Stand der TechnikState of the art
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 allgmeinen 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.The invention is based on a device for optical detection
of foreign bodies on the surface of an optically transparent
Disc according to the genus of the main claim. With a known
Device is the optical-electrical sensor that detects the radiation
transmitter and the radiation receiver, with the help of a
attached optically highly transparent film on a disc.
With this optical coupling of the sensor to the pane, this is how
probably the optical coupling as well as the attachment
caused on the disc. However, these foils are generally relative
soft, so that the film ver
can be sheared. In extreme cases, the sensor can move from
loosen the disc, furthermore by shearing the foil
the beam path in the film can be changed so that incorrect measurements
may occur.
Ferner ist es aus der nachveröffentlichten DE-OS 40 06 420.4 be
kannt, in einer Klebefolie Aussparungen auszubilden, in denen Stücke
aus optisch hochtransparentem Material eingesetzt sind bzw. die als
Meßstrecke dienen. Diese Vorrichtung baut aber noch relativ aufwen
dig.
Furthermore, it is from the subsequently published DE-OS 40 06 420.4
knows to form recesses in an adhesive film in which pieces
made of optically highly transparent material or used as
Serve measuring section. However, this device still builds up relatively
dig.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß eine relativ
sichere Befestigung der Vorrichtung an der Scheibe möglich ist.
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.The device according to the invention with the characteristic features
the main claim has the advantage that a relative
secure attachment of the device to the pane is possible.
By evacuation, the inclusion of air bubbles in the border
area between the disc and the optical coupling elements below
bound, thereby avoiding incorrect measurements. Furthermore, it will
at the same time the required contact pressure by bracing or
also achieved by additional gluing. Even on uneven surfaces
the device can be attached. Especially through the un
different thicknesses of the peripheral attachment and that on the
Films attached to optical windows may be required
Contact force can be set. The device thereby builds
easy and inexpensive.
Durch die in den Unteransprüchen ausgeführten Maßnahmen ist eine
vorteilhafte Weiterbildung und Verbesserung der im Hauptanspruch
angegebenen Merkmale möglich.Due to the measures carried out in the subclaims is a
advantageous training and improvement in the main claim
specified features possible.
Zeichnungdrawing
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge
stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es
zeigtAn embodiment of the invention is shown in the drawing
represents and explained in more detail in the following description. It
shows
Fig. 1 einen Schnitt durch die Vorrichtung und Fig. 1 shows a section through the device and
Fig. 2 eine
Einzelheit in perspektivischer Darstellung. Fig. 2 shows a detail in perspective.
Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment
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.In Fig. 1, 10, a sensor refers to the emitting of a arranged in a housing 11. Light emitting diode (LED, radiation-emitting diode) as the radiation sensor 12 and a photodiode, for example, there is a silicon photodiode as a receiver 13. The hous se 11 has a base plate 14 with which the sensor 10 faces the inside of a disc 15 , the outside of which is to be monitored for contaminants, raindrops or other deposits. The base plate 14 has a plurality of recesses 17 into which pieces 18 made of optically highly transparent material are used, which serve as so-called optical windows. The transmitter 12 and the receiver 13 are each arranged on one of the optical windows on the inside of the base plate 14 , that is to say on the side of the base plate 14 facing away from the pane 15 . The number of transmitters and receivers used need not be limited to only one transmitter 12 or one receiver 13 . Transmitter 12 and receiver 13 are each arranged at the same angle to the upper surface of the optical window, so that the optical axes of the transmitter 12 and the receiver 13 are slightly inclined to each other. The area between the two optical windows 18 , that is, between the transmitter 12 and the receiver 13 serves as a measuring distance 19 for the sensor 10 . For this purpose, the measuring section 19 is mirrored on the carrier plate 14 . On the disk 15 facing Te the carrier plate 14 is a film strip 20 is applied as far as possible on the edge of the Trägerplat te 14 in the form of a peripheral attachment. This film strip 20 consists of elastic mate rial, which has sealing functions. Furthermore, on the disc 15 facing side of the carrier plate 14 in the region of the optical window 18, film pieces 21 are applied, which consist of optically highly transparent material and serve as optical coupling elements for the sensor 12 and for the receiver 13 . The film pieces 21 also consist of elastic material, but the material of the film strips 20 should have more elastic properties than the material of the film pieces 21 . Furthermore, the overall height of the film strips 20 is higher than the overall height of the film pieces 21 . The film pieces 21 should be approximately the same size as the optical window 18 . If they are larger, the optical windows 18 and the film sections 21 should be in alignment on the measuring path 19 facing each side. This is necessary in order not to influence the beam path. In an alternative embodiment, an adhesive layer can also be applied to the film pieces 21 , on the surface facing the pane 15 . Be in the areas not covered by film, in the carrier plate 14 at least one bore 24 is formed, which serves as part of a vacuum connection 25 . With the help of this vacuum connection and a vacuum pump (not shown) connected to it, the space 26 , which is formed by the disk 15 , the film strip 20 and the base plate 14 , can be evacuated. Examples of materials that can be used for the film strip 20 are: silicone rubber, foams with closed pores and smooth surfaces, soft rubber or polyurethane, and silicones or polyurethanes have so far proven to be advantageous as the material for the film pieces 21 .
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.
Before the sensor 10 is mounted on the pane 16 , the sensor 10 is assembled in all of its individual components. This means that it can be delivered to the customer in the fully assembled state. The sensor 10 is to be mounted on the disk 15 with the fen Folienstrei 20 to the inside of the pane 15 applied. About the vacuum connection 25 , the space 26 is evacuated with the help of a vacuum pump. Since the film strip 20 is made of elastic material, any unevenness on the surface of the disc 15 can be compensated and thus a proper sealing function of the film strip 20 can be ensured. As a result of the evacuation of the space 26 , the film pieces 21 also lie on the surface of the pane 15 . After the evacuation of the room 26 , the vacuum connection 25 can be closed tightly. Are the film pieces 21 on the upper surface of the disc 15 , the necessary contact pressure is exerted on the film pieces 21 by the evacuation. The sensor 10 is thereby fixedly attached to the disk 15 . The permanent contact pressure can also be achieved by applying an adhesive layer on the film pieces 21 or by an external locking. It is also possible to enlarge the surface of the film pieces 21 in order to achieve better adhesion.
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.By designing the different height of the film strip 20 and the film pieces 21 and by evacuating the space 26 , the inclusion of air bubbles between the films and the inside of the disc 15 is prevented. This enables a largely error-free measurement since any air bubbles would be detected as dirt particles.
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.The radiation emitted by the transmitter 12 passes through the optical window 18 and the film pieces 21 so that the entry angle is almost equal to the exit angle. The radiation is reflected at the interface of the outside of the pane 15 (pane 15 / atmosphere) in the form of a total reflection. Just in case the radiation is totally reflected at the interface of the inside of the pane 15 , that is to say in the area of the measuring path 19 between the optical windows 18 . In the area of the film piece 21 , that is, in the area of the receiver 13 , the radiation occurs again through the film piece 21 and the optical window 18 and into the receiver 13 . Apart from low losses, almost all of the radiation reflected at the disk / atmosphere interface reaches the receiver 13 with a clean surface. The radiation emitted by the transmitter 12 can be in the range of the wavelength of 565 nm, for example. However, the wavelength used depends on the material of the disk 15 . The wavelength given above applies, for example, to green laminated glass panes in motor vehicles. If, on the other hand, other tinted windows of motor vehicles or the colored rear lights or the headlight lights of motor vehicles are to be monitored, the wavelength must be set accordingly.
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.There is a coating, for example a drop of water on the front of the surface of the disc 15 , that is, on the outside of the disc 15 facing away from the sensor 10 , where this causes a coupling of part of the radiation emitted by the transmitter 12 . Part of the radiation no longer reaches the receiver 13 , but is broken into the atmosphere at the disk / atmosphere interface. This results in a very high signal when the pane is clean, and a smaller, clearly distinguishable signal when the pane is covered with raindrops. In this way, the raindrops reduce the amount of radiation detected in the receiver 13 , which is detected by an evaluation circuit 27, not shown. With the aid of the evaluation circuit 27 , additional functions can also be controlled and checked. The evaluation circuit 27 can also control so that it only triggers when the headlight is switched on and with a corresponding predetermined weakening. If, on the other hand, a windshield is monitored, an interval circuit for the windshield wipers can also be controlled with this evaluation circuit.
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.The device can be used for all windows to be cleaned in one drive
stuff, in particular motor vehicle. Both the pre
the and the rear window can be monitored. That too is
Device for the lenses of the front lights and the
Diffusers of the rear lights and the indicators can be used.