专利名称：光学传感器设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学传感器设备，该光学传感器设备适于耦接到窗玻璃(pane), 特别是车辆挡风玻璃，而且该传感器设备检测窗玻璃的润湿(雨传感器)。
背景技术：
这种类型的传感器设备主要用作机动车辆中的雨传感器，用于自动开启挡风玻璃 雨刷。在最后的分析中，它们是基于由于在窗玻璃内表面上全反射的光量减少而实现的对 挡风玻璃润湿的检测。光学传感器设备特别紧凑的设计可以通过使用菲涅尔透镜来实现。
发明内容
本发明是利用菲涅尔结构减小结构空间的概念的进一步发展，同时还能够最大化 地使用光源提供的可用的光。 根据本发明的光学传感器设备具有至少一个光发射器、至少一个光接收器及适于 在第一侧上耦接到窗玻璃的旋转对称的菲涅尔棱镜结构，其中窗玻璃特别是指车辆的挡风 玻璃，而且菲涅尔棱镜结构在相对的第二侧上接受来自光发射器的光、将其耦合到窗玻璃 中、并且在于窗玻璃的内表面上全反射之后将其引导到光接收器。这种原理允许实现多种 实施方式，所有这些实施方式都通过极其紧凑的设计和对光发射器提供的可用的光的优化 使用而与众不同。菲涅尔棱镜结构的旋转对称配置实现了光束路径的良好可控制性和窗玻 璃上可用表面区域的良好利用及最优的发光效果。 优选地所有实施方式都共同具有的一个特征是来自光发射器的光作为平行光入 射到菲涅尔棱镜结构上，并作为平行光被菲涅尔棱镜结构反射回来。这获得具有一致确定 的反射角的良好可控光路。 在所有实施方式中，菲涅尔棱镜结构都优选地通过耦接层耦接到窗玻璃，该耦接 层由透明的弹性介质制成，而且在其面向菲涅尔棱镜结构的表面上被构形成与菲涅尔棱镜 结构互补且紧密接触，而其相对的表面与窗玻璃接合。根据需要，耦接层可以从窗玻璃再次 分离。但是，还提供具有刚性耦接介质而且其中在传感器的其它部分除去后菲涅尔棱镜结 构仍牢牢地留在窗玻璃上的实施方式。 特别有利的是其中菲涅尔棱镜结构包括如下中央部分的实施方式，其中来自光发 射器的光作为平行光束入射到该中央部分上。该平行光束被棱镜结构分成在窗玻璃上交叠 的两个独立的光晕。菲涅尔棱镜结构还包括环形的外围部分，该环形的外围部分围绕中央 部分，并将在窗玻璃上全反射的光束作为平行光偏转到光接收器上。当棱镜结构是几何精 确形成且外部棱镜部分准确地适合内部棱镜部分时，这获得了最大可能的发光效果及窗玻 璃上占用的表面区域的最优使用。 相反的布置也是可能的，S卩，其中光照到外围部分上，并且在于窗玻璃上全反射之 后转向到中央部分中。 在一种特定的实现中，菲涅尔棱镜结构优选地形成在透明光学板的一个表面上，在该透明光学板的相对的表面上具有整体形成的凸透镜结构和/或结合到其中的菲涅尔透镜结构和/或结合到其中的菲涅尔反射器结构。如果没有片型的光发射器和光接收器可用，则需要透镜，以便将理想化地假设为点状的光发射器的光整形为平行光束并且将反射回的平行光聚焦到理想化地假设为点状的接收器上。 在根据本发明的配置中，必需的透镜结构或反射器结构形成在透明光学板的与菲
涅尔棱镜结构相对的表面上。因此，对于透镜结构来说，不需要附加的空间。 —个特别的优点是通过在光学板中集成由菲涅尔结构形成的多个光学系统用于
多个传感器单元来实现的。本发明更具体地提供了用于车辆的雨/光传感器，该传感器具
有共用光学板的雨传感器单元和光传感器单元。 —种设计有利的实施方式的突出之处在于，紧固环与光学板的外围相配合，该紧固环刚性地紧固到窗玻璃上，而且还优选地包括用于紧固内镜(inside mirror)的卡口类型的紧固装置。
本发明的更多特点与优点将从以下参考附图对几个实施方式的描述而变得显见，附图中 图1以示意性截面图示出了第一实施例的传感器设备；
图2同样是以示意性截面图示出了第二实施例的传感器设备；
图3以示意性截面图示出了另一实施例的传感器设备； 图4示出了传感器设备的示意性截面图，其中传感器设备紧固到窗玻璃上，而且在该传感器设备的外围上附接有镜安装托架； 图5a、5b和5c示出了关于菲涅尔结构的不同实施例的顶视图；及
图6示出了光传感器的示意性截面图。
具体实施例方式
在图1中，光学板14通过由透明弹性材料制成的耦接层12耦接到窗玻璃10上，特别是车辆的挡风玻璃。在其面向窗玻璃10的一侧，光学板14被制成为包括菲涅尔棱镜结构。该菲涅尔棱镜结构是旋转对称的，即，它们具有通过关于一个固定轴旋转锯齿曲线而定义的剖面。因此，当从顶部看时，图l中可见的交叉的锯齿形线的顶点构成同心圆。理想形式假设为片型光辐射器的光发射器16将平行光束垂直地发射到光学板14的与菲涅尔棱镜结构相对的表面上。由光发射器16发射的平行光束占据了光学板14的中央部分。该平行光束在菲涅尔棱镜结构的对称的锯齿形侧面被分成两个独立的光晕。这些光晕各自的光线关于窗玻璃10形成大约45度角。两个光晕的光线在窗玻璃IO上交叠，并在窗玻璃10的外侧内表面上被全反射，然后被导向菲涅尔棱镜结构的外围环形部分，在那里它们被偏转为平行光束并从光学板垂直地出射。光发射器16被环形的光接收器18围绕，在这个例子中光接收器假设是平的。耦接层12形成弹性垫，耦接层12在其面向光学板14的一侧上被构形成与菲涅尔棱镜结构互补并与其接合。在相对的一侧上，耦接层12永久性地或者可分离地固定到窗玻璃10的内侧表面。 根据图2的实施例与根据图1的实施例的区别仅仅在于光学板14的配置，光学板14在其远离菲涅尔棱镜结构的表面上被构形为形成凸透镜。在中央部分，该凸透镜接受源自假设为点状的光发射器16a的光，并将这种光整形为平行光束。在外围部分，该凸透镜被构形为使得其将在于窗玻璃10上全反射之后被偏转且随后偏转到菲涅尔棱镜结构上的光聚集到假设为点状的光接收器18a上。 根据图3的实施例与根据图2的实施例的区别在于，透镜的中央部分用作菲涅尔透镜，而且在其外围部分，使用菲涅尔反射器结构来代替凸透镜。 图4示出了根据图3实施例的设计的进一步发展。该进一步的发展包括紧固环20与光学板14的外围相配合。紧固环20可以永久性地附接到窗玻璃10上，尤其是通过粘合接头。紧固环20不仅具有保持传感器设备与窗玻璃10的内侧表面接合的任务，而且它还具有可以紧固内镜的镜基盘22的固定架(mount)的功能。优选地使用卡口类型的紧固装置24来实现紧固。 如图5a、5b、5c中所例示的，菲涅尔结构的各种几何配置都是可能的。在所有实施例中，光发射器16a都位于中央部分。对应于图2和图3中所示的实施例，在图5a中光接收器18a与光发射器16a相邻布置。 与其不同，在图5b中，两个光接收器18b和18c布置在光发射器16a的两侧，且外部反射器结构对应地朝向这些光接收器。 在这种概念的进一步发展中，在根据图5c的实施例中，三个光接收器18d、18e和18f围绕中央光发射器16a布置，且反射器结构对应地朝向这些光接收器。
传感器设备的所述设计适用于雨传感器。它优选地与另一个传感器单元(特别是光传感器) 一起集成到共用的光学板中。以这种方式，获得用于控制车辆中雨刷系统和照明系统的雨/光传感器。以下将参考图6描述适合的光传感器。 在图6中，通过耦接层12安装到窗玻璃10的光学板14包括用于第二传感器单元的另一个光学系统，其中第二传感器单元涉及方向敏感的日光传感器。光学板14包括菲涅尔透镜结构26和与其相对的对应菲涅尔反射器结构28。光接收器30放置到菲涅尔透镜结构26的焦点上。日光传感器对于以下光是敏感的，该光水平入射到挡风玻璃10上，而且在入射到挡风玻璃后以一个角度向下折射从而通过耦接层12入射到菲涅尔反射器结构28上。菲涅尔反射器结构28使光束转向，并将它们垂直地通过光学板14引导到菲涅尔透镜结构26上，菲涅尔透镜结构26将光聚焦到光接收器30上。
权利要求
一种光学传感器设备，包括至少一个光发射器、至少一个光接收器及旋转对称成形的菲涅尔棱镜结构，该菲涅尔棱镜结构适于在第一侧上耦接到窗玻璃，尤其是车辆的挡风玻璃，而在相对的第二侧上接受来自所述光发射器的光，将光耦合到窗玻璃中，并在于窗玻璃的内表面上全反射之后将光引导到光接收器上。
2. 如权利要求1所述的传感器设备，其中菲涅尔棱镜结构具有通过关于一个轴旋转锯 齿曲线而确定的剖面。
3. 如权利要求2所述的传感器设备，其中锯齿曲线的齿在形状上是对称的。
4. 如权利要求1或2中所述的传感器设备，其中来自光发射器的光作为平行光入射到 菲涅尔棱镜结构上，并作为平行光被引导到光接收器上。
5. 如权利要求1-4中任何一项所述的传感器设备，其中菲涅尔棱镜结构通过耦接层可 分离地耦接到窗玻璃，其中耦接层由透明的弹性介质制成，而且该耦接层在其面向菲涅尔 棱镜结构的表面上被构形成与菲涅尔棱镜结构互补且紧密接触，而且该耦接层的相对的表 面与窗玻璃相接合。
6. 如权利要求1-4中任何一项所述的传感器设备，其中菲涅尔棱镜结构通过由透明刚 性介质制成的耦接层耦接到窗玻璃。
7. 如前面任何一项权利要求所述的传感器设备，其中菲涅尔棱镜结构包括中央部分和 环形的外围部分，来自光发射器的光作为平行光束入射到所述中央部分，其中平行光束被 棱镜结构分成在窗玻璃上交叠的两个独立的光晕，所述外围部分围绕所述中央部分，并将 在窗玻璃上全反射的光束作为平行光偏转到光接收器上。
8. 如权利要求7所述的传感器设备，其中两个光晕各自的光线以关于窗玻璃的表面成 大约45度的角倾斜。
9. 如权利要求1-6中任何一项所述的传感器设备，其中菲涅尔棱镜结构包括外围部分 和中央部分，其中来自光发射器的光作为平行光束入射到所述外围部分上，而所述中央部 分将在窗玻璃上全反射的光束作为平行光偏转到光接收器上。
10. 如前面任何一项权利要求所述的传感器设备，其中菲涅尔棱镜结构形成在由透明 材料制成的光学板的一个表面上，在所述光学板的相对的表面上形成有透镜结构，该透镜 结构将来自点状光发射器的光整形为平行光，并将在窗玻璃上全反射的平行光束聚焦到点 状光接收器上。
11. 如权利要求10所述的传感器设备，其中透镜结构至少部分地是菲涅尔结构。
12. 如权利要求10或11所述的传感器设备，其中光发射器和光接收器彼此相邻地并排布置。
13. 如权利要求10或11所述的传感器设备，其中中央布置的光发射器被多个光接收器 围绕。
14. 如权利要求10-13中任何一项所述的传感器设备，其中紧固装置，优选地是用于内 镜的卡口类型的紧固装置，与光学板的外围相配合。
15. 如权利要求10-14中任何一项所述的传感器设备，其中光学板中形成有多个光学 系统，这些光学系统具有用于多个传感器单元的菲涅尔结构。
16. —种包括如权利要求15所述的传感器设备的雨/光传感器。
全文摘要
一种可以用作雨传感器的光学传感器设备，该光学传感器设备具有光发射器、光接收器和包括旋转对称成形的菲涅尔棱镜结构的光学板，其中所述光学板通过耦接层耦接到窗玻璃，尤其是车辆的挡风玻璃。在其相对的一侧，光学板接受来自光发射器的光。该光被耦合到窗玻璃中，并且在于窗玻璃的内表面上全反射之后被引导到光接收器。
文档编号G01N21/55GK101750635SQ20091022519
公开日2010年6月23日 申请日期2009年12月9日 优先权日2008年12月11日
发明者乌里奇·贝克斯 申请人:Trw车辆电气与零件有限公司