DE3715798A1 - Opto-elektronische einrichtung zum erkennen von verschmutzung transparenter schutzscheiben und ausloesen der reinigungsmassnahmen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung, die Beeinträchtigun­ gen der Sichtverhältnisse für den Bediener eines technichen Gerätes, hervorgerufen durch Verschmutzung oder Wasser­ tropfen auf einer Schutzscheibe, erkennen und Reinigungsmaß­ nahmen auslösen kann. Als Beispiel sei die Anwendung in Kraftfahrzeugen angeführt, wobei die Einrichtung eine Benet­ zung der Frontscheibe durch Schmutz und/oder Regentropfen erkennt und bei Überschreiten von Grenzwerten die Wasch- und/ oder Wischeinrichtung ansteuert.

In der technischen Optik werden zur Beurteilung der Lei­ stungsfähigket optischer Systeme Meßeinrichtungen verwendet, die einen sehr hohen apparativen Aufwand erfordern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Bediener zu ent­ lasten und dadurch die Betriebssicherheit der technischen An­ lage zu erhöhen, bei verhältnismäßig geringem technischen Auf­ wand.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Licht eines definiert strahlenden Meßobjektes nach Durchdringen der Schutzscheibe auf fotoelektrische Empfänger abgebildet wird und aufgrund der daraus gewonnenen Signale Rückschlüsse auf den Zustand der Schutzscheibe möglich sind. Diese Signale werden elektronisch ausgewertet und in Steuersignale für Reinigungseinrichtungen umgesetzt.

Die Aufgabe kann erfindungsgemäß auch gelöst werden durch Abbildung des von der Schutzscheibe reflektierten Anteils des vom Meßobjekt ausgesandten Lichtes auf Fotoempfänger. Die Auswertung der gewonnenen Signale erfolgt elektronisch und führt zu Steuersignalen für Reinigungseinrichtungen.

Das Meßobjekt kann dauernd abstrahlen.

Das Meßobjekt kann dauernd strahlen und von einer Einrichtung bedeckt sein, die das austretende Licht nur periodisch frei­ gibt.

Das Meßobjekt kann Lichtimpulse aussenden.

Die Empfangseinrichtung kann für einfache Anwendung aus einer lichtempfindlichen Fläche bestehen.

Die Empfangseinrichtung kann über mehrere lichtempfindliche Flächen verfügen. Dadurch ist eine Erkennung der Art der Stö­ rung (Schmutz, Wasser etc.) möglich, wodurch sofort die best­ mögliche Gegenmaßnahme ausgelöst werden kann.

Die Auswertung der Signale kann kontinuierlich erfolgen.

Die Auswertung kann in zeitlich festgelegten Intervallen erfolgen.

Bei gepulstem Meßobjekt kann die Auswertung jeweils vom Sendeimpuls ausgelöst werden.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen darin, daß der Bediener von der ständigen Überwachung des Zustandes der Schutzscheibe und dem Einleiten von Gegenmaßnahmen befreit ist und seine eigentlichen Aufgaben besser wahrnehmen kann. Zudem reagiert die Erfindung schneller und zuverlässiger, als dies ein Mensch kann. Als Beispiel sei angeführt, ein nach einem Regen auf einer Straße fahrender PKW, dem ein entgegen­ kommendes Fahrzeug einen Schwall schmutzigen Spritzwassers auf die Frontscheibe schleudert. Bei entsprechender Verkehrs­ situation kann davon eine erhebliche Gefährdung ausgehen, die bei schneller Reaktion einer, der Erfindung entsprechenden Einrichtung, vermieden werden kann. Somit ist neben einer Ver­ besserung des Bedienkomforts eine Erhöhung der Betriebssicher­ heit zu erreichen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in Zeichnungen darge­ stellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 die schematische Darstellung des Lichtdurch­ tritts durch eine, mit Wassertropfen benetzte, lichtdurchlässige Scheibe,

Fig. 2 die schematische Darstellung des Lichtdurch­ tritts durch eine, mit Schmutzpartikeln be­ legte, lichtdurchlässige Scheibe,

Fig. 3 eine schematische Darstellung der opto-elektro­ nischen Einrichtung nach dem transmissiven Meß­ verfahren,

Fig. 4 die Lichtverteilung in der Empfängerebene bei scharfer Abbildung (saubere Scheibe),

Fig. 5 die Lichtverteilung in der Empfängerebene bei unscharfer Abbildung (benetzte Scheibe),

Fig. 6 die Lichtverteilung in der Empfängerebene bei undeutlicher Abbildung (verschmutzte Scheibe),

Fig. 7 ein Ausführungsbeispiel für eine, nach dem re­ flektiven Meßprinzip arbeitende Einrichtung,

Fig. 8 Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels.

Wassertropfen (Regen) auf einer lichtdurchlässigen Scheibe streuen das durchtretende Licht (Fig. 1). Schmutzpartikel vermindern die Durchlässigkeit der Scheibe für Licht (Fig. 2).

Auch die reflektierten Anteile auftreffenden Lichts werden durch anhaftende Wassertropfen oder Schmutzpartikel ver­ ändert.

Gemäß Fig. 3 sendet ein Meßobjekt (MO) Licht durch die Schutz­ scheibe (S) und wird vom Objekt (O) in die Empfängerebene (E) abgebildet. Bei gleichmäßiger Leuchtdichte des Meßobjektes und sauberer Oberfläche der Schutzscheibe wird sich in der Empfän­ gerebene eine Lichtverteilung nach Fig. 4 ergeben. Wird die Schutzscheibe (S) mit Wassertropfen benetzt, wird das auf­ treffende Licht entsprechend den benetzten Flächenanteilen mehr oder weniger stark gestreut, so daß sich eine Licht­ verteilung in der Empfängerebene (E) nach Fig. 5 ergibt. Werden Schmutzpartikel auf die Scheibenoberfläche aufge­ bracht, wird sich eine Lichtverteilung nach Fig. 6 erge­ ben. Sind in der Empfängerebene (E) mehrere Fotoempfänger (FEn) angeordnet, so kann durch Vergleich der einzelnen Signale die Art der Abbildungsstörung festgestellt werden, vor allem, wenn die Signale in Bezug zum Signal eines Referenzelementes (RE) gebracht werden. Das Referenzelement kann Streulicht des Meßobjektes (MO) erfassen, oder über einen Lichtübertra­ ger (LL), z. B. Spiegel oder Lichtleiter, vom Meßobjekt beleuch­ tet werden. Die in Fig. 3 dargestellte Anordnung der Fotoempfän­ ger (FEO, FE 1 a, FE 1 b, FE 2 a, FE 2 b) stellt eine gute Auswert­ barkeit sicher, jedoch können auch mehrere oder weniger Foto­ empfänger für ausführlichere oder einfachere Auswertung verwen­ det werden.

Als Meßobjekt (MO) können Lichtquellen verwendet werden, die dauernd Licht abstrahlen, aber auch modulierte und gepulste Lichtquellen. Wegen der besseren Möglichkeit zur Unterdrüc­ kung von Umgebungslicht sind modulierte oder gepulst betrie­ bene Meßobjekte vorzuziehen.

Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das nach dem reflek­ tiven Meßprinzip arbeitet und gibt die Einbauverhältnisse für ein Nachrüstgerät in einem modernen Personenkraftwagen wieder. Meßobjekt, Sender-, Empfänger-, Referenz-, Auswerte- und Stellgliedschaltung können in einer Einheit im geschütz­ ten Wageninneren untergebracht sein. Das ergibt eine kompakte und wenig störanfällige Anordnung, da keine akute Verschmut­ zung von Teilen der Meßeinrichtung erfolgen kann. Die schlei­ chende Verschmutzung z. B. durch Niederschlag von Weich­ machern aus den Kunststoffverkleidungen kann durch Selbst­ abgleich der Auswerteschaltung bei Inbetriebnahme innerhalb gewisser Grenzen ausgeglichen werden. Bei Überschreitung von Grenzwerten fordert eine Überwachungsschaltung die Reinigung der Meßeinrichtung.

Eine Lumineszenzdiode sendet als Meßobjekt (MO) Licht aus und wird von der Senderlinse (3) ins Unendliche abgebil­ det (telezentrischer Strahlengang). Ein Teil des auf die Frontscheibe (S) auftreffenden Lichts wird von deren In­ nenseite reflektiert. Der restliche Teil des Lichts ge­ langt zur Außenseite der Frontscheibe, wobei wiederum ein Teil des Lichts reflektiert wird. Dieser reflektierte Lichtanteil wird durch an der Außenseite der Frontscheibe haftende Wassertropfen und/oder Schmutzpartikel verändert und kann für die Auswertung benutzt werden. Die reflek­ tierten Anteile des ausgesandten Lichts werden von der Empfängerlinse (O) auf das Empfänger-Array (FE) gebündelt. Das Referenzelement (RE) erfaßt Streulicht des Lichtsenders und liefert der Auswerteschaltung ein Signal, das die Kom­ pensierung des Leistungsabfalls des Lichtsenders über die Lebensdauer erlaubt und den Selbstabgleich für die schlei­ chende Verschmutzung ermöglicht. Das Filter (2) und die Blende (4) verhindern eine Übersteuerung des Referenzele­ mentes (RE) durch die Umgebungshelligkeit. Das Filter (8) schützt das Empfänger-Array vor Übersteuerung durch Umge­ bungslicht. Die Auswerteschaltung (7) ist über eine flexible Leitung mit der Sender-Referenz-Schaltung (11) verbunden, um eine Einstellbarkeit der Sender-Referenz-Schaltung zur Senderlinse zu ermöglichen. Die Lumineszenzdiode sendet in kurzen zeitlichen Abständen (z. B. 50 Millisekunden) Licht­ blitze (z. B. 50 Mikrosekunden Dauer). Durch die kurze Ein­ schaltdauer sind große Betriebsströme möglich, die zu rela­ tiv großen Signalamplituden führen. Der gepulste Betrieb hat zudem den Vorteil, daß die Gleichstromanteile der Foto­ signale bei der Auswertung leicht unterdrückt werden kön­ nen. Ferner kann erreicht werden, daß die Fotosignale nur während der Dauer des Sendeimpulses ausgewertet werden, wodurch auch Lichtblitze fremder Herkunft während der Sen­ depausen nicht bewertet werden. Für die Auswertung der Fotosignale bei vorgenannten Zeitintervallen stehen ca. 50 Millisekunden zur Verfügung. Somit vergeht zwischen dem Eintreten einer Störung und der Auslösung von Gegenmaß­ nahmen eine Zeitspanne von höchstens 100 Millisekunden. Diese Intervalle können bei Bedarf auch verkürzt werden. Benetzung mit Wasser und anhaftende Schmutzpartikel be­ einflussen auch bei reflektierten Meßverfahren die Fotosig­ nale in verschiedener Weise, so daß die Auswertelogik sofort entscheiden kann, welche Gegenmaßnahme (z. B. Waschen und/ oder Wischen) ergriffen werden soll.

Fig. 8 zeigt das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels.

Claims (10)

1. Opto-elektronische Einrichtung zum Erkennen von Ver­ schmutzung optisch transparenter Schutzscheiben und Auslö­ sen von Reinigungsmaßnahmen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Meßobjekt Licht aussendet, das das Prüfobjekt (Schutzscheibe) durchdringt und von einer Empfängereinrichtung daraufhin überprüft wird, ob der Soll- Zustand des Prüfobjektes durch anhaftende Fremdkörper in unzulässiger Weise beeinträchtigt ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßobjekt Licht aussendet, das vom Prüfobjekt teil­ weise reflektiert wird und von einer Empfängereinrichtung daraufhin überprüft wird, ob der Soll-Zustand des Prüfobjektes durch anhaftende Fremdkörper in unzulässiger Weise beeinträch­ tigt ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Meßobjekt kontinuierlich Licht aussendet.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Meßobjekt mit Schwingungen moduliertes Licht aus­ sendet.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Meßobjekt Lichtimpulse aussendet.

6. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Empfängereinrichtung nur über ein lichtempfind­ liches Element verfügt, und daher die Auswertung nur über die Signalamplitude durchgeführt werden kann.

7. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Empfängereinrichtung über mehrere lichtempfindli­ che Elemente verfügt, und die Auswertung durch Korrelation der erzeugten Signale durchgeführt werden kann.

8. Einrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Auswertung kontinuierlich erfolgt.

9. Einrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Auswertung in zeitlich festgelegten Intervallen erfolgt.

10. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertung jeweils vom Sendeimpuls ausgelöst wird.