CN106442328A - 用于记录窗上的湿度的传感器设备和机动车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于记录窗上的湿度的传感器设备和机动车辆。一种用于记录窗玻璃上的湿度的传感器设备，其带有发射器和接收器和布置在发射器和接收器之间的光学单元，其中，光学单元包括面朝发射器的光学输入单元、面朝接收器的光学输出单元和在窗玻璃的侧部上的耦入和耦出区域，耦入和耦出区域与光学输入单元和光学输出单元光学分离，使得通过发射器发射的电磁波发生折射。从而实现尤其紧凑的结构设计。

Description

用于记录窗上的湿度的传感器设备和机动车辆

技术领域

本发明涉及用于记录窗上的湿度的传感器设备，其带有发射器和接收器及布置在发射器和接收器之间的光学单元，其中，光学单元包括面朝发射器的光学输入单元、面朝接收器的光学输出单元和在窗玻璃的侧部上的耦入和耦出区域。

这种传感器设备用于记录窗玻璃上，尤其是机动车辆的挡风玻璃上的湿度。它们被用于确定是否有液滴或水存在于窗玻璃上，且然后基于该信息控制挡风玻璃刮水器。车头灯控制也是可行的。

背景技术

通用型传感器设备从DE 40 06 174 C1中公知。挡风玻璃具有布置在其上的光学单位，其中，辐射（尤其是光）从发射器发射到光学单元一端中。辐射在光学单元中和在与光学单元的表面接触的窗玻璃中反射若干次。取决于窗玻璃的湿润程度，射线被耦出玻璃。光学器件的另一端具有布置在其上的接收器，其供应与降水量成反比的信号。传感器设备根据全反射的光学原理操作。

另外的类似传感器设备从DE 10 2013 009 126 A1中公知。

本发明基于需求提出在开头提及的类型的传感器设备，该设备要求非常小的结构空间。

该需求通过带有专利权利要求1的特征的传感器设备和带有专利权利要求8的特征的机动车辆满足。本发明的有利改进在从属权利要求中提出。

发明内容

一种用于记录窗玻璃上的湿度的传感器设备，其带有发射器和接收器及布置在发射器和接收器之间的光学单元，其中，光学单元包括面朝发射器的光学输入单元、面朝接收器的光学输出单元和在窗玻璃的侧部上的耦入和耦出区域，根据本发明，规定耦入和耦出区域之间的气隙，规定耦入和耦出区域以如下方式与光学输入单元或光学输出单元光学分离，即使得由发射器发射的电磁波发生折射，规定耦入和耦出区域包括不同于光学输入单元的几何形状，规定光学输入单元面朝耦入和耦出区域的侧部包括当在横截面中看时沿接收器的方向逐渐升高的若干斜坡，规定耦入和耦出区域包括横截面为三角形的表面结构，以及规定光学输入单元的每个斜坡均与耦入和耦出区域的三角形结构相关联。

根据本发明，整个光学器件被分成若干区域，以便电磁波在光学器件内发生折射。因此，导引光的几何形状可有利地被影响，从而使得有可能构造尤其紧凑的传感器设备，其中，通过发射器发射的电磁波同时以最优方式被利用，使得接收器的容量能够被利用且相应地能区别的强度能够被接收器接收。优选地发射器是LED，即发光二极管，且接收器优选地是光电二极管。

优选地，不仅仅是光学输入单元或光学输出单元与耦入和耦出区域光学分离，而是优选地，光学输入单元和光学输出单元两者都与耦入和耦出区域光学分离，以便在传感器设备中，折射在光束路径内发生至少两次，即，一次在光学输入单元和所述耦入和耦出区域之间，且然后第二次在所述耦入和耦出区域和光学输出单元之间。具体地，事实上存在四次折射操作，因为第一折射相应地发生在光学输入/输出单元和中间媒介之间的过渡处，且第二折射发生在中间媒介和耦入和耦出区域之间的过渡处。尤其方便的是，如果在所述耦入和耦出区域和光学输入单元和/或光学输出单元之间存在气隙，从而相应地产生折射（事实上产生两次折射）。

光学单元优选地由带有对应折射率的玻璃或透明塑料构成。在到空气中的过渡处，折射不仅在从光学输入单元离开进到气隙期间发生，而且还在从气隙到耦入和耦出区域中的过渡期间发生。以同样的方式，折射在从耦入和耦出区域离开进到气隙期间发生，且更新的折射在从气隙重新进入光学输出单元中时发生。还可行的是，从不同的材料构造光学单元，即，提供塑料或具有不同折射率的不同材料代替气隙，以便折射在由第一塑料材料制成的光学输入单元和具有与第一塑料材料不同的折射率的第二材料之间发生。

光学输入单元优选地包括在发射器的侧部上的聚焦表面。优选地，发射器，尤其是LED，关于发射器-侧表面居中且对称地布置，且所述表面以对应方式被构造，即，对称且凸出。光学输入单元优选地关于耦入和耦出区域且因此还尤其关于其后面的窗玻璃基本上垂直地对准。光学输入单元和其后面的LED相对于耦入和耦出区域的该垂直对准是可能的，因为光学输入单元及耦入和耦出区域的分离以及在其过程中发生的射线的折射。总而言之，这导致对于传感器设备减少的结构空间要求。

根据本发明，光学输入单元在其面朝耦入和耦出区域的侧部上包括当在横截面中看时沿着接收器的方向逐渐升高的若干斜坡。这引起对于分离材料（尤其是空气）的对应折射率，射线折射到目标折射。方便地，斜坡关于水平成大约38°±10°且优选地±5°的角度。

根据本发明，耦入和耦出区域包括横截面为三角形的表面结构。该表面结构被定尺寸和定位成使得，光学输入单元的每个斜坡均与耦入和耦出区域的三角形结构相关联。尤其，该表面结构被定位成使得，在斜坡处折射的电磁波入射到三角形的一个侧部上，其中，三角形的所述侧部是当沿着从底到尖端的方向看时指向接收器/耦出区域的方向的侧部。三角形结构具有关于水平成50°的角度且为此目的，具有±10°，优选地±5°的偏差。

优选地，光学输入单元包括在两个和五个之间的斜坡。在该范围内，设计尤其有意义。然而理论上以及取决于生产可能性，其他设计也是可能的，即，光学输入单元带有因此对应地更小的众多斜坡。仅仅倾斜逐渐上升的表面也将是可行的，但是这将因此要求光学输入单元与耦入和耦出区域相距更大的距离。优选地，斜坡和三角形结构具有平坦表面。但是还可能方便的是设计凹入或凸出表面，以便满足用于引导光束路径的另外变量。

对于光学输入单元的以上陈述类似地还应用于光学输出单元。光学输出单元优选地包括当在横截面中看时沿发射器/光学输出单元的方向逐渐升高的若干斜坡。光学输入单元和光学输出单元的斜坡优选地包括相同的尺寸。仅斜坡的方向是不同的，即，它们指向相对的方向。优选地，光学输出单元还包括面朝接收器的聚焦表面。光学输入单元和光学输出单元优选地被构造成关于在光学输入单元和光学输出单元之间的假想垂线镜像对称。与光学输出单元相对的耦入和耦出区域还包括当在横截面中看时三角形的表面结构。在光学输出单元的范围中三角形表面结构的角度适宜地不同于在光学输入单元的范围中三角形表面结构的耦入和耦出区域的角度。此处，相对于水平的角度优选地是30°±10°、优选地±5°。

替代地，可能的是使耦入区域和耦出区域两者具有相同大小的角度。

斜坡的高度及耦入和耦出区域的三角形表面结构的高度具有大约相同的量级，且优选地相差最大两倍。

在本发明的另一优选实施例中，光学输入单元和光学输出单元彼此机械地连接。因此，其关于彼此的位置是固定的。生产和调整容差因此能够被最小化。优选地，光学输入单元和光学输出单元还被机械地连接到耦入和耦出区域。为此目的，优选地设有连接支柱。如果光学反射不在气隙而是在带有对应折射率的塑料中发生，则在光学输入单元、光学输出单元及耦入和耦出区域之间的连接已经存在且从而确保调整。

本发明的另一方面在于提供带有窗玻璃，尤其是挡风玻璃和上述传感器设备的机动车辆。

附图说明

现在将参考在图中示出的示例性实施例描述本发明。附图中唯一的图以示意性绘制的视图示出通过窗玻璃上的传感器设备的横截面。

具体实施方式

该图示出传感器设备1。传感器设备1包括发射器2（此处是LED），接收器3（此处是光电二极管），和光学单元4。光学单元4由光学输入单元5、耦入和耦出区域7及光学输出单元6组成。带有耦入和耦出区域7的传感器设备1平坦布置且与窗玻璃8（尤其是机动车辆的挡风玻璃）齐平。

主要操作模式是使得通过发射器2发射的电磁波，尤其是光，通过光学输入单元5被接收和集束，且然后从光学输入单元到达耦入和耦出区域7并因此到达窗玻璃8。必须注意，电磁波以下述角度入射到窗玻璃8，尤其是玻璃的外侧31，即所述角度使得电磁波撞击玻璃平面成获得全反射。全反射的电磁波经由耦入和耦出区域7进入光学输出单元6中，且从那里进入接收器3。然而，如果水滴存在于窗玻璃8上，则电磁波中的一些被耦出，且光的比例或全反射电磁波的比例变小，且相应地在接收器3处所测量的强度降低。

发射器2被布置在光学输入单元5下方。关于玻璃8，发射器2和光学输入单元5被布置在玻璃8下方，且与其垂直地对准。光学输入单元5包括指向发射器2的聚焦表面10，其中，表面10被对准且设计成使得通过发射器2发射的电磁波在光学输入单元5内彼此平行且垂直于玻璃8前进。电磁波从光学输入单元5的离开在光学输入单元5面朝玻璃的侧部上发生。此处，若干斜坡11、12、13被布置，或换言之形成表面。斜坡11、12、13包括相对于水平的角度α，其在此处以14标记且其为大约38°。此处，某些变型和偏差当然是可能的。在斜坡11和斜坡12之间存在斜坡边缘26，其关于玻璃8垂直地对准。在图中的斜坡11、12、13从左往右升高。该升高因此沿光束路径的方向，即，还沿接收器3的方向对准。电磁波然后传递通过斜坡，在那发生折射，因为已经在光学输入单元5和所述耦入和耦出区域7之间设有气隙9，以便在光学输入单元5和气隙9之间存在光学界面，折射在光学界面处发生。在重新进入光学单元时，即，从气隙9进入到耦入和耦出区域7中，存在另一个光学界面，从而得到更新的折射。耦入和耦出区域7包括三角形结构15，其中，三角形结构15被对准和定尺寸成使得每个斜坡11、12、13均与在耦入区域中的三角形结构15的有效侧（active side）29相关联。有效侧21关于水平具有大约45°的角度γ。该有效侧从底到尖端看沿接收器3的方向被对准。斜坡11、12、13的数目和三角形结构15的有效侧的数目彼此对应。优选地，斜坡的数目并且因此同样在输入区域中的三角形结构的数目是从二个到五个。这是关于生产能实现的高度及可能性的良好平衡。然而原则上，几乎任何其他数目都是可能的。对于适当地小的设计，可设置多达100个斜坡。电磁波然后传递通过耦入和耦出区域7，且通过玻璃8反射。耦入和耦出区域7同时形成传感器壳体，且当然被设计成以便对于电磁波是透明的。电磁波在玻璃的外侧31上发生反射，且然后入射到耦出区域中的三角形结构17。在耦出区域中的三角形结构17被设计成具有关于水平成30°的角度γ。在耦出区域中的三角形结构17的有效侧30是从底到尖端看沿发射器2的方向对准的侧部。在玻璃的外侧31处发生反射的电磁波入射到的该有效侧，电磁波然后在到其他媒介中的过渡期间发生折射，此处通过气隙9实现，且在传递通过气隙9之后撞击光学输出单元6，在此处，更新的折射在光学界面处发生。光学输出单元6此处被设计为带有斜坡20、21、22，其被构造成以便沿发射器2/耦入区域的方向升高。在其他方面，光学输出单元6对应于光学输入单元5，且以关于其成镜像对称的方式被设计。在耦出区域中的三角形结构17和光学输出单元6的斜坡20、21、22被选择和布置成使得，在光学输出单元6内的电磁波彼此平行且关于耦入和耦出区域7，尤其是关于玻璃8成直角地前进。耦出区域的三角形结构17被设计和定尺寸使得，三角形结构的每个有效侧30均与斜坡20、21、22精确地相关联，以便光束路径通过有效侧30前进到光学输出单元6的关联斜坡20、21、22。平行前进通过光学输出单元6的电磁波经由聚焦表面11聚焦到接收器3（此处被实现为光电二极管）上。这确保输入的光束功率被完全利用，且最优化强度测量。

光学输入单元5和光学输出单元6经由连接支柱27彼此机械地连接。而且，规定连接支柱28连接到耦入和耦出区域7。自然地，可使用另外和额外的连接支柱或其他机械连接，利用其，光学单元相对于彼此的精确对准和调整是可能的。由于光学输入单元5相对于耦入和耦出区域7，尤其是相对于耦入区域的三角形结构15的对准和耦出区域的三角形结构17相对于光学输出单元6的对准是决定性的，所以这种机械连接是优选的。

在以上描述中和在权利要求中提及的所有特征都能够与独立权利要求的特征随机且选择性地组合。本发明的公开因此不受限于所描述或要求保护的特征组合，而是依据本发明有意义的所有特征组合都被认为已经公开。

Claims (8)

1.一种用于记录窗玻璃（8）上的湿度的传感器设备（1），所述传感器设备带有发射器（2）和接收器（3）和布置在所述发射器（2）和所述接收器（3）之间的光学单元（4），其中，所述光学单元（4）包括面朝所述发射器（2）的光学输入单元（5）、面朝所述接收器（3）的光学输出单元（6）和在所述窗玻璃的侧部上的耦入和耦出区域（7），其特征在于：

气隙（9）被布置在所述耦入和耦出区域（7）之间，所述耦入和耦出区域（7）与所述光学输入单元（5）和所述光学输出单元（6）以如下方式光学分离，即使得通过所述发射器（2）所发射的电磁波发生折射，

所述耦入和耦出区域（7）包括不同于所述光学输入单元（5）的几何形状，

所述光学输入单元（5）面朝所述耦入和耦出区域（7）的侧部包括当在横截面中看时沿着所述接收器的方向逐渐升高的若干斜坡（11、12、13），

所述耦入和耦出区域（7）包括横截面为三角形的表面结构（15），以及

所述光学输入单元（5）的每个斜坡均与所述耦入和耦出区域（7）的三角形结构相关联。

2.根据权利要求1所述的传感器设备，其特征在于，所述耦入和耦出区域（7）与所述光学输入单元（5）和所述光学输出单元（6）两者都光学分离。

3.根据前述权利要求中的一项所述的传感器设备，其特征在于，所述光学输入单元（5）包括在所述发射器侧部上的聚焦表面（19）。

4.根据前述权利要求中的一项所述的传感器设备，其特征在于，所述光学输入单元（5）关于所述耦入和耦出区域（7）基本上垂直地被对准。

5.根据权利要求6到8中的一项所述的传感器设备，其特征在于，所述光学输入单元（5）包括在两个和五个之间的斜坡（11、12、13）。

6.根据权利要求6到9中的一项所述的传感器设备，其特征在于，所述斜坡（11、12、13）的高度和所述三角形表面结构（5）的高度彼此相差最大两倍。

7.根据前述权利要求中的一项所述的传感器设备，其特征在于，所述光学输入单元（5）和所述光学输出单元（6）彼此机械地连接。

8.一种机动车辆，其带有窗玻璃和布置在所述窗玻璃上的根据前述权利要求中的一项所述的传感器设备。