DE4318114C2 - Sensoreinrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung geht von einer gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches konzipierten, zur Erfassung des Benetzungsgrades einer transparenten Scheibe mit vorzugsweise tropfenförmig vorliegendem Niederschlag vorgesehenen Sensoreinrichtung aus.

Derartige Einrichtungen sind insbesondere dafür vorgesehen, um die auf der Front- oder der Heckscheibe eines Kraftfahrzeuges sich pro Zeiteinheit niederschlagende Feuchtigkeit in repräsentativer Form quantitativ und/oder qualitativ zu erfassen und in Abhängigkeit davon ein der Scheibe zugeordnetes Scheibenwischsystem automatisch zu beeinflussen.

Durch die DE 32 43 372 A1, die DE 33 14 770 C2, die DE 40 06 174 C1, die DE 40 06 420 A1, die DE 40 17 063 A1 und die DE 40 19 066 A1 sind Einrichtungen zum Steuern einer motorisch betriebenen Scheibenwischeinrichtung bekanntgeworden, wobei über, einen an der inneren Oberfläche einer transparenten Scheibe angebrachten Strahlenleitkörper von einem zugeordneten Strahlensender emittierte Strahlen in die transparente Scheibe eingekoppelt und nach zumindest einer Reflexion an der äußeren Oberfläche der Scheibe über den Strahlenleitkörper wieder ausgekoppelt und zu einem zugeordneten Strahlenempfänger geleitet werden.

Um die abzutastende Meßfläche im Hinblick auf die Erzielung eines repräsentativen Ergebnisses zu vergrößern, können mehrere Meßstrecken in nebeneinander angeordneten Abschnitten des vorzugsweise zu einer Blockeinheit zusammengefaßten, auf unterschiedliche Art und Weise z. B. mittels Klebemittel an der transparenten Scheibe befestigten Strahlenleitkörpers realisiert sein.

Bei einigen der heutzutage in Kraftfahrzeugen eingesetzten, mehrschichtig ausgeführten Scheiben ist eine sehr dünne und damit die Durchsicht kaum beeinträchtigende metallische Zwischenschicht integriert, die einerseits für eine durch Anlegen einer Spannung mögliche Beheizung der Scheibe und andererseits als Wärmedämmung gegen von außen auf das Kraftfahrzeug einwirkende Infrarot-Strahlen vorgesehen ist. Ein solcher Aufbau einer Scheibe bringt das Problem mit sich, daß die von dem Strahlensender emittierten Strahlen ebenfalls an dieser Zwischenschicht in einem nicht unbeträchtlichen Umfang reflektiert werden und damit nicht für die Messung zur Verfügung stehen. Darüber hinaus vagabundieren diese Strahlen als Störstrahlung im Strahlenleitkörper und können damit das vom Strahlenempfänger gelieferte Signal negativ beeinflussen. Im übrigen ist festzustellen, daß die Störstrahlung sich in Abhängigkeit von den bei unterschiedlichen Temperaturen verschiedenen Wellenlängen der vom Strahlensender emittierten Strahlen verändert.

Aus diesem Grunde liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Sensoreinrichtung der eingangs erwähnten Art derart weiterzubilden, daß die durch eine in der Scheibe befindliche sehr dünne Zwischenschicht hervorgerufene Störstrahlung zumindest keinen nennenswerten Einfluß auf das zur Steuerung des Scheibenwischsystems herangezogenen Signal nehmen kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhaft bei einer derartigen Ausbildung ist, daß durch die Messung des reinen Störstrahlenanteils und eine Messung des Stör- und Nutzstrahlenanteils eine Beziehung zwischen diesen Größen herstellbar ist, die - falls erforderlich - zum Abgleich von Fertigungsstreuungen der Scheibe - wie z. B. der Scheibendichte oder der Schichteigenschaften - herangezogen werden kann.

Es ist zwar durch die US-PS 4,960,996 eine optoelektronische Sensoreinrichtung bekanntgeworden, bei der die von einem Strahlensender abgegebenen Strahlen zwecks Generierung eines ein Scheibenwischsystem beeinflussenden Steuersignals in ein in die Scheibe eintretendes Strahlenquantum und ein direkt an der inneren Oberfläche der Scheibe reflektiertes Strahlenquantum aufgeteilt werden. Dabei wird das in die Scheibe eintretende Strahlenquantum an der äußeren Oberfläche der Scheibe in Abhängigkeit des auf der Scheibe befindlichen Niederschlags mehr oder minder reflektiert und einem (Meß-) Strahlenempfänger über einen Kollimator und ein Filter zugeführt, während das direkt reflektierte Strahlenquantum über einen weiteren Kollimator und ein weiteres Filter einem (Referenz-) Strahlenempfänger zugeleitet wird.

Von dem auf die äußere Oberfläche der Scheibe auftreffenden Umgebungslicht werden beide Strahlenempfänger gleichmäßig beaufschlagt und zwar, weil diese gleich ausgerichtet und auch in gleicher Relation zur Scheibe angeordnet sind. Somit wird der Einfluß des Umgebungslichtes auf die Meßstrecke in einfacher Art und Weise mehr oder minder kompensiert.

Die von den beiden Strahlenempfängern gelieferten, jeweils in einer Schaltstufe aufbereiteten Signale werden dann in einem den beiden Schaltstufen zugeordneten Komparator verglichen, der bei Überschreitung eines an einem der Schaltstufe zugehörigen Einstellorgan einstellbaren Schwellwertes ein Signal zur Auslösung eines Wischzyklusses abgibt.

Sollte eine solche Sensoreinrichtung einer mit einer metallischen Zwischenschicht versehenen Scheibe zugeordnet werden, so würde aus dem an der metallischen Zwischenschicht reflektierten Strahlenquantum lediglich ein für einen Vergleich und damit für die Auslösung eines Wischzyklusses bestimmtes Referenzsignal gebildet und kein Korrektursignal erzeugt, welches das von dem einen (primären) (Meß-) Strahlenempfänger gelieferte Signal beeinflußt.

Auch bei einer Übertragung der aus der vorgenannten Druckschrift hervorgehenden Einzelheiten auf den Gegenstand nach der eingangs erwähnten DE 33 14 770 C2 und bei Zuordnung des so modifizierten Gegenstandes zu einer mit einer aus einer sehr dünnen Metallfolie bestehenden Zwischenschicht versehenen Scheibe würden sich keine für ein Korrektursignal relevanten Verhältnisse ergeben.

Im einzelnen bedeutet dies, daß die von dem Strahlensender ausgehenden Strahlen einerseits teilweise an der von der Zwischenschicht gebildeten Grenzfläche reflektiert und damit als nicht der Messung dienende Störstrahlen dem einen (Referenz-) Strahlenempfänger zugeleitet würden. Andererseits würden die von dem Strahlensender ausgehenden Strahlen durch die Zwischenschicht hindurchtreten und in Abhängigkeit des auf der Scheibe befindlichen Niederschlags an der äußeren Oberfläche der Scheibe reflektiert und damit als der Messung dienende Nutzstrahlen dem anderen (Meß-) Strahlenempfänger zugeführt. Mit einer solchen Konfiguration läßt sich aber keine Kompensation der von dem Strahlensender ausgehenden Störstrahlen erreichen. Diese ist aber auch nicht erforderlich, weil der (Meß-) Strahlenempfänger nur mit Nutzstrahlen beaufschlagt wäre.

In der Konsequenz bedeutet dies, daß die durch die US-PS 4,960,996 vorbekannte Sensoreinrichtung nur im Zusammenhang mit von außen einfallender Störstrahlung Sinn macht, welche dann nach der dort angebenen Methode erfaßt und kompensiert wird.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben und werden anhand von zwei in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Dabei zeigen

Fig. 1 den Strahlenleitkörper von einer an der Scheibe befestigten Sensoreinrichtung in Ansicht

Fig. 2 den Strahlenleitkörper nach Fig. 1 in Seitenansicht

Fig. 3 einen anderen Strahlenleitkörper von einer an eine Scheibe befestigten Sensoreinrichtung in Ansicht

Fig. 4 den Strahlenleitkörper nach Fig. 3 in Seitenansicht.

In den Figuren sind entsprechende Bauteile mit gleichen Positionsangaben versehen.

Wie aus der Zeichnung hervorgeht, besteht eine zur Erfassung des Benetzungsgrades einer vorzugsweise im wesentlichen aus Glas bestehenden Scheibe 1 mit insbesondere tropfenförmigem Niederschlag vorgesehene Sensoreinrichtung insbesondere aus einem einerseits zwei der Einfachheit halber nur angedeuteten Strahlensendern 3', 3'' und andererseits zwei ebenfalls der Einfachheit halber nur angedeuteten primären Strahlenempfängern 4', 4'' gebildeten Strahlenleitkörper 2, der mittels optischem Kleber auf der nicht dem Niederschlag ausgesetzten inneren Oberfläche 1' der Scheibe 1 befestigt ist. Bei der Scheibe 1 handelt es sich insbesondere um die Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeuges, an der die in einem der Einfachheit halber nicht dargestellten Gehäuse angeordnete Sensoreinrichtung an exponierter, d. h. die Sicht nicht beeinträchtigender, jedoch für die Erfassung des auf der äußeren Oberfläche 1'' vorhandenen Niederschlags prädestinierter Stelle der inneren Oberfläche 1' angeordnet ist. Die Scheibe 1 ist - wie heutzutage aus Sicherheitsgründen üblich - als eine aus den Schichten 1a und 1b, sowie einer dazwischen befindlichen Folie 1c bestehende Verbundscheibe ausgeführt. Um bei einer solchen Scheibe einerseits eine Dämpfung gegen von außen auf die Scheibe auftreffende Infrarot-Strahlen zu realisieren und, um andererseits eine Heizung der Scheibe zu ermöglichen, wird in die Scheibe 1 eine sehr dünne metallische Zwischenschicht 1d im Bereich der Folie 1c eingebracht.

Der aus den Abschnitten 2a, 2b bestehende Strahlenleitkörper 2 weist zwei mechanisch miteinander verbundene, optisch voneinander getrennte Basisteile 2a', 2a'' auf, an deren jeweils sich gegenüberliegenden primären Strahlenfenstern 2b', 2b'' und 2c', 2c'' jeweils eine Strahlenlinse 2b*, 2b** und 2c*, 2c** mit ihrer eben ausgebildeten Basisfläche angeordnet ist. Die gleich groß ausgeführten Strahlenfenster 2b', 2b'' und 2c', 2c'' sind hierbei so an den Basisteilen 2a', 2a'' angeordnet, daß die Mittellinien der Strahlenlinsen 2b*, 2b** und 2c*, 2c** um einen Winkel von etwa 90 Grad gegeneinander versetzt sind. Die Strahlenlinsen können dabei mit ihren Basisflächen entweder an den Strahlenfenstern z. B. unter Zuhilfenahme von jeweils einem Zentrierstift und optischem Kleber befestigt oder direkt an den Basisteilen einstückig angeformt sein.

Im jeweils mittleren Bereich der beiden Basisteile 2a', 2a'' d. h. zwischen den primären Strahlenfenstern 2b' und ''c' bzw. 2b''' und ''c'' ist nunmehr jeweils ein sekundäres Strahlenaustrittsfenster 2d', 2d'' vorhanden, denen zumindest ein sekundärer Strahlenempfänger 5' (5''), 6 zugeordnet ist. Die sekundären Strahlenaustrittsfenster 2d', 2d'' sind parallel zu und direkt neben den primären Strahlenaustrittsfenstern 2c', 2c'' angeordnet, wobei diese Fenster sich jedoch aus Platzgründen in unterschiedlichen Ebenen befinden.

Gemäß den Fig. 1 und 2 weisen die beiden sekundären Strahlenaustrittsfenster 2d', 2d'' eine der Breitausdehnung der Strahlen in der jeweilige Meßstrecke entsprechende Breite und eine vom Abstand der metallischen Zwischenschicht 1d zu inneren Oberfläche 1' der Scheibe 1 abhängige Höhe auf und sind jeweils mit einer als entsprechend ausgebildeter Abschnitt einer asphärischen Linsenkonfiguration ausgeführten zusätzlichen Strahlenlinse 2d*, 2d** versehen. Den sekundären Strahlenaustrittsfensters 2d', 2d'' bzw. den zugehörigen Strahlenlinsen 2d*, 2d** ist dann noch jeweils ein sekundärer Strahlenempfänger 5', 5'' zugeordnet.

Wie aus dem in Fig. 2 eingetragenen schematischen Strahlenverlauf hervorgeht, werden von den beiden sekundären Strahlenempfängern 5', 5'' ausschließlich die an der metallischen Zwischenschicht 1d reflektierten Störstrahlen empfangen, während die beiden sekundären Strahlenempfänger 4', 4'' von Mischstrahlen beaufschlagt sind, welche sich aus von der äußeren Oberfläche 1'' der Scheibe 1 reflektierten Nutzstrahlen und an der metallischen Zwischenschicht 1d reflektierten Störstrahlen zusammensetzen.

Aufgrund der Anordnung der sekundären Strahlenaustrittsfenster 2d', 2d'' bzw. der sekundären Strahlenempfänger 5', 5'' und der Zuordnung zu den primären Strahlenaustrittsfenstern 2c', 2c'' bzw. den primären Strahlenempfängern 4', 4'' besteht eine quasi eindeutige geometrische Beziehung zu den an den sekundären Strahlenaustrittsfenstern 2d', 2d'' jeweils austretenden Störstrahlenintensitäten. Dadurch ist es möglich, mit Hilfe einer den primären Strahlenempfängern 4', 4'' und den sekundären Strahlenempfängern 5', 5'' nachgeordneten, der Einfachheit halber nicht dargestellten analogen oder digitalen Kompensationsstufe, das von den primären Strahlenempfängern 4', 4'' jeweils abgegebene, in Abhängigkeit von den Transmissionseigenschaften und den Fertigungsstreuungen der Scheibe 1 stehende, sich über die Temperatur in seiner Wellenlänge verändernde Signal entsprechend zu korrigieren.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3 und 4 ist bei einer zwei Meßstrecken aufweisenden Sensoreinrichtung ein vereinfachter Aufbau dadurch zu realisieren, daß den beiden sekundären Strahlenaustrittsfenstern 2d', 2d'' eine gemeinsame, fresnell-linsenartig ausgeführte Strahlenlinse 2e* zugeordnet ist, die mit einem sekundären Strahlenempfänger 6 kooperiert. Bei einer solchen Konfiguration werden die beiden Meßstrecken sukzessive abgefragt und in Abhängigkeit davon die Beeinflussung der Ausgangssignale der beiden primären Strahlenempfänger 4', 4'' vorgenommen.

Claims (6)

1. Sensoreinrichtung zur Erfassung des Benetzungsgrades einer vorzugsweise aus Glas bestehenden, mehrschichtig ausgeführten transparenten Scheibe mit insbesondere tropfenförmigem Niederschlag, wobei an die nicht dem Niederschlag ausgesetzte innere Oberfläche der Scheibe im Bereich des von einer motorisch betriebenen Scheibenwischeinrichtung erfaßten Wischfeldes die vordere Oberfläche von einem Strahlenleitkörper angekoppelt ist, der zumindest eine Meßstrecke mit einem Strahleneintrittsfenster und einem unter einem Winkel von etwa 90 Grad dazu ausgerichteten, räumlich davon getrennten primären Strahlenaustrittsfenster aufweist, wobei dem Strahleneintrittsfenster ein Strahlensender und dem primären Strahlenaustrittsfenster ein primärer Strahlenempfänger derart zugeordnet ist, daß von dem Strahlensender emittierte Strahlen in Abhängigkeit von dem auf der äußeren Oberfläche der Scheibe befindlichen Niederschlag reflektiert und als Nutzstrahlen zu dem primären Strahlenempfänger gelangen, der ein von der der Meßstrecke zugeordneten Niederschlagsmenge abhängiges Signal liefert, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlenleitkörper (2) in dem zwischen den beiden miteinander kooperierenden Strahlenfenstern (2b', 2c' bzw. 2b", 2c") befindlichen mittleren Bereich seiner von der Scheibe (1) abgewandten hinteren Oberfläche (2'') ein der bzw. jeder Meßstrecke zugeordnetes, mit einem sekundären Strahlenempfänger (5' bzw. 5'') kooperierendes sekundäres Strahlenaustrittsfenster (2d' bzw. 2d'') derart aufweist, daß aus diesem ein Anteil von Störstrahlen austritt, wobei die Störstrahlen durch die Reflexion von vom Strahlensender ausgesandten Strahlen an einer in der Scheibe (1) befindlichen, sehr dünnen metallischen Zwischenschicht (1d) verursacht sind, und daß das resultierende Signal des sekundären Strahlenempfängers (5', 5'') zur Korrektur des von dem primären Strahlenempfänger (4', 4'') gelieferten Signals herangezogen ist, das aus der aus den Nutzstrahlen und aus einem weiteren Anteil der Störstrahlen abgeleiteten Mischstrahlenintensität resultiert, die bei Abwesenheit von Niederschlag in einer eindeutigen geometrischen Beziehung zu der aus dem sekundären Strahlenaustrittsfenster (2d' bzw. 2d'') austretenden Störstrahlenintensität steht.

2. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das sekundäre Strahlenaustrittsfenster (2d' bzw. 2d'') in einer Ebene angeordnet ist, die parallel zu der Ebene des primären Strahlenaustrittsfensters (2c' bzw. 2c'') liegt.

3. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das sekundäre Strahlenaustrittsfenster (2d' bzw. 2d'') in Strahlenaustrittsrichtung gesehen direkt an das primäre Strahlenaustrittsfenster (2c' bzw. 2c'') angrenzt.

4. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sämtlichen Strahlenfenstern jeweils eine Strahlenlinse (2b*, 2b**, 2c*, 2c**, 2d*, 2d**) zugeordnet ist.

5. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das sekundäre Strahlenaustrittsfenster (2d' bzw. 2d'') eine der Breitenausdehnung der Strahlen in der Meßstrecke entsprechende Breite und eine von dem Abstand der metallischen Zwischenschicht (1d) zur inneren Oberfläche (1') der Scheibe (1) abhängige Höhe aufweist und daß die derselben zugeordnete Strahlenlinse (2d* bzw. 2d**) als entsprechend ausgebildeter Abschnitt einer asphärischen Linsenkonfiguration ausgeführt ist.

6. Sensoreinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer zwei parallel nebeneinander laufende Meßstrecken aufweisenden Sensoreinrichtung für beide Meßstrecken zusammen ein entsprechend ausgebildeter Abschnitt einer gemeinsamen, fresnell-linsenartig ausgeführten Linsenkonfiguration (2e*) vorgesehen ist.