WO2005049396A1 - Regensensor für glasscheiben, insbesondere für frontscheiben von kraftfahrzeugen - Google Patents

Regensensor für glasscheiben, insbesondere für frontscheiben von kraftfahrzeugen Download PDF

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WO2005049396A1
WO2005049396A1 PCT/DE2004/002014 DE2004002014W WO2005049396A1 WO 2005049396 A1 WO2005049396 A1 WO 2005049396A1 DE 2004002014 W DE2004002014 W DE 2004002014W WO 2005049396 A1 WO2005049396 A1 WO 2005049396A1
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radiation
pane
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rain sensor
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PCT/DE2004/002014
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Frank Wolf
Vladislav Matusevich
Manfred Tettweiler
Richard Kowarschick
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a rain sensor according to the preamble of the independent claim.
  • Rain sensors can, for example, detect raindrops, dew drops, fog drops, melted snowflakes or thawed hailstones as moisture drops.
  • a large number of rain sensors are already known, which differ primarily by the use of one of the optical methods in question. For example, the evaluation of light scattered on moisture particles or the photogrammetric observation of the outside of the glass pane wetted with moisture is known.
  • the currently most promising method uses the principle of total reflection and is based on the moisture-dependent partial decoupling of a light beam from a light channel in a glass pane.
  • the boundary surfaces of the pane reflect the light introduced into the pane at a sufficiently large angle with the aid of a coupling means, for example a prism, since the
  • Beam angle at a dry interface is large enough to split into a reflective and a transmit- to prevent animal bundles of light. If a raindrop now wets the light channel, the change in the media transition (from disk-air to disk-water) changes from 42 ° to 60 °, so that a large proportion of the light now exits through this drop.
  • the declining light conductivity of the channel is measured at the decoupling point (again prism or the like) with the help of photodiodes or phototransistors.
  • the transmission power is generally modulated and the receiver signal is measured in a phase-sensitive manner.
  • the rain sensor would undesirably damp Detect activity and, if necessary, start the wiper system unnecessarily.
  • the present invention proposes a rain sensor according to the characterizing features of the independent patent claim, in order to move along the radiation channel, ie. H. along a part of the pane, to provide non-active, pure propagation areas in which the radiation can propagate unimpeded, regardless of possible wetting, under total reflection. These pure propagation areas are thus effectively removed from the detection zone of the radiation channel or rain sensor limited to the active partial reflection areas.
  • the rain sensor according to the invention is characterized in that between the ends of the radiation channel there is at least one further coupling means arranged on or in the pane, by means of which the coupled-in radiation is recoupled.
  • This coupling takes place in such a way that at least one propagation area and an active partial reflection area are formed between the ends of the radiation channel, the radiation being coupled or coupled into the at least one propagation area in such a way that it propagates with total reflection even when the pane is moist, while the radiation is so coupled into or coupled into the at least one partial reflection area that it only propagates with total reflection when the pane is dry.
  • the radiation at one end of the radiation channel enters a first propagation area and at the other end of the radiation channel from a second exit area. is coupled out, and that between the ends of the radiation channel two coupling means are provided one behind the other, which couple the radiation so that an inner, active partial reflection area is formed in the radiation channel between the two outer areas.
  • the window can be formed by the front window of a motor vehicle, the radiation channel extending practically over the entire front window up to at least in the vicinity of the side edges of the front window.
  • the extent of the inner, active partial reflection area is essentially given by the lateral extent of the wiping area of a windshield wiper of the windshield, so that the radiation transmitter and the radiation receiver can be arranged opposite one another in the area of the side edges of the windshield. Accordingly, on the one hand the entire wiping area is detected, on the other hand the detection takes place independently of disturbing influences by dirt or moisture on the outer areas of the windscreen.
  • the heating system is designed as a heating wire running at least along part of the radiation channel.
  • the invention is not limited to designs in which the ends of the radiation channel are formed by a coupling or decoupling point, on each of which a corresponding coupling means is arranged. Rather, it is also possible that one end of the radiation channel is formed by a coupling and decoupling point at which a coupling means is arranged, and that the other end of the radiation channel is formed by a reflection system or a reflective boundary of the disk. According to a further embodiment, there is the possibility that a radiation receiver is provided for the radiation decoupled from the pane, and additionally that a scattered radiation detector is arranged near or on the inside of the pane for the exit from the pane in the at least one active partial reflection area and on the moisture drops to the inside of the pane reflected radiation portion is provided.
  • FIG. 1 shows the principle of operation of the invention on the basis of a schematic coupling optics
  • FIG. 5 shows a top view of a possible implementation of the embodiment according to FIG. 2 in the front window of a motor vehicle
  • Figure 6 is a schematic top view of an embodiment with a heating system.
  • FIG. 1 shows an embodiment in which a coupling means 1 couples the radiation generated by a radiation transmitter 2 into the radiation channel 3 at a point at the beginning of the radiation channel 3.
  • the coupling takes place under such an angle to the normal of the pane surface 4 that an active partial reflection region 5 is formed, which extends to a coupling means 6 arranged between the ends of the radiation channel 3.
  • the “intermediate” coupling means 6 couples the angle of the radiation in such a way that it continues to propagate on its way to the end of the radiation channel 3, where it is coupled out to a radiation receiver 8 by the further coupling means 7, while maintaining the total reflection , if there should be moisture drops 24 on the pane surface 4 in this pure propagation area 9 delimited by the coupling means 6 and 7.
  • the detection zone for moisture in the case shown in FIG. 1 is therefore only by the active one
  • Partial reflection area 5 given.
  • the reverse arrangement (not shown) is also possible, in which the radiation moves first through a pure propagation area 9 and then, until it is decoupled, through the active partial reflection area 5.
  • FIG. 2 shows the preferred embodiment of the invention, in which, in addition to the coupling means 1 and 7, two “intermediate” coupling means 6 and ⁇ a are provided in the radiation channel 3.
  • the primary coupling of the radiation with the aid of the coupling means 1 takes place at an angle of 60 ° to 90 ° to the normal of the pane surface 4.
  • This results in radiation inside the pane which is independent of the degree of wetting of the surface 4 in the first spreads pure propagation area 10 in a totally reflective manner, in particular also when it spreads in area 10 on a ne interface, glass-water meets.
  • the (first) propagation region 10 analogously to the propagation region 9 discussed in FIG.
  • Moisture a radiation component is decoupled.
  • the corresponding attenuation of those remaining in the radiation channel 3 with respect to the original radiation is evaluated in the following.
  • the further coupling means 6a shown in FIG. 2 is provided in order to couple the angle of the radiation back into a range from 60 ° to 90 °, so that from the coupling means 6a to the further coupling means 7 at the end of the radiation channel 3, with which the radiation from the Disc is coupled out, a second propagation area 10a is formed.
  • the (re) coupling means 6 and 6a can in particular be arranged such that the inner, active partial reflection area 11 essentially coincides with the wiping area 12 of a windshield wiper 13 shown in FIG.
  • the "outer" coupling means 1 and 7 or the radiation transmitter and the radiation receiver 2 and 8 (both not shown in FIGS. 2 to 6) can then be in the area of the side edges 14 and 15, cf. Figure 5, the windshield can be arranged.
  • the radiation channel 3 then extends into the outer regions of FIG Front window, but the detection of moisture is limited to the inner active partial reflection area 11 which can be adjusted to the desired extent.
  • the spreading areas 10 and 10a arranged laterally in the radiation channel 3, cf. FIGS. 2 and 5 are therefore removed from the active detection zone while maintaining the propagation of the radiation by total reflection.
  • Radiation transmitter (light module) 2 (and the radiation receiver 8) are only shown in FIG. 1 for reasons of clarity.
  • the transmitter 2 comprises a light source 16 operating in the UV, visible or infrared range and a collimating optics 17. Both coherent and incoherent radiation sources 16 can be used.
  • the collimating optics 17 can comprise optical elements such as glass plates, prisms, lenses, gratings or the like and can be used to vary the wavefront, the intensity or the phase of the radiation.
  • the radiation transmitter 2 and in particular the collimating optics 17 can be designed or constructed in close connection with the "outer" coupling means 1 and 7.
  • the radiation receiver 8, cf. Figure 1 from an optical, with the working wavelength
  • the transmitter and receiver modules 2 and 8 can be arranged in a common device, for example the base of a rear-view mirror, or can be installed separately.
  • the interaction with the coupling means 1 and 7 for coupling the radiation into and out of the pane can be carried out in a manner known per se by spreading the radiation over a distance. away or by direct arrangement on the coupling means 1 and 7, or on the disc surface 4 or on the edges of the disc.
  • the coupling means 1, 6, 6a and 7 for coupling, decoupling or decoupling the radiation can be by conventional optical coupling elements such as glass plates, prisms, lenses, gratings or the like or by optical coupling systems, that is also to vary the wavefront, the intensity or combinations of optical elements serving the phase of the radiation can be realized.
  • the coupling means can, as shown in FIG. 3a, and that is described in more detail in DE 197 01 258 A1 mentioned at the outset, be constructed planar on the glass pane. For example, a separate coupling lens can be attached to the pane by means of appropriate cement.
  • the coupling means 1, 6, 6a and 7 can, however, also be integrated into the material of the wave-guiding glass pane by optical, electrical, mechanical, molecular, atomic or nuclear methods, as shown in FIG. 3b.
  • the coupling means 1, 6, 6a and 7 can also, as shown in Figure 3c, perpendicular to the radiation channel 3, in particular on the end faces of the wave-guiding
  • FIG. 4 shows embodiments of the invention in which the radiation propagates from one end of the radiation channel 3 to the other and back again, that is to say the radiation is also coupled out again at the coupling point.
  • the beginning of the radiation channel 3 is formed by a coupling-in and coupling-out point at which a coupling means 1, 7 is arranged.
  • the end of the radiation channel 3 is either by a reflection system 20, cf. 4a, or a reflective boundary 21, cf. Figure 4b, the disc is formed.
  • FIG. 5 shows the overall view of a motor vehicle front window equipped with a rain sensor according to the invention, already discussed in connection with FIGS. 1 and 2.
  • a heating system in particular a heating wire 22, in order to remove condensation water from the inside 4 of a motor vehicle front window by evaporation, if necessary, within approximately two to three seconds.
  • the heating system can be built up or embedded on the inside 4 of the pane or can be integrated into the pane.
  • a scatter radiation detector 23 in addition to the radiation receiver 8, of a scatter radiation detector 23 to be arranged close to or on the inside of the pane 4, cf. FIG. 2, for the radiation component emerging from the pane in the at least one active partial reflection region 5, 11 and reflected on the moisture drops 24 toward the inside 4 of the pane.
  • This scattered radiation detector 23, for. B. a photo diode is synchronized with the light source 16 of the transmitter 2 and measures the degree of wetting, ie the strength of the rain, on the pane.
  • An alternative way that To be able to measure the intensity of the rain is to provide your own additional light source with an associated, synchronized receiver. In this case, the presence of rain and its intensity can be measured independently of one another. The quantitative signal can be used to control the wiping speed.
  • Heating system to determine the strength of the condensate on the inside 4 of the windshield and to use it to control the fan in the vehicle.

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Abstract

Bei einem Regensensor zur Detektion von Feuchtigkeit auf einer Glasscheibe sind Koppelmittel (1, 7) zum Ein- bzw. Auskoppeln der von einem Sender (2) ausgesandten Strahlung in die Scheibe vorgesehen. Die Strahlung breitet sich unter mehrfacher Totalreflexion entlang eines Strahlungskanals (3) in der Scheibe aus. Vorgeschlagen werden weitere Koppelmittel (6, 6a), durch die eine Umkopplung der eingekoppelten Strahlung erfolgt, derart, dass mindestens ein reiner, nicht zur Detektion beitragender Ausbreitungsbereich (9, 10, 10a) und ein aktiver Teilreflexionsbereich (5, 11) gebildet sind.

Description

Regensensor für Glasscheiben, insbesondere für Frontscheiben von Kraftfahrzeugen
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Regensensor nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs.
Ein derartiger, nach dem Prinzip der Totalreflexion arbeiten- der Regensensor, der zur Steuerung von Scheibenwischer- Anlagen in Kraftfahrzeugen dienen kann, ist bereits aus der DE 197 01 258 AI bekannt.
Regensensoren können beispielsweise Regentropfen, Tautropfen, Nebeltropfen, angeschmolzene Schneeflocken oder angetaute Hagelkörner als Feuchtigkeitstropfen detektieren. Es ist bereits eine Vielzahl von Regensensoren bekannt, die sich vor allem durch den Einsatz von einer der in Frage kommenden optischen Methoden unterscheiden. Bekannt ist beispielsweise die Auswertung von an Feuchtigkeitspartikeln gestreutem Licht oder die photogrammetrische Beobachtung der mit Feuchtigkeit benetzten Außenseite der Glasscheibe.
Die gegenwärtig aussichtsreichste Methode benutzt- das Prinzip der Totalreflexion und basiert auf der feuchtigkeitsabhängigen Teilauskopplung eines Lichtstrahls aus einem Lichtkanal in einer Glasscheibe. Die Begrenzungsflächen der Scheibe reflektieren dabei das mit Hilfe eines Koppelmittels, beispielsweise eines Prismas, in einem ausreichend großen Winkel in die Scheibe eingebrachte Licht zunächst total, da der
Lichtstrahlwinkel bei trockener Grenzfläche groß genug ist, um eine Aufspaltung in ein reflektierendes und ein transmit- tierendes Lichtbündel zu verhindern. Benetzt nun ein Regentropfen den Lichtkanal, so gilt für den (von Scheibe-Luft zu Scheibe-Wasser) geänderten Medienübergang ein von 42° auf 60° vergrößerter Grenzwinkel, so dass nun ein großer Anteil des Lichts über diesen Tropfen austritt. Die nachlassende Lichtleitfähigkeit des Kanals wird an der Auskoppelstelle (wieder Prisma oder Ähnliches) mit Hilfe von Fotodioden oder Fototransistoren gemessen. Zur Gleichlicht- und Rauschunterdrük- kung wird im Allgemeinen die Sendeleistung moduliert und das Empfängersignal phasenempfindlich gemessen.
Nach dem Prinzip der Totalreflexion arbeitende Regensensoren sind, außer aus dem obengenannten gattungsgemäßen Stand der Technik, unter anderem aus der US 5,998,782, der EP 0 893 317 A2 und der DE 195 30 289 AI bekannt. Dabei ist es im Übrigen aus der DE 43 29 188 AI auch bekannt, nicht wie üblich die Abschwächung der Strahlung durch Teilauskopplung, sondern, mittels eines außerhalb der Scheibe angeordneten Streustrahlungsempfängers, den ausgekoppelten und in den Tropfen teil- reflektierten Strahlungsanteil als Nutzsignal auszuwerten.
Bei den bisherigen Regensensoren wird meistens nur ein sehr kleiner Bereich (wenige Zentimeter) der Frontscheibe auf Feuchtigkeit hin detektiert. Wünschenswert wäre ein größerer Bereich, der optimalerweise den gesamten Bereich, in dem der vom Regensensor je nach Regenmenge anzusteuernde Scheibenwischer tätig ist, umfassen sollte. Dies könnte, ohne wesentliche Störung der Sichtverhältnisse, erreicht werden, indem die Strahlung am oder in der Nähe eines Seitenrandes der Scheibe eingekoppelt und am gegenüberliegenden Seitenrand wieder ausgekoppelt wird. Andererseits würde jedoch der Strahlungskanal in diesem Fall auch in den Außenbereichen der Frontscheibe, also außerhalb des Wischbereichs, verlaufen. Da in den (nicht vom Wischer erfassten) Außenbereichen typischerweise auch dann (noch) eine Verschmutzung oder ein Beschlag auf der
Scheibe vorliegt, wenn der Wischbereich bereits ausreichend trocken ist, würde der Regensensor unerwünschterweise Feuch- tigkeit detektieren und gegebenenfalls die Wischanlage unnötig in Gang setzen.
Die vorliegende Erfindung schlägt demgegenüber einen Regen- sensor gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs vor, um entlang des Strahlungskanals, d. h. entlang eines Teils der Scheibe, nicht-aktive, reine Ausbreitungsbereiche zur Verfügung zu stellen, in denen sich die Strahlung unabhängig von einer eventuellen Benetzung unge- schwächt, unter Totalreflexion, ausbreiten kann. Diese reinen Ausbreitungsbereiche werden damit effektiv aus der auf die aktiven Teilreflexionsbereiche begrenzte Detektionszone des Strahlungskanals bzw. Regensensors herausgenommen.
Im einzelnen zeichnet sich der erfindungsgemäße Regensensor nach Patentanspruch 1 dadurch aus, dass zwischen den Enden des Strahlungskanals mindestens ein weiteres an oder in der Scheibe angeordnetes Koppelmittel vorgesehen ist, durch das eine ümkopplung der eingekoppelten Strahlung erfolgt. Diese ümkopplung erfolgt in der Weise, dass zwischen den Enden des Strahlungskanals jeweils mindestens ein Ausbreitungsbereich und ein aktiver Teilreflexionsbereich gebildet sind, wobei die Strahlung in den mindestens einen Ausbreitungsbereich so ein- oder umgekoppelt ist, dass sie sich auch bei feuchter Scheibe unter Totalreflexion ausbreitet, während die Strahlung in den mindestens einen Teilreflexionsbereich so ein- oder umgekoppelt ist, dass sie sich nur bei trockener Scheibe unter Totalreflexion ausbreitet.
Durch diese erfindungsgemäßen Maßnahmen eröffnet sich die Möglichkeit, große Detektionszonen in frei wählbaren Scheibenbereichen zu schaffen.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Er- findung ist vorgesehen, dass die Strahlung an einem Ende des Strahlungskanals in einen ersten Ausbreitungsbereich ein- und am anderen Ende des Strahlungskanals aus einem zweiten Aus- breitungsbereich ausgekoppelt wird, und dass zwischen den Enden des Strahlungskanals hintereinander zwei Koppelmittel vorgesehen sind, die die Strahlung so umkoppeln, dass zwischen den beiden äußeren Ausbreitungsbereichen ein innerer, aktiver Teilreflexionsbereich im Strahlungskanal gebildet ist. Dadurch kann die Scheibe durch die Frontscheibe eines Kraftfahrzeugs gebildet sein, wobei sich der Strahlungskanal praktisch über die gesamte Frontscheibe bis mindestens in die Nähe der Seitenränder der Frontscheibe erstreckt. Gleichzei- tig ist die Ausdehnung des inneren, aktiven Teilreflexionsbereichs im Wesentlichen durch die seitliche Ausdehnung des Wischbereichs eines Scheibenwischers der Frontscheibe gegeben, so dass der Strahlungssender und der Strahlungsempfänger gegenüberliegend im Bereich der Seitenränder der Frontscheibe angeordnet werden können. Es wird demnach einerseits der gesamte Wischbereich detektiert, andererseits erfolgt die Detektion unabhängig von störenden Einflüssen durch Verschmutzung oder Feuchtigkeit auf den Außenbereichen der Frontscheibe .
Es ist von Vorteil, wenn, zur Detektion von Feuchtigkeit auf der Außenseite der Scheibe, an der Innenseite der Scheibe ein an der Innenseite mindestens im Bereich des Strahlungskanals wirksames Heizsystem zur Beseitigung von Kondenswasser vorge- sehen ist. Dabei ist es von Vorteil, dass das Heizsystem als mindestens entlang eines Teils des Strahlungskanals verlaufender Heizdraht ausgebildet ist.
Vorteilhafterweise ist die Erfindung nicht auf Ausführungen begrenzt, in denen die Enden des Strahlungskanals durch eine Ein- bzw. Auskoppelstelle gebildet sind, an der jeweils ein entsprechendes Koppelmittel angeordnet ist. Vielmehr ist es ebenso möglich, dass ein Ende des Strahlungskanals durch eine Ein- und Auskoppelstelle gebildet ist, an der ein Koppelmit- tel angeordnet ist, und dass das andere Ende des Strahlungskanals durch ein Reflexionssystem oder eine reflektierende Begrenzung der Scheibe gebildet ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform besteht die Möglichkeit, dass ein Strahlungsempfänger für die aus der Scheibe ausgekoppelte Strahlung vorgesehen ist, und dass zusätzlich ein nahe oder an der Scheibeninnenseite angeordneter Streustrahlungsdetektor für den in dem mindestens einen aktiven Teilreflexionsbereich aus der Scheibe austretenden und an den Feuchtigkeitstropfen zur Scheibeninnenseite hin reflektierten Strahlungsanteil vorgesehen ist.
Die Erfindung und ihre Vorteile werden nachfolgend anhand von mehreren Ausführungsbeispielen anhand der Figuren der Zeichnung noch näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 die prinzipielle Wirkungsweise der Erfindung anhand einer schematisierten Koppeloptik,
Figur 2, in gleicher Darstellung wie Figur 1, ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel,
Figur 3a-c verschiedene Varianten der erfindungsgemäß eingesetzten Koppelmittel,
Figur 4a-b verschiedene Varianten hinsichtlich der Anordnung der Ein- und Auskoppelstelle der Strahlung,
Figur 5 eine Draufsicht auf eine mögliche Implementierung der Ausführungsform gemäß Figur 2 in der Frontscheibe eines Kraftfahrzeugs ,
Figur 6 in Draufsicht eine schematische Darstellung einer Ausführungsform mit Heizsystem.
Figur 1 zeigt eine Ausführungsform, bei der ein Koppelmittel 1 die von einem Strahlungssender 2 erzeugte Strahlung an einer am Anfang des Strahlungskanals 3 liegenden Stelle in den Strahlungskanal 3 einkoppelt. Die Einkopplung erfolgt unter einem solchen Winkel zur Normalen der Scheibenoberfläche 4, dass ein aktiver Teilreflexionsbereich 5 gebildet ist, der sich bis zu einem zwischen den Enden des Strahlungskanals 3 angeordneten Koppelmittel 6 erstreckt. Das "zwischenliegende" Koppelmittel 6 koppelt den Winkel der Strahlung derart um, dass sie sich auf ihrem weiteren Weg bis zum Ende des Strahlungskanals 3, wo sie durch das weitere Koppelmittel 7 zu einem Strahlungsempfänger 8 hin ausgekoppelt wird, auch dann unter Beibehaltung der Totalreflexion ausbreitet, wenn in diesem durch die Koppelmittel 6 und 7 begrenzten reinen Ausbreitungsbereich 9 Feuchtigkeitstropfen 24 auf der Scheibenoberfläche 4 vorliegen sollten.
Die Detektionszone für Feuchtigkeit ist in dem in Figur 1 dargestellten Fall also ausschließlich durch den aktiven
Teilreflexionsbereich 5 gegeben. Selbstverständlich ist auch die umgekehrte Anordnung (nicht dargestellt) möglich, bei der sich die Strahlung nach der Einkopplung zuerst durch einen reinen Ausbreitungsbereich 9 und anschließend, bis zur Aus- kopplung, durch den aktiven Teilreflexionsbereich 5 bewegt.
Ferner ist es ohne weiteres möglich, mehrere Teilreflektions- bereiche 5 und Ausbreitungsbereiche 9 in einer durch ein gewünschtes Detektionszonenmuster vorgegebenen Weise zu detek- tieren, beispielsweise, aber nicht nur, in der im Folgenden beschriebenen bevorzugen Weise.
Figur 2 zeigt die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, bei der im Strahlungskanal 3, zusätzlich zu den Koppelmitteln 1 und 7, zwei hintereinander angeordnete "zwischenliegende" Koppelmittel 6 und βa vorgesehen sind. Die primäre Einkopplung der Strahlung mit Hilfe des Koppelmittels 1 erfolgt bei dieser Ausführungsform unter einem Winkel von 60° bis 90° zur Normalen der Scheibenoberfläche 4. Dadurch resultiert im Inneren der Scheibe eine Strahlung, die sich unabhängig vom Be- netzungsgrad der Oberfläche 4 im ersten reinen Ausbreitungsbereich 10 totalreflektierend ausbreitet, also insbesondere auch dann, wenn sie bei der Ausbreitung im Bereich 10 auf ei- ne Grenzfläche, Glas-Wasser trifft. Im (ersten) Ausbreitungsbereich 10 treten demnach, analog wie beim bei Figur 1 diskutierten Ausbreitungsbereich 9, keine Strahlungsanteile aus dem Lichtleiter (Strahlungskanal) aus, d. h. dort etwaig vor-handene Feuchtigkeit wird nicht detektiert. Anschließend wird die Strahlung durch das Koppelmittel 6 so umgekoppelt, dass sie sich in einem aktiven Teilreflexionsbereich 11 unter einem Winkel von 42° bis 60° ausbreitet. Dieser neue Winkelbereich korrespondiert mit einer totalreflektierenden Ausbrei- tung im Bereich 11 nur im Falle einer Glas-Luft Grenzfläche, aber nicht für eine Glas-Wasser Grenzfläche. Eine Teilauskopplung wird in diesem (inneren, aber nicht unbedingt mittleren) aktiven Teilreflexionsbereich 11 des Strahlungskanals 3 also nur unter trockenen Bedingungen auf dem korrespondie- renden Teil der Scheibenoberfläche 4 vermieden, während bei
Feuchtigkeit ein Strahlungsanteil ausgekoppelt wird. Die entsprechende Abschwächung der im Strahlungskanal 3 verbleibenden gegenüber der ursprünglichen Strahlung wird im Folgenden ausgewertet.
Das in Figur 2 dargestellte weitere Koppelmittel 6a ist vorgesehen, um den Winkel der Strahlung wieder in einen Bereich von 60° bis 90° umzukoppeln, so dass vom Koppelmittel 6a bis zum weiteren Koppelmittel 7 am Ende des Strahlungskanals 3, mit dem die Strahlung aus der Scheibe ausgekoppelt wird, ein zweiter Ausbreitungsbereich 10a gebildet ist.
Vorteilhafterweise können die (Um) Koppelmittel 6 und 6a insbesondere so angeordnet werden, dass der innere, aktive Teil- reflexionsbereich 11 im Wesentlichen mit dem in Figur 5 dargestellten Wischbereich 12 eines Scheibenwischers 13 übereinstimmt. Die "äußeren" Koppelmittel 1 und 7 bzw. der Strahlungssender und der Strahlungsempfänger 2 und 8 (beide in den Figuren 2 bis 6 nicht dargestellt) können dann im Bereich der Seitenränder 14 und 15, vgl. Figur 5, der Frontscheibe angeordnet werden. Der Strahlungskanal 3 erstreckt sich dann zwar in die nicht vom Wischer 13 erfassten Außenbereiche der Frontscheibe hinein, die Detektion von Feuchtigkeit ist jedoch auf den in seiner Ausdehnung auf das jeweils Gewünschte anpassbaren inneren, aktiven Teilreflexionsbereich 11 beschränkt. Die seitlich im Strahlungskanal 3 angeordneten Aus- breitungsbereiche 10 und 10a, vgl. Figur 2 und 5, sind demnach unter Aufrechterhaltung der Ausbreitung der Strahlung durch Totalreflexion aus der aktiven Detektionszone herausgenommen.
Obwohl bei allen Ausführungsformen vorausgesetzt, sind der
Strahlungssender (Lichtmodul) 2 (und der Strahlungsempfänger 8) aus Gründen der Übersicht nur in Figur 1 dargestellt. Der Sender 2 umfasst dabei eine im UV-, sichtbaren oder Infrarotbereich arbeitende Lichtquelle 16 und eine kollimierende Op- tik 17. Es können sowohl kohärente wie inkohärente Strahlungsquellen 16 verwendet werden. Die kollimierende Optik 17 kann optische Elemente wie Glasplatten, Prismen, Linsen, Gitter oder Ähnliches umfassen und zur Variation der Wellenfront, der Intensität oder der Phase der Strahlung dienen. Der Strahlungssender 2 und insbesondere die kollimierende Optik 17 können in enger Verbindung mit den "äußeren" Koppelmitteln 1 und 7 ausgeführt bzw. aufgebaut sein.
In ähnlicher Weise kann der Strahlungsempfänger 8, vgl. Figur 1, aus einem optischen, mit der Arbeitswellenlänge und der
Modulationsfrequenz der Strahlungsquelle 16 synchronisierten Detektor 18, zum Beispiel einer Fotodiode, und einer kollimierende Optik 19 bestehen, deren Charakteristika auf die der kollimierenden Optik 17 des Strahlungssenders 2 abgestimmt sind.
Die Sender- und Empfänger-Module 2 und 8 können in einer gemeinsamen Vorrichtung, beispielsweise dem Fuß eines Rückspiegels, angeordnet oder separat installiert werden. Das Zusam- menspiel mit den Koppelmitteln 1 und 7 zum Ein- bzw. Auskoppeln der Strahlung in die Scheibe kann in an sich bekannter Weise durch Ausbreitung der Strahlung über einen Abstand hin- weg oder durch unmittelbare Anordnung an den Koppelmitteln 1 und 7, bzw. an der Scheibenoberfläche 4 oder an den Rändern der Scheibe erfolgen.
In der folgenden Figur 3 wurde, wie auch in Figur 4, der
Übersichtlichkeit halber von der Darstellung der erfindungsgemäßen ümkopplung im Strahlungskanal 3 abgesehen.
Die Koppelmittel 1, 6, 6a und 7 zum Ein-, Aus- bzw. Umkoppeln der Strahlung können durch übliche optische Koppelelemente wie Glasplatten, Prismen, Linsen, Gitter oder Ähnliches oder durch optische Kopplungssysteme, also auch zur Variation der Wellenfront, der Intensität oder der Phase der Strahlung dienende Kombinationen optischer Elemente realisiert sein. Die Koppelmittel können, wie in Figur 3a gezeigt, und ie in der eingangs genannten DE 197 01 258 AI näher beschrieben, planar auf der Glasscheibe aufgebaut sein. Beispielsweise kann eine separate Koppellinse mittels entsprechendem Zement auf der Scheibe befestigt sein. Die Koppelmittel 1, 6, 6a und 7 kön- nen aber auch durch optische, elektrische, mechanische, molekulare, atomare oder nukleare Methoden in das Material der wellenleitenden Glasscheibe integriert werden, wie in Figur 3b dargestellt. Die Koppelmittel 1, 6, 6a und 7 können ferner, wie in Figur 3c dargestellt, senkrecht zum Strahlungska- nal 3, insbesondere an den Stirnflächen der wellenleitenden
Scheibe, angeordnet sein. Die in Figur 3 dargestellten Anordnungen bzw. Aufbauten der Koppelmittel 1, 6, 6a und 7 können, auch zusammen mit Sender und Empfänger 2 und 8, je nach Anforderung miteinander kombiniert werden.
Grundsätzlich ist es je nach relativer Anordnung des Strahlungssenders 2 und -empfängers 8 und der Koppelmittel 1, 6, 6a und 7 möglich, die Messebene zur Detektion von Feuchtigkeit zu variieren, d. h. insbesondere auf die Außen- oder die Innenseite 4 der Scheibe auszurichten. Figur 4 zeigt Ausführungsformen der Erfindung, bei denen sich die Strahlung von einem Ende des Strahlungskanals 3 zum anderen und wieder zurück ausbreitet, also die Strahlung an der Einkoppelstelle auch wieder ausgekoppelt wird. Dies kann Vor- teile hinsichtlich der Anordnung bzw. des Platzverbrauchs der Sender/Empfängermodule 2 und 8 ermöglichen. Wie erkennbar, ist der Anfang des Strahlungskanals 3 durch eine Ein- und Auskoppelstelle gebildet, an der ein Koppelmittel 1, 7 angeordnet ist. Das Ende des Strahlungskanals 3 ist entweder durch ein Reflexionssystem 20, vgl. Figur 4a, oder eine reflektierende Begrenzung 21, vgl. Figur 4b, der Scheibe gebildet.
Figur 5 zeigt die bereits im Zusammenhang mit den Figuren 1 und 2 erörterte Gesamtansicht einer mit einem erfindungsgemäßen Regensensor ausgestatteten Kfz-Frontscheibe.
Gemäß einer vorteilhaften, in Figur 6 nur schematisch dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist es möglich, ein Heizsystem, insbesondere einen Heizdraht 22 vorzusehen, um gegebenenfalls innerhalb von zirka zwei bis drei Sekunden Kondenswasser von der Innenseite 4 einer Kraftfahrzeug- Frontscheibe durch Verdampfen zu entfernen. Das Heizsystem kann auf der Innenseite 4 der Scheibe aufgebaut bzw. einge- bettet oder in die Scheibe integriert ausgeführt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht die Möglichkeit, zusätzlich zum Strahlungsempfänger 8 einen nahe oder an der Scheibeninnenseite 4 anzuordnenden Streu- Strahlungsdetektor 23, vgl. Figur 2, für den in dem mindestens einen aktiven Teilreflexionsbereich 5, 11 aus der Scheibe austretenden und an den Feuchtigkeitstropfen 24 zur Scheibeninnenseite 4 hin reflektierten Strahlungsanteil vorzusehen. Dieser Streustrahlungsdetektor 23, z. B. eine Foto- diode, wird mit der Lichtquelle 16 des Senders 2 synchronisiert und misst den Benetzungsgrad, also die Stärke des Regens, auf der Scheibe. Eine alternative Möglichkeit, die Stärke des Regens messen zu können, besteht darin, eine eigene, zusätzliche Lichtquelle mit einem zugehörigen, synchronisierten Empfänger vorzusehen. In diesem Fall können das Vorliegen von Regen und dessen Stärke unabhängig voneinander ge- messen werden. Das quantitative Signal kann zur Steuerung der Wischgeschwindigkeit eingesetzt werden.
Grundsätzlich besteht darüber hinaus die Möglichkeit, durch entsprechende Verarbeitung der Signale des Empfängers 8 und des Streustrahlungsdetektors 23 im Zusammenspiel mit dem
Heizsystem die Stärke das Kondensats auf der Innenseite 4 der Frontscheibe festzustellen und zur Ansteuerung des im Kfz vorhandenen Gebläses einzusetzen.

Claims

Patentansprüche
1. Regensensor zur Detektion von Feuchtigkeit auf einer Glasscheibe, insbesondere einer Frontscheibe eines Kraftfahr- zeugs, mit an oder in der Scheibe angeordneten Koppelmitteln (1, 7), die die von mindestens einem Strahlungssender (2) ausgesandte Strahlung so in die Scheibe ein- bzw. auskoppeln, dass sich die Strahlung bei trockener Scheibe unter mehrfacher Totalreflexion an den Scheibenoberflächen (4) entlang eines Strahlungskanals (3) in der Scheibe ausbreitet, dadurch gekennzeichnet, - dass zwischen den Enden des Strahlungskanals (3) mindestens ein weiteres an oder in der Scheibe angeordnetes Koppelmittel (6, 6a) vorgesehen ist, durch das eine Ümkopplung der eingekoppelten Strahlung erfolgt, derart, - dass zwischen den Enden des Strahlungskanals (3) jeweils mindestens ein Ausbreitungsbereich (9, 10, 10a) und ein aktiver Teilreflexionsbereich (5, 11) gebildet sind, wobei die Strahlung in den mindestens einen Ausbreitungsbereich (9, 10, 10a) so ein- oder umgekoppelt ist, dass sie sich auch bei feuchter Scheibe unter Totalreflexion ausbreitet, während die Strahlung in den mindestens einen Teilreflexionsbereich (5, 11) so ein- oder umgekoppelt ist, dass sie sich nur bei trockener Scheibe unter Totalreflexion ausbreitet.
2. Regensensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung an einem Ende des Strahlungskanals (3) in einen ersten Ausbreitungsbereich (10) ein- und am anderen Ende des Strahlungskanals (3) aus einem zweiten Ausbreitungsbereich (10a) ausgekoppelt wird, und dass zwischen den Enden des Strahlungskanals (3) hintereinander zwei Koppelmittel (6, 6a) vorgesehen sind, die die Strahlung so umkoppeln, dass zwischen den beiden äußeren Ausbreitungsbereichen (10, 10a) ein innerer, aktiver Teilreflexionsbereich (11) im Strahlungskanal (3) gebildet ist.
3. Regensensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Feuchtigkeit auf der Außenseite (4) der Scheibe detektiert wird, und dass an der Innenseite (4) der Scheibe ein an der Innenseite (4) mindestens im Be- reich des Strahlungskanals (3) wirksames Heizsystem zur Beseitigung von Kondenswasser vorgesehen ist.
4. Regensensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizsystem als mindestens entlang eines Teils des Strahlungskanals (3) verlaufender Heizdraht (22) ausgebildet ist.
5. Regensensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden des Strahlungskanals (3) durch eine Ein- bzw. Auskoppelstelle gebildet sind, an der jeweils ein entsprechendes Koppelmittel (1, 7) angeordnet ist .
6. Regensensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge- kennzeichnet, dass ein Ende des Strahlungskanals (3) durch eine Ein- und Auskoppelstelle gebildet ist, an der ein Koppelmittel (1, 7) angeordnet ist, und dass das andere Ende des Strahlungskanals (3) durch ein Reflexionssystem (20) oder eine reflektierende Begrenzung (21) der Scheibe gebildet ist.
7. Regensensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strahlungsempfänger (8) für die aus der Scheibe ausgekoppelte Strahlung vorgesehen ist, und dass zusätzlich ein nahe oder an der Scheibeninnenseite (4) angeordneter Streustrahlungsdetektor (23) für den in dem mindestens einen aktiven Teilreflexionsbereich (5, 11) aus der Scheibe austretenden und an den Feuchtigkeitstropfen (24) zur Scheibeninnenseite (4) hin reflektierten Strahlungsanteil vorgesehen ist.
8. Regensensor nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Scheibe durch die Frontscheibe eines Kraftfahrzeugs gebildet ist, dass sich der Strahlungskanal (3) über die Frontscheibe bis mindestens in die Nähe der Seitenränder (14, 15) der Frontscheibe erstreckt, und dass die Ausdehnung des inneren, aktiven Teilreflexionsbe- reichs (11) im Wesentlichen durch die seitliche Ausdehnung des Wischbereichs (12) eines Scheibenwischers (13) der Frontscheibe gegeben ist.
9. Regensensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungssender (2) und der Strahlungsempfänger (8) gegenüberliegend im Bereich der Seitenränder (14, 15) der Frontscheibe angeordnet sind.
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