雨水传感器的透镜构件以及用于制造其的模块系统、方法和模具与流程

本发明涉及一种本发明涉及一种雨水传感器的透镜构件以及用于制造雨水传感器的模块系统、方法和模具。

背景技术：

光学雨水传感器的已知的设计基于：经由第一透镜将光耦入到挡风玻璃中，在所述挡风玻璃中全反射并且经由第二透镜再次耦出。根据挡风玻璃的湿润程度，全反射的光的份额进而从接收器透镜向光敏接收器反射的光的份额改变。

在该设计中不利的是，光路与相应使用的挡风玻璃的厚度相关，进而在发射器透镜和接收器透镜之间的优化间距与所述挡风玻璃厚度相关。因为发射器透镜和接收器透镜通常组合在唯一的、一件式构件上，所以需要分别匹配于各不同的透镜构件的不同的镜片厚度，这与高的模具成本相关联。

技术实现要素：

本发明的任务在于，降低用于制造雨水传感器的制造成本并且使制造更灵活。

根据本发明的第一方面，所述任务通过光学雨水传感器的透镜构件来解决，所述透镜构件具有构成为菲涅尔透镜的发射器透镜和构成为菲涅尔透镜的接收器透镜，所述发射器透镜和接收器透镜分别在俯视图中具有矩形轮廓，所述矩形轮廓具有第一棱边和与所述第一棱边成直角地伸展的第二棱边。发射器透镜和/或接收器透镜的中心点关于所述棱边中的至少一个棱边的边长偏心地设置，并且发射器透镜和接收器透镜并排设置。透镜构件以模制工艺制造，其中，第一模具嵌件和第二模具嵌件并排设置，这些模具嵌件分别具有一个菲涅尔透镜模具。第一和第二模具嵌件选择性地分别转动过0°或180°地设置，并且这样设置的模具嵌件在模制时形成用于透镜构件的发射器透镜和接收器透镜的阴模。

由于发射器透镜和/或接收器透镜的中心点的偏心布置，通过可行的不同的组合得到用于透镜构件的一定数量的不同配置，所述组合通过转动各个模具嵌件而产生，在所述不同配置中在制成的透镜构件中发射器透镜和接收器透镜的中心点具有不同的间距。

通过这种方式，尤其能够借助仅一个模具和最少两个不同的模具嵌件制造多个、尤其是四个透镜构件，这些透镜构件具有发射器透镜和接收器透镜的不同间距，所述间距已经覆盖大范围的不同的挡风玻璃厚度。

借助术语“偏心”在此表示：沿着棱边方向观察，相应的菲涅尔透镜的中心点与相应的透镜的矩形轮廓的与所述棱边方向垂直的棱边具有不同的间距。

模制例如能够以浇注方式进行，其中，将适宜的、在所使用的光波长度范围内透明的塑料用于所述透镜构件。透镜构件能够完全地由所述塑料产生，然而也能够例如设有由另一塑料构成的不透明区域。

所述模具嵌件的菲涅尔透镜模具中的每个菲涅尔透镜模具构成为，使得其本身构成功能有效的菲涅尔透镜的阴模。基于菲涅尔透镜的特性，对此不需要的是，形成菲涅尔透镜的各个圆中的全部的圆在圆周方面完全构成在模具嵌件上或者构成在透镜上。例如能够在相应的透镜或相应的模具嵌件的矩形轮廓终止的部位处切掉外部的圆。因为菲涅尔透镜基本上在每个部位处具有相同的射束转向，所以也在透镜中心点偏心地设置在菲涅尔透镜中的情况下以及在切掉实际的圆形透镜的部分的矩形轮廓的情况下，获得入射或出射的光束的足够好的转向。

优选的是，发射器透镜和接收器透镜并且与此相应地第一和第二模具嵌件并排安置，使得要么其第一棱边，要么其第二棱边平行伸展。尤其是模具嵌件进而还有发射器棱镜和接收器棱镜直接并排设置并且彼此接触。发射器透镜和接收器透镜因此在透镜构件中优选直接彼此相邻。

优选地，发射器透镜和接收器透镜的中心点位于一个平行于棱边方向伸展的直线上。在该情况下，在配属的电路板上光发射器和光接收器分别仅在一个维度中偏移，以便使电路板匹配于透镜构件的相应的配置。

在一个优选的实施形式中，在透镜构件中，发射器透镜和接收器透镜沿第二棱边的方向并排设置，并且第一棱边的边长在发射器透镜和接收器透镜中是相同的，而发射器透镜和接收器透镜的第二棱边的边长是不同的。由此在发射器透镜和接收器透镜并排排列的情况下得到用于透镜构件构成发射器透镜和接收器透镜的区域的紧凑的矩形形状，所述矩形形状对于透镜构件的全部可行的配置而言与发射器透镜和/或接收器透镜是转动过0°还是180°无关地是相同的。

为了获得发射器透镜和接收器透镜的中心点的线性间距梯度，例如能够如下选择第二棱边的边长：

a₂＝a₁+d_off

b₂＝b₁+2d_off

a₁+b₁＝d_min

a₂+b₁＝d_min+d_off

a₁+b₂＝d_min+2d_off

a₂+b₂＝d_min+3d_off，

其中，a₁、a₂是第一模具嵌件的菲涅尔透镜模具的中心点沿着第二棱边相对于各第一棱边的间距，且a₁<a₂，并且b₁、b₂是第二模具嵌件的菲涅尔透镜模具的中心点沿着第二棱边相对于各第一棱边的间距，且b₁<b₂。

在此对于模具嵌件给出的间距与在制成的发射器和接收器透镜中的间距是相同的。

为了改进菲涅尔透镜的效果，发射器透镜和接收器透镜优选在矩形形状不再允许菲涅尔透镜的完整的圆的部位处填充圆弧部段，直至矩形轮廓的所述棱边上，所述圆弧部段对应于菲涅尔透镜的相应的部段。换言之，矩形轮廓是较大的菲涅尔透镜的部分，其中切去突出于矩形轮廓的部段。这当然相应地适用于模具嵌件的菲涅尔透镜模具，从其模制中产生发射器透镜和接收器透镜。

在透镜构件的一侧上在包含发射器透镜和接收器透镜的区域中，存在分别具有矩形轮廓的两个并排设置的菲涅尔透镜，而优选在透镜构件的相对置的第二侧上设置有连续的、周期性的棱镜结构。

所述棱镜结构与在特定的透镜构件中所使用的接收器透镜和发射器透镜的组合的配置无关，并且例如由平行的屋顶形的棱镜构成，所述棱镜平行于发射器透镜和接收器透镜的第一棱边并且与此相应地平行于模具嵌件的第一棱边伸展。

透镜构件尤其能够整体构成为矩形板，但是也能够具有其它几何结构，然而所述其它几何结构对于本发明是不重要的进而在此不再进行描述。

这种透镜构件能够装入光学雨水传感器中，使得本发明也涉及具有相应的透镜构件的雨水传感器。

上述任务根据本发明的第二方面也借助用于制造光学雨水传感器的模块系统来解决。如上文已经描述的，透镜构件能够以多种不同的配置实现，其中，透镜构件始终具有构成为菲涅尔透镜的发射器透镜和构成为菲涅尔透镜的接收器透镜，所述发射器透镜和所述接收器透镜分别在俯视图中具有矩形轮廓，所述矩形轮廓具有第一棱边和与所述第一棱边成直角伸展的第二棱边。在不同的配置中，发射器透镜和接收器透镜分别沿其棱边之一的方向转动过0°或180°地并排安置。通过这种方式，不同的配置关于发射器透镜和接收器透镜的中心点的间距彼此不同。对于预设的挡风玻璃厚度，于是分别选择具有适合配置的透镜构件。

根据发射器透镜和接收器透镜的构造，因此能够借助两个不同的矩形轮廓实现具有不同的中心点间距的多个不同配置。尤其是当中心点关于第一棱边居中设置时，能够借助矩形轮廓实现高达四个不同的中心点间距，所述矩形轮廓对于发射器和接收器透镜具有相同边长的第一棱边和不同边长的第二棱边。

透镜构件优选在每个配置中一件式地构造。如上文已经描述的，为此尤其能够设有第一和第二模具嵌件，其中，各所述模具嵌件分别在俯视图中具有矩形轮廓并且分别具有一个菲涅尔透镜模具，所述矩形轮廓具有第一棱边和与所述第一棱边成直角伸展的第二棱边。模具嵌件为了制造透镜构件的不同配置分别沿其棱边之一的方向转动过0°或180°地并排安置并且随后模制。

上文给出的任务此外根据本发明的第三方面借助用于制造光学雨水传感器的透镜构件的方法来解决，其中，透镜构件具有构成为菲涅尔透镜的发射器透镜和构成为菲涅尔透镜的接收器透镜，所述发射器透镜和所述接收器透镜分别在俯视图中具有矩形轮廓，所述矩形轮廓具有第一棱边和与所述第一棱边成直角伸展的第二棱边，其中，第一和第二模具嵌件并排设置并且用适宜的塑料模制，各所述模具嵌件在俯视图中是矩形的并且分别具有一个菲涅尔透镜模具。第一和/或第二模具嵌件的菲涅尔透镜模具的中心点关于矩形轮廓的第一和/或第二棱边的边长偏心地设置。第一模具嵌件和第二模具嵌件选择性地分别转动过0°或180°地设置，由此实现在透镜构件中发射器透镜和接收器透镜的中心点的不同间距。

第一模具嵌件能够产生发射器透镜或接收器透镜，第二模具嵌件于是相应地产生接收器透镜或发射器透镜。因为穿过透镜构件的光路优选关于两个透镜的中心点对称，所以发射器和接收器透镜能够毫无问题地分别关于其位置互换。

如上文已经描述的，在并排设置第一和第二模具嵌件之后，发射器透镜和接收器透镜的中心点的间距等于第一模具嵌件和第二模具嵌件的菲涅尔透镜模具的中心点的间距。

模具嵌件的布置的选择优选根据所选择的挡风玻璃厚度进行，相应的雨水传感器确定用于所述挡风玻璃厚度。

在一个优选的实施形式中，各模具嵌件的沿着第一棱边的棱边长度是相同的，并且菲涅尔透镜模具的中心点关于第一棱边的边长居中地设置。以这种方式始终获得对于并排设置的模具嵌件和所得到的透镜构件的所有可行的不同配置而言具有等长的外部轮廓的矩形。

在制造透镜构件时，优选在第一侧上产生发射器透镜和接收器透镜，并且在相对置的第二侧上产生连续的、周期性的棱镜结构。棱镜结构优选具有与由发射器透镜和接收器透镜构成的组合相同的尺寸并且在俯视图中在其上方重合。

模制工艺有利地是浇注工艺，其中透镜构件尤其一件式地构成。通过简单地转动一个或两个模具嵌件，透镜构件的特定的配置能够快速地并且在没有大的耗费的情况下调整。

为了执行所描述的方法，进而为了制造上述透镜构件的模块系统，根据本发明的第四方面，能够使用用于制造光学雨水传感器的透镜构件的模具，所述透镜构件具有发射器透镜和接收器透镜，所述发射器透镜和接收器透镜分别构成为菲涅尔透镜。在模具中设有在俯视图中矩形的第一模具嵌件和在俯视图中矩形的第二模具嵌件，其中，不仅第一模具嵌件而且第二模具嵌件具有菲涅尔透镜模具。第一模具嵌件和第二模具嵌件分别具有第一边长的第一棱边和第二边长的第二棱边，尤其是两个模具嵌件的第一边长是相等的。在第一模具嵌件中和/或在第二模具嵌件中的菲涅尔模具的中心点至少关于第二棱边的边长偏心地设置。在模具中设有容纳部，第一模具嵌件和第二模具嵌件可沿着第二棱边并排安置到所述容纳部中，其中，第一和/或第二模具嵌件能够分别转动过0°或180°地插入容纳部中。

两个模具嵌件的第二棱边的边长优选是不同的，以便能够获得透镜构件的较高数量的不同配置，所述不同配置关于发射器透镜和接收器透镜的中心点的间距是不同的。

对于第一模具嵌件和第二模具嵌件的菲涅尔透镜模具的中心点沿着第二棱边观察与模具嵌件的各第一棱边的间距优选适用上文已经阐述的关系。

在模具中的容纳部有利地矩形地成形，并且两个模具嵌件的第二棱边的边长的总和以及第一棱边的边长的尺寸基本上对应于容纳部的尺寸。因此，可选地能够省却对模具嵌件的位置的调整和模具嵌件在模具中的固定。

附图说明

下面根据实施例参考附图详细描述本发明。在附图中：

图1和2示出根据本发明的雨水传感器的工作方式的示意图，所述雨水传感器具有两种配置的根据本发明的透镜构件，这些配置设计用于不同的挡风玻璃厚度；

图3示出根据本发明的透镜构件的示意性立体图，所述透镜构件按照根据本发明的方法制造；

图4示出用于根据本发明的透镜构件的发射器透镜和接收器透镜的模具嵌件的示意图；

图5示出图4中的模具嵌件的不同的配置，这些配置同时也对应于在根据本发明的透镜构件中的发射器透镜和接收器透镜的不同配置；

图6示出用于制造根据本发明的透镜构件的根据本发明的模具的示意性立体图；并且

图7示出图6中的模具的另一视图。

具体实施方式

图1和2示出在装入状态下的雨水传感器10和雨水传感器10’。光学雨水传感器10、10’的一个组成部分是透镜构件12，所述透镜构件在一侧14上在表面上具有发射器透镜16和接收器透镜18。发射器透镜16和接收器透镜18在此都是菲涅尔透镜并且构成为在该侧14的表面中的结构。

整个透镜构件12能够由对于所使用的光而言透明的塑料构成，但是也能够设有透明的和不透明的区域。

透镜构件12以与侧14相对置的侧20面向玻璃片22、例如车辆的挡风玻璃并且平行于所述玻璃片定向。在侧20的表面和玻璃片22之间通常设有柔性的耦合层24，例如由硅树脂构成，所述耦合层确保在透镜构件12和玻璃片22之间的均匀的光学过渡。

发射器透镜16用光束簇L照亮，所述光束簇由光发射器26发射出。光束簇L在经过发射器透镜16时变成平行射束并且经由耦合层24以下述角度耦入到玻璃片22中，所述角度引起在玻璃片22的对湿润敏感的表面28上(例如在挡风玻璃的外侧上)的全反射。在玻璃片22内部全反射之后，光束簇L投射到接收器透镜18上，在该处光束簇再次聚焦并且传导至光接收器30。

如果表面28被润湿，那么反射特性改变，因为光束簇L的较小的部分向回反射，这能够在光接收器30处进行评估。

在玻璃片22中的反射特性与玻璃片的厚度d_w1、d_w2有关，从而玻璃片厚度影响在发射器透镜16和接收器透镜18之间的最佳间距。因此，在玻璃片较厚的情况下必须调整在发射器透镜16和接收器透镜18的中心点M_S和M_E之间的间距，因为所需的间距d随着玻璃片厚度增加而增加，如在附图中可见的那样。

发射器透镜16和接收器透镜18在该示例中被任意布设，因为如在附图中可见地在雨水传感器10、10’中在发射器透镜16和接收器透镜18之间的射束路径是对称的。光发射器26和光接收器30因此也可以互换，而不会改变雨水传感器10、10’的功能。在本申请的范围中，因此能够始终将发射器透镜16与接收器透镜18关于其功能和位置进行互换。

为了从透镜构件12中耦出光束簇L，在侧20的表面上设有适宜的结构，在该情况下设有棱镜结构32，所述棱镜结构稍后还将详细描述。

图1和2示出按照模块系统的两个透镜构件12，所述模块系统包括一定数量的以不同配置的透镜构件12，在这些透镜构件种在发射器透镜16和接收器透镜18的中心点M_S、M_E之间的间距d各不相同。

透镜构件12的可行的配置在图3中示出。在该示例中，分别仅示出透镜构件12的承载发射器透镜16和接收器透镜18的区域。透镜构件12能够具有另外的部段和另外的几何结构，所述另外的部段和另外的几何结构对于本发明是不重要的进而没有示出。

在俯视图中，发射器透镜16和接收器透镜18都具有矩形轮廓，所述矩形轮廓具有两个平行的第一棱边34和两个平行的第二棱边36，所述第二棱边垂直于第一棱边34。在此，发射器透镜16和接收器透镜18设置为，使得它们的第一棱边34直接和间接地彼此相邻。

在该示例中，第一棱边34的边长h分别对于发射器透镜16和接收器透镜18是相等的。第二棱边36的边长能够对于发射器透镜16和接收器透镜18相等地选择，但是在该示例中是不同的。

透镜构件12一件式地构成，即在图3中位于内部的、彼此相邻的第一棱边34处，发射器透镜16和接收器透镜18一件式地并且连续地相互连接。

制造透镜构件12，其方式为：使用第一模具嵌件38和第二模具嵌件40(参见附图4、6和7)，所述模具嵌件分别具有一个菲涅尔透镜模具42，所述菲涅尔透镜模具构成一个功能有效的菲涅尔透镜(在该情况下是发射器透镜16或接收器透镜18)的阴模。在该示例中，发射器透镜16配置于第一模具嵌件38并且接收器透镜18配置于第二模具嵌件40，这是任意选择的并且也能够按照本领域技术人员的判断相反地实现。

两个模具嵌件38、40以其第一棱边34并排安置并且在该示例中相互直接接触，并且被插入模具部件46中的容纳部44中(参见附图6和7)，所述容纳部在此具有第一棱边34的边长h的尺寸和第二棱边36的边长的总和的尺寸。并排安置的模具嵌件38、40因此能够精确配合地插入容纳部44中。

在模制工艺中，例如在浇注工艺中，于是借助于模具46制造透镜构件12。

模具嵌件38、40的菲涅尔透镜模具42分别是稍后的发射器透镜16和接收器透镜18的精确的阴模。模具嵌件38、40的矩形的外部轮廓显然引起：菲涅尔透镜模具42在边缘处被切掉，即，没有完全构成菲涅尔透镜模具42的外部的、实际关于中心点M_S、M_E同心的圆。然而，由于菲涅尔透镜的特性，对于透镜的功能是无害的。

发射器透镜16和接收器透镜18的中心点M_S、M_E的位置通过模具嵌件38、40的中心点M_S、M_E的位置明确地预设。通过模制产生仅一个镜像的成像。

在该示例中，不仅发射器透镜16的中心点M_S而且接收器透镜18的中心点M_E关于第二棱边36、即关于距两个第一棱边34的间距偏心地设置。然而，关于第一棱边34、即关于与两个第二棱边36的间距选择居中的位置，使得与两个第一棱边的间距在第一棱边34的边长h的情况下相应地为1/2h。

根据模具嵌件38、40以何种取向沿着第二侧36并排安置，得到中心点M_S、M_E的不同的间距。两个模具嵌件38、40原则上能够以0°(即不转动)或180°转动过地定向。

在适宜地选择第二棱边36的边长的情况下，能够产生在透镜构件12中的发射器透镜16和接收器透镜18的中心点M_S、M_E的间距的线性梯度(lineare Abstufung)。

发射器透镜16(以及第一模具嵌件38的菲涅尔透镜模具42)的中心点M_S与第一侧34沿着第二棱边36的间距在此表示为a₁、a₂，而接收器透镜18(以及第二模具嵌件40的菲涅尔透镜42)的中心点M_E与第一棱边34的间距表示为b₁、b₂。在该示例中，第二模具嵌件40比第一模具嵌件38更宽，进而接收器透镜18也比发射器透镜16更宽，即对于第二边长适用：a₁+a₂<b₁+b₂。

在选择第二棱边36的边长和相对于边长的中心的相应的位移：

a₂＝a₁+d_off

b₂＝b₁+2d_off

a₁+b₁＝d_min

a₂+b₁＝d_min+d_off

a₁+b₂＝d_min+2_doff

a₂+b₂＝d_min+3_doff

时，根据第一模具嵌件38和第二模具嵌件40是转动过0°还是转动过180°地插入容纳部44中，得到在图5中示出的用于透镜构件12的模块系统的可行的四种配置。

图5a示出具有最小间距d_min＝a₁+b₁的配置。在该情况下，第一模具嵌件38在图4中示出的方位中使用，而第二模具嵌件40相对于在图4中示出的方位转动180°(模具嵌件的取向通过在图5中的附图标记的位置标明)。

图5b示出下述情况：不仅模具嵌件38而且第二模具嵌件40转动过180°地使用，在此，中心点M_S、M_E的间距为d_min+d_off＝a₂+b₁。

图5c示出下述情况：不仅模具嵌件38而且第二模具嵌件40转动过0°地并排安置。在此，中心点M_S、M_E的间距为d_min+2d_off＝a₁+b₂。

图5d示出下述配置：模具嵌件38转动过180°，而第二模具嵌件40转动过0°，即，在图4中示出的位置中并排安置。在此，中心点M_S、M_E的间距等于d_min+3d_off＝a₂+b₂。

通过这种方式，能够以唯一的模具部件46和仅两个模具嵌件38、40制造透镜构件12的中心点M_S、M_E与发射器透镜16和接收器透镜18具有不同间距的四种配置，其方式为：模具嵌件38、40中的仅一个或两个模具嵌件在模具46的容纳部44中转动。因此产生四个不同透镜构件12的模块系统，所述透镜构件匹配于不同的镜片厚度，而不必分别制造自身的模具。

以与模具嵌件38、40的发射器透镜16和接收器透镜18的模制相同的工作步骤，在该示例中也在透镜构件12的侧20的表面上制造棱镜结构32。为此设有第二模具部件48(参见图7)，所述第二模具部件在此在相应的容纳部中也具有模具嵌件50，其中，模具嵌件50具有棱镜结构32的阴模。一件式制成的透镜构件12因此在设置有发射器透镜16和接收器透镜18的区域中在相对置的侧20上在其上方重合地具有棱镜结构32。

代替用于第一棱边34和第二棱边36的边长的在此描述的几何形状以及中心点M_S、M_E与棱边34、36的间距的分配，当然也可以使用任意其它的几何形状。

例如能够产生具有中心点M_S、M_E的不同间距的较高数量的配置，其方式为，也进行关于第二棱边36、即沿着第一棱边34的位移。当然这与在匹配具有光发射器26和光接收器30的印刷电路板的情况下的额外耗费相关联，因为在该情况下在发射器透镜16和接收器透镜18的中心点M_S、M_E之间的连接线不再位于一个平行于第二棱边36的直线上。