DE4318114C2 - Sensoreinrichtung - Google Patents
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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.
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