DE4006420C5

DE4006420C5 - Vorrichtung zum optischen Erfassen von Fremdkörpern oder eines Belags auf der Oberfläche einer optisch transparenten Scheibe

Info

Publication number: DE4006420C5
Application number: DE19904006420
Authority: DE
Inventors: Rainer Dipl.-Phys. Pientka
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1990-03-01
Filing date: 1990-03-01
Publication date: 2004-02-05
Anticipated expiration: 2010-03-02
Also published as: DE4006420A1; DE4006420C2

Abstract

Vorrichtung zum optischen Erfassen von Fremdkörpern (17) oder eines Belags auf der Oberfläche einer optisch transparenten scheibe (16), mit wenigstens einem Strahlungssender (12) und wenigstens einem Strahlungsempfänger (13), die einen Sensor (10) bilden, wobei sich zwischen der Scheibe (16) und dem Sensor (10) eine Zwischenfolie (18) befindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenfolie (18) im Bereich des oder der Strahlungssender (12) und des oder der Strahlungsempfänger (13) aus einem optisch transparenten Material besteht, daß im jewelligen Meßbereich eine Totalreflexion der Strahlung möglich ist, und daß die Zwischenfolie (18) im übrigen Bereich auf den dem Sensor (10) und der Scheibe (16) zugewandten Seiten Klebeeigenschaften aufweist. Wobei die Zwischenfolie (18) derart ausgebildet ist, daß im Bereich des oder der Strahlungssender (12) und des oder der Strahlungsempfänger (13) optisch transparente Folienstücke (24) vorgesehen sind, die in Aussparungen (21, 23) einer die Klebefunktion übernehmenden Folie (20) eingesetzt sind.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht von einer Vorrichtung zum optischen Erfassen von Fremdkörpern oder Belägen auf der Oberfläche einer transparenten Scheibe entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aus.
Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE 23 54 100 B2 bereits bekannt Bei dieser Vorrichtung ist ein optisch elektrischer Strahlungssender und ein ebensolcher Strahlungsempfänger, mit Hilfe einer durchgehenden, optisch hochtransparenten Folie an einer Scheibe befestigt Diese Anordnung bewirkt demnach neben einer optischen Ankopplung auch die Befestigung der Vorrichtung an der Scheibe. Nachteilig dabei ist, daß die eingesetzten Folien im allgemeinen relativ weich sind, so daß sie durch seitlichen Druck auf den Sensor verschert werden können. Dies kann zum Ablösen des Sensors von der Scheibe oder zu einer Veränderung des Strahlengangs in der Folie führen, wodurch Fehlmessungen auftreten können.
Eine Sensoranordnung zur Messung von optischen Oberflächenveränderungen auf Glasscheiben ist auch aus der DE 24 20 594 A1 bekannt Diese Sensoranordnung weist neben einem Strahlungssender einen Strahlungsempfänger auf, wobei diese Bauteile mir Prismen zusammenwirken Diese Prismen sind an der zu vermessenden Scheibe mit Hilfe eines optischen Kitts befestigt, der sich über die gesamte Hypothenusenflächen der Prismen vollflächig erstreckt Diese Art der Befestigung ist relativ unzureichend, da Kittmassen gegen Umwelteinflüsse wie zum Beispiel wechselnde Temperaturen und UV-Strahlung empfindlich sind und ihre Hafteigenschaften verlieren können. Zudem ist ein derart befestigter Sensor mechanisch leicht verschiebbar angeordnet, was gegebenenfalls zu Funktionsstörungen der Sensoranordnung führen kann.
Ein an einer Scheibe befestigter Strahlungssender, der ein Lichtsignal in diese Scheibe einkoppelt, das von einem ebenfalls daran angeordneten Strahlungsempfänger aufgenommen und an eine elektronische Steuerung weitergeleitet wird, ist ferner aus der DE 35 38 553 A1 bekannt Angaben über die Art der Befestigung dieser Bauteile an der Scheibe sind dieser Schrift jedoch nicht zu entnehmen.
Weiterhin ist aus der US 4,620,141 eine Sensoreinrichtung bekannt, die auf die Windschtzscheibe eines Kraftfahrzeugs geklebt wird. Hierbei wird vorgeschlagen, bei dünnen Scheiben eine Platte aus Plastik zwischen der Sensorrichtung und der Scheibe anzuordnen.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß keine Ablösung des Sensors möglich ist Die Funktionen Klebeverbindung und optische Ankopplung sind auf zwei verschiedene Folien mit unterschiedlichen Eigenschaften verteilt worden Hierbei können herkömmlich bekannte und sich in der Praxis bewährte Folien verwendet werden. Nur im Bereich der optischen Ankopplung, das heißt im Bereich des Senders und des Empfängers bzw. im Ein- und Ausgang der Meßstrecke ist eine optisch hochtransparente Folie notwendig. Diese Folie ist in Aussparungen der die Klebefunktion übernehmende Folie eingesetzt Beide Folien können somit gemäß den Abmessungen des Sensors als fertiger Zuschnitt hergestellt werden und auf einer dünnen Schutzfolie aufgebracht sein und so besonders einfach verarbeitet werden. Die Vorrichtung baut dadurch besonders einfach und preisgünstig.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ist eine vorteilhafte Weiterbildung und Verbesserung der in dem Hauptanspruch angegebenen Merkmale möglich.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert Es zeigen die
1 einen Schnitt durch die Vorrichtung und
2 eine Folie in perspektivischer Darstellung.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In der 1 ist mit 10 ein Sensor bezeichnet, der aus einer in einem Gehäuse 11 angeordneten light emitting Diode (LED, strahlungsemittierende Diode) als Strahlungssender 12 und einer Fotodiode, zum Beispiel einer Siliziumfotodiode als Empfänger 13 besteht Das Gehäuse 11 ist zum Beispiel mit einer Kunststoffmasse ausgefüllt, so daß sich im Bereich des Senders 12 und des Empfängen 13 eine relativ glatte Oberfläche 14 ergibt Sender 12 und Empfänger 13 sind jeweils unter dem gleichen Winkel zur Oberfläche 14 angeordnet, so daß die optischen Achsen des Senders 12 und des Empfängers 13 leicht zueinander geneigt sind. Zwischen der Oberfläche 14 und der Innenseite einer Scheibe 16, deren Außenseite bezüglich Verunreinigungen, Regentropfen oder sonstigem Belag 17 überwacht werden soll, ist eine Zwischenfolie 18 angeordnet Die Zwischenfolie 18 weist auf beiden Oberseiten eine Klebeschicht auf und ist somit an der Oberfläche 14 und an der Innenseite der Scheibe 16 angeklebt Hierzu besteht die Zwischenfolie 18, wie in 2 dargestellt, aus einer Folie 20 mit guten Klebeeigenschaften, die im Bereich des Senders 12, des Empfängers 13 und der Meßstrecke des Sensors 10 Aussparungen 21, 22, 23 aufweist In den Aussparungen 21, 23 sind Folienstücke 24 aus optisch hochtransparentem Material eingesetzt Sowohl die Folie 20 als auch die Folienstücke 24 haben eine einheitliche Höhe, so daß die Zwischenfolie 18 keine Unebenheiten aufweist Die Folie 20 sollte UV-lichtbeständig (ultra violettes Licht) und temperaturbeständig sein. Hierzu kann eine im Handel übliche schwarze Folie z. B. mit der Bezeichnung Klebeband, schwarz 4962, Fa. 3M und der Zusammensetzung Klebstoff: Acrylat, Träger: schwarzer Neopren-Schaumstoff, geschlossenzellig verwendet werden. In diese Folie 20 werden die Aussparungen 21, 22, 23 eingeschnitten und in die Aussparungen 21, 23 die Folienstücke 24 eingesetzt Bei den Folienstücken 24 handelt es sich ebenfalls um handelsübliche Folien z. B. mit der Bezeichnung ISOTAC Klebstoff-Film Y4910 F, Fa. 3M und der Zusammensetzung Acrylat (A20). Sie sind zum Beispiel in die Aussparungen 21, 23 eingepreßt, so daß sie nicht herausfallen können. Die Aussparung 22 ist die eigentliche Meßstrecke und weist keine Ausfüllung auf. Die Folie 20 ist auf beiden Seiten mir einer die Klebeschicht abdeckende Schutzschicht abgedeckt Zur Befestigung der Zwischenfolie 18 wird die Schutzschicht der Folie 20 abgezogen und die Zwischenfolie 18 an der Oberfläche 14 des Sensors 10 angeklebt, daß der Sender 12 und der Empfänger 13 sich im Bereich der optisch hochtransparenten Folienstücke 24 befinden. Anschließend wird auch die andere Schutzschicht entfernt und die Zwischenfolie 18 auf der Innenseite der Scheibe 16 aufgeklebt.
Die vom Sender 12 emittierte Strahlung geht dabei so durch die Zwischenfolie 18 hindurch, daß der Eintrittswinkel nahezu gleich dem Austrittswinkel ist. Die Strahlung wird an der Grenzfläche der Außenseite der Scheibe 16 (Scheibe 16/Atmosphäre) in Form einer Totalreflexion reflektiert. Ebenfalls wird die Strahlung an der Grenzfläche der Innenseite der Scheibe 16 und der Atmosphäre in der Aussparung 22 totalreflektiert. Im Bereich der Aussparung 23 mit dem Folienstück 24, das heißt im Bereich des Empfängers 13 tritt die Strahlung wieder durch die Zwischenfolie 18 hindurch und in den Empfänger 13 ein. Abgesehen von geringen Verlusten gelangt bei einer sauberen Oberfläche nahezu die gesamte an der Grenzfläche Scheibe/Atmosphäre reflektierte Strahlungsmenge in den Empfänger 13. Die vom Sender ausgestrahlte Strahlung kann zum Beispiel im Bereich der Wellenlänge von 565 nm liegen Die verwendete Wellenlänge ist aber vom Material der Scheibe 16 abhängig. Die oben angegebene Wellenlänge gilt zum Beispiel Für grüne Verbundglasscheiben von Kraftfahrzeugen. Sollen hingegen andere getönte Scheiben von Kraftfahrzeugen oder die farbigen Heckleuchten bzw. die Scheinwerferleuchten von Kraftfahrzeugen überwacht werden, so ist die Wellenlänge darauf entsprechend einzustellen.
Befindet sich der Belag 17, z. B. Regentropfen, auf der vorderen Oberfläche der Scheibe 16, das heißt auf der Außenseite der Scheibe 16, so bewirken diese eine Auskopplung eines Teils der vom Sender 12 ausgesandten Strahlung. Ein Teil der Strahlung gelangt dadurch nicht mehr zum Empfänger 13, sondern wird an der Grenzfläche Scheibe/Atmosphäre in die Atmosphäre hinausgebrochen. Dadurch ergibt sich bei sauberer Scheibe ein sehr hohes, bei mit Regentropfen bedeckter Scheibe ein kleineres, deutlich unterscheidbares Signal. Auf diese Weise bewirken die Regentropfen eine Verminderung der detektierten Strahlungsmenge im Empfänger 13, was durch eine nicht näher dargestellte Auswerteschaltung 27 erfaßt wird Mit Hilfe der Auswerteschaltung können auch Zusatzfunktionen gesteuert und überprüft werden. Die Auswerteschaltung kann auch so steuern, daß sie nur bei eingeschaltetem Scheinwerferlicht und bei einer entsprechenden vorgegebenen Schwächung auslöst Wird hingegen eine Windschutzscheibe überwacht, so kann mit dieser Auswerteschaltung auch eine Intervallschaltung für die Scheibenwischer gesteuert werden.
Die Vorrichtung kann für alle zu reinigenden Scheiben eines Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeugs verwendet werden. Sowohl die Vorder- als auch die Heckscheibe kann überwacht werden. Auch ist die Vorrichtung bei den Streuscheiben der Frontleuchten und bei den Streuscheiben der Hecklichter und der Blinker verwendbar.

Claims

Vorrichtung zum optischen Erfassen von Fremdkörpern (17) oder eines Belags auf der Oberfläche einer optisch transparenten scheibe (16), mit wenigstens einem Strahlungssender (12) und wenigstens einem Strahlungsempfänger (13), die einen Sensor (10) bilden, wobei sich zwischen der Scheibe (16) und dem Sensor (10) eine Zwischenfolie (18) befindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenfolie (18) im Bereich des oder der Strahlungssender (12) und des oder der Strahlungsempfänger (13) aus einem optisch transparenten Material besteht, daß im jewelligen Meßbereich eine Totalreflexion der Strahlung möglich ist, und daß die Zwischenfolie (18) im übrigen Bereich auf den dem Sensor (10) und der Scheibe (16) zugewandten Seiten Klebeeigenschaften aufweist. Wobei die Zwischenfolie (18) derart ausgebildet ist, daß im Bereich des oder der Strahlungssender (12) und des oder der Strahlungsempfänger (13) optisch transparente Folienstücke (24) vorgesehen sind, die in Aussparungen (21, 23) einer die Klebefunktion übernehmenden Folie (20) eingesetzt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenfolie (18) eine einheitliche Dicke aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungssender (12) und der Strahlungsempfänger (13) im Transmissionsbereich der Scheibe (16) arbeiten.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (16) eine Streuscheibe eines Scheinwerfers eines Kraftfahrzeugs ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (16) eine Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (16) eine Streuscheibe einer Heckleuchte eines Kraftfahrzeugs ist.
Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung nach einem der Anspruche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in eine Folie (20) mit Klebeeigenschaften Aussparungen (21, 22, 23) eingebracht werden, daß in die Aussparungen (21, 23), in deren Bereiche der oder die Strahlungssender (12) oder der oder die Strahlungsempfänger (13) angeordnet sind, Folienstücke (24) aus optisch transparentem Material eingesetzt werden, daß die Folie (20) an dem Sensor (10) angeklebt wird, daß eine Schutzschicht der Folie (20) abgezogen wird, und daß die Folie (20) auf der Scheibe (16) aufgeklebt wird.