专利名称：用于汽车的光电传感器设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于汽车的光电传感器设备，用于检测车窗玻璃上的湿度，具有用于光线的发送器和接收器，所述光线从车窗玻璃被反射到接收器上，还具有使光线耦入和耦出窗玻璃的耦合元件，其中所述耦合元件被构造为由多个单个棱镜构成的棱镜结构，其中所述单个棱镜在耦入范围内具有垂直于入射方向的棱镜面，并在耦出范围内具有垂直于光线出射方向的棱镜面。
这种类型的湿度传感器由DE19720874C2已知，并基于受到红外线干扰的全反射功能原理，所述红外线以45°角通过一个光学元件耦入到防风玻璃中。在车窗玻璃干燥、清洁的情况下，光线在车窗玻璃的外侧发生全反射，并同样以45°角通过另一个光学元件由一个接收器检测到。车窗玻璃的潮湿使得光线从光路中耦出，因为在这一位置处不再发生全反射。
问题在于外来光线的影响在这种传感器设备的情况下不能被完全排除。外来光线可能会降低湿度传感器的灵敏度，或者还会导致错误的分辨率，因此外来光线的减少就意味着功能的改善。
正如在理论上和实践上已经观察到的，存在一条特殊的光路，来自外部的外来光线通过这条光路穿过耦合体和起到聚焦作用的透镜元件照射到接收器上。以接近车窗玻璃铅垂线的特定角度入射的外来光线可以照射到和原来的有效光线平行的棱镜侧面上，并在这个侧面处以轻轻擦过的方式射出。由于接收器一侧使由车窗玻璃反射的有效光线汇聚并聚焦到接收器上的棱镜具有不等于零的接收角，并且所述接收器由宽的表面构成，这种外来光线能够到达接收器。
因此提出了这样的任务，即提供一种用于汽车的光电传感器设备，其中穿过车窗玻璃入射到接收器的外来光线的影响被显著降低。
首先，根据本发明该任务这样来解决至少在并非垂直于光线方向设置的其他棱镜面的耦出范围内，至少一些棱镜面被打毛或者使光线不能通过。
其次，根据本发明该任务这样来解决至少在并非垂直于光线方向设置的其他棱镜面的耦出范围内，至少一些棱镜面被设置为不平行于光线出射方向。
第三，根据本发明该任务这样来解决至少在并非垂直于光线方向设置的其他棱镜面的耦出范围内，至少一些棱镜面叠加了附加的棱镜。
本发明建议了这样的措施，减少了轻轻擦过耦合元件的棱镜边沿出射的外来光线分量。这是通过将耦合体的平行于有效光线的侧面打毛或者遮盖、通过使耦合体的平行于有效光线的侧面倾斜、或者还通过由与耦合元件相叠加的棱镜结构使以轻轻擦过的方式出射的外来光线发生附加偏转来实现的。
本发明的三种可能的变体和改进在从属权利要求中描述。
下面借助附图详细描述本发明的三种可能的变体。
图1为湿度传感器的第一和第二种实施例，图2为湿度传感器的第三种实施例，图3为光电传感器设备的功能原理。
图3示意性地示出了在光电传感器设备中的光路，其中所示的设备在一定程度上与先前已知的现有技术相对应。为了感知汽车的车窗玻璃4上的雨水或脏东西，一个用作光发送器5的发送二极管发出一束光线，最好是在近红外范围内，波长约为880nm，通过第一个透镜结构2使光束平行，并通过一个耦合元件1以45°角射入到车窗玻璃4的玻璃中。在车窗玻璃4的外表面上，以45°角入射的光线发生全反射，并通过所述耦合元件1以及通过起聚焦作用的第二个透镜结构3照射到一个用作光接收器6的光电二极管上。
雨滴或脏东西颗粒位于车窗玻璃4的外侧，因此在这样的位置处到达的光线的一部分从车窗玻璃4中耦出或者被吸收，这减弱了由光电二极管6所接收的光线强度。这种强度改变可通过一个图中未示出的、与光电二极管相连接的电子元件很容易地记录下来。
所示的现有技术首先解决了不考虑光线耦入到车窗玻璃4中的问题。为此采用的耦合元件1能够以具有优点的方式通过一个薄膜或者通过一个具有棱镜结构的塑料体或玻璃体来构成，其中棱镜的表面精确地垂直于耦入或耦出的光束设置，因此无需考虑光线射入到耦合元件1中以及从耦合元件1射出的过渡。在图1和图2中以简要的示意图表示出了可以降低湿度传感器对外来光线的灵敏度的本发明的可行方案。分别示出了耦合元件的棱镜结构、车窗玻璃的外表面、以及在接收器一侧的光路部分。图1在一个示意图中示出了本发明的两种实现方式，其分别具有起到聚焦作用的接收器光学元件。所述接收器光学元件具有与每个透镜相同的特性，可以使入射光线的角度在焦平面内的一个位置处发生变化。以45°出射角被车窗玻璃所反射的来自光发射器的光线，即有效光线，在接收器的一个预先给定的位置处被成像，与此相反，具有其他角度的外来光线在其他位置处成像。
然而，以近似于车窗玻璃铅垂线的确定角度入射的外来光线照射到与原来的有效光线平行的棱镜侧面上，并在这个侧面处以轻轻擦过的方式射出。由于在接收器一侧使由车窗玻璃反射的有效光线汇聚并聚焦到接收器上的透镜具有不等于零的接收角，并且所述接收器由宽的表面构成，这种外来光线能够到达接收器。
传感器系统对于以轻轻擦过的方式从棱镜结构中射出的外来光线的灵敏度可通过下述方式来减低即棱镜结构的与有效光线平行的侧面被打毛或者被遮盖。当例如通过涂漆或涂层来进行遮盖时，以轻轻擦过的方式射出的外来光线被吸收。当通过被置入到注塑工具中的侵蚀或腐蚀结构来打毛时，从该侧面射出的光线向所有的空间方向上散射，使得位于棱镜以及接收面的接收角内的部分被减少。对于表面的这种更改只需要在接收器一侧进行。
对于外来光线的灵敏度也可以通过下述方式来降低即棱镜结构中外来光线从中射出的侧面相对于45°的额定角度倾斜几度(最大约为5°)。由此得到了从这样的侧面以轻轻擦过的方式射出的光线，所述侧面的角度精确对应于接收器光学元件的主接收方向。接收器元件的接收特性最好具有45°的主方向，并使以其他角度入射的光线衰减。从而也实现了外来光线的衰减。
显然，也可以采用这两种可能的实现方式的结合。
减少通过耦合元件的棱镜折射到接收器上的外来光线的另外一种可能性在于，在耦合元件的棱镜结构上附加其他的棱镜边沿，这些棱镜边沿使得以轻轻擦过的方式出射的外来光线从光线接收器的接收方向上偏离开。在耦合元件上可以叠加一个单个的大的附加棱镜边沿，也可以叠加多个较小的附加棱镜边沿。所述附加的棱镜可以进一步形成为任意的形状，特别是不必具有尖锐的边沿。附加棱镜例如可以有利地设计为半圆柱形。
权利要求
1.用于汽车的光电传感器设备，用于检测车窗玻璃上的湿度，具有用于光线的发送器和接收器，所述光线从车窗玻璃被反射到接收器上，还具有使光线耦入和耦出窗玻璃的耦合元件，其中所述耦合元件被构造为由多个单个棱镜构成的棱镜结构，其中所述单个棱镜在耦入范围内具有垂直于入射方向的棱镜面，并在耦出范围内具有垂直于光线出射方向的棱镜面，其特征在于，至少在并非垂直于光线方向设置的其他棱镜面的耦出范围内，至少一些棱镜面被打毛或者使光线不能通过。
2.如权利要求1所述的光电传感器设备，其特征在于，所述耦合元件由塑料制成，并且至少一些棱镜面通过喷沙处理被打毛。
3.如权利要求1所述的光电传感器设备，其特征在于，所述耦合元件由注塑的塑料制成，并且至少一些棱镜面通过注塑工具中的结构化而被打毛。
4.如权利要求1所述的光电传感器设备，其特征在于，至少一些棱镜面被涂漆，使光不能通过。
5.如权利要求1所述的光电传感器设备，其特征在于，在至少一些棱镜面上贴上使光不能通过的材料。
6.如权利要求1所述的光电传感器设备，其特征在于，至少一些棱镜面被镜面化处理。
7.用于汽车的光电传感器设备，用于检测车窗玻璃上的湿度，具有用于光线的发送器和接收器，所述光线从车窗玻璃被反射到接收器上，还具有使光线耦入和耦出窗玻璃的耦合元件，其中所述耦合元件被构造为由多个单个棱镜构成的棱镜结构，其中所述单个棱镜在耦入范围内具有垂直于入射方向的棱镜面，并在耦出范围内具有垂直于光线出射方向的棱镜面，其特征在于，至少在并非垂直于光线方向设置的其他棱镜面的耦出范围内，至少一些棱镜面被设置为不平行于光线出射方向。
8.如权利要求7所述的光电传感器设备，其特征在于，并非平行于光线出射方向设置的棱镜面与光线的出射方向之间的方向偏离最大为5°。
9.用于汽车的光电传感器设备，用于检测车窗玻璃上的湿度，具有用于光线的发送器和接收器，所述光线从车窗玻璃被反射到接收器上，还具有使光线耦入和耦出窗玻璃的耦合元件，其中所述耦合元件被构造为由多个单个棱镜构成的棱镜结构，其中所述单个棱镜在耦入范围内具有垂直于入射方向的棱镜面，并在耦出范围内具有垂直于光线出射方向的棱镜面，其特征在于，至少在并非垂直于光线方向设置的其他棱镜面的耦出范围内，至少一些棱镜面叠加了附加的棱镜。
10.如权利要求9所述的光电传感器设备，其特征在于，至少一些棱镜面分别叠加了一个附加的棱镜。
11.如权利要求9所述的光电传感器设备，其特征在于，至少一些棱镜面分别叠加了多个附加的棱镜。
12.如以上权利要求中任一项所述的光电传感器设备，其特征在于，所述传感器设备被构造为与汽车车窗玻璃相连的雨水传感器或水汽凝结传感器。
全文摘要
描述了一种用于汽车的光电传感器设备，用于检测车窗玻璃上的湿度，具有用于光线的发送器和接收器，所述光线从车窗玻璃被反射到接收器上，还具有使光线耦入和耦出窗玻璃的耦合元件，其中所述耦合元件被构造为由多个单个棱镜构成的棱镜结构，其中所述单个棱镜在耦入范围内具有垂直于入射方向的棱镜面，并在耦出范围内具有垂直于光线出射方向的棱镜面。建议了用于降低这种传感器设备对外来光线的灵敏度的不同实施例。
文档编号G01N21/41GK1984802SQ200580023604
公开日2007年6月20日 申请日期2005年7月9日 优先权日2004年7月13日
发明者马蒂亚斯·瑞什温, 托马斯·韦伯 申请人:利奥波德·科世达责任有限股份公司