoppeleinrichtung das relative Signal weiter degradiert wird, sodass auch bei geringen Verschmutzungen 52 eine deutliche Signaldegradation erkennbar ist. So ergibt sich für den größten gewählten Abstand in Verbindung mit der am stärksten verschmutzten Scheibe die höchste Dämpfung. Der Zusammenhang zwischen der Scheibenverschmutzung und den Messwerten ist eindeutig. Bei größeren Abständen zwischen der
Ein- und Auskoppeleinrichtung ergibt sich eine höhere Dämpfung. Anhand der Messung lässt sich eine sichere Aussage über die Verschmutzung des Messobjekts ableiten.
Eine Kalibrierung der Vergleichseinrichtung 10 kann beispielsweise vorgenommen werden, indem eine Messung bei sauberem Messobjekt erfolgt und eine Messung bei einem vorgegebenen Verschmutzungsgrad, bei dem eine Reinigung erfolgen soll. Wenn dieser Verschmutzungsgrad bei einer späteren Messung detektiert worden ist, wird beispielsweise ein Signal ausgegeben, das die Verschmutzung und erforderliche Reinigung signalisiert. Es sei bemerkt, dass Messergebnisse weitgehend unbeeinflusst von Umgebungsparametern ermittelt werden, wenn kein Umgebungslicht auftritt. Dies ist bei einer Beleuchtungseinrichtung der Fall, wenn diese Beleuchtungseinrichtung abgeschaltet ist. Dieses kann bei Beleuchtungseinrichtungen in Tunnelanlagen jedoch zu einer Beeinflussung der Verkehrssicherheit führen.
Um Messungen auch bei Umgebungslicht , insbesondere während des Betriebs von Beleuchtungseinrichtungen durchzuführen, ist in einem Ausführungsbeispiel die Lichtquelle 1 geeignet, ein amplitudenmoduliertes Lichtsignal zu generieren. Eine Form eines amplitudenmodulierten Signals ist ein Lichtimpuls. Eine Form eines amplitudenmodulierten Signals ist eine Sequenz von Lichtimpulsen. Eine Form eines amplitudenmodulierten Signals ist ein periodisches ein-aus-umgetastetes Lichtsignal. Der Lichtdetektor 6 ist geeignet, eine Veränderung der zu detektierenden Kenngröße zu detektieren, beispielsweise eine Intensitätsänderung. Es wird nicht ein Absolutwert detektiert, sondern der Pegelunterschied des detektierten
Signals. Durch die Detektion der Änderung bleibt der Einfluss eines konstanten Umgebungslichts bei der Detektion unberücksichtigt. Eine derartige Messung der Veränderung der Lichtintensität wird auch als Offsetmessung bezeichnet. Eine geringe Intensitätsänderung mit geringer PegelSchwankung deutet auf eine starke Verschmutzung hin, während eine hohe Intensitätsänderung mit geringer Verschmutzung einhergeht. Die detektierte Änderung wird mit einem Referenzwert verglichen. Wenn das EingangsSignal eine Pulssequenz umfasst oder ein periodisches ein-aus-umgetastetes Lichtsignal ist, können eine Mehrzahl von Intensitätsänderungen detektiert werden, sodass die Werte gemittelt werden können, was die Messgenauigkeit erhöht. Alternativ ist es auch möglich die Lichtquelle mit einer Trägerfrequenz zu betreiben. Es wird ein schmalbandiges Lichtsignal, beispielsweise durch einen Laser, generiert, welches mit einem Bandpassfilter am Detektor gefiltert wird. Das Bandpassfilter filtert das breitbandige Umgebungslicht weitgehend und beschränkt die Detektion auf einen schmalen Bandpassbereich .
Es sei bemerkt, dass die Merkmale der beschriebenen Messeinrichtung und des beschriebenen Messsystems und Verfahrens beliebig untereinander kombinierbar sind.

Claims

Patentansprüche
1. Messeinrichtung (20) zur Messung der Kontamination eines lichtdurchlässigen Messobjekts (7) , wobei die Messeinrichtung (20) umfasst :
- eine Strahlungsquelle (1) ,
- eine Einkoppeleinrichtung (3) zur Einkopplung eines Strahls (2) in das Messobjekt (7), sodass der Strahl (2) im
Messobjekt (7) geführt wird, - eine Auskoppeleinrichtung (5) zur Auskopplung des Strahls (2) aus dem Messobjekt (7),
- einen Strahlungsdetektor (6) ,
- eine Vergleichseinrichtung (10), die ausgebildet ist, einen Kennwert des detektierten Strahls (2) mit einem Referenzwert zu vergleichen.
2. Messeinrichtung (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einkoppeleinrichtung (3) den Strahl derart einkoppelt, dass der Strahl (2) im Messobjekt (7) zumindest einmal an einer Seite (9) des Messobjekts (7) reflektiert wird.
3. Messeinrichtung (20) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einkoppeleinrichtung (3) und/oder die Auskoppeleinrichtung (5) ein Prisma umfasst .
4. Messeinrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einkoppeleinrichtung (3) und/oder die Auskoppeleinrichtung (5) eine Verspiegelung umfasst .
5. Messeinrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einkoppeleinrichtung (3) und/oder die Auskoppeleinrichtung (5) gegen Einstrahlung von Umgebungslicht abgeschirmt sind.
6. Messeinrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einkoppeleinrichtung (3) und/oder die Auskoppeleinrichtung (5) ein Licht führendes Element umfasst, wobei der Brechungsindex des Elements ähnlich dem Brechungsindex des Messobjekts (7) ist.
7. Messeinrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (1) geeignet ist, amplitudenmodulierte Strahlung bereitzustellen.
8. Messeinrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungsdetektor (6) ein
Bandpassfilter umfasst.
9. Messsystem mit einer Messeinrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einem lichtdurchlässigen Messobjekt (7) , das eine erste Seite (8) und eine zweite Seite (9) hat, wobei die Einkoppeleinrichtung (3) und die Auskoppeleinrichtung (5) der Messeinrichtung (20) auf derselben Seite oder auf verschiedenen Seiten des Messobjekts (7) positioniert sind.
10. Messsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einkoppeleinrichtung (3) und die Auskoppeleinrichtung (5) derart positioniert sind, dass der Strahl (2) mehrfach reflektiert wird.
11. Messsystem nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Messobjekts (7) eine Abdeckung einer Beleuchtungseinrichtung ist.
12. Verfahren zur Messung der Kontamination eines lichtdurchlässigen Messobjekts (7) umfassend:
- Einkoppeln eines Strahls (2) in das Messobjekt (7) , sodass der Strahl (2) im Messobjekt (7) geführt wird,
- Auskoppeln des Strahls (2) aus dem Messobjekt (7) ,
- Detektion des Strahls (2) ,
- Vergleichen eines Kennwerts des detektierten Strahls (2) mit einem vorgegebenen Referenzwert .
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahl (2) im Messobjekt (7) zumindest einmal an einer Seite (9) des Messobjekts (7) reflektiert wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung amplitudenmoduliert ist.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bandpassfilterung erfolgt.
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