DE4017063C2

DE4017063C2 - Vorrichtung zum optischen Erfassen von Fremdkörpern oder eines Belags auf der Oberfläche einer optisch transparenten Scheibe

Info

Publication number: DE4017063C2
Application number: DE19904017063
Authority: DE
Inventors: Peter Nolting
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1990-05-26
Filing date: 1990-05-26
Publication date: 1999-10-28
Anticipated expiration: 2010-05-27
Also published as: DE4017063A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum optischen Erfassen von Fremdkörpern auf der Oberfläche einer optisch transparenten Scheibe nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei einer bekannten Vorrichtung ist der optisch-elektrische Sensor, der den Strahlungs sender und den Strahlungsempfänger aufweist, mit Hilfe einer durch gehend optisch hochtransparenten Folie auf einer Scheibe befestigt. Mit dieser optischen Ankopplung des Sensors an die Scheibe wird so wohl die optische Ankopplung als auch andererseits die Befestigung an der Scheibe bewirkt. Diese Folien sind aber im allgemeinen relativ weich, so daß durch seitlichen Druck auf den Sensor die Folie ver schert werden kann. Dadurch kann sich der Sensor im Extremfall von der Scheibe lösen, ferner kann durch die Verscherung der Folie auch der Strahlengang in der Folie verändert werden, so daß Fehlmessungen auftreten können.

Ferner ist es aus der nachveröffentlichten DE 40 06 420 A1 be kannt, in einer Klebefolie Aussparungen auszubilden, in denen Stücke aus optisch hochtransparentem Material eingesetzt sind bzw. die als Meßstrecke dienen. Diese Vorrichtung ist aber noch relativ aufwen dig aufgebaut.

In der EP 0 299 606 A1 ist ein Sensor dargestellt, der in einem Träger optische Fenster aufweist, in denen auf der einen Seite der Sender und der Empfänger angeordnet ist. Auf dem Träger ist ein Aufsatz angeordnet, der aus klebendem Material besteht und zur Befestigung des Sensors an der Innenseite einer Windschutzscheibe dient.

Auch in der US-PS 4,620,141 wird ein Träger eines Regensensors auf der Innenseite einer Windschutzscheibe angeklebt. Um eine einheitliche Dicke der Windschutzscheibe zu gewährleisten kann zwischen dem Träger und der Windschutzscheibe eine durchsichtige Schicht angeordnet sein.

Vorteile der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine relativ sichere Befestigung der Vorrichtung an der Scheibe zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Haupt anspruches gelöst.

Durch Evakuieren wird der Einschluß von Luftblasen in der Grenz fläche zwischen der Scheibe und den optischen Koppelelementen unter bunden, wodurch Fehlmessungen vermieden werden. Ferner wird dabei gleichzeitig die erforderliche Anpreßkraft durch Verspannen oder auch durch zusätzliches Kleben erreicht. Auch auf unebenen Flächen kann die Vorrichtung angebracht werden. Insbesondere durch die un terschiedlichen Dicken des umlaufenden Aufsatzes und der auf den optischen Fenstern angebrachten Folien kann die erforderliche, Anpreßkraft eingestellt werden. Die Vorrichtung baut dadurch beson ders einfach und auch preisgünstig.

Durch die in den Unteransprüchen ausgeführten Maßnahmen ist eine vorteilhafte Weiterbildung und Verbesserung der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale möglich.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen darge stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen Schnitt durch die Vorrichtung und Fig. 2 eine Einzelheit in perspektivischer Darstellung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In der Fig. 1 ist mit 10 ein Sensor bezeichnet, der aus einer in einem Gehäuse 11 angeordneten Light emitting Diode (LED, strahlungs emittierende Diode) als Strahlungssensor 12 und einer Fotodiode, zum Beispiel eine Siliziumfotodiode als Empfänger 13 besteht. Das Gehäu se 11 weist eine Grundplatte 14 auf, mit der der Sensor 10 der In nenseite einer Scheibe 15 zugewandt ist, deren Außenseite auf Verunreinigungen, Regentropfen oder einen sonstigen Belag überwacht werden soll. Die Grundplatte 14 weist mehrere Ausnehmungen 17 auf, in die Stücke 18 aus optisch hochtransparentem Material eingesetzt sind, die als sogenannte optische Fenster dienen. Auf der Innenseite der Grundplatte 14, das heißt auf der der Scheibe 15 abgewandten Seite der Grundplatte 14 sind der Sender 12 und der Empfänger 13 jeweils auf einen der optischen Fenster angeordnet. Die Anzahl der verwendeten Sender und Empfänger braucht dabei nicht auf jeweils nur einen Sender 12 oder einen Empfänger 13 begrenzt zu sein. Sender 12 und Empfänger 13 sind jeweils unter dem gleichen Winkel zur Ober fläche der optischen Fenster angeordnet, so daß die optischen Achsen des Senders 12 und des Empfängers 13 leicht zueinander geneigt sind. Der Bereich zwischen den beiden optischen Fenstern 18, das heißt zwischen dem Sender 12 und dem Empfänger 13 dient dabei als Meß strecke 19 für den Sensor 10. Hierzu ist die Meßstrecke 19 auf der Trägerplatte 14 verspiegelt. Auf der der Scheibe 15 zugewandten Sei te der Trägerplatte 14 ist möglichst weit am Rand der Trägerplat te 14 in Form eines umlaufenden Aufsatzes ein Folienstreifen 20 aufgebracht. Dieser Folienstreifen 20 besteht aus elastischem Mate rial, der Dichtfunktionen aufweist. Ferner sind auf der der Schei be 15 zugewandten Seite der Trägerplatte 14 im Bereich der optischen Fenster 18 Folienstücke 21 aufgebracht, die aus optisch hochtranspa rentem Material bestehen und als optische Ankopplungselemente für den Sensor 12 und für den Empfänger 13 dienen. Die Folienstücke 21 bestehen auch aus elastischem Material, wobei aber das Material der Folienstreifen 20 elastischere Eigenschaften als das Material der Folienstücke 21 aufweisen sollte. Ferner ist die Bauhöhe der Folien streifen 20 höher als die Bauhöhe der Folienstücke 21. Die Folien stücke 21 sollten etwa dieselbe Größe wie die optischen Fenster 18 aufweisen. Sind sie größer, so sollten auf der jeweils der Meß strecke 19 zugewandten Seite die optischen Fenster 18 und die Fo lienstücke 21 fluchtend ausgebildet sein. Dies ist notwendig, um den Strahlengang nicht zu beeinflussen. In einer alternativen Ausgestal tung, kann auch auf den Folienstücken 21, auf der der Scheibe 15 zugewandten Oberfläche eine Klebeschicht aufgebracht sein. Im Be reich der nicht von Folie abgedeckten Flächen, ist in der Träger platte 14 mindestens eine Bohrung 24 ausgebildet, die als Teil eines Vakuumanschlusses 25 dient. Mit Hilfe dieses Vakuumanschlusses und einer daran angeschlossenen, nicht dargestellten Vakuumpumpe kann der Raum 26, der durch die Scheibe 15, den Folienstreifen 20 und der Grundplatte 14 gebildet wird, evakuiert werden. Als Materialien für den Folienstreifen 20 können zum Beispiel verwendet werden: Siliconkautschuk, Schaumstoffe mit geschlossenen Poren und glatten Oberflächen, Weichgummi oder Polyurethan, und als Material für die Folienstücke 21 haben sich bisher Silicone oder Polyurethane als vorteilhaft erwiesen.

Vor der Montage des Sensors 10 an der Scheibe 16 wird der Sensor 10 in allen seinen einzelnen Bauteilen zusammengesetzt. Dadurch kann er im fertig montierten Zustand an den Kunden geliefert werden. Der Sensor 10 wird zur Montage an der Scheibe 15 mit dem Folienstrei fen 20 an die Innenseite der Scheibe 15 angesetzt. Über den Vakuum anschluß 25, wird mit Hilfe einer Vakuumpumpe der Raum 26 evakuiert. Da der Folienstreifen 20 aus elastischem Material besteht, können auch eventuelle Unebenheiten an der Oberfläche der Scheibe 15 ausge glichen werden und somit eine einwandfreie Dichtfunktion des Folien streifens 20 gewährleistet werden. Durch das Evakuieren des Raums 26 legen sich auch die Folienstücke 21 an der Oberfläche der Scheibe 15 an. Nach der Evakuierung des Raums 26 kann der Vakuumanschluß 25 dicht verschlossen werden. Liegen die Folienstücke 21 an der Ober fläche der Scheibe 15 an, so wird durch die Evakuierung die erfor derliche Anpreßkraft auf die Folienstücke 21 ausgeübt. Der Sensor 10 ist dadurch fest an der Scheibe 15 befestigt. Die dauernde Anpreß kraft kann aber auch durch Aufbringen einer Klebeschicht auf den Folienstücken 21 oder durch eine äußere Arretierung erzielt werden. Es ist weiterhin möglich, die Oberfläche der Folienstücke 21 zu ver größern, um eine bessere Adhäsion zu erreichen.

Durch die Ausgestaltung der unterschiedlichen Bauhöhe des Folien streifens 20 und der Folienstücke 21 und durch eine Evakuierung des Raums 26 wird ein Einschluß von Luftblasen zwischen den Folien stücken und der Innenseite der Scheibe 15 unterbunden. Dies ermög licht eine weitgehende fehlerfreie Messung, da eventuelle Luftblasen als Schmutzteilchen detektiert würden.

Die vom Sender 12 emittierte Strahlung geht dabei so durch die opti schen Fenster 18 und die Folienstücke 21 hindurch, daß der Ein trittswinkel nahezu gleich dem Austrittswinkel ist. Die Strahlung wird an der Grenzfläche der Außenseite der Scheibe 15 (Schei be 15/Atmosphäre) in Form einer Totalreflexion reflektiert. Eben falls wird die Strahlung an der Grenzfläche der Innenseite der Scheibe 15, das heißt im Bereich der Meßstrecke 19 zwischen den optischen Fenstern 18, totalreflektiert. Im Bereich des Folien stücks 21, das heißt im Bereich des Empfängers 13, tritt die Strah lung wieder durch das Folienstück 21 und das optische Fenster 18 hindurch und in den Empfänger 13 ein. Abgesehen von geringen Verlu sten gelangt bei einer sauberen Oberfläche nahezu die gesamte an der Grenzfläche Scheibe/Atmosphäre reflektierte Strahlungsmenge in den Empfänger 13. Die vom Sender 12 ausgestrahlte Strahlung kann zum Beispiel im Bereich der Wellenlänge von 565 nm liegen. Die verwende te Wellenlänge ist aber vom Material der Scheibe 15 abhängig. Die oben angegebene Wellenlänge gilt zum Beispiel für grüne Verbundglas scheiben von Kraftfahrzeugen. Sollen hingegen andere getönte Schei ben von Kraftfahrzeugen oder die farbigen Heckleuchten bzw. die Scheinwerferleuchten von Kraftfahrzeugen überwacht werden, so ist die Wellenlänge darauf entsprechend einzustellen.

Befindet sich ein Belag, zum Beispiel ein Wassertropfen auf der vor deren Oberfläche der Scheibe 15, das heißt auf der dem Sensor 10 ab gewandten Außenseite der Scheibe 15, wo bewirkt diese eine Auskopp lung 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 hinaus gebrochen. Dadurch ergibt sich bei sauberer Scheibe ein sehr hohes, bei mit Regentropfen bedeckter Scheibe ein kleineres, deutlich un terscheidbares 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 27 können auch Zusatzfunktio nen gesteuert und überprüft werden. Die Auswerteschaltung 27 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 Aus werteschaltung auch eine Intervallschaltung für die Scheibenwischer gesteuert werden.

Die Vorrichtung kann für alle zu reinigenden Scheiben eines Fahr zeugs, insbesondere Kraftfahrzeugs verwendet werden. Sowohl die Vor der- als auch die Heckscheibe kann überwacht werden. Auch ist die Vorrichtung bei den Streuscheiben der Frontleuchten und bei den Streuscheiben der Heckleuchten und der Blinker verwendbar.

Claims

1. Vorrichtung zum optischen Erfassen von Fremdkörpern oder eines Belags auf der Oberfläche einer optisch transparenten Scheibe (15), mit wenigstens einem Strahlungssender (12) und wenigstens einem Strahlungsempfänger (13), wobei in einem Träger (14) optische Fenster (18) ausgebildet sind und sich im Bereich dieser Fenster (18) auf der einen Seite der oder die Sender (12) and der oder die Empfänger (13) befinden, und wobei auf dem Träger (14) ein die optischen Fenster (18) umgreifender Aufsatz (20) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der optischen Fenster (18) auf der anderen Seite optisch transparentes Material (21) aufgebracht ist, daß der Aufsatz (20) aus elastischem Material besteht, und daß im an der Scheibe (15) angebrachten Zustand des Aufsatzes (20) im von diesem begrenzten Raum (26) Vakuum herrscht, oder für den Montagevorgang erzeugt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Aufsatzes (20) elastischere Materialeigenschaften hat, als das Material (21) auf den optischen Fenstern (18).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material (21) auf den optischen Fenstern (18) Klebeeigenschaften aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufsatz (20) eine größere Bauhöhe aufweist als das Material (21) auf den optischen Fenstern (18).

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Träger (14) eine als Vakuumanschluß (25) dienende durchgehende Bohrung (24) ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (24) zwischen den optischen Fenstern (18) liegt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (15) die Streuscheibe eines Scheinwerfers eines Kraftfahrzeuges ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (15) eine Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeuges ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (15) die Streuscheibe eines Hecklichts des Fahrzeugs ist.