CN101896378A - 用于汽车的光学雨水传感装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于汽车的光学雨水传感装置，其包含多个元器件(3a、3b、6、7)，即至少一个电磁辐射源(6)、至少一个接收装置(7)、至少一个发射器光学系统(3a)和至少一个接收器光学系统(3b)，其中借助所述至少一个接收装置(7)能接收由所述至少一个辐射源(6)发射出的电磁射束(4、5)，其中电磁射束(4、5)从所述至少一个辐射源(6)借助所述至少一个发射器光学系统(3a)传导到汽车挡风玻璃(1)与汽车外界的界面(10)上，并在所述界面上进行反射，并借助所述至少一个接收器光学系统(3b)继续传导到所述至少一个接收装置(7)上，其特征在于，其中所述至少一个元器件(3a、3b、6、7)的表面至少局部设有纳米涂层(12)，此纳米涂层(12)引起所述表面的光催化的自清洁。

Description

用于汽车的光学雨水传感装置
技术领域
本发明涉及一种按权利要求1的前序部分所述的、用于汽车的光学雨水传感装置。
背景技术
由现有技术已知用于汽车的光学的雨水传感器或雨水传感装置，它在汽车驾驶室内部通过耦合介质(例如硅树脂)连接在挡风玻璃上。此光学雨水传感器在此将发射器或辐射源的射束通过透镜系统(即发射器光学系统)射入挡风玻璃中。此光线在玻璃表面上被全反射，并通过另一透镜或接收器光学系统射入光探测器或接收器中。在挡风玻璃的玻璃表面上的水越多，则反射就越弱，因此由光探测器测得的信号就越弱。光学雨水传感器可根据探测到的雨水量来控制汽车的雨刷装置，并自动地选择雨刷速度的最有效等级。
例如从DE 102 61 244 A1中已知上面描述的光学雨水传感器。
光探测器应该尽可能地避开外来光(例如太阳光)，以避免干扰。除了由大阳照射从外面形成的外来光外，汽车驾驶室内部的湿度和污染也是在确定雨量时的干扰因素。在一定的环境条件下，在挡风玻璃的内侧上并在雨水传感器中，尤其在位于雨水传感器中的光学的、光电的或电子元器件(即透镜系统)中，辐射源和光线接收器会出结雾，这在雨水传感器中会影响辐射源和光线接收器之间的光学路径的光学性能。结雾说明表面上有许多不同大小的水滴，它们会影响元器件(尤其是透镜系统)的几何性能和反射反性能。在棱镜系统中出现的结雾通常会使雨水传感器中的光学路径的传输变差，因为射束通过许多小水滴不能再以正确的角度输入到挡风玻璃中，所述小水滴在光学上同样也像小镜子一样起作用。因此，只有一部分光线以对全反射必需的45°角抵达挡风玻璃的表面。这意味着，在挡风玻璃的传输性能方面，必须为雨水传感器的玻璃遮盖考虑明显更高的提前量。此外，透镜表面由于许多水滴还获得了其它的自反性能。在结雾存在的情况下，由雨水传感器发射的光线不再只须穿过两个光学介质(空气-透镜系统-空气)，而是必须穿过三个光学介质(空气-水-透镜系统-水-空气)，在不同光学介质之间的界面的数量从两个升至四个，确定的一部分光线在此界面上反射。这也会降低光学系统的效率。此外，根据水滴的大小，并结合尤其通过汽车的传动电机或行驶活动引发的振动，既使挡风玻璃是干的，也会发动错误的雨刷循环。与辐射源比起来，光学雨水传感器的光线接收器中几乎不会产生功率损耗或热量，因此在该处优选也会出现结雾。基于所述原因，希望在光学的或光电的元器件上，尤其在光学雨水传感器的透镜系统上减少结雾。
从实践中已知雨水传感系统，在此系统中通过加热模块电子地减少结雾。在存在着结雾危险时(尤其在温度低于25℃)时，透镜系统要稍微加热，以便从露点方面改变雨水传感器中的小气候，因而阻止或减少结雾的产生。
污染也会对光学元器件的光学性能产生不利的影响。污染经常引起过滤效果或吸收光线。因此在已知的系统中，为雨水传感器使用封闭的外壳，以便把来自车内空气中的微粒的影响保持得尽可能小。
发明内容
按本发明的用于汽车的光学雨水传感装置具有多个元器件，即至少一个电磁辐射源、至少一个接收装置、至少一个发射器光学系统和至少一个接收器光学系统，其中借助所述至少一个接收装置可接收由所述至少一个辐射源发射出的电磁射束，其中电磁射束从所述至少一个辐射源借助所述至少一个发射器光学系统传导到汽车挡风玻璃与汽车外界的界面上，并在所述界面上进行反射，并借助所述至少一个接收器光学系统继续传导到所述至少一个接收装置上，其中所述元器件中的至少一个的表面至少局部设有纳米涂层，此纳米涂层引起表面的光催化的自清洁，其优点是，可在最大程度上避免或减少光学的、光电的或电子元器件的表面上的结雾和污染。
在此建议，光学雨水传感器的光学元器件的尤其起光学作用的表面，尤其发射器光学系统、接收器光学系统、电磁辐射源和/或接收装置都设置特殊的涂层，它们可以引起表面的光催化的自清洁。把表面的这个特性称为“光催化的自清洁”，此表面已经涂上了纳米涂层(其具有优选由二氧化钛(TiO2)构成的纳米微粒)，并因此在用太阳光(尤其是UV光线)进行照射时可使表面上的有机材料分解。因此使表面保持清洁。此外，这种涂层还是抗微生物的。此外，这种涂层还使水不再会在表面上形成水滴，而只成一个薄层，因此可在最大程度上避免表面的结雾。这种表面也被称为超亲水的。
现在通过元器件的光催化的自清洁，也可为光学雨水传感器应用敞开的外壳，这尤其可有利地把更多功能集成在雨水传感器中，例如露点传感装置(也具有湿度测量)、空气品质传感器或类似物。对这两个功能，需要与外界进行空气交换。
通过纳米涂层的防结雾功能，可完全取消雨水传感器中的加热模块。在出现结雾趋势时，光学性能只轻微地受薄水薄(几乎看不见)的影响。具有纳米微粒(由二氧化钛构成)的涂层可节省成本，并减少电路板上的空间需求，因为不再需要加热模块。从而，可减少雨水传感器的空间需求，或在空间需求保持不变的情况下扩展雨水感器的功能性。
附图说明
下面借助附图按原理描述了本发明的实施例。
唯一的附图示出了按本发明的光学雨水传感器的简化视图。
具体实施方式
在附图中描述了按本发明的光学雨水传感器，它是按下述的原理进行工作的。
电磁辐射源6(例如红外线LED或类似物品)以确定的角度从玻璃或挡风玻璃1的内侧开始(即通常从未示出的汽车的乘客车厢开始)，朝着挡风玻璃1的方向发射出电磁射束4(所谓的有用光线)。此射束4经过内部空间和挡风玻璃1之间的界面，并在由挡风玻璃1和汽车外界构成的界面10上偏转，此界面10在此区域内被称为敏感面。光束在挡风玻璃1中通常是平行的。电磁射束4相对于界面10的入射角在此这样进行选择，即在挡风玻璃1例如没有被雨水水滴11弄湿的情况下，电磁射束4在界面10上按光学规律在挡风玻璃1的内侧方向作为反射射束5全部反射回来，并被设置在玻璃内侧附近的、例如构成为红外线LRD的接收器7或接收装置探测到。在玻璃1被雨水水滴11弄湿的情况下，所述全反射由于界面10上的折射率的变化而被干扰或失效(如附图所示)，因此电磁射束4的一部分4a朝外射出，与全反射情况相比更少的射束5到达接收器7上。由于光射入的下降(或信号差)，从属于辐射源6和接收器7的、例如设置在电路板上的分析单元8对现有的润湿程度进行分析，并相应地控制雨刷器的雨刷过程。为了实现这一基本原理，辐射源6、接收器7和分析单元8与未示出的控制器一起安放在一个外壳9中，为了有效地进行光传输，此外壳9配备了从属于辐射源6的发射器光学系统或耦入光学装置3a，并配备了从属于接收器7的接收器光学系统或耦出光学装置3b；并为了无干扰地传导光并使射束4或5射入挡风玻璃1中或从中射出，借助光学的耦合介质作为例如由硅树脂构成的中间层2无气泡耦连在挡风玻璃1上。所述的耦入或耦出透镜3a、3b在此通常由透镜或透镜系统构成，它们在一面上是凸起的，另一面是平的。发射器光学系统3a、接收器光学系统3b、电磁辐射源6和接收器7都属于光学雨水传感装置的光学元器件3a、3b、6、7，其中电磁辐射源6和接收器7基于它们的功能当然也可称为光电的或电子的元器件。
现在按本发明在此实施例中，电磁辐射源6、接收器7、接收器光学系统3b、发射器光学系统3a或透镜系统的表面都设有纳米涂层12，它引起表面的光催化的自清洁。因此，以有利的方式在最大程度上避免或减少了所述表面的结雾和污染。纳米涂层12为此具有由二氧化钛(TiO2)构成的纳米微粒。
在其它未示出的实施例中，当然也可以只有选出的光学元器件3a、3b、6、7的表面，尤其只是部分地(例如只是表面的起光学作用的部分)设有纳米涂层12，它引起表面的光催化的自清洁。
自清洁的基础是所谓的光催化。二氧化钛是半导体，如果光子的能量大于带隙的能量(内部光电效应)，则射入的光线在此半导体中产生电子-空穴对。电子或空穴可在二氧化钛中扩散到表面上，并在该处产生基团，它会引发有机物质的分解。空穴尤其具有较高的氧化作用。OH基团由水形成。有机物质由此被分解。最终产物通常是CO2和水。表面的超亲水性能通过二氧化钛表面的氧缺位而产生。在此位置上可化合OH基团，它们借助水实现良好的润湿。
可使用这样的产品，即借助这种产品由二氧化钛形成纳米涂层。为此的实施例是，按AEROSIL方法制成的VP TiO2 P90(亲水的热解的二氧化钛)。
如果光学系统3a、3b是由多个零件组装而成，则优选应该在安装传感器时，将具有由二氧化钛构成的纳米微粒的涂层设置在光学系统3a、3b或光导体上。如果光学系统3a、3b如同本实施例一样是构造成整体的，则涂敷步骤也可提前进行。

Claims (4)

1.一种用于汽车的光学雨水传感装置，其包含多个元器件(3a、3b、6、7)，即至少一个电磁辐射源(6)、至少一个接收装置(7)、至少一个发射器光学系统(3a)和至少一个接收器光学系统(3b)，其中借助所述至少一个接收装置(7)能接收由所述至少一个辐射源(6)发射出的电磁射束(4、5)，其中电磁射束(4、5)从所述至少一个辐射源(6)借助所述至少一个发射器光学系统(3a)传导到汽车挡风玻璃(1)与汽车外界的界面(10)上，并在所述界面上进行反射，并借助所述至少一个接收器光学系统(3b)继续传导到所述至少一个接收装置(7)上，其特征在于，其中所述至少一个元器件(3a、3b、6、7)的表面至少局部设有纳米涂层(12)，此纳米涂层(12)引起所述表面的光催化的自清洁。
2.按权利要求1所述的光学雨水传感装置，其特征在于，所述至少一个发射器光学系统(3a)的表面和/或所述至少一个接收器光学系统(3b)的表面至少局部地设有纳米涂层(12)。
3.按权利要求1或2所述的光学雨水传感装置，其特征在于，所述至少一个辐射源(6)的表面和/或所述至少一个接收装置(7)的表面至少局部地设有纳米涂层(12)。
4.按权利要求1、2或3所述的光学雨水传感装置，其特征在于，所述纳米涂层(12)具有由二氧化钛(TiO2)构成的纳米微粒。
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