DE3619209A1

DE3619209A1 - Vorrichtung zum optischen erfassen von fremdkoerpern

Info

Publication number: DE3619209A1
Application number: DE19863619209
Authority: DE
Inventors: Helmut Domann; Frieder Dipl Ing Heintz; Robert Dipl Phys Hugel; Peter Dr Ing Knoll; Winfried Dr Ing Koenig; Gerhard Dipl Ing Lindae; Peter Perthus; Georg Riedel; Konrad Dipl Ing Wolf; Erich Dr Ing Zabler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1986-06-07
Filing date: 1986-06-07
Publication date: 1987-12-10

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum optischen Erfassen von Fremdkörpern nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei einer be kannten Vorrichtung sind mehrere Glasscheiben durch eine Plastikfo lie voneinander getrennt. Jeder Glasschicht ist ein eigener Licht empfänger zugeordnet. Das Licht wird von einem Lichtsender unter dem Winkel der Totalreflexion in die äußere Glasschicht eingebracht und trifft nahezu vollständig auf einem Lichtempfänger auf. Sitzen auf den Grenzflächen Fremdkörper, wird ein Teil des Lichtes ausgekop pelt, reflektiert und trifft dadurch zu einem Teil auf einem anderen Lichtempfänger auf. Dabei sind aufwendige prismatische Vorrichtungen und Zwischenschichten notwendig. Ferner kann durch zusätzliche Stör körper, die nicht detektiert werden sollen, die auftretende Licht menge vermindert werden, so daß Fehlmessungen möglich sind.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sie besonders einfach und kostengünstig baut. Es lassen sich eindeutig nasse und trockene Schmutzteilchen auf der Scheibe unterscheiden, so daß eine Reinigungsanlage automatisch nur bei trockenem Schmutz ausgelöst wird. Störeinflüsse werden weitgehend verhindert, indem Sender und Empfänger im Innenraum des Scheinwerfers, d.h. hinter der Scheibe angeordnet sind. Dadurch kann der Schmutz direkt im Reinigungsbe reich bestimmt werden. Durch Verwendung einer separaten, modulierten Lichtquelle kann der störende Einfluß von Fremdlicht verringert wer den. Insbesondere bei Nachtfahrten wird die Fahrsicherheit verbes sert. Die Vorrichtung ist unabhängig von der Glasdicke und der Ober flächenqualität des Scheibenglases. Da nur bei Verschmutzung der Scheibe die Reinigungsanlage ausgelöst wird, ist ein sparsamer Ver brauch des Waschwassers möglich. Mit Hilfe der Auswerteschaltung können noch zusätzliche Funktionen bzw. Anzeigevorrichtungen ge steuert werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen r im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 bis 3 je ein Ausführungsbeispiel.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist mit 10 die Streuscheibe einer Scheinwerferanlage be zeichnet. Im Innenraum 11 der Scheinwerferanlage, d.h. vor der In nenseite der Streuscheibe 10, sind eine strahlungsemittierende Diode als Sender 12 und zwei Fotodioden als Empfänger 13, 14 angeordnet. Der Sender 12 befindet sich zwischen der Streuscheibe 10 und dem Empfänger 13, so daß der Empfänger 13 direkt die Strahlungsstärke des Senders 12 mißt. Dem Empfänger 13 kann zur Fokussierung der Strahlung eine optische Linse 15 vorgesetzt sein. Die optischen Achsen des Senders 12 und des Empfängers 14 sind parallel oder leicht zueinander geneigt. Beide Empfänger 13, 14 sind mit einer nicht näher dargestellten Auswerteschaltung 16 verbunden.

Die vom Sender 12 in die Streuscheibe 10 eingespeiste Strahlung geht bei einer von Verunreinigungen oder Fremdkörpern gereinigten vorde ren Glasoberfläche, d.h. Außenseite weitgehend ungebrochen durch die Streuscheibe 10 hindurch. Nur eine geringe, an der Grenzfläche Glas/Atmosphäre reflektierte Strahlungsmenge gelangt in den Empfän ger 14. Dadurch kann die Funktionsfähigkeit des Senders 12 und des Empfängers 14 ständig überwacht werden. Die übrige, nahezu vollstän dige Strahlungsmenge geht durch die Scheibe 10 hindurch und trifft nicht auf den Empfänger 14 auf. Der Empfänger 13 mißt direkt die ge samte Strahlungsstärke des Senders 12. In der Auswerteschaltung 16 wird der Quotient aus den Meßsignalen der beiden Empfänger 13, 14 gebildet, der ein Maß für die Verschmutzung der Scheibe 10 ist. Die ser Quotient ist unabhängig von Schwankungen der Strahlungsstärke des Senders 12, wie sie z.B. durch Änderungen der Bordspannung oder Alterung des Senders 12 hervorgerufen werden. Der Einfluß von Fremd licht wird vorzugsweise dadurch verringert, daß als Sender nicht die Scheinwerferlampe selbst sondern eine separate Strahlungsquelle, insbesondere eine Infrarotquelle (IR-LED), verwendet wird, deren Strahlung in geeigneter Weise moduliert wird. Die Auswerteschaltung 16 kann die Signale des Senders 12 von den Signalen, die durch Stör licht, z.B. Tageslicht oder entgegenkommende Fahrzeuge, hervorgeru fen werden, trennen, da sie nicht die passende Modulation aufweisen. Der Einfluß des Störlichtes reduziert sich damit auf eine Verschie bung des Arbeitspunktes der Empfänger 13, 14. Bei Verwendung eines separaten, modulierten Senders 12 kann ferner noch auf den Empfänger 13 verzichtet werden, da die Strahlungsstärke des Senders 12 auf einfache Weise nahezu konstant gehalten werden kann. Der vom Sender 13 ermittelte Meßwert kann somit auch als Festwert zur Quotienten bildung in der Auswerteschaltung 16 vorgegeben werden.

Befinden sich Schmutzteilchen 17 auf der vorderen Glasoberfläche, d.h. auf der Außenseite der Streuscheibe 10, so bewirken diese eine Reflexion eines Teils der vom Sender 12 ausgesandten Strahlung. Ein Teil der Strahlung gelangt dadurch zum Empfänger 14. Der Empfänger 14 erfaßt alle von den Schmutzteilchen 17 reflektierten Strahlen, die innerhalb des Öffnungskegels des Empfängers 14 liegen, so daß sich bei sauberer Scheibe 10 ein sehr geringes, bei Verschmutzung ein großes, deutlich unterscheidbares Meßsignal ergibt. Auf diese Weise bewirken die Schmutzteilchen 17 ein Ansteigen der detektierten Lichtmenge im Empfänger 14, wodurch der in der Auswerteschaltung ge bildete Quotient verändert wird. Mit Hilfe der Auswerteschaltung 16 können noch Zusatzfunktionen, wie Wasserstand usw., gesteuert und überwacht werden. Ferner kann ein Schwellwert vorgegeben werden, bei dessen Überschreiten die Reinigungsanlage ausgelöst werden soll.

Befinden sich auf der Streuscheibe 10 Wassertropfen, so führen diese aufgrund ihrer optischen Wirkung nicht zu einer Rückstreuung der Sendestrahlung des Senders 12, sondern sogar zu einer verstärkten Auskoppelung der Strahlung nach außen. Das Signal im Empfänger 14 nimmt dadurch nicht zu, sondern wird im Extremfall sogar noch leicht geschwächt. Diese Änderung des Meßsignals wird in der Auswerteschal tung 16 bei der Quotientenbildung berücksichtigt, so daß sich bei Wassertropfen keine Einschaltung der Reinigungsanlage ergibt.

Bei nassem Schmutz, d.h. befindet sich im Wassertropfen ein Anteil an festen Schmutzteilchen 17, so überwiegt klar die Rückstreuung der Strahlung an den festen Schmutzteilchen 17, so daß der reflektierte Anteil der Strahlung im Empfänger 14 zunimmt und die Auswerteschal tung 16 die Reinigungsanlage auslöst.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist ein einziger Empfänger 20 am seitlichen Rand der Streuscheibe 10 angeordnet. Gleiche Teile sind wieder mit denselben Ziffern bezeichnet. Auch bei diesem Ausfüh rungsbeispiel beruht das Meßprinzip auf einer Zunahme des Meßsignals bei zunehmender Verschmutzung. Bei sauberer Scheibe 10 geht die Strahlung nahezu vollständig durch die Scheibe 10 hindurch, so daß nur ein sehr geringer Teil der Strahlung auf den Empfänger 20 auf trifft. Befinden sich Schmutzteilchen 17 auf der Oberfläche der Scheibe 10, so wird die Strahlung derart reflektiert, daß sie in der Scheibe 10 relativ zu den Scheibenoberflächen einen Winkel einnimmt, der flacher ist als der Grenzwinkel der Totalreflexion. Durch viel fache Reflexionen an den Streuscheibenoberflächen, gelangt dieser Anteil der Strahlung zum Empfänger 10. Überschreitet dieser Anteil der Strahlung einen in der Auswerteschaltung 16 vorgegebenen Schwellwert, so wird wieder die Reinigungsanlage ausgelöst.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist der Empfänger 25 im Innen raum 11 der Scheinwerferanlage angeordnet. Dem Sender 12 ist ein Po larisator 26 und dem Empfänger 25 ein Analysator 27 vorgeschaltet. Bekanntlich besteht die optische Strahlung des Senders 12 aus einer Vielzahl von Schwingungsrichtungen, die in einer Ebene senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Strahlung liegen. Mit Hilfe des Polarisa tors 26 wird die Strahlung des Senders 12 linear polarisiert, d.h. es wird Strahlung, in der das elektrische Feld immer nur in einer Richtung steht, herausgefiltert. Der Analysator 27 ist zum Polarisa tor 26 gekreuzt angeordnet. Der geringe Anteil der Strahlung, wel cher wieder bei sauberer Streuscheibe 10 von der Grenzfläche Glas/Luft reflektiert wird, kann den Analysator 27 nicht durchdrin gen und dadurch nicht auf den Empfänger 25 gelangen. Bei der Refle xion an den Schmutzteilchen 17 wird gleichzeitig auch die Polarisa tionsrichtung der Strahlung unregelmäßig geändert, so daß ein Teil der durch die Schmutzteilchen 17 reflektierten Strahlung durch den Analysator 27 gelangen kann und auf den Empfänger 25 auftrifft. Wie der wird abhängig von der Größe des Meßsignals von der Auswerte schaltung 16 die Reinigungsanlage angesteuert.

Bei allen Ausführungsbeispielen wird vorzugsweise als Sender 12 eine IR(infrarot)-Lichtquelle bzw. IR-LED, verwendet. Diese Strahlungs quelle kann sehr leicht moduliert werden. Dadurch erhält man eine hohe Störsicherheit gegenüber Fremdlicht oder durch das z.B. an Wän den bzw. anderen Fahrzeugen reflektierte Scheinwerferlicht. Diese Strahlungsquelle sollte im Reinigungsbereich, aber nicht direkt im Strahlungsbereich liegen.

Ferner ist es möglich, die Strahlung des Senders 12 bzw. die an den Schmutzteilchen 17 reflektierte Strahlung mit Hilfe von Kunststoff paraboloiden bzw. mit Lichtleitern in die Scheibe 10 ein- bzw. aus zukoppeln. Dadurch können Streueinflüsse noch besser vermieden wer den.

Die Vorrichtung kann für alle zu reinigenden Scheiben eines Kraft fahrzeugs verwendet werden. Es können sowohl die Streuscheiben der Frontleuchten als auch die Streuscheiben der Heckleuchten und Blin ker überwacht werden. Es genügt auch nur einen einzigen Sensor für beide Scheinwerfer zu verwenden, der dann auf der stärker ver schmutzten Seite, bei Rechtsverkehr auf der linken Fahrzeugseite, angebracht wird.

Claims

1. Vorrichtung zum optischen Erfassen von Fremdkörpern (17) auf der Oberfläche einer durchsichtigen Scheibe (10) mit wenigstens einem Strahlungssender (12) und wenigstens einem Strahlungsempfänger (13), dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungssender (12) und mindestens ein Strahlungsempfänger (13, 14) im durch die Scheibe (10) abge schlossenen Innenraum (11) so angeordnet sind, daß der Strahlungs empfänger (13) die an den Fremdkörpern (17) reflektierte Strahlung mißt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß minde stens zwei Strahlungsempfänger (13, 14) vorhanden sind, daß ein er ster Strahlungsempfänger (13) ständig die vom Strahlungssender (12) ausgesandte Strahlung mißt, daß der zweite Strahlungsempfänger (14) die an den Fremdkörpern (17) reflektierte Strahlung mißt und daß in einer Auswerteschaltung (16) das Verhältnis der von beiden Empfän gern (13, 14) gemessene Strahlungsmenge gebildet wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungsempfänger (20) derart am seitlichen Rand der Scheibe (10) angeordnet ist, daß die vom Strahlungssender (12) ausgesandte und am Fremdkörper (17) reflektierte Strahlung über Reflexion innerhalb der Scheibe (10) gemessen wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Strahlungssender (12) ein Polarisator (26) und dem Strahlungsempfän ger (13) ein Analysator (27) vorgeschaltet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß zwischen dem Strahlungssender (12) und der Scheibe (10) bzw. der Scheibe (10) und einem der Strahlungsempfänger (13, 14) Kunststoffkörper angeordnet sind, die die Strahlung auf die Oberfläche der Scheibe (10) einbringen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die Strahlung vom Strahlungssender (12) zur Scheibe (10) bzw. von der Scheibe (10) zum Strahlungsempfänger (13, 14) mit Hilfe von Faserleitungen übertragen wird.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß der Strahlungssender (12) und der Strahlungsempfänger (13, 14) im Infrarotbereich arbeiten.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, daß der Strahlungssender (12) moduliert ist und eine Aus werteschaltung (16) nur für Strahlung dieser Modulation empfindlich ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn zeichnet, daß die Scheibe (10) die Streuscheibe der Frontleuchten eines Kraftfahrzeugs ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn zeichnet, daß die Scheibe (10) die Streuscheibe einer Heckleuchte eines Kraftfahrzeugs ist.