DE4329188C2 - Optischer Sensor zur Steuerung einer Scheibenwischeranlage - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen optischen Sensor zur Erkennung eines Beschlages auf einer Glasscheibe, insbeson­ dere einer Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeuges.

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

Der Sensor besteht aus wenigstens einem, idealerweise aber mehreren Strahlungssendern, und wenigstens einem Strah­ lungsempfänger.

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

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

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

Herkömmliche Sendedioden geben ihre Strahlung innerhalb eines Öffnungswinkels in Form eines Strahlenbündels ab, so daß nicht nur ein Strahl mit einem bestimmten Winkel, sondern ein Strahlenbündel in einem größeren Winkelbereich in die Scheibe eingekoppelt wird, so daß jeder einzelne Strahl des eingekoppelten Strahlen­ bündels mit einem Winkel von 42° zur Glasnormalen die Scheibenoberfläche mehrmals, in einem Abstand der durch den Einkopplungswinkel bestimmt wird, abtastet.

Durch den Einsatz von mehreren nebeneinander angeord­ neten Strahlungssendern wird erreicht, daß die Detektions­ fläche von mehreren Strahlenbündel überstrichen wird, so daß jeder Punkt dieser Fläche von einer Vielzahl von Strah­ len unterschiedlichster Winkel bestrahlt wird.

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

Tritt nun ein Beschlag 1.4 der Scheibenoberfläche auf, wird die Grenzschicht verändert, und die dadurch verur­ sachten geänderten Reflexionswinkel lassen Impulsstrahlungs­ anteile aus der Scheibe austreten.

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

In DE 33 14 770 C2 wurden optische Sensoren zur Beschlags­ erkennung bekannt, welche nach dem Prinzip der einfachen be­ ziehungsweise mehrfachen Totalreflexion arbeiten. Bei diesen Sensoren erfolgt die Auskopplung eines Nutzsignales direkt aus dem Medium Glas, was zur Folge hat, daß nicht die in den Tropfen reflektierte Strahlung als Nutzsignal verwendet werden kann, sondern lediglich die Schwächung des Pfades der Total­ reflexion ein Nutzsignal darstellt.

Eine Ausbreitung des Sendelichtes nach dem Prinzip der mehr­ fachen Totalreflexion, und die Erfassung einer durch Verschmut­ zung verursachten Streustrahlung läßt die in DE 32 35 590 A1 bekanntgewordene Anordnung zu, ein Beschlag durch Wasser­ tropfen führt hier aber ebenfalls nur zu einer Schwächung des Pfades der Totalreflexion.

Die in DE OS 23 16 408 bekanntgewordenen Sensoren erzeugen ein Nutzsignal aus einer Streustrahlung infolge einer Verschmut­ zung der Scheibenoberfläche, die Anordnungen lassen aber kei­ ne Ausbreitung des Sendelichtes nach dem Prinzip der mehr­ fachen Totalreflexion zu.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auch bei geringem Belag der Scheibe ein zur Steuerung der Scheibenwischer verwertbares Signal zu schalten.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1.

Um nun die in den Tropfen reflektierte Strahlung als Nutz­ signal erfassen zu können und dennoch das Prinzip der mehr­ fachen Totalreflexion aufrechtzuerhalten, wird hier ein Sensor vorgeschlagen, bei dem sich der Strahlungsempfänger außerhalb des für die Strahlungsausbreitung verantwortlichen Mediums befindet.

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

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

Das Austreten der Impulsstrahlung aus der Scheibe infolge eines Beschlages 1.4 erfolgt zum größeren Teil aus der Schei­ benaußenseite, ein Teil dieser Strahlung wird jedoch in den Tropfen reflektiert und tritt aus der Scheibeninnenseite aus.

Diese innen austretende Strahlung wird beim Übergang in das Medium Luft gebrochen, so daß sie in einem spitzen Win­ kel β zur Scheibenoberfläche für den Strahlungsempfänger 1.2 erkennbar wird, und als Nutzsignal verwertet werden kann.

Da das Nutzsignal in einem spitzen Winkel aus der Scheibe austritt, ist es möglich den Strahlungsempfänger geschützt 1.6 vor direkter Sonnenlicht- und Fremdlichteinstrahlung zu posi­ tionieren.

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

Möglich ist hier der Einsatz von Absorbtionsstreifen, die auf der Linie vom Strahlungssender zum Strahlungsempfänger auf der Scheibeninnenseite aufgebracht sind, und die mindestens die Breite der strahlenden Fläche der Strahlungssender haben.

Der Vorteil dieser Absorbtionsstreifen besteht darin, daß die verbleibende Fläche der Scheibe zwischen den Streifen der Detektionsfläche zugerechnet werden kann.

Anstelle der Absobtionsstreifen kann der entsprechende Be­ reich auch auf der gesamten Breite der Strahlungssender optisch abgedeckt werden.

Die Länge der Absorbtionsstreifen bzw. der optischen Ab­ deckung ist neben dem Winkel β auch von der Glasdicke ab­ hängig.

Claims (3)

1. Optischer Sensor zur Erkennung eines Beschlages auf einer Glasscheibe, insbesondere einer Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeuges, bei welchem die Impulsstrahlung, die von wenigstens einem Strahlungssender in die Scheibe einge­ bracht wird, sich innerhalb dieser nach dem Prinzip der mehrfachen Totalreflexion ausbreitet, und wenigstens einem Strahlungsempfänger, der sich in einem optisch dünneren Medium bezüglich des Mediums Glas befindet, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Strahlungsempfänger die in den Tropfen reflektierte und aus der Innenseite der Scheibe austretende Impulsstrahlung als Nutzsignal erkennt.

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

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