CN1361733A - 用于探测窗玻璃上的湿润的传感器装置 - Google Patents
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Abstract
提出一种用于探测窗玻璃(13)上的湿润、特别是凝结物和沾污的传感器装置,具有至少一个发射器(14)和至少一个用于从发射器(14)发射出的发射光(17)的接收器(15),其中,发射器(14)和接收器(15)安置在一个假想梯形的四个顶点上。由此减小了传感器的外形尺寸,改善了传感器敏感面积(19)与基面(18)的比例关系,并且形成一个连贯的敏感面积,其中,还具有用于一个自动光量控制装置的接收元件的空间。
Description
现有技术
本发明涉及一种如独立权利要求前序部分所述类型的用于探测窗玻璃上的湿润的传感器装置。
由DE 19701258 A1公开一种用于控制汽车窗玻璃刮洗装置的传感器装置，它按照一种光电原理工作。该传感器装置具有多个发射器和至少一个接收器，它们通过一种耦合介质将确定的射线输入耦合到窗玻璃中或输出耦合，该窗玻璃的湿润应通过湿度或沾污被测量出。发射器围绕接收器对中心地或分段对中心地安置在耦合介质上，其中，耦合介质圆形或环形地构造。这样，通过发射器、接收器和耦合介质展开一个圆形的基面。在此基础上，传感器或传感器壳体圆柱形地构造。
本发明优点
在具有独立权利要求所述特征的本发明传感器装置中，有利地明显改善了传感器装置的动作参数特性，这是由于敏感面积与支承面积的比例提高而产生的。这种情况通过将发射器和接收器梯形安置达到，因为这样就产生一个长形连贯的敏感面积，通过此，提高了处于窗玻璃上的雨滴由于行车风而漂移到敏感面积上的可能性。这使得动作参数特性明显改善。
本发明其它优点由从属权利要求的特征中得出。
通过对每个发射器使用多个接收器，提高了测量段的数量并从而提高了敏感面积的数量，这有利于降低成本。如果使用多个发射器和仅一个接收器，也得到同样的效果。如果使用两个发射器和两个接收器，可以得到四个测量段并从而得到四个敏感面积。如果两个发射器之间的距离是两个接收器之间距离的大致两倍，则得到特别均匀的敏感面积布置。
此外证明有利的是，该传感器装置这样固定在窗玻璃上，使得在安装状态下发射器被安置在梯形的下平行边上，接收器被安置在上平行边上。这样，主要从上方发生并形成干扰性外来光的阳光照射可以在接收器上减到最小。
由于改善了特性，特别是由于改善了敏感面积与支承面积之间的比例，可以减小传感器的支承面积，由此减小窗玻璃上传感器的外形尺寸。其中特别有利的是，通过将发射器和接收器梯形布置，传感器壳体的外形尺寸仍然可以按矩形选择，从而可以在优化地充分利用光导体支承面积的情况下将基面安置在其中。此外，矩形的支承面或壳体在制造时起到降低成本的作用。光导体的支承面积较小是一个明显的安装优点，因为在不变的压紧力下贴合压强增高，从而可以避免在耦合介质和窗玻璃之间形成干扰性的气泡。
此外证明有利的是，在这种布置中，在位置相对的平行边上分别安置了两个发射器及两个接收器。因为这样只用各两个发射器和接收器就实现了四个传感器测量段，即四个敏感面积，所以具有明显的成本方面优点。
如在DE 19630216 C2中所描述的那样将一个自动光量控制装置(ALS)集成在下雨传感器模块中，是对本发明传感器装置的有利扩展。该自动光量控制装置(ALS)的光学接收装置可以通过一个定向和全局传感装置感测汽车外部一个宽广的范围。这样，例如可以通过定向传感装置朝向前方的感测锥形区在驶进隧道之前及时感测到驶入隧道。通过呈梯形地布置发射器和接收器，尽管结构紧凑，在传感器中心区仍为该光学接收装置留出足够的空间。在此，该梯形包括一个较大的和一个较小的平行边证明是有利的，因为这样光学接收装置可以额外地向较大平行边方向延伸，而不增大传感器的整体尺寸。
附图
在附图1至3中示出本发明的一个实施例，并在下面的描述中进一步解释。图示为：
图1本发明传感器装置的光学件的一个可能实施方式的示意性剖视图，
图2本发明传感器装置的一种可能实施方式的轮廓示意图，
图3以立体图示出的图1所示本发明传感器装置的光导体，带有一个用于自动光量控制装置的光学接收装置。
实施例描述
图1示出一个带有传感器壳体11、以剖视图示出的传感器装置的一个光导体10。光导体10的支承面积例如是由它经过耦合介质12、如一个硅酮垫与一个窗玻璃13接触而产生的。一般，光导体10的外形尺寸与传感器装置的长度尺寸和宽度尺寸大致相当，其中，传感器壳体11也可以突出于光导体10在窗玻璃13上的接触支承面悬起，并且在其中容纳传感器装置的不同元件，特别是发射器14和接收器15以及一个电路板24。
该传感器装置例如固定在窗玻璃13、如一个汽车前风挡的内侧面上。传感器壳体11与窗玻璃13之间的固定形式没有示出。优选将光导体10或传感器壳体11通过挤压固定在窗玻璃13上，其中，光导体10的功能是，将从一个发射器14发射出的发射光17输入耦合到窗玻璃13中并将在窗玻璃13中通过全反射或反射而转向的发射光20在另一个预先确定的位置上输出耦合到接收器15上。在此，这在光学元件16上进行，这些光学元件16作为透镜固定、优选成形在光导体上，并且使发射光17，20的射线在所希望的方向上成束、偏斜或转向。
在图示剖面中，在光导体10的上方，至少一个发射光的发射器14和一个探测光的接收器15固定在传感器壳体11内。优选用光发射二极管(LED)作为发射器，用光探测二极管(LRD)作为接收器，其中，光的发射射线位于红外区(IR)内或可见光范围(VIS)内，当然也可以在任意其它频率范围内。也可以使用一个在结构上与发光二极管相同的接收元件作为接收器，由此可以达到发射器14与接收器15之间最佳的频率适配。选用一种原料作为光导体10的材料，这里选用塑料，这种塑料对于光发射二极管(LED)的发射频率是可透过的，而对于干扰性的外来光是不可透过的。
从图2中可以看到发射器14与接收器15的一种可能的布置。传感器装置的发射器14和接收器15位于图1所示光学元件16附近。发射器14、接收器15和相应的附属光学元件16展开一个用虚线示出的基面18，相当于本发明的梯形。
在该梯形的一个第一平行边上，两个光学元件16分别安置在一个发射器14附近。这里，光学元件16分别作为两个相邻安置的透镜构成，通过此，对于每个发射器14产生在两个方向上的两个测量段。接收器15与此相似地安置。光学元件16例如由透镜或反射镜组成，它们也可以相互过渡。也可以采用分别只有一个透镜的方案，因为通过相应选择梯形基面18的距离a和b可以使产生的误差角保持较小。
发射器14和接收器15之间的距离a和b由发射器14的发射射线波长、窗玻璃13和光导体10的厚度、窗玻璃13的折射率及发射光17进入窗玻璃13的入射角度和入射点决定。这样选择这两个距离，使得在窗玻璃13中输入耦合的发射光17的射线在每个测量段上唯一一次在窗玻璃13的处于外面的表面上全反射，接着从窗玻璃13中输出耦合并被导向接收器15。
草绘出的敏感面积19相当于窗玻璃13的可湿润侧面上的区域，发射光17的射线在窗玻璃13未湿润时的全反射发生在这些区域上。根据发射器14和接收器15相对于窗玻璃13的布置、窗玻璃13的厚度和光学元件16的形状，发射光17的反射面具有一个确定的直径。根据本发明，所述这些参数应这样大，使得由各个反射面产生一个近似连贯的敏感面积19。根据本发明，这一点这样达到，即通过使发射器14的辐射锥形区20中轴线与窗玻璃13的可湿润侧面的交点位于一条直线上并具有大致相等的间距。
当在窗玻璃13可湿润的外侧面上发生的所希望的全反射多于一次时，发射器14和接收器15及相应附属光学元件16的距离a及b应相应地选择得较大，并且只在窗玻璃13上的光输入耦合和输出耦合区域上安置耦合介质12。
在图3中示出图1所示本发明传感器装置的光导体10。因为由发射器14和接收器15组成的梯形包括一个较短的平行边和一个较长的平行边，从中心向较长平行边方向略微偏移地安置了一个用于汽车自动光量控制装置的光学接收装置21。该光学接收装置21用一种可透光的材料制成，其透过范围在可见光范围内。
光导体10和光学接收装置21一件式地例如按多组分注塑法(Mehrkomponenten-Spritzgussverfahren)制成，但也可以是一种由多个零件组成的结构，在这种情况下，光学接收装置21装入光导体10中的一个开口中。
在这里，光学接收装置21本身包含四个近似透镜状构成的元件22，23。在一个传感器壳体中，在它们附近安装了一个或多个这里未示出的日光传感器，借助这些日光传感器可以方向敏感性感测汽车周围环境中的亮度情况。透镜状元件22，23中的第一元件23这样构成，使得它无方向敏感性地感测汽车周围环境中的总亮度。其余三个透镜状第二元件22以细窄的感光锥形区指向汽车前面的三个不同方向，以便能够及早识别出驶入隧道，特别是在驶入隧道还没有准确地处于行驶方向上的时候。
经常用有机玻璃(PMMA)作为光导体10的材料，因为它成本低廉并且易于加工。但由于只在发射光范围内必须要求是可透过的，也可考虑其它的塑料材料。一种通过化学或物理方法使得在其朝向窗玻璃13的侧面上比在背离窗玻璃13的侧面上具有更软、更富弹性的特性的光导体材料也是特别合适的，因为这样可以节省耦合介质12。
为了达到光导体10的滤光器特性，可以在制造光导体10的过程中有空间选择性地向材料中添加确定物质，特别是碳黑颗粒。这样可以使得例如只有为实现功能所必须要求的区域可以透过发射光17。耦合介质12也可采用类似的设置方式。
在其它变型方案中，在梯形的每个顶点上安置一个发射器14和一个接收器15，或者整个梯形只使用一个发射器14，则其中光学元件16具有反射特性，以使得尽管如此仍能够在梯形的多个顶点上将发射光17输入耦合到窗玻璃13内。
光学接收装置21可以包括多个元件22，23，特别是可以是一种多棱面结构，它允许在考虑空间结构的情况下更精确地分析亮度分布。通过此，可以识别例如相向而来的汽车。当然这里也可以过滤光频率。由于充入信息，可以自动或半自动地在远光灯和照明灯之间开关。
Claims (14)
1.用于探测窗玻璃(13)、特别是汽车前风挡上的湿润、特别是凝结物和/或沾污的传感器装置，具有至少一个发射器(14)、至少一个接收器(15)和至少一个在窗玻璃(13)和发射器(14)及接收器(15)之间、用于从所述至少一个发射器(14)发射出的射线的光导体(10)，其特征在于，发射器(14)和接收器(15)在窗玻璃(13)上的投影产生的影像形成一个梯形的四个顶点。
2.根据权利要求1所述的传感器装置，其特征在于，所述射线在发射器(14)和接收器(15)之间至少一次在窗玻璃(13)的一个表面上反射，其中，所述至少一个发射器(14)在不同方向上发出射线，由此产生的反射面积形成一个至少近似连贯的敏感面积(19)。
3.根据权利要求1所述的传感器装置，其特征在于，至少一个发射器(14)在两个方向上向接收器(15)发射射线。
4.根据权利要求1或3所述的传感器装置，其特征在于，至少一个接收器(15)接收来自两个方向的由发射器(14)发出的射线。
5.根据前述权利要求之一所述的传感器装置，其特征在于，发射器(14)和接收器(15)的数量分别是两个。
6.根据权利要求5所述的传感器装置，其特征在于，所述梯形是一个对称的梯形，其中，两个发射器(14)的间距与两个接收器(15)的间距这样不同，即，其中一个间距是另一个间距的两倍。
7.根据前述权利要求之一所述的传感器装置，其特征在于，所述传感器装置具有四个测量段。
8.根据权利要求5所述的传感器装置，其特征在于，发射器(14)安置在所述梯形的在安装状态下处于下面的第一平行边上，接收器(15)安置在在安装状态下处于上面的第二平行边上。
9.根据前述权利要求之一所述的传感器装置，其特征在于，所述至少一个发射器(14)的辐射锥形区(20)的反射面积中心在窗玻璃(13)中以一个至少近似相等的间距彼此相邻地安置，优选在一条直线上，该直线位于所述梯形的两个平行边之间。
10.根据前述权利要求之一所述的传感器装置，其特征在于，光导体(10)、发射器(14)和接收器(15)这样构成和安置，使得发射光(17)在窗玻璃(13)中只出现唯一的一次全反射。
11.根据权利要求1至10之一所述的传感器装置，其特征在于，在光导体(10)上分别为一个发射器(14)或接收器(15)各对应设置一个光学元件(16)，该元件具有多个、特别是两个分开的透镜。
12.根据权利要求11所述的传感器装置，其特征在于，这些透镜相互过渡。
13.根据权利要求1至10之一所述的传感器装置，其特征在于，在光导体(10)上分别为一个发射器(14)或接收器(15)各对应设置一个光学元件(16)，该元件具有一个唯一的透镜。
14.根据权利要求6至13之一所述的传感器装置，其特征在于，在所述光导体(10)中对中地或略向较大平行边移动地安置一个用于自动光量控制装置(ALS)的光学接收装置(21)。
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