WO2005062026A1 - Device and method for detecting a foreign substance on the surface of an object - Google Patents

Device and method for detecting a foreign substance on the surface of an object Download PDF

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WO2005062026A1
WO2005062026A1 PCT/EP2004/012610 EP2004012610W WO2005062026A1 WO 2005062026 A1 WO2005062026 A1 WO 2005062026A1 EP 2004012610 W EP2004012610 W EP 2004012610W WO 2005062026 A1 WO2005062026 A1 WO 2005062026A1
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Gerhard Reichinger
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    • G01N21/94—Investigating contamination, e.g. dust

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for detecting contamination on a surface of an object.
  • xenon headlights are increasingly being used, which have a higher light intensity than conventional headlights.
  • the headlight cone In order to avoid the risk of glare for oncoming traffic, the headlight cone must be precisely adjusted and, in particular, stray light should be avoided.
  • the unwanted stray light is caused, for example, by dirt on the headlight cover. Therefore, a washing system for the headlight cover is provided in motor vehicles equipped with xenon headlights, which are usually cleaned at regular intervals. For safety reasons, this cleaning is inevitable, regardless of the degree of soiling, in particular also regardless of whether cleaning is necessary at all.
  • the invention is therefore based on the object of making it easy to detect contamination on the surface of an object.
  • the object is achieved by a device for detecting contamination on a surface of an object, in which an optical element that conducts light waves and at least one coupling point for input and / or output Coupling out light are provided in the optical element, the optical element forming at least part of the surface.
  • the design of the device with the optical element integrated into the surface of the object is based on the consideration of exploiting a disturbance in the so-called evanescent field by, for example, dirt particles. This is because the total reflection required for light propagation in the optical element does not occur exactly at the interface of the optical element. Rather, the light waves penetrate slightly into the outer space 0 directly adjacent to the optical element, in which the evanescent field is formed. A disturbance in this evanescent field also causes a disturbance in the light propagation in the optical element.
  • the design of the device for the detection of contaminants is therefore based on the consideration of integrating the optical element directly and without further covering into the surface of the object to be checked for contamination, so that undisturbed light propagation in the optical element occurs when the surface is clean can be done.
  • Contamination or soiling is generally understood here to mean an undesired covering of the surface, in particular by dirt particles, but also by water droplets, by fogging such as, for example, hoarfrost or by other deposits.5
  • the optical element here is in particular an optical glass or plastic fiber, for example with a round cross section.
  • An optical element that conducts light waves is understood here to mean an element in which the light wave propagates.
  • the optical waveguiding optical element is the central fiber, which is usually still surrounded by a cladding.
  • the essential point for the present invention is that the optical waveguiding optical element, for example the glass fiber, U.N- indirectly, i.e. without further coating, forms part of the surface and thus comes into direct contact with the surroundings and the ambient air.
  • the optical waveguiding optical element must therefore be free of any cover, since the detection of an impurity is based on the disturbance of the Evanescent field.
  • Such a device for the detection of impurities has a particularly simple, robust and also inexpensive construction. Since, for example, a glass fiber or plastic fiber is used as the optical element, it can also be used in adverse environmental conditions without any problems, without impairing the functionality.
  • the object has, in particular, a groove-like receptacle on the surface, in which the optical element is arranged.
  • the optical element is, for example, glued into the recess, clipped in or fastened in some other way.
  • the object and the optical element form a one-piece structural unit.
  • a one-piece structural unit is understood here to mean that the object and the optical element are integrally connected to one another. This is achieved, for example, in that the optical element is materially connected to the object.
  • a two-component extrusion or injection molding process is preferably used, in which both the object and the optical element are produced simultaneously and the two plastic melts form the integral structural unit on cooling.
  • the object and the optical element it is not absolutely necessary that the object and the optical element have different materials.
  • the object itself can already be formed from a material suitable for optical waveguide, for example a suitable plastic.
  • the optical element is formed, for example, by surface structures introduced into the surface of the object, which then form individual discrete tracks.
  • the optical element is formed, for example, by surface structures introduced into the surface of the object, which then form individual discrete tracks.
  • suitable beam guidance and suitable detection there is also the possibility that, for example, Dete object as such can be used in its entire area as an optical element.
  • the object is transparent to visible light.
  • the contamination sensor is therefore preferably integrated in windows, panes and covers for light sources.
  • the object here is a headlight cover or a pane for a motor vehicle.
  • Such a headlight cover which is provided both with the optical element and with coupling points for coupling or decoupling light into the optical element, therefore forms the central element in order to enable monitoring of the headlight cover for contamination during operation of the motor vehicle.
  • the object is made opaque to visible light and is, for example, a hob or a mirror, in particular an antenna mirror for parabolic antennas.
  • a light source for feeding light into the optical element a detector for detecting the light guided through the optical element and an evaluation unit for evaluating the detected light signal are provided.
  • a deviation from the light intensity to be expected at the detector is recorded in the evaluation unit and evaluated as a criterion for the presence of contamination. Depending on this evaluation, different measures can then be taken.
  • a modulation of the light fed in is provided.
  • the evaluation is considerably simplified by the modulation, in particular frequency modulation, since the signal coming from the light source is clearly identified and is not influenced, for example, by interference radiation.
  • interference radiation could be caused, for example, by different daylight conditions or by switching a headlight on or off.
  • a reference signal is expediently recorded at the same time.
  • a reference detector is provided, which detects the light emitted by the light source without being influenced by possible soiling. A comparison of the detected reference signal and the actual signal to be monitored makes it possible to make a reliable statement about the presence of soiling, which is particularly unaffected by possible fluctuations in intensity of the light source.
  • the evaluation unit is connected to a central control unit, in particular of a motor vehicle.
  • a central control unit in particular of a motor vehicle.
  • This allows a central evaluation of the recorded data, in particular the information can be called up here whether the headlights are on or off.
  • the central control unit detect contamination, i.e. when detecting a signal weakening or a decrease in intensity between the injected and the detected light signal above a threshold value, to take suitable measures.
  • a washing signal is expediently given here, in particular for the automatic activation of a washing device for the surface.
  • the washing device is, for example, a washing system for the headlight cover or is the windshield wiper system of the windshield or rear window.
  • the decisive advantage, particularly in the automatic activation of the cleaning of the headlamp cover, is that it is only actuated when necessary due to the contamination sensor, so that on the one hand the cleanliness of the headlamp cover is ensured and on the other hand no unnecessary washing water consumption occurs.
  • a washing signal As an alternative to emitting a washing signal, other signals are preferably emitted, depending on the intended use.
  • the power supply to the individual cooktops is automatically interrupted, for example, when soiling is detected on the cooktop.
  • this sensor it is also possible to use this sensor to detect whether there is actually a pot on a switched on hotplate, which would be detected as contamination in the present sense.
  • the power supply can then be controlled.
  • the object is further achieved according to the invention by a method having the features of patent claim 11.
  • the advantages and preferred configurations mentioned with regard to the device are also to be applied analogously to the method.
  • FIG. 1 and 2 each show a cross-sectional view of an optical waveguide optical element to explain the functioning of the contamination sensor as a result of a fault in the evanescent field
  • FIG. 3 shows a perspective, highly simplified illustration of a headlight cover with an optical element and FIG an object to be monitored, in particular by the headlight cover according to FIG. 3.
  • an optical fiber 2 is shown as an optical element which conducts light waves, into which light is fed via a light source 4 designed as a transmitting diode on the left-hand side shown in the figures. Furthermore, a detector 6 designed as a receiving diode is provided for detecting the light emerging after passing through the optical fiber 2.
  • light is generally understood to be electromagnetic waves, the spectral range of which can be in the range of visible light, but need not necessarily be.
  • the light wave propagation in the optical fiber 2 takes place by total reflection in the area of the interface of the optical fiber 2 with the environment 8 which surrounds the optical fiber 2.
  • the environment 8 in the present case is in particular the outside air.
  • the fiber 2 is not provided with a cover or a sheath, the so-called cladding.
  • the so-called evanescent field 9 which is formed by the electromagnetic waves of light, forms at the interface between the optical fiber 2 and the environment 8, specifically outside the optical fiber 2. Because these are not totally reflected exactly at the interface of the optical fiber 2.
  • the depth of penetration of the evanescent field into the environment 8 adjacent to the optical fiber 2 is in the range of a few micrometers.
  • a headlight cover 12 is indicated in FIG. 3 for a motor vehicle (not shown further here).
  • the headlight cover 12 usually consists of a plastic that is transparent to visible light.
  • the headlight cover 12 has a first coupling point 14A and a second coupling point 14B, via which the light from the light source 4 is coupled in or out to the detector 6.
  • a reference detector 15 also designed as a receiving diode, is provided, which directly detects the light emitted by the light source 4.
  • the optical fiber 2 is integrated into the surface of the headlight cover 12.
  • an evaluation unit 18 is also provided, which is connected via signal lines 20 to the light source 4 and to the detector 6 and the reference detector 15.
  • the evaluation unit 18 is also part of a central control unit 22 of the motor vehicle.
  • the control unit 22 is in turn connected via a further signal line 20 to a washing system 24 for the headlight cover 12.
  • the optical fiber 2 which in this exemplary embodiment forms semicircular segments when viewed in cross section, is integrated directly into the surface of the headlight cover 12 and forms part of the surface of the headlight cover 12.
  • the headlight cover 12 with the integrated optical fibers 2 has a flat surface without elevations.
  • the fibers 2 can also form elevations.
  • this has, for example, groove-like recesses 26, into which the optical fiber 2 is inserted, in particular glued.
  • the headlight cover 12 and the optical fiber form a single, integral structural unit in which the optical fiber 2 and the headlight cover Cover 12 are physically connected.
  • a separate illustration of a headlight cover 12 with optical fibers 2 produced in this way was dispensed with, since this illustration would not differ from the illustration according to FIG. 4 in a roughly simplified schematic view.
  • headlight cover 12 there is also the possibility of incorporating surface structures into the headlight cover 12, for example in the form of slots running parallel to one another, so that the web formed between them can be used as an optical fiber 2.

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Abstract

An optical fibre (2) that is directly in contact with the environment is integrated into the surface of an object (12) in order to create a dirt sensor. The action of said dirt sensor is based on a weakening of the intensity of the light guided through the optical fibre (2), as soon as a dirt particle lands on the optical fibre (2), disturbing the evanescent field in the outer region (8) surrounding the optical fibre (2). One such dirt sensor is used especially in the field of motor vehicles, for example for headlight covers.

Description

Beschreibung description
Vorrichtung und Verfahren zur Detektion einer Verunreinigung auf einer Oberfläche eines GegenstandsDevice and method for the detection of contamination on a surface of an object
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Detektion einer Verunreinigung auf einer Oberfläche eines Gegenstands.The invention relates to a device and a method for detecting contamination on a surface of an object.
Im Kraftfahrzeugbereich werden zunehmend so genannte Xenon-Scheinwerfer einge- setzt, welche eine im Vergleich zu herkömmlichen Scheinwerfern höhere Lichtintensität aufweisen. Um eine Blendgefahr für entgegenkommenden Verkehr auszuschließen, ist eine genaue Einstellung des Scheinwerferkegels erforderlich und insbesondere ist Streulicht zu vermeiden. Das unerwünschte Streulicht wird hierbei beispielsweise durch Verschmutzungen der Scheinwerferabdeckung hervorgerufen. Daher ist bei mit Xenon- Scheinwerfern ausgerüsteten Kraftfahrzeugen eine Waschanlage für die Scheinwerferabdeckung vorgesehen, die üblicherweise in regelmäßigen Abständen gereinigt werden. Diese Reinigung erfolgt aus Sicherheitsgründen zwangsläufig, unabhängig vom Verschmutzungsgrad, also insbesondere auch unabhängig davon, ob eine Reinigung überhaupt notwendig ist.In the motor vehicle sector, so-called xenon headlights are increasingly being used, which have a higher light intensity than conventional headlights. In order to avoid the risk of glare for oncoming traffic, the headlight cone must be precisely adjusted and, in particular, stray light should be avoided. The unwanted stray light is caused, for example, by dirt on the headlight cover. Therefore, a washing system for the headlight cover is provided in motor vehicles equipped with xenon headlights, which are usually cleaned at regular intervals. For safety reasons, this cleaning is inevitable, regardless of the degree of soiling, in particular also regardless of whether cleaning is necessary at all.
Aufgrund des häufigen Waschvorgangs stellt sich ein sehr hoher Waschwasserverbrauch ein, der vom Fahrzeughalter ein häufiges Nachfüllen erfordert. Darüber hinaus besteht die Gefahr, dass bei nicht rechtzeitigem Nachfüllen kein Waschwasser mehr zur Verfügung steht, und dass Streulicht durch eine Verschmutzung der Schein- werferabdeckung auf ritt.Due to the frequent washing process, there is a very high consumption of washing water, which requires frequent refilling by the vehicle owner. In addition, there is a risk that if the refill is not made on time, there will be no more washing water available and that stray light will appear due to the headlight cover becoming dirty.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine einfache Erkennung einer Verunreinigung auf der Oberfläche eines Gegenstands zu ermöglichen.The invention is therefore based on the object of making it easy to detect contamination on the surface of an object.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine Vorrichtung zur Detektion einer Verunreinigung auf einer Oberfläche eines Gegenstands, bei der ein Lichtwellen leitendes optisches Element sowie zumindest eine Kopplungsstelle zum Ein -und/oder Auskoppeln von Licht in das optische Element vorgesehen sind, wobei das optische Element zumindest einen Teil der Oberfläche bildet.According to the invention, the object is achieved by a device for detecting contamination on a surface of an object, in which an optical element that conducts light waves and at least one coupling point for input and / or output Coupling out light are provided in the optical element, the optical element forming at least part of the surface.
Die Ausbildung der Vorrichtung mit dem in die Oberfläche des Gegenstands integrier- ten optischen Element beruht auf der Überlegung, eine Störung des so genannten E- vanescent-Feldes durch beispielsweise Schmutzpartikel auszunutzen. Denn die für die Lichtausbreitung in dem optischen Element notwendige Totalreflexion tritt nicht exakt an der Grenzfläche des optischen Elements auf. Vielmehr dringen die Lichtwellen geringfügig in den sich unmittelbar an das optische Element angrenzenden Außenraum0 ein, in dem sich das Evanescent-Feld ausbildet. Eine Störung dieses Evanescent- Feldes bewirkt zugleich eine Störung der Lichtausbreitung im optischen Element. Der Ausgestaltung der Vorrichtung zur Detektion von Verunreinigungen liegt daher die Ü- berlegung zugrunde, das optische Element unmittelbar und ohne weitere Abdeckung in die Oberfläche des auf Verschmutzungen zu überprüfenden Gegenstands zu integrie-ε ren, so dass bei sauberer Oberfläche eine ungestörte Lichtausbreitung im optischen Element erfolgen kann. Bei einer Verschmutzung der Oberfläche kommen demgegenüber beispielsweise einzelne Schmutzpartikel unmittelbar mit dem optischen Element in Berührung und stören dadurch das im Außenraum bestehende Evanescent-Feld. Die Lichtwellenausbreitung im optischen Element wird daher behindert. Diese Verringerungc der Intensität der Lichtausbreitung in der optischen Faser kann dann durch einen geeigneten Sensor detektiert und ausgewertet werden. Unter Verschmutzung oder Verunreinigung wird hier allgemein eine unerwünschte Bedeckung der Oberfläche insbesondere durch Schmutzpartikel aber auch durch Wassertropfen, durch Beschlag wie beispielsweise Raureif oder durch sonstige Ablagerungen verstanden.5 Das optische Element ist hierbei insbesondere eine optische Glas - oder Kunststofffaser, beispielsweise mit rundem Querschnitt. Unter einem Lichtwellen leitenden optischen Element wird hierbei ein Element verstanden, in dem die Lichtwellenausbreitung erfolgt. Bei einem gewöhnlichem Lichtwellenleiter ist das Lichtwellen leitende optischeo Element die zentrale Faser, die üblicherweise noch von einem Mantel, dem so genannten „Cladding" umgeben ist. Wesentlich für die vorliegende Erfindung ist nunmehr, dass das Lichtwellen leitende optische Element, also beispielsweise die Glasfaser, un- mittelbar, also ohne weitere Ummantelung, einen Teil der Oberfläche bildet und somit unmittelbar in Kontakt mit der Umgebung und der Umgebungsluft kommt. Das Lichtwellen leitende optische Element muss daher frei von jeglicher Abdeckung sein, da die Detektion einer Verunreinigung auf der Störung des Evanescent-Feldes beruht.The design of the device with the optical element integrated into the surface of the object is based on the consideration of exploiting a disturbance in the so-called evanescent field by, for example, dirt particles. This is because the total reflection required for light propagation in the optical element does not occur exactly at the interface of the optical element. Rather, the light waves penetrate slightly into the outer space 0 directly adjacent to the optical element, in which the evanescent field is formed. A disturbance in this evanescent field also causes a disturbance in the light propagation in the optical element. The design of the device for the detection of contaminants is therefore based on the consideration of integrating the optical element directly and without further covering into the surface of the object to be checked for contamination, so that undisturbed light propagation in the optical element occurs when the surface is clean can be done. In contrast, if the surface is contaminated, for example, individual dirt particles come into direct contact with the optical element and thereby interfere with the evanescent field existing in the exterior. The light wave propagation in the optical element is therefore hindered. This reduction in the intensity of the light propagation in the optical fiber can then be detected and evaluated by a suitable sensor. Contamination or soiling is generally understood here to mean an undesired covering of the surface, in particular by dirt particles, but also by water droplets, by fogging such as, for example, hoarfrost or by other deposits.5 The optical element here is in particular an optical glass or plastic fiber, for example with a round cross section. An optical element that conducts light waves is understood here to mean an element in which the light wave propagates. In the case of an ordinary optical waveguide, the optical waveguiding optical element is the central fiber, which is usually still surrounded by a cladding. The essential point for the present invention is that the optical waveguiding optical element, for example the glass fiber, U.N- indirectly, i.e. without further coating, forms part of the surface and thus comes into direct contact with the surroundings and the ambient air. The optical waveguiding optical element must therefore be free of any cover, since the detection of an impurity is based on the disturbance of the Evanescent field.
Eine derartige Vorrichtung zur Detektion von Verunreinigungen weist einen besonders einfachen, robusten und auch kostengünstigen Aufbau auf. Da als optisches Element beispielsweise eine Glasfaser oder Kunststofffaser herangezogen wird, ist der Einsatz auch bei widrigen Umgebungsverhältnissen problemlos möglich, ohne dass die Funkti- onsfähigkeit beeinträchtigt wird.Such a device for the detection of impurities has a particularly simple, robust and also inexpensive construction. Since, for example, a glass fiber or plastic fiber is used as the optical element, it can also be used in adverse environmental conditions without any problems, without impairing the functionality.
Gemäß einer zweckdienlichen Weiterbildung weist der Gegenstand oberflächenseitig eine insbesondere nutartige Aufnehmung auf, in der das optische Element angeordnet ist. Das optische Element ist hierzu beispielsweise in die Ausnehmung eingeklebt, ein- geklipst oder anderweitig befestigt.According to an expedient development, the object has, in particular, a groove-like receptacle on the surface, in which the optical element is arranged. For this purpose, the optical element is, for example, glued into the recess, clipped in or fastened in some other way.
Alternativ hierzu bilden bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Gegenstand und das optische Element eine einteilige Baueinheit. Unter einer einteiligen Baueinheit wird hierbei verstanden, dass der Gegenstand und das optische Element integral miteinan- der verbunden sind. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass das optische Element stofflich mit dem Gegenstand verbunden ist. Bevorzugt wird hierzu ein Zweikom- ponenten-Extrusions- oder Spritzgussverfahren herangezogen, bei denen sowohl der Gegenstand als auch das optische Element gleichzeitig erzeugt werden und die beiden Kunststoffschmelzen beim Erkalten die integrale Baueinheit bilden. Für die einteilige Baueinheit ist es nicht zwingend erforderlich, dass der Gegenstand und das optische Element unterschiedliche Materialien aufweisen. Der Gegenstand selbst kann bereits aus einem zur Lichtwellenleitung geeigneten Material, beispielsweise einem geeigneten Kunststoff, gebildet sein. Das optische Element ist in diesem Fall beispielsweise gebildet durch in die Oberfläche des Gegenstands eingebrachte Oberflächenstrukturen, die dann einzelne diskrete Bahnen bilden. Prinzipiell besteht bei geeigneter Strahlführung und geeigneter Detektion auch die Möglichkeit, dass beispielsweise der flach ausgebil- dete Gegenstand als solcher in seiner gesamten Fläche als optisches Element verwendbar ist.Alternatively, in a preferred embodiment, the object and the optical element form a one-piece structural unit. A one-piece structural unit is understood here to mean that the object and the optical element are integrally connected to one another. This is achieved, for example, in that the optical element is materially connected to the object. For this purpose, a two-component extrusion or injection molding process is preferably used, in which both the object and the optical element are produced simultaneously and the two plastic melts form the integral structural unit on cooling. For the one-piece structural unit, it is not absolutely necessary that the object and the optical element have different materials. The object itself can already be formed from a material suitable for optical waveguide, for example a suitable plastic. In this case, the optical element is formed, for example, by surface structures introduced into the surface of the object, which then form individual discrete tracks. In principle, with suitable beam guidance and suitable detection, there is also the possibility that, for example, Dete object as such can be used in its entire area as an optical element.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Gegenstand für sichtbares Licht durchlässig. Der Verschmutzungssensor ist daher vorzugsweise in Fenstern, Scheiben sowie in Abdeckungen für Lichtquellen integriert. Insbesondere ist der Gegenstand hierbei eine Scheinwerferabdeckung oder eine Scheibe für ein Kraftfahrzeug. Eine solche Scheinwerferabdeckung, die sowohl mit dem optischen Element als auch mit Kopplungsstellen zum Ein- oder Auskoppeln von Licht in das optische Element versehen ist, bildet daher das zentrale Element, um beim Betrieb des Kraftfahrzeugs eine Überwachung der Scheinwerferabdeckung auf Verschmutzungen zu ermöglichen.In a preferred embodiment, the object is transparent to visible light. The contamination sensor is therefore preferably integrated in windows, panes and covers for light sources. In particular, the object here is a headlight cover or a pane for a motor vehicle. Such a headlight cover, which is provided both with the optical element and with coupling points for coupling or decoupling light into the optical element, therefore forms the central element in order to enable monitoring of the headlight cover for contamination during operation of the motor vehicle.
Alternativ hierzu ist der Gegenstand für sichtbares Licht undurchlässig ausgebildet und ist beispielsweise ein Kochfeld oder ein Spiegel, insbesondere ein Antennenspiegel für Parabolantennen.Alternatively, the object is made opaque to visible light and is, for example, a hob or a mirror, in particular an antenna mirror for parabolic antennas.
Für die Überwachung, ob eine Verschmutzung vorliegt, ist eine Lichtquelle zur Einspeisung von Licht in das optische Element, ein Detektor zur Erfassung des durch das optische Element geführten Lichts sowie eine Auswerteeinheit zur Auswertung des detek- tierten Lichtsignals vorgesehen. In der Auswerteeinheit wird insbesondere eine Abweichung von der zu erwartenden Lichtintensität am Detektor erfasst und als Kriterium für das Vorliegen einer Verschmutzung ausgewertet. In Abhängigkeit dieser Auswertung können dann unterschiedliche Maßnahmen getroffen werden.To monitor whether there is contamination, a light source for feeding light into the optical element, a detector for detecting the light guided through the optical element and an evaluation unit for evaluating the detected light signal are provided. In particular, a deviation from the light intensity to be expected at the detector is recorded in the evaluation unit and evaluated as a criterion for the presence of contamination. Depending on this evaluation, different measures can then be taken.
Gemäß einer zweckdienlichen Weiterbildung ist eine Modulation des eingespeisten Lichts vorgesehen. Durch die Modulation, insbesondere Frequenzmodulation wird die Auswertung erheblich vereinfacht, da das von der Lichtquelle kommende Signal eindeutig identifiziert und beispielsweise nicht durch Störstrahlung beeinflusst wird. Eine solche Störstrahlung könnte beispielsweise durch unterschiedliche Tageslichtverhält- nisse oder auch durch das Ein- oder Ausschalten eines Scheinwerfers hervorgerufen werden. Zweckdienlicherweise wird gleichzeitig ein Referenzsignal erfasst. Hierzu ist ein Referenzdetektor vorgesehen, der das von der Lichtquelle abgegebene Licht unbeeinflusst von eventuellen Verschmutzungen unmittelbar detektiert. Aus einem Vergleich des de- tektierten Referenzsignals und des eigentlichen zu überwachenden Signals ist eine si- chere Aussage über das Vorliegen von Verschmutzungen möglich, die insbesondere unbeeiflusst von eventuellen Intensitätsschwankungen der Lichtquelle ist.According to an expedient development, a modulation of the light fed in is provided. The evaluation is considerably simplified by the modulation, in particular frequency modulation, since the signal coming from the light source is clearly identified and is not influenced, for example, by interference radiation. Such interference radiation could be caused, for example, by different daylight conditions or by switching a headlight on or off. A reference signal is expediently recorded at the same time. For this purpose, a reference detector is provided, which detects the light emitted by the light source without being influenced by possible soiling. A comparison of the detected reference signal and the actual signal to be monitored makes it possible to make a reliable statement about the presence of soiling, which is particularly unaffected by possible fluctuations in intensity of the light source.
In einer zweckdienlichen Ausgestaltung ist die Auswerteeinheit mit einer zentralen Steuereinheit insbesondere eines Kraftfahrzeugs verbunden. Dies erlaubt eine zentrale Auswertung der erfassten Daten, insbesondere kann hierbei die Information abgerufen werden, ob die Scheinwerfer an oder aus sind. Weiterhin besteht über die zentrale Steuereinheit die einfache Möglichkeit, bei Erfassen einer Verschmutzung, d.h. bei der Erfassung einer Signalschwächung oder Intensitätabnahme zwischen dem eingespeisten und dem detektierten Lichtsignal über einen Schwellwert hinaus, geeignete Maßnahmen zu treffen. Zweckdienlicherweise wird hier ein Waschsignal insbesondere zur automatischen Aktivierung einer Waschvorrichtung für die Oberfläche abgegeben. Die Waschvorrichtung ist beispielsweise eine Waschanlage für die Scheinwerferabdeckung oder ist die Scheibenwischanlage der Windschutz- oder Heckscheibe. Der entscheidende Vorteil insbesondere bei der automatischen Aktivierung der Reinigung der Scheinwerferabdeckung besteht darin, dass diese aufgrund des Verschmutzungssensors lediglich bei Bedarf betätigt wird, so dass einerseits die Sauberkeit der Scheinwerferabdeckung sichergestellt ist und andererseits kein unnötiger Waschwasserverbrauch eintritt.In an expedient embodiment, the evaluation unit is connected to a central control unit, in particular of a motor vehicle. This allows a central evaluation of the recorded data, in particular the information can be called up here whether the headlights are on or off. Furthermore, there is a simple possibility via the central control unit to detect contamination, i.e. when detecting a signal weakening or a decrease in intensity between the injected and the detected light signal above a threshold value, to take suitable measures. A washing signal is expediently given here, in particular for the automatic activation of a washing device for the surface. The washing device is, for example, a washing system for the headlight cover or is the windshield wiper system of the windshield or rear window. The decisive advantage, particularly in the automatic activation of the cleaning of the headlamp cover, is that it is only actuated when necessary due to the contamination sensor, so that on the one hand the cleanliness of the headlamp cover is ensured and on the other hand no unnecessary washing water consumption occurs.
Alternativ zu der Abgabe eines Waschsignals werden - je nach Einsatzzweck - vorzugsweise auch andere Signale abgegeben. Wird beispielsweise ein Kochfeld mit einem derartigen Verschmutzungssensor ausgerüstet, so wird beispielsweise bei Detektion einer Verschmutzung auf dem Kochfeld automatisch die Stromzufuhr zu den einzelnen Kochfeldern unterbrochen. Prinzipiell besteht auch die Möglichkeit, über diesen Sensor zu detektieren, ob auf einer eingeschalteten Kochplatte tatsächlich ein Topf steht, welcher als Verschmutzung im vorliegenden Sinne detektiert werden würde. Abhängig von der Detektion kann dann die Stromzufuhr gesteuert werden. Die Aufgabe wird weiterhin gemäß der Erfindung gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11. Die im Hinblick auf die Vorrichtung angeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf das Verfahren zu übertragen.As an alternative to emitting a washing signal, other signals are preferably emitted, depending on the intended use. If, for example, a cooktop is equipped with such a contamination sensor, the power supply to the individual cooktops is automatically interrupted, for example, when soiling is detected on the cooktop. In principle, it is also possible to use this sensor to detect whether there is actually a pot on a switched on hotplate, which would be detected as contamination in the present sense. Depending on the detection, the power supply can then be controlled. The object is further achieved according to the invention by a method having the features of patent claim 11. The advantages and preferred configurations mentioned with regard to the device are also to be applied analogously to the method.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen jeweils in schematischen, stark vereinfachten Darstellungen:An embodiment of the invention is explained below with reference to the drawing. Each shows in schematic, highly simplified representations:
Fig. 1 und 2 jeweils eine Querschnittsansicht eines Lichtwellen leitenden optischen Elements zur Erläuterung der Funktionsweise des Verschmutzungssensors in Folge einer Störung des Evanescent-Feldes, Fig. 3 eine perspektivische, stark vereinfacht Darstellung einer Scheinwerferabdeckung mit einem optischen Element und Fig.4 eine Schnittansicht durch einen zu überwachenden Gegenstand, insbesondere durch die Scheinwerferabdeckung gemäß Fig. 3.1 and 2 each show a cross-sectional view of an optical waveguide optical element to explain the functioning of the contamination sensor as a result of a fault in the evanescent field, FIG. 3 shows a perspective, highly simplified illustration of a headlight cover with an optical element and FIG an object to be monitored, in particular by the headlight cover according to FIG. 3.
In den Figuren sind gleich wirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Parts with the same effect are provided with the same reference symbols in the figures.
In den Fig. 1 und 2 ist eine optische Faser 2 als Lichtwellen leitendes optisches Element dargestellt, in die über eine als Sendediode ausgebildete Lichtquelle 4 Licht auf der in den Figuren dargestellten linken Seite eingespeist wird. Weiterhin ist ein als Empfangsdiode ausgebildeter Detektor 6 zur Erfassung des nach Durchlaufen der optischen Faser 2 austretenden Lichts vorgesehen. Unter Licht werden hier allgemein e- lektromagnetische Wellen verstanden, deren Spektralbereich im Bereich des sichtbaren Lichts liegen kann, jedoch nicht zwingend liegen muss.1 and 2, an optical fiber 2 is shown as an optical element which conducts light waves, into which light is fed via a light source 4 designed as a transmitting diode on the left-hand side shown in the figures. Furthermore, a detector 6 designed as a receiving diode is provided for detecting the light emerging after passing through the optical fiber 2. Here, light is generally understood to be electromagnetic waves, the spectral range of which can be in the range of visible light, but need not necessarily be.
Die Lichtwellenausbreitung in der optischen Faser 2 erfolgt durch Totalreflexion im Bereich der Grenzfläche der optischen Faser 2 zu der Umgebung 8, die die optische Faser 2 umgibt. Die Umgebung 8 ist im vorliegenden Fall insbesondere die Außenluft. Die optische Faser 2, in der die Lichtwellenausbreitung erfolgt, grenzt unmittelbar an diese Umgebung 8, also insbesondere an die Umgebungsluft an. Die Faser 2 ist nicht mit einer Abdeckung oder einer Hülle, dem so genannten Cladding, versehen.The light wave propagation in the optical fiber 2 takes place by total reflection in the area of the interface of the optical fiber 2 with the environment 8 which surrounds the optical fiber 2. The environment 8 in the present case is in particular the outside air. The optical fiber 2, in which the light wave propagates, borders directly on it Environment 8, in particular to the ambient air. The fiber 2 is not provided with a cover or a sheath, the so-called cladding.
Beim Betrieb bildet sich an der Grenzfläche zwischen der optischen Faser 2 und der Umgebung 8 und zwar außerhalb der optischen Faser 2 das so genannte Evanescent- Feld 9 aus, welches durch die elektromagnetischen Wellen des Lichts gebildet ist. Denn diese werden nicht exakt an der Grenzfläche der optischen Faser 2 total reflektiert. Die Eindringtiefe des Evanescent-Felds in die an die optische Faser 2 angrenzende Umgebung 8 liegt im Bereich von wenigen Mikrometern.During operation, the so-called evanescent field 9, which is formed by the electromagnetic waves of light, forms at the interface between the optical fiber 2 and the environment 8, specifically outside the optical fiber 2. Because these are not totally reflected exactly at the interface of the optical fiber 2. The depth of penetration of the evanescent field into the environment 8 adjacent to the optical fiber 2 is in the range of a few micrometers.
Trifft nun ein Schmutzpartikel 10, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, auf die optische Faser 2 auf, so wird im Bereich des Schmutzpartikels 10 die Lichtwellenausbreitung über das Evanescent-Feld gestört, so dass es zu einer Intensitätsminderung oder Signalschwächung des eingespeisten Lichts kommt. Diese Signalschwächung wird vom De- tektor 6 erfasst. Dieses Prinzip wird zur Ausbildung eines Verschmutzungssensors herangezogen.If a dirt particle 10, as shown in FIG. 2, strikes the optical fiber 2, the light wave propagation in the area of the dirt particle 10 is disturbed via the evanescent field, so that there is a reduction in intensity or signal weakening of the light that is fed in , This signal weakening is detected by the detector 6. This principle is used to form a contamination sensor.
Als Beispiel hierfür ist in Fig. 3 eine Scheinwerferabdeckung 12 für ein hier nicht weiter dargestelltes Kraftfahrzeug angegeben. Die Scheinwerferabdeckung 12 besteht übli- cherweise aus einem für das sichtbare Licht durchlässigen Kunststoff. Die Scheinwerferabdeckung 12 weist eine erste Kopplungsstelle 14A sowie eine zweite Kopplungsstelle 14B auf, über die das Licht von der Lichtquelle 4 eingekoppelt bzw. zu dem Detektor 6 ausgekoppelt wird. Weiterhin ist ein ebenfalls als Empfangsdiode ausgebildeter Referenzdetektor 15 vorgesehen, der unmittelbar das von der Lichtquelle 4 ausgesen- dete Licht detektiert. In die Oberfläche der Scheinwerferabdeckung 12 integriert ist die optische Faser 2. Diese ist von der ersten Kopplungsstelle 14A an einer ersten Stirnseite der Scheinwerferabdeckung 12 zu einem an der gegenüberliegenden Stirnseite angeordneten Reflektor oder Spiegelelement 16 und von dort wieder zurück zu der zweiten Kopplungsstelle 14B auf der ersten Stirnseite der Scheinwerferabdeckung 12 geführt. Anstelle des Spiegelelements 16 kann auch eine durchgehende optische Faser 2 vorgesehen sein, die beispielsweise schleifenförmig an der Oberfläche verläuft. Gemäß Fig. 3 ist weiterhin eine Auswerteeinheit 18 vorgesehen, die über Signalleitungen 20 mit der Lichtquelle 4 sowie mit dem Detektor 6 und dem Referenzdetektor 15 verbunden ist. Im Ausführungsbeispiel ist die Auswerteeinheit 18 zugleich Teil einer zentralen Steuereinheit 22 des Kraftfahrzeugs. Die Steuereinheit 22 ist wiederum über eine weitere Signalleitung 20 mit einer Waschanlage 24 für die Scheinwerferabdeckung 12 verbunden.As an example of this, a headlight cover 12 is indicated in FIG. 3 for a motor vehicle (not shown further here). The headlight cover 12 usually consists of a plastic that is transparent to visible light. The headlight cover 12 has a first coupling point 14A and a second coupling point 14B, via which the light from the light source 4 is coupled in or out to the detector 6. Furthermore, a reference detector 15, also designed as a receiving diode, is provided, which directly detects the light emitted by the light source 4. The optical fiber 2 is integrated into the surface of the headlight cover 12. This is from the first coupling point 14A on a first end face of the headlight cover 12 to a reflector or mirror element 16 arranged on the opposite end face and from there back to the second coupling point 14B on the out the first end face of the headlight cover 12. Instead of the mirror element 16, a continuous optical fiber 2 can also be provided, which for example runs in a loop on the surface. According to FIG. 3, an evaluation unit 18 is also provided, which is connected via signal lines 20 to the light source 4 and to the detector 6 and the reference detector 15. In the exemplary embodiment, the evaluation unit 18 is also part of a central control unit 22 of the motor vehicle. The control unit 22 is in turn connected via a further signal line 20 to a washing system 24 for the headlight cover 12.
Während des Betriebs wird über die Lichtquelle 4 und über die erste Kopplungsstelle 14A Licht in die optische Faser 2 eingespeist, welches diese durchläuft und sie an- schließend über die zweite Kopplungsstelle 14B wieder verlässt. Das aus der optischen Faser 2 austretende Licht wird vom Detektor 6 erfasst. Das erfasste Signal wird an die Auswerteeinheit 18 weitergeleitet und dort ausgewertet. Gleichzeitig wir das vom Referenzdetektor 15 erfasste Signal als Referenzsignal an die Auswerteeinheit 18 übermittelt. Dort wird das Referenzsignal mit dem vom Detektor 6 übermittelten Signal vergli- chen. Sobald in der Auswerteeinheit eine Signalschwächung erfasst wird, welche einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet, wird über die zur Waschanlage 24 führende Signalleitung 20 ein Waschsignal abgegeben, so dass die Waschanlage 24 aktiviert wird, d.h. üblicherweise wird über eine Spritzdüse Waschwasser auf die Scheinwerferabdeckung 12 gespritzt und anschließend wird ein Scheibenwischer aktiviert.During operation, light is fed into the optical fiber 2 via the light source 4 and via the first coupling point 14A, which light passes through it and then leaves it again via the second coupling point 14B. The light emerging from the optical fiber 2 is detected by the detector 6. The detected signal is forwarded to the evaluation unit 18 and evaluated there. At the same time, the signal detected by the reference detector 15 is transmitted as a reference signal to the evaluation unit 18. There, the reference signal is compared with the signal transmitted by the detector 6. As soon as a signal weakening that exceeds a predetermined threshold value is detected in the evaluation unit, a washing signal is emitted via the signal line 20 leading to the washing system 24, so that the washing system 24 is activated, i.e. Wash water is usually sprayed onto the headlight cover 12 via a spray nozzle and a windshield wiper is then activated.
Anhand des in der Fig. 4 dargestellten Querschnitts ist zu erkennen, dass die optische Faser 2, die in diesem Ausführungsbeispiel im Querschnitt gesehen Halbkreissegmente bildet, unmittelbar in die Oberfläche der Scheinwerferabdeckung 12 integriert ist und einen Teil der Oberfläche der Scheinwerferabdeckung 12 bildet. Im Ausführungsbei- spiel weist hierbei die Scheinwerferabdeckung 12 mit den integrierten optischen Fasern 2 eine plane Fläche ohne Erhebungen auf. Im Unterschied hierzu können die Fasern 2 auch Erhebungen bilden. Zur Anordnung der optischen Faser 2 in der Scheinwerferabdeckung 12 weist diese beispielsweise nutartige Ausnehmungen 26 auf, in die die optische Faser 2 eingelegt, insbesondere eingeklebt ist.It can be seen from the cross section shown in FIG. 4 that the optical fiber 2, which in this exemplary embodiment forms semicircular segments when viewed in cross section, is integrated directly into the surface of the headlight cover 12 and forms part of the surface of the headlight cover 12. In the exemplary embodiment, the headlight cover 12 with the integrated optical fibers 2 has a flat surface without elevations. In contrast to this, the fibers 2 can also form elevations. To arrange the optical fiber 2 in the headlight cover 12, this has, for example, groove-like recesses 26, into which the optical fiber 2 is inserted, in particular glued.
Alternativ hierzu bildet die Scheinwerferabdeckung 12 und die optische Faser eine einheitliche, integrale Baueinheit, bei der die optische Faser 2 und die Scheinwerferabde- ckung 12 stofflich miteinander verbunden sind. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass bei der Herstellung die optische Faser 2 und die Scheinwerferabdeckung 12 in einem gemeinsamen Zweikomponenten-Extrusionsvorgang oder Spritzgussvorgang hergestellt werden, so dass sich herstellungsbedingt eine stoffliche Verbindung ausbildet. Auf eine separate Darstellung einer derartig hergestellten Scheinwerferabdeckung 12 mit optischen Fasern 2 wurde verzichtet, da sich diese Darstellung in einer grob vereinfachten schematischen Ansicht nicht von der Darstellung gemäß Fig. 4 unterscheiden würde.Alternatively, the headlight cover 12 and the optical fiber form a single, integral structural unit in which the optical fiber 2 and the headlight cover Cover 12 are physically connected. This is achieved, for example, in that the optical fiber 2 and the headlight cover 12 are produced in a common two-component extrusion process or injection molding process during manufacture, so that a material connection is formed due to the production process. A separate illustration of a headlight cover 12 with optical fibers 2 produced in this way was dispensed with, since this illustration would not differ from the illustration according to FIG. 4 in a roughly simplified schematic view.
Weiterhin besteht die Möglichkeit, in die Scheinwerferabdeckung 12 Oberflächenstrukturen beispielsweise in Form von parallel zueinander verlaufenden Schlitzen einzuarbeiten, so dass der zwischen diesen gebildete Steg als optische Faser 2 herangezogen werden kann. There is also the possibility of incorporating surface structures into the headlight cover 12, for example in the form of slots running parallel to one another, so that the web formed between them can be used as an optical fiber 2.
Bezugszeichenliste optische Faser Lichtquelle Detektor Umgebung Evanescent-Feld Schmutzpartikel ScheinwerferabdeckungA erste KopplungsstelleB zweite Kopplungsstelle Referenzdetektor Spiegelelement Auswerteeinheit Signalleitung Steuereinheit Waschanlage Ausnehmung Reference list of optical fibers Light source detector Environment Evanescent field Dirt particles Headlight coverA first coupling pointB second coupling point reference detector mirror element evaluation unit signal line control unit washing system recess

Claims

Ansprüche Expectations
1. Vorrichtung zur Detektion einer Verunreinigung (auch Betauung oder Beschlag) (10) auf einer Oberfläche eines Gegenstands (12), bei der ein Lichtwellen leiten- s des optisches Element (2) sowie zumindest eine Kopplungsstelle (14A,14,B) zum Ein- und/oder Auskoppeln von Licht in das optische Element (2) vorgesehen sind, wobei das optische Element (2) zumindest einen Teil der Oberfläche bildet.1. Device for detecting contamination (also condensation or fogging) (10) on a surface of an object (12), in which light waves conduct the optical element (2) and at least one coupling point (14A, 14, B) for Coupling and / or coupling out of light into the optical element (2) are provided, the optical element (2) forming at least part of the surface.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , bei der der Gegenstand (12) oberflächenseitig0 eine Ausnehmung (26) aufweist, in der das optische Element (2) angeordnet ist.2. Device according to claim 1, in which the object (12) has a recess (26) on the surface side, in which the optical element (2) is arranged.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 , bei der der Gegenstand (12) und das optische Element (2) eine einteilige Baueinheit bilden. s3. The device according to claim 1, wherein the object (12) and the optical element (2) form a one-piece structural unit. s
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, bei der der Gegenstand (12) mit dem optischen Element (2) durch ein Zweikomponenten-Extrusions- oder Spritzgussverfahren hergestellt ist.4. The device according to claim 1 or 3, wherein the object (12) with the optical element (2) is produced by a two-component extrusion or injection molding process.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Gegens-0 tand (12) für sichtbares Licht durchlässig ist.5. Device according to one of the preceding claims, wherein the counter-0 tand (12) is transparent to visible light.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der der Gegenstand eine Scheinwerferabdeckung (12) oder eine Scheibe für ein Kraftfahrzeug ist.6. The device according to claim 5, wherein the object is a headlight cover (12) or a disc for a motor vehicle.
as 7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Lichtquelle (4) zur Einspeisung von Licht in das optische Element (2), mit einem Detektor (6) zur Erfassung des durch das optische Element (2) geführten Lichts, und mit einer Auswerteeinheit (18) zur Auswertung des detektierten Lichtsignals.7. Device according to one of the preceding claims, with a light source (4) for feeding light into the optical element (2), with a detector (6) for detecting the light guided through the optical element (2), and with a Evaluation unit (18) for evaluating the detected light signal.
30 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der eine Modulation des eingespeisten Lichts vorgesehen. 8. The device of claim 7, wherein a modulation of the fed light is provided.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, bei der ein Referenzdetektor (15) zur unmittelbaren Erfassung des von der Lichtquelle (4) abgegebenen Lichts vorgesehen ist.9. The device according to claim 7 or 8, wherein a reference detector (15) is provided for the direct detection of the light emitted by the light source (4).
s 0. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei der die Auswerteeinheit (18) mit einer zentralen Steuereinheit, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, verbunden ist.s 0. Device according to one of claims 7 to 9, in which the evaluation unit (18) is connected to a central control unit, in particular a motor vehicle.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei der die Auswerteeinheit (18)0 derart ausgebildet ist, dass bei Erfassung einer Signalschwächung zwischen dem eingespeisten und dem detektierten Lichtsignal oberhalb eines Schwellwertes ein Waschsignal abgegeben wird.11. The device according to one of claims 7 to 10, in which the evaluation unit (18) 0 is designed such that a washing signal is emitted above a threshold value when a signal weakening is detected between the fed-in and the detected light signal.
12. Verfahren zur Detektion einer Verunreinigung (10) auf einer Oberfläche einess Gegenstands (12), der ein Lichtwellen leitendes optisches Element (2) umfasst, das zumindest einen Teil der Oberfläche bildet, wobei Licht durch das optische Element (2) geleitet wird, so dass Schmutzpartikel (10), die sich auf dem optischen Element (2) befinden, die Lichtausbreitung in dem sich an der Außenoberfläche des optischen Elements ausbildenden Evanescent-Feldes (9) stören0 und die durch diese Störung hervorgerufene Intensitätsschwächung erfasst und ausgewertet wird. 12. A method for detecting an impurity (10) on a surface of an object (12) which comprises an optical element (2) which conducts light waves and which forms at least part of the surface, light being guided through the optical element (2), So that dirt particles (10) located on the optical element (2) interfere with the light propagation in the evanescent field (9) that forms on the outer surface of the optical element and the intensity weakening caused by this disturbance is detected and evaluated.
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