DE4017063C2

DE4017063C2 - Device for optically detecting foreign bodies or a coating on the surface of an optically transparent pane

Info

Publication number: DE4017063C2
Application number: DE19904017063
Authority: DE
Inventors: Peter Nolting
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1990-05-26
Filing date: 1990-05-26
Publication date: 1999-10-28
Anticipated expiration: 2010-05-27
Also published as: DE4017063A1

Description

State 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 allgemeinen 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 pane, can also by shearing the film the beam path in the film can be changed so that incorrect measurements may occur.

Ferner ist es aus der nachveröffentlichten DE 40 06 420 A1 be kannt, in einer Klebefolie Aussparungen auszubilden, in denen Stücke aus optisch hochtransparentem Material eingesetzt sind bzw. die als Meßstrecke dienen. Diese Vorrichtung ist aber noch relativ aufwen dig aufgebaut. Furthermore, it is from the subsequently published DE 40 06 420 A1 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 is still relatively expensive dig built up.

In der EP 0 299 606 A1 ist ein Sensor dargestellt, der in einem Träger optische Fenster aufweist, in denen auf der einen Seite der Sender und der Empfänger angeordnet ist. Auf dem Träger ist ein Aufsatz angeordnet, der aus klebendem Material besteht und zur Befestigung des Sensors an der Innenseite einer Windschutzscheibe dient.EP 0 299 606 A1 shows a sensor which is shown in a carrier has optical windows in which on the one side of the transmitter and the receiver is arranged. On an attachment is arranged on the carrier, which consists of adhesive Material exists and for fastening the sensor to the Serves inside a windshield.

Auch in der US-PS 4,620,141 wird ein Träger eines Regensensors auf der Innenseite einer Windschutzscheibe angeklebt. Um eine einheitliche Dicke der Windschutzscheibe zu gewährleisten kann zwischen dem Träger und der Windschutzscheibe eine durchsichtige Schicht angeordnet sein. In US Pat. No. 4,620,141, a carrier of a Rain sensor on the inside of a windshield glued on. To a uniform thickness of the windshield can guarantee between the carrier and the Windshield arranged a transparent layer be.

Advantages of the invention

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine relativ sichere Befestigung der Vorrichtung an der Scheibe zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Haupt anspruches gelöst.The present invention is based on the object a relative to enable secure attachment of the device to the pane. This object is achieved by the features of the main claim solved.

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.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. In particular through the un Different thicknesses of the peripheral attachment and that on the foils attached to optical windows can provide the 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 characteristics possible.

drawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen darge stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen Schnitt durch die Vorrichtung und Fig. 2 eine Einzelheit in perspektivischer Darstellung.An embodiment of the invention is shown in the drawings and Darge explained in more detail in the following description. In the drawings Fig. 1 shows a section through the device and Fig. 2 shows a detail in perspective view.

Description 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 inserted, which serve as so-called 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 transmitter 12 and the receiver 13 are each arranged on one of the optical windows. 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 Be 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 foil 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 foil pieces 21 should be approximately the same size as the optical window 18 . If they are larger, the optical window 18 and the film pieces 21 should be designed 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, plate 14 is formed in the carrier plate at least one bore 24 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 attached to the inside of the disc 15 for mounting on the disc 15 with the foil strips 20 . About the vacuum connection 25 , the space 26 is evacuated with the help of a vacuum pump. Since the film strip 20 consists of elastic material, any unevenness on the surface of the disc 15 can be compensated and thus a perfect sealing function of the film strip 20 can be guaranteed. 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 firmly attached to the disc 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 , 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 disc 15 (disc 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 the entire amount of radiation reflected at the disk / atmosphere interface reaches the receiver 13 with a clean surface. The radiation emitted by the transmitter 12 can, for example, be in the range of the wavelength of 565 nm. 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.If there is a coating, for example a drop of water, on the front of the surface of the pane 15 , that is to say on the outside of the pane 15 facing away from the sensor 10 , where this causes a decoupling of part of the radiation emitted by the transmitter 12 . Part of the radiation no longer reaches the receiver 13 , but is refracted 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 in detail. 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.

Claims

1. Device for optically detecting foreign bodies or a coating on the surface of an optically transparent pane ( 15 ), with at least one radiation transmitter ( 12 ) and at least one radiation receiver ( 13 ), with optical windows ( 18 ) being formed in a carrier ( 14 ) and in the area of these windows ( 18 ) on one side the transmitter (s) ( 12 ) and the receiver (s) ( 13 ) are located, and on the support ( 14 ) an attachment ( 20 ) encompassing the optical windows ( 18 ) ) is arranged, characterized in that in the area of the optical windows ( 18 ) on the other side optically transparent material ( 21 ) is applied, that the attachment ( 20 ) consists of elastic material, and in that attached to the pane ( 15 ) Condition of the attachment ( 20 ) in the space ( 26 ) defined by this vacuum, or is generated for the assembly process.

2. Device according to claim 1, characterized in that the material of the attachment ( 20 ) has more elastic material properties than the material ( 21 ) on the optical windows ( 18 ).

3. Apparatus according to claim 1 and / or 2, characterized in that the material ( 21 ) on the optical windows ( 18 ) has adhesive properties.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the attachment ( 20 ) has a greater overall height than the material ( 21 ) on the optical windows ( 18 ).

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that in the carrier ( 14 ) as a vacuum connection ( 25 ) serving through bore ( 24 ) is formed.

6. The device according to claim 5, characterized in that the bore ( 24 ) between the optical windows ( 18 ).

7. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the disc ( 15 ) is the lens of a headlight of a motor vehicle.

8. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the disc ( 15 ) is a windshield of a motor vehicle.

9. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the disc ( 15 ) is the lens of a rear light of the vehicle.