专利名称：用于探测机动车玻璃上的水份的光学传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于探测机动车玻璃上的水份的光学传感器，它带有发出光束的发射器，接收器以及至少一个导光元件，光束可以向布置在介于发射器和接收器之间的光通道中的玻璃上的探测区域转向。
一种此类的光学传感器已经例如由DE 102 29 239 A1公开。这类光学传感器已知有多个变型并在机动车中用作所谓的下雨传感器，它特别可以用于刮水器装置的(自动)控制。导光元件可以例如是耦合元件，反向后射镜或者是光传输元件，尤其是波导体。
已公开的传感器典型地，但不是全部按照全反射的原理工作。被现在的下雨传感器大量使用的探测方法首先基于光在波导体中众所周知可以通过全反射传播，因为反射介质，即波导体的外壳或者周边比波导体芯具有较低的折射系数。分界面，例如玻璃的侧面，将此时借助耦合元件，例如棱镜，在足够大的角度(＞42°)下进入波导体的光首先全部反射，因为光束角度对干燥的界面足够大，来阻止反射和传输的光束分开。如果现在雨滴打湿了光通道，则对改变了的介质过渡(由此从玻璃/空气到玻璃/水)临界角从42°变大到60°，这样现在光的大部分一考虑到作为下雨传感器的功能以42°和60°之间的角度输入一通过雨滴射出。与水份相关地消减的通道的导光性能在输出位置(还是棱镜或类似物)借助光电二极管或光电晶体管测量。
不用如在全反射探测原理中那使用定义的基本信号的下降作为有效信号分析，也可以使用在光射入雨滴时散射或者反射的光束作为探测玻璃上的水份的有效信号。全反射和散射探测的结合也是可以的。例如由DE 43 29 188 A1公开了一种传感器，在这种传感器中光在玻璃中全反射地传播。在打湿时光的一部分从玻璃中射出，但又在雨滴上散射回来并射向玻璃内表面，在那里它可以通过接收器使用。
许多已公开的下雨传感器直接使用汽车前风挡玻璃，或者前风挡玻璃的一个通常只延伸几厘米的应探测被雨滴或其它液滴打湿探测区域作为波导体。由发射器射出的光借助合适的耦合元件，例如棱镜或全息耦合薄膜，从前风挡玻璃的内侧输入玻璃并重新输出。因为一方面下雨传感器不能透视的部分(发射器/接收器，壳体，分析电子设备)不允许影响驾驶员的视野，并且另一方面传感器的探测区域必须放在前风挡玻璃的一个能通过刮水器装置清洁的区域中，其间还要生成传感器结构，此时附加的，在玻璃上或玻璃中形成的波导体用于连接探测区域和下雨传感器的其它部分之间的距离，或者，用于连接前风挡玻璃不能用刮水器清洁的区域。
由上述此类专利DE 102 29 239 A1公开了一种下雨传感器，在这种传感器中附加的波导体构造在复合玻璃的中间层中。在一个合适的位置光从波导体中输向玻璃外侧，在那里被全反射并重新输入处于内部的波导体中，从而在玻璃外侧的探测区域中存在的水份以希望的方式通过部分输出导致光束的减弱，它可以然后以已知的方式分析。在此还公开了，引导元件和/或输出元件是全息图，由此导光元件对机动车的驾驶员是透明的并因此不限制他的视野。
本发明的任务在于，这样改进此类的传感器，即一不影响驾驶员的视野一特别是给传感器形式或者传感器结构一个大的变化辐度。
此任务根据本发明利用权利要求1的特征解决。
在根据权利要求1的解决方案中，发射器和/或接收器设计成透明的并集成在玻璃中。通过按照本发明的透明的光学元件的组合及布置可以实现一不影响驾驶员的视线一不同结构的传感器形式，由此明显降低了玻璃以外的费用。根据本发明的传感器可以用来探测玻璃外侧面和/或内侧上的水份，即用作下雨传感器和/或冷凝水传感器，并且他们可以一在较高的光学精度下一成本经济地生产。透明的光学元件可以特别集成在复合玻璃的粘贴的中间层中。原则上上述的全反射的方法和/或散射探测的方法都可以用作探测原理。
在该解决方案的一种特别优选的变型中，发射器和接收器并排布置在玻璃上并且导光元件是准直镜组，以使光束从发射器，经过探测区域，引导到接收器中。这种传感器关于其布置在玻璃内部和外部的部分可以以大的灵活性和少的费用实现。
在另外一种特别节约空间的变型方案中，发射器和接收器是透明的发射器/接收器系统并且重叠地布置在刮水器能清洁的玻璃的刮水区域，其中发射器布置在接收器和那个设置为要探测的玻璃表面之间。同时导光元件是准直镜组，以使光束从发射器，经过探测区域并穿过透明的发射器，引导入接收器中。
在所述变型方案中可以有选择地设置玻璃的外侧或内侧用以探测。根据另一种有利的变型方案可以如下以简单的方式进行双面探测，即附加于为了在玻璃的第一表面上探测设置的第一透明光学元件(发射器，接收器，导光元件)之外，在玻璃中集成第二透明光学元件，它们为了在玻璃的对面的第二表面上探测而设置。其中第一和第二透明光学元件设计成关于一个平行于玻璃的探测侧延伸的平面镜像对称。
以上所述变型方案的替代方案是，在这种解决建议的框架下，带有附加波导体的实施方案也是可以的。它首先有这种方案，即发射器和接收器可选择布置在刮水器能清洁的玻璃的刮水区域内或区域外。同时提出，在介于发射器和接收器之间的光通道的部分上的导光元件是集成在玻璃中的波导体，并且该波导体具有输入元件，以将从玻璃的探测区域过来的光束输入波导体。
在此变型方案的一种改进方案中提出，在发射器和光束输向探测区域的输出位置之间的光通道，以及在来自探测区域的光束的输入位置和接收器之间的光通道的至少一部分分别是波导体，其中波导体在输出位置具有输出元件，在输入位置具有输入元件。关于处于探测区域“前面”和“后面”的波导体区域可以在必要时说成“两件式”波导体或者“两个”波导体。有利的是，或者发射器和接收器集成在波导体中，或者光束分别借助另外的导光元件在波导体中输入或者输出，其中另外的导光元件分别是准直镜组。
此外在探测区域“前面”设置波导体区域不是一定必需的。可以设置另外的导光元件代替它，以使光束直接，无波导体地，从发射器引导到探测区域，其中另外的导光元件是准直镜组。
在所有带有附加波导体的实施方案中有利的是，波导体具有玻璃薄膜作为芯并且具有由聚四氟乙烯制成的壳体层，及波导体布置在复合玻璃的粘贴的中间层内或之上。
对本发明所有的变型方案特别有利的是设置聚合物膜，该聚合物膜集成在复合玻璃的粘贴的中间层内或之上，并且透明的发射器，或者透明的发射器和透明的接收器构造在聚合物膜中。不过原则上，透明的光学元件也可以直接集成在PVB中间层内或之上，或在玻璃中的另一个合适的位置中。
本发明的实施例接下来借助附图详细说明。图中示出
图1至4是通过机动车的前风挡玻璃的截面图和根据本发明的传感器在不含附加波导体的不同变型方案下的示意的部分视图，图5至10是相同的示图，即带有附加波导体的根据本发明的传感器不同变型方案，图11示出了不含附加波导体的实施方式的变型方案，并且图12示出了带有附加波导体的实施方式的变型方案。
在根据图1至12的实施例中分别示出了已知的由复合玻璃制成的汽车前风挡玻璃的断面，该复合玻璃具有子玻璃4和通常由聚乙烯醇缩丁醛(PVB)制成的粘贴的中间层5。
在图1中传感器的光源或者发射器1和接收器2分别制成透明的并且并排集成在PVB层5中。此外可以看出两个分别是准直镜组3的导光元件，它们分别以这种方式配属于发射器1和接收器2或者布置在它们旁边，使光束11从发射器1穿过子玻璃4被引导到玻璃的外侧6上的探测区域12，在探测区域12上转向并继续再次穿过子玻璃4被引导到接收器2中。准直镜组3可以分别由一个或多个具有反射，折射或衍射特性的光学元件组成。这些元件3可以，在直接布置在PVB-层5中时，以已知的全息方法生成，或者在布置在聚合物膜10上时，如进一步联系图11所述，通过机械构造或借助激光产生。这些也适用于下面的实施例。
准直镜组3以通常的方式改变波前或者使光束11的波前转向，从而在探测区域12上的光束11可以被最优地探测。可以考虑光束11由于在干燥的界面6情况下产生的全反射的干扰的减弱、散射探测或组合的方法作为探测方法。这里光束11可以通过准直镜组3和/或其它措施象在下面的实施例中一样引导，从而它多次和探测区域12相互作用。
发射器1和接收器2可以，一方面由于其透明性而不影响驾驶员的视野，可以布置在任意的为探测区域12设置的玻璃上的位置。另一方面传感器应该不被一般处于风挡玻璃刮水器的刮水区域之外一在相应的情况下一的水份或不清洁度影响；因此探测区域12或者发射器1和接收器2可以并应该布置在用刮水器能清洁的玻璃的刮水区域中。
发射器1和接收器2可以通常只距离几毫米布置。与分析电子设备或者供电设备的电连接要求只有几微米厚，事实上看不见的导线，它从发射器1或者接收器2引向玻璃的外围，并且必要时继续引向玻璃以外的另外的传感器部分。
图3示出了一个实施例，其中发射器1和接收器2作为薄片结构重叠地布置，从而由发射器1发出并由准直镜组3进一步引导的光束11在界面6上反射回来或散射回来，穿过透明的发射器层1并在处于其下的透明的接收器层2中被收集。由此在玻璃中实现非常紧凑的传感器结构。
图1和3在图2或者图4中各对应一种实施方式，在该实施方式中探测不限于一个可选择的玻璃表面，而是可以同时探测玻璃的外侧6和内侧7。一种紧凑并生产工艺上有利的结构可以如图示由此实现，即第一和第二光学元件基本上关于一个平行于玻璃的探测侧延伸的平面镜像对称。
图5至图10示出了这种实施例，在该实施例中光束11在介于发射器1和接收器2之间的光通道的大部分上在波导体8中传输，该波导体布置在PVB层5内或之上。其中图5至7是发射器1和接收器2两者都透明的变型方案，而图8至10中的变型方案具有不透明的接收器2。替代方案也可以是接收器透明而发射器不透明。波导体8在此使透明的发射器/接收器1和2，或者只是透明的发射器1，分别可选择地定位在刮水器能清洁的玻璃的刮水区域内或区域外，因为最终只有探测区域12必须定位在刮水区域内。
如图5所示，光束11首先在波导体8的第一部分中传播，直到它在一个为希望的探测区域12选定的输出位置借助输出元件9输出到探测区域12。在玻璃的外侧6上光束11在玻璃-空气界面上或者在外表面6被水份打湿，在玻璃-水界面上反射，或者在当时已经存在的雨滴上散射并转向，使光束11之后达到波导体8的第二部分，它在相应的输入位置借助输入元件9这样构造，使光束11在波导体8的第二部分中继续传播。耦合元件9可以例如是全息光栅。如在图6中所示，耦合元件9也可以，特别是以标明的镜像对称的方式“加倍“，以实现玻璃上的双面探测。
发射器1和接收器2可以，特别如在图5和6中所示，直接集成在波导体8中，或者集成在两个波导体部分中。不过它们也可以，参见根据图7的双面探测，布置在波导体8的外面，其中，如图所示，可以分别设置一个准直镜组3。
图8至10对关于发射器1或者接收器2的布置和结构的变型方案进行说明。根据图8，透明的发射器1可以和不透明的接收器2组合，其中后者布置在玻璃的外围。在那里它一方面不影响驾驶员的视野，另一方面弄脏的玻璃边缘区域通过波导体8的右侧区域连接。在图9中示出了另一种方案并涉及另一耦合元件9，通过该元件光束11输出到在机动车的内部的外部接收器2中。替代方案也可以是发射器不透明而接收器透明。
如在图10中所示，存在一另外对具有透明的发射器1和接收器2的变型方案也一样一这种方案，即设置一个另外的导光元件，以使光束11在玻璃中直接地无需波导体(部分)地从发射器1引导到探测区域12，其中这个另外的导光元件是准直镜组3。
在根据图5至10的变型方案中，波导体8可以有利地具有玻璃薄膜作为芯并且具有由聚四氟乙烯制成的壳体层，并且布置在复合玻璃粘贴的中间层5内或之上。此外对根据图8至10的变型方案也存在扩展为双面探测的可能性。
薄片形透明的发射器1和接收器2直接在PVB-层5中的集成原则上也是可以的。不过技术上容易实现的是借助聚合物膜10的间接的集成，该聚合物膜集成在复合玻璃粘贴的中间层5内或之上。此时透明的发射器1，或透明的发射器1和透明的接收器2构造在聚合物膜10中。然后透明的薄片结构1和2可以有利地首先在聚合物膜10中生成，并且可以然后集成到PVB-层5中。
权利要求
1.用于探测机动车玻璃上的水份的光学传感器，它带有向接收器(2)发出光束的发射器(1)，其中光束在介于发射器和接收器之间的光通道上可以引导到玻璃上的布置在发射器和接收器之间的探测区域，其特征在于，所述发射器(1)和/或接收器(2)设计成透明的并集成在玻璃中。
2.根据权利要求1所述的光学传感器，其特征在于，-所述发射器(1)和接收器(2)并排地布置，以及-导光元件是透明的准直镜组(3)，以使光束(11)从发射器(1)经过探测区域(12)引导到接收器(2)。
3.根据权利要求1所述的光学传感器，其特征在于，-所述发射器(1)和接收器(2)重叠地布置，其中发射器(1)处于接收器(2)和玻璃的探测区域(12)之间，以及-导光元件是透明的准直镜组(3)，以使光束(11)从发射器(1)经过探测区域(12)并穿过透明的发射器(1)引导到接收器(2)。
4.根据权利要求2或3所述的光学传感器，其特征在于，-除了为了在玻璃的第一表面上探测设置的第一透明光学元件(1，2，3，8，9)之外，在玻璃中集成第二透明光学元件(1，2，3，8，9)，它们为了在玻璃的对置的第二表面上探测而设置，-并且第一和第二透明光学元件(1，2，3，8，9)设计成关于平行于玻璃的探测表面(6，7)延伸的平面镜像对称。
5.根据权利要求1所述的光学传感器，其特征在于，-在介于所述发射器(1)和接收器(2)之间的光通道的一部分上，集成在玻璃中的波导体(8)是透明的导光元件，-所述波导体(8)具有输入元件(9)，以将从玻璃的探测区域(12)过来的光束(11)输入波导体(8)中。
6.根据权利要求5所述的光学传感器，其特征在于，-在所述发射器(1)和光束(11)输出到探测区域(12)的输出位置之间的光通道的以及在来自探测区域(12)的光束(11)的输入位置和接收器(2)之间的光通道的至少一部分分别是波导体(8)，其中所述波导体(8)在输出位置具有输出元件(9)，并在输入位置具有输入元件(9)，-并且所述发射器(1)和接收器(2)集成在波导体(8)中，或者光束(11)分别借助另外的导光元件输入波导体(8)中或者从其中输出，其中另外的导光元件分别是透明的准直镜组(3)。
7.根据权利要求5所述的光学传感器，其特征在于，设置另外的导光元件，以使光束(11)直接从发射器(1)引导到探测区域(12)，其中另外的导光元件是透明的准直镜组(3)。
8.根据权利要求5至7中任意一项所述的光学传感器，其特征在于，所述波导体(8)具有玻璃薄膜作为芯并且具有由聚四氟乙烯制成的壳体层，并且波导体(8)布置在复合玻璃的粘贴的中间层(5)内或之上。
9.根据权利要求1至9中任意一项所述的光学传感器，其特征在于，-设置集成在复合玻璃的粘贴的中间层(5)内或之上的聚合物膜(10)，-并且所述透明的发射器(1)和/或透明的接收器(2)构造在聚合物膜(10)中。
全文摘要
对于一种用于探测机动车玻璃上的水份的光学传感器，光束(11)可以引导到布置在介于发射器(1)和接收器(2)之间的光通道中的玻璃上的探测区域(12)，在此建议，所述发射器(1)和/或接收器(2)设计成透明的并集成在玻璃中。由此透明光学元件(1，2，3，8，9)可以布置在玻璃的刮水器能清洁的刮水区域内。
文档编号B60S1/08GK101057133SQ200580038522
公开日2007年10月17日 申请日期2005年10月12日 优先权日2004年11月11日
发明者F·沃尔夫, V·马图泽维希, M·泰特韦勒, R·科瓦施克, K·哈罗德, A·帕克 申请人:罗伯特·博世有限公司