DE19951831A1 - Sensor zur Detektion von Feuchtigkeitstropfen und/oder Schmutzpartikeln auf einer Scheibe und Verfahren zum Betreiben eines solchen Sensors - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Sensor (1) zur Detektion von Feuchtigkeitstropfen (7) und/oder Schmutzpartikeln (8) auf einer Scheibe (2), insbesondere auf einer Heckscheibe eines Kraftfahrzeugs. Der Sensor (1) weist mindestens einen Emitter (3) zum Aussenden optischer Strahlen (4) auf die Scheibe (2) auf. Außerdem weist er mindestens einen Detektor (10) zum Empfangen zumindest eines Teils der von Feuchtigkeitstropfen (7) und/oder von Schmutzpartikeln (8) reflektierten Strahlen (9) und zur Generierung eines Empfangssignals (11) auf. Das Empfangssignal (11) ist abhängig von den empfangenen Strahlen (9). Schließlich weist der Sensor (1) Auswertemittel zum Auswerten des Empfangssignals (11) auf. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Betrieben eines solchen Sensors (1). Um zum einen die Fertigungskosten für einen derartigen Sensor (1) zu reduzieren und andererseits aber eine Digitalisierung des Empfangssignals (11) des Sensors (1) mit einer ausreichend hohen Auflösung und Dynamik zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass der oder jeder Emitter (3) zeitlich aufeinanderfolgend optische Strahlen (4) mit unterschiedlichen Lichtstärken aussendet. Die Auswertemittel ordnen dem Empfangssignal (11) die Lichtstärken der ausgesandten optischen Strahlen (4) zu. Beim Auswerten des Empfangssignals (11) werden die Lichtstärken berücksichtigt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensor zur Detektion von Feuchtigkeitstropfen und/oder Schmutzpartikeln auf einer Scheibe, insbesondere auf einer Heckscheibe eines Kraftfahrzeugs. Der Sensor weist mindestens einen Emitter zum Aussenden optischer Strahlen auf die Scheibe und mindestens einen Detektor zum Empfangen zumindest eines Teils der von Feuchtigkeitstropfen und/oder von Schmutzpartikeln reflektierten Strahlen. Der Detektor generiert ein Empfangssignal, das abhängig ist von den empfangenen Strahlen. Der Sensor weist außerdem Auswertemittel zum Auswerten des Empfangssignals auf.

Ein derartiger Sensor arbeitet nach einem optischen Messprinzip. Beim Einsatz des Sensors zur Detektion von Feuchtigkeitstropfen und/oder Schmutzpartikeln auf der Heckscheibe eines Kraftfahrzeugs, ist der Sensor vorzugsweise an der Innenseite der Heckscheibe in dem Wischbereich eines Scheibenwischers angeordnet. Er kann Regen, Schnee, Staub u. a. auf der Heckscheibe detektieren.

Bei dem Sensor wird das von dem oder jedem Emitter ausgesandte Licht von innen durch die Scheibe auf die Außenseite geleitet. Der oder jeder Detektor beobachtet die Lichtaustrittsfläche auf der Scheibe. Wenn sich auf der Außenseite der Scheibe Schmutzpartikel oder Feuchtigkeitstropfen niederschlagen, streuen diese das ausgesandte Licht und reflektieren es zumindest teilweise auf den oder jeden Detektor. Der oder jeder Detektor generiert ein Empfangssignal, das abhängig ist von der Beleuchtungsstärke des empfangenen Lichts.

Der oder jeder Emitter ist bspw. als eine Lumineszenzdiode (LED) und der oder jeder Detektor als eine Fotodiode ausgebildet, die in Abhängigkeit von den empfangenen optischen Strahlen einen Fotostrom als Empfangssignal generiert. Durch Auswerten des zeitlichen Verlaufs und der Amplitude des Empfangssignals kann auf die Art des Niederschlags auf der Scheibe geschlossen werden. Die Analyse des Empfangssignals beruht u. a. auf Erfahrungswerten. So deutet bspw. ein kontinuierliches langsames Abfallen der Amplitude des Empfangssignals von einem Amplitudenmaximum aus über einen längeren Zeitraum (mehrere Minuten) hinweg auf Schmutz auf der Heckscheibe hin. Ebenso deutet ein kontinuierlicher langsamer Anstieg des Amplitudenwerts des Empfangssignals auf Feuchtigkeit auf der Scheibe hin. In Abhängigkeit von der Art des Niederschlags auf der Scheibe können dann geeignete Aktionen ausgelöst werden, um den Niederschlag zu beseitigen. Zur Beseitigung von Feuchtigkeitstropfen kann ein Scheibenwischer aktiviert werden, zur Beseitigung von Schmutzpartikeln kann zusätzlich noch die Scheibenwaschanlage aktiviert werden.

Das Empfangssignal wird vorzugsweise mit einem Mikroprozessor ausgewertet. Das setzt voraus, dass das Empfangssignal in digitaler Form vorliegt. Dazu ist es aus dem Stand der Technik bekannt, einen A/D-Wandler einzusetzen. Preiswerte A/D-Wandler weisen jedoch eine relativ niedrige Auflösung und Dynamik auf, die für den Einsatz in Sensoren der eingangs genannten Art zu niedrig ist. A/D-Wandler mit einer höheren Auflösung und Dynamik, die für den Einsatz in den Sensoren der eingangs genannten Art ausreichend wäre, sind jedoch recht teuer und würden zu einer erheblichen Verteuerung der Sensoren zur Detektion von Feuchtigkeitstropfen und/oder Schmutzpartikeln führen.

In den Sensoren der eingangs genannten Art werden A/D- Wandler mit einer relativ hohen Auflösung und Dynamik benötigt, damit auch geringe Veränderungen des Empfangssignals detektiert werden können. Als Störfaktor wirkt sich auf das Empfangssignal insbesondere das Umgebungslicht aus, das neben dem von den Feuchtigkeitstropfen und/oder Schmutzpartikeln reflektierten Licht von dem oder jedem Detektor empfangen wird und zu einem relativ großen Offset des Empfangssignals führt. Die Veränderungen des Empfangssignals auf Grund von Niederschlag auf der Scheibe sind im Verhältnis zu dem Offset des Empfangssignals sehr gering. Das gilt insbesondere für Feuchtigkeitstropfen, da sie zu einer noch geringeren Veränderung des Empfangssignals führen als Schmutzpartikel. Aus diesem Grund muss das Empfangssignal in dem Sensor mit einer hohen Dynamik und Auflösung digitalisiert werden.

Daraus ergibt sich die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Digitalisierung des Empfangssignals eines Sensors zur Detektion von Feuchtigkeitstropfen und/oder Schmutzpartikeln der eingangs genannten Art mit einer ausreichend hohen Auflösung und Dynamik zu ermöglichen, um eine zuverlässige Detektion und Unterscheidung von Feuchtigkeitstropfen und Schmutzpartikel auf einer Scheibe zu ermöglichen, ohne dadurch jedoch die Fertigungskosten zu erhöhen. Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von dem Sensor zur Detektion von Feuchtigkeitstropfen und/oder Schmutzpartikeln der eingangs genannten Art vor, dass der oder jeder Emitter zeitlich aufeinanderfolgend optische Strahlen mit unterschiedlichen Lichtstärken aussendet, wobei die Auswertemittel dem Empfangssignal die Lichtstärken der ausgesandten optischen Strahlen zuordnen und beim Auswerten des Empfangssignals berücksichtigen.

Um die optischen Strahlen mit unterschiedlichen Lichtstärken aussenden zu können, wird der oder jeder Emitter mit unterschiedlichen Leistungen betrieben. Ein höhere Lichtstärke der ausgesandten optischen Strahlen führt zu einem höheren Lichtstrom und damit zu einer höheren Beleuchtungsstärke der empfangenen Strahlen, die von dem Detektor dann ausgewertet werden (vgl. Kuchling, Horst, Taschenbuch der Physik, 11. Aufl., Verlag Harm Deutsch, 1988, S. 385 bis 394). Mit optischen Strahlen mit einer hohen Lichtstärke können kleinere Veränderungen des Empfangssignals auf Grund von Feuchtigkeitstropfen auf der Scheibe besonders gut detektiert werden. Mit optischen Strahlen mit niedriger Lichtstärke können dagegen langsame Veränderungen des Empfangssignals auf Grund von Schmutzpartikeln auf der Scheibe besonders gut detektiert werden. Der erfindungsgemäße Sensor ermöglicht somit eine besonders zuverlässige Detektion und Unterscheidung von Feuchtigkeitstropfen und Schmutzpartikeln auf der Scheibe.

Bei dem erfindungsgemäßen Sensor ist darüber hinaus die zur Digitalisierung des Empfangssignals notwendige Auflösung und Dynamik deutlich reduziert, da die Nutzanteile in dem Empfangssignal, d. h. die Veränderungen des Empfangssignals auf Grund von Feuchtigkeitstropfen und/oder von Schmutzpartikeln auf der Scheibe, im Verhältnis zu dem Offset des Empfangssignals deutlich stärker sind.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass der oder jeder Emitter abwechselnd optische Strahlen mit einer hohen und einer niedrigen Lichtstärke aussendet. Dadurch kann eine ausreichend zuverlässige Detektion und Unterscheidung von Feuchtigkeitstropfen und/oder Schmutzpartikeln auf der Scheibe erzielt werden und der zusätzliche Schaltungsaufwand für den erfindungsgemäßen Sensor hält sich in Grenzen.

Die optischen Strahlen mit einer hohen Lichtstärke und die optischen Strahlen mit einer niedrigen Lichtstärke müssen nicht jeweils gleich lang ausgesendet werden. Vielmehr kann bei der Zeitdauer, für die optische Strahlen mit einer hohen bzw. mit einer niedrigen Lichtstärke ausgesendet werden, der Tatsache Rechnung getragen werden, dass sich Feuchtigkeitstropfen auf einer Scheibe relativ schnell niederschlagen und nur für einen relativ kurzen Zeitraum detektierbar sind, wohingegen sich Schmutzpartikel in der Regel über einen längeren Zeitraum hinweg langsam auf der Scheibe niederschlagen. Deshalb wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, dass der oder jeder Emitter mindestens 90% der gesamten Sendezeit optische Strahlen mit einer hohen Lichtstärke aussendet. Während der verbleibenden 10% der Sendezeit werden dann optische Strahlen mit einer niedrigen Lichtstärke ausgesendet. In Praxistests hat sich gezeigt, dass sich besonders gute Detektions- und Unterscheidungsergebnisse erzielen lassen, wenn optische Strahlen mit einer hohen Lichtstärke für etwa 950 ms (95% der Sendezeit) und anschließend optische Strahlen mit einer niedrigen Lichtstärke für 50 ms ausgesendet werden.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Sensor zwei Emitter aufweist, wobei der eine Emitter derart angeordnet ist, dass ein von Feuchtigkeitstropfen und/oder von Schmutzpartikeln reflektierter Teil der Strahlen überwiegend vorwärtsstreuend auf den oder jeden Detektor trifft, und der andere Emitter derart angeordnet ist, dass ein von Feuchtigkeitstropfen und/oder von Schmutzpartikeln reflektierter Teil der Strahlen überwiegend rückwärtsstreuend auf den oder jeden Detektor trifft. Schnell auftretende und wieder verschwindende Veränderungen des Empfangssignals (z. B. aufgrund von Feuchtigkeitstropfen auf der Scheibe) lassen sich besonders gut mit der Vorwärtsstreuung beobachten und bewerten. Langsame Veränderungen des Empfangssignals (z. B. aufgrund von Schmutzpartikeln auf der Scheibe) können dagegen besonders gut mit einer Kombination der Rückwärts- und der Vorwärtsstreuung beobachtet und bewertet werden.

Der Sensor weist vorteilhafterweise einen Detektor auf. Wenn der Sensor mehr als einen Emitter aufweist, empfängt dieser Detektor die von allen Emittern ausgesandten und an den Feuchtigkeitstropfen und/oder den Schmutzpartikeln reflektierten optischen Strahlen. Dazu ist es erforderlich, dass die von den einzelnen Emittern ausgesandten Strahlen identifizierbar sind. Es ist denkbar, dass die einzelnen Emitter optische Strahlen zeitlich versetzt zueinander aussenden. Alternativ oder zusätzlich können auch die Eigenschaften der von den einzelnen Emittern ausgesandten optischen Strahlen unterschiedlich moduliert werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Emitter um eine Normale der Scheibe um 180° relativ zueinander verdreht angeordnet sind und der Detektor um die Normale der Scheibe um <45° relativ zu dem überwiegend rückwärtsstreuend empfangenden Emitter verdreht angeordnet ist, wobei die Emitter und der Detektor auf denselben Messbereich ausgerichtet sind. Die Emitter und der Detektor müssen so angeordnet sein, dass von den Emittern ausgesandte optische Strahlen weder von der Außenseite noch von der Innenseite der Scheibe ordentlich, d. h. nicht an Feuchtigkeitstropfen und/oder Schmutzpartikeln, auf den Detektor reflektiert werden. Außerdem sollten auch keine ordentlich reflektierten Strahlen auf Flächen fallen, in innerhalb des Messbereichs des Sensors liegen und von dem Detektor beobachtet werden.

Vorteilhafterweise ist der Detektor um die Normale der Scheibe um 40° relativ zu dem überwiegend rückwärtsstreuend empfangenden Emitter verdreht angeordnet. Dadurch lassen sich besonders gute Detektions- und Unterscheidungseigenschaften des Sensors erzielen.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Emitter und der Detektor in einem Winkel von <45° relativ zu der Normalen der Scheibe geneigt angeordnet sind. Vorteilhafterweise sind die Emitter und der Detektor in einem Winkel von 70° relativ zu der Normalen der Scheibe angeordnet. Mit einem derart ausgebildeten Sensor lassen sich besonders gute Detektions- und Unterscheidungsergebnisse erzielen.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Emitter optische Strahlen unterschiedlicher Wellenlängen aussenden, wobei die Auswertemittel dem Empfangssignal die Wellenlängen der ausgesandten optischen Strahlen zuordnen und beim Auswerten des Empfangssignals berücksichtigen. Bei optischen Strahlen in einem für das menschliche Auge sehbaren Wellenlängenbereich unterscheiden sich die optischen Strahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen durch ihre unterschiedliche Farbe voneinander. Beim Einsatz eines Detektors zum Empfangen der von allen Emittern ausgesandten und an Feuchtigkeitstropfen und/oder Schmutzpartikeln reflektierten optischen Strahlen, können die empfangenen Strahlen im Rahmen der Auswertung des Empfangssignals den einzelnen Emittern zugeordnet werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass dem oder jedem Emitter erste optische Bauelemente zur Beeinflussung des Strahlengangs der ausgesandten optischen Strahlen und dem oder jedem Detektor zweite optische Bauelemente zur Beeinflussung des Strahlengangs der reflektierten Strahlen zugeordnet sind. Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensors erlaubt es, die Emitter und Detektoren frei in dem Sensor anzuordnen. Mit Hilfe der optischen Bauelemente können die optischen Strahlen von den Emittern an geeigneten Stellen zum Auskoppeln der Strahlen bzw. die reflektierten optischen Strahlen von geeigneten Stellen zum Einkoppeln der Strahlen zu den Detektoren geleitet werden.

Vorteilhafterweise parallelisieren die ersten optischen Bauelemente die ausgesandten optischen Strahlen. Die von den Emittern ausgesandten divergierenden Strahlen werden beim Eintritt in das erste optische Bauelement parallel gerichtet. Vorteilhafterweise bündeln die zweiten optischen Bauelemente die empfangenen Strahlen auf den oder jeden Detektor. Die von dem zweiten optischen Bauelement empfangenen optischen Strahlen werden beim Austritt aus dem zweiten optischen Bauelement auf den Detektor, insbesondere auf seine lichtsensitive Fläche, gebündelt.

Die optischen Bauelemente sind vorzugsweise als Lichtleiter ausgebildet. Die Einkoppelfläche des ersten Lichtleiters und die Auskoppelfläche des zweiten Lichtleiters ist vorzugsweise asphärisch ausgebildet.

Gemäß noch einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Sensor mit einer Auflagefläche auf der Innenseite der Scheibe aufliegt, wobei die Auflagefläche einen vorstehenden Rand aus einem elastisch nachgiebigen Material aufweist und der Sensor gegen die Scheibe gedrückt ist. Vorteilhafterweise wird der Sensor mittels eines Federelements gegen die Scheibe gedrückt. Der Sensor ist bspw. in einem Heckscheibenwischer-Motormodul oder in einer dritten Bremsleuchte integriert. Das Federelement kann sich an dem Motormodul oder dem Gehäuse der dritten Bremsleuchte abstützen und den Sensor so gegen die Innenseite der Scheibe drücken. Mit Hilfe des elastischen Randes auf der Auflagefläche des Sensors können Unebenheiten der Innenseite der Scheibe ausgeglichen und eine vollflächige Auflage des Sensors auf der Scheibe gewährleistet werden. Der Messraum des Sensors, der im Inneren des elastischen Randes zwischen dem Sensor und der Innenseite der Scheibe liegt, kann so sicher vor Staub und Feuchtigkeit geschützt werden.

Vorteilhafterweise weist der Sensor eine verwinkelte Öffnung auf, die den von der Auflagefläche des Sensors, von der Innenseite der Scheibe und von dem elastischen Rand begrenzten Messraum mit der Umgebung des Sensors verbindet. Über diese Öffnung kann der Messraum belüftet werden, ohne dass Feuchtigkeit oder Staub eindringen kann.

Schließlich wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, dass der oder jeder Emitter als eine Lumineszenzdiode (LED) ausgebildet ist. Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der oder jeder Detektor als eine Fotodiode ausgebildet ist. Beim Einsatz einer Fotodiode ist das Empfangssignal als ein Fotostrom ausgebildet.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Sensor zur Detektion von Feuchtigkeitstropfen und/oder Schmutzpartikeln gemäß einer bevorzugten Ausführungsform im Schnitt; und

Fig. 2 den Sensor aus Fig. 1 in einer Ansicht von unten.

In Fig. 1 ist ein Sensor zur Detektion von Feuchtigkeitstropfen und/oder Schmutzpartikeln auf einer Scheibe in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Die Scheibe ist als eine Heckscheibe 2 eines Kraftfahrzeugs ausgebildet. Der Sensor 1 liegt mit einer Auflagefläche auf der Innenseite der Scheibe 2 in dem Wischbereich eines Scheibenwischers (nicht dargestellt) auf. Die Auflagefläche weist einen vorstehenden Rand 6 aus einem elastisch nachgiebigen Material auf. Der Sensor 1 wird mit Hilfe eines Federelements (nicht dargestellt) gegen die Scheibe gedrückt. Der Sensor 1 ist bspw. in eine dritte Bremsleuchte oder in ein Heckscheibenwischer-Motormodul integriert. Das Federelement kann sich an dem Gehäuse der Bremsleuchte oder an dem Motormodul abstützen.

Der Sensor 1 weist zwei Emitter 3a, 3b zum Aussenden optischer Strahlen 4 auf die Heckscheibe 2 auf. Die Emitter 3a, 3b sind als Lumineszenzdioden (LEDs) ausgebildet. Die optischen Strahlen 4 werden in ein erstes optisches Bauelement 15 eingekoppelt. Eine Einkoppelfläche 16 des ersten Bauelements 15 ist asphärisch ausgebildet. Dadurch werden die divergierenden Strahlen 4 beim Eintritt in das erste optische Bauelement 15 parallel gerichtet. Die aus dem ersten optischen Bauelement 15 austretenden Strahlen 4 durchqueren zunächst eine Luftstrecke 5, treffen auf die Innenseite der Heckscheibe 2 und durchqueren diese. Wenn sich keine Feuchtigkeitstropfen und/oder Schmutzpartikel auf der Scheibe 2 befinden, treten die Strahlen 4 auf der Außenseite der Heckscheibe 2 wieder aus dieser aus.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel befinden sich jedoch Feuchtigkeitstropfen 7 und/oder Schmutzpartikel 8 auf der Außenseite der Heckscheibe 2. Zumindest ein Teil 9 der von den Emittern 3a, 3b ausgesandten optischen Strahlen 4 wird an den Feuchtigkeitstropfen 7 und/oder den Schmutzpartikeln 8 reflektiert bzw. gestreut. Die reflektierten Strahlen 9 werden zunächst in ein zweites optische Bauelement 17 eingekoppelt und dann aus diesem auf einen Detektor 10 des Sensors 1 ausgekoppelt. Der Detektor 10 ist als eine Fotodiode ausgebildet. Eine Auskoppelfläche 18 des zweiten Bauelements 17 ist asphärisch ausgebildet. Dadurch werden die Strahlen 9 beim Austritt aus dem zweiten optischen Bauelement 17 auf eine fotosensitive Fläche des Detektors 10 gebündelt. Die optischen Bauelemente 15, 17 sind vorzugsweise als Lichtleiter ausgebildet.

Die von den Emittern 3a, 3b ausgesandten Strahlen 4 werden in einem Winkel von 70° zu der Normalen 19 der Scheibe 2 aus dem ersten optischen Bauelement 15 ausgekoppelt. Ebenso werden die von den Feuchtigkeitstropfen 7 und/oder Schmutzpartikel 8 reflektierten Strahlen 9 in einem Winkel von 70° zu der Normalen 19 der Scheibe 2 in das zweite optische Bauelement 17 eingekoppelt. Die beiden Emitter 3a, 3b sind gegenüberliegend angeordnet (vgl. Fig. 2). Der eine Emitter 3a ist derart angeordnet, dass die von den Feuchtigkeitstropfen 7 und/oder den Schmutzpartikeln 8 reflektierten Strahlen 9 überwiegend vorwärtsstreuend auf den Detektor 10 treffen. Der andere Emitter 3b ist derart angeordnet, dass die von den Feuchtigkeitstropfen 7 und/oder den Schmutzpartikeln 8 reflektierten Strahlen 9 überwiegend rückwärtsstreuend auf den Detektor 10 treffen. Der Detektor 10 ist um die Normale 19 der Scheibe 2 um 40° zu dem überwiegend rückwärtsstreuend empfangenden Emitter 3b verdreht angeordnet.

Der Detektor 10 generiert ein Empfangssignal, das abhängig ist von der Menge und der Lichtstärke der empfangenen Strahlen 9. Das Empfangssignal ist als ein Fotostrom ausgebildet. In Auswertemitteln (nicht dargestellt) des Sensors 1 wird der zeitliche Verlauf und die Amplitude des Empfangssignals ausgewertet. Der Sensor 1 kann Regen, Schnee, Staub, Insekten u. a. auf der Heckscheibe 2 detektieren und voneinander unterscheiden.

In Abhängigkeit von der Art des detektierten Niederschlags 7, 8 auf der Heckscheibe 2 werden geeignete Maßnahmen zur Beseitigung des Niederschlags 7, 8 eingeleitet. Zur Beseitigung von Feuchtigkeitstropfen 7 kann ein Scheibenwischer aktiviert werden, zur Beseitigung von Schmutzpartikel 8 kann zusätzlich noch die Scheibenwaschanlage aktiviert werden.

Um eine Digitalisierung des Empfangssignals des Sensors 1 mit einer ausreichend hohen Auflösung und Dynamik zu ermöglichen, ohne dadurch die Fertigungskosten für den Sensor 1 zu erhöhen, senden die Emitter 3a, 3b zeitlich aufeinanderfolgend mit unterschiedlichen Leistungen beaufschlagt, so dass sie optische Strahlen 4 mit unterschiedlichen Lichtstärken aussenden. Die Auswertemittel ordnen dem Empfangssignal die Lichtstärken der ausgesandten optischen Strahlen 4 zu. Beim Auswerten des Empfangssignals werden die wechselnden Lichtstärken der optischen Strahlen 4 berücksichtigt. Die Emitter 3a, 3b senden abwechselnd zunächst für eine Zeitdauer von etwa 950 ms optische Strahlen 4 mit einer hohen Lichtstärke aus und dann für eine Zeitdauer von etwa 50 ms optische Strahlen 4 mit einer niedrigen Lichtstärke aus. Damit wird der Tatsache Rechnung getragen, dass sich Feuchtigkeitstropfen 7 auf einer Scheibe 2 relativ schnell niederschlagen, wohingegen sich Schmutzpartikel 8 in der Regel über einen längeren Zeitraum hinweg langsam auf der Scheibe 2 niederschlagen.

Mit Hilfe optischer Strahlen 4 mit einer hohen Lichtstärke können kleine aber schnelle Veränderungen des Empfangssignals auf Grund von Feuchtigkeitstropfen 7 auf der Scheibe 2 besonders gut detektiert werden. Mit optischen Strahlen 4 mit einer niedrigen Lichtstärke können dagegen langsame Veränderungen des Empfangssignals auf Grund von Schmutzpartikeln 8 auf der Scheibe 2 besonders gut detektiert werden.

Es ist auch daran gedacht, dass die Emitter 3a, 3b optische Strahlen 4 unterschiedlicher Wellenlängen aussenden. Die Auswertemittel ordnen dem Empfangssignal des Detektors 10 die Wellenlängen der ausgesandten optischen Strahlen 4 zu und berücksichtigen die Wellenlängen beim Auswerten des Empfangssignals. Aufgrund der unterschiedlichen Wellenlängen der Strahlen 4 können die empfangenen Strahlen 9 im Rahmen der Auswertung des Empfangssignals den einzelnen Emittern 3a; 3b zugeordnet werden.

Bei dem Sensor 1 ist die zur Digitalisierung des Empfangssignals notwendige Auflösung und Dynamik entscheidend reduziert, da die Nutzanteile in dem Empfangssignal, d. h. die Veränderungen des Empfangssignals auf Grund von Niederschlag 7, 8 auf der Scheibe 2, im Verhältnis zu dem Offset des Empfangssignals deutlich verstärkt sind. Das ermöglicht den Einsatz herkömmlicher A/D-Wandler mit einer relativ geringen Auflösung und Dynamik zur Digitalisierung des Empfangssignals in den Auswertemitteln des Sensors 1 ohne Einbußen bei den Detektions- und Unterscheidungseigenschaften des Sensors 1.

Claims (20)

1. Sensor (1) zur Detektion von Feuchtigkeitstropfen (7) und/oder Schmutzpartikeln (8) auf einer Scheibe (2), insbesondere auf einer Heckscheibe eines Kraftfahrzeugs, mit mindestens einem Emitter (3a, 3b) zum Aussenden optischer Strahlen (4) auf die Scheibe (2), mindestens einem Detektor (10) zum Empfangen zumindest eines Teils der von Feuchtigkeitstropfen (7) und/oder von Schmutzpartikeln (8) reflektierten Strahlen (9) und zur Generierung eines Empfangssignals (11) in Abhängigkeit von den empfangenen Strahlen (9) und mit Auswertemitteln zum Auswerten des Empfangssignals (11), dadurch gekennzeichnet, dass der oder jeder Emitter (3a, 3b) zeitlich aufeinanderfolgend optische Strahlen (4) mit unterschiedlichen Lichtstärken aussendet, wobei die Auswertemittel dem Empfangssignal (11) die Lichtstärken der ausgesandten optischen Strahlen (4) zuordnen und beim Auswerten des Empfangssignals (11) berücksichtigen.

2. Sensor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der oder jeder Emitter (3a, 3b) abwechselnd optische Strahlen (4) mit einer hohen und einer niedrigen Lichtstärke aussendet.

3. Sensor (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der oder jeder Emitter (3a, 3b) mindestens 90% der gesamten Sendezeit optische Strahlen (4) mit einer hohen Lichtstärke aussendet.

4. Sensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1) zwei Emitter (3a, 3b) aufweist, wobei der eine Emitter (3a) derart angeordnet ist, dass ein von Feuchtigkeitstropfen (7) und/oder von Schmutzpartikeln (8) reflektierter Teil (9) der Strahlen überwiegend vorwärtsstreuend auf den oder jeden Detektor (10) trifft, und der andere Emitter (3b) derart angeordnet ist, dass ein von Feuchtigkeitstropfen (7) und/oder von Schmutzpartikeln (8) reflektierter Teil der Strahlen (9) überwiegend rückwärtsstreuend auf den oder jeden Detektor (10) trifft.

5. Sensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1) einen Detektor (10) aufweist.

6. Sensor (1) nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Emitter (3a, 3b) um eine Normale der Scheibe (2) um 180° relativ zueinander verdreht angeordnet sind und der Detektor (10) um die Normale der Scheibe (2) um <45° relativ zu dem überwiegend rückwärtsstreuend empfangenden Emitter (3b) verdreht angeordnet ist, wobei die Emitter (3a, 3b) und der Detektor (10) auf denselben Meßbereich ausgerichtet sind.

7. Sensor (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (10) um die Normale der Scheibe (2) um 40° relativ zu dem überwiegend rückwärtsstreuend empfangenden Emitter (3b) verdreht angeordnet ist

8. Sensor (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Emitter (3a, 3b) und der Detektor (10) in einem Winkel von <45° relativ zu der Normalen der Scheibe (2) geneigt angeordnet sind.

9. Sensor (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Emitter (3a, 3b) und der Detektor (10) in einem Winkel von 70° relativ zu der Normalen der Scheibe (2) geneigt angeordnet sind.

10. Sensor (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Emitter (3a, 3b) optische Strahlen unterschiedlicher Wellenlängen aussenden, wobei die Auswertemittel dem Empfangssignal (11) die Wellenlängen der ausgesandten optischen Strahlen (4) zuordnen und beim Auswerten des Empfangssignals (11) berücksichtigen.

11. Sensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass dem oder jedem Emitter (3a, 3b) erste optische Bauelemente (15) zur Beeinflussung des Strahlengangs der ausgesandten optischen Strahlen (4) und dem oder jedem Detektor (10) zweite optische Bauelemente (17) zur Beeinflussung des Strahlengangs der reflektierten Strahlen (9) zugeordnet sind.

12. Sensor (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten optischen Bauelemente (15) die ausgesandten optischen Strahlen (4) parallelisieren.

13. Sensor (1) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten optischen Bauelemente (17) die empfangenen Strahlen (9) auf den oder jeden Detektor (10) bündeln.

14. Sensor (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Bauelemente (15, 17) als Lichtleiter ausgebildet sind.

15. Sensor (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Einkoppelfläche (16) des ersten Lichtleiters (15) und die Auskoppelfläche (18) des zweiten Lichtleiters (17) asphärisch ausgebildet ist.

16. Sensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1) mit einer Auflagefläche auf der Innenseite der Scheibe (2) aufliegt, wobei die Auflagefläche einen vorstehenden Rand (6) aus einem elastisch nachgiebigen Material aufweist und der Sensor (1) gegen die Scheibe (2) gedrückt ist.

17. Sensor (1) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1) mittels eines Federelements gegen die Scheibe (2) gedrückt ist.

18. Sensor (1) nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1) eine verwinkelte Öffnung aufweist, die den von der Auflagefläche des Sensors (1), von der Innenseite der Scheibe (2) und von dem elastischen Rand (6) begrenzten Messraum mit der Umgebung des Sensors (1) verbindet.

19. Sensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der oder jeder Emitter (3) als eine Lumineszenzdiode (LED) ausgebildet ist.

20. Sensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der oder jeder Detektor (10) als eine Fotodiode ausgebildet ist.