DE10142802A1

DE10142802A1 - Sensor safe from contamination has self cleaning surface

Info

Publication number: DE10142802A1
Application number: DE10142802A
Authority: DE
Inventors: Clemens Schroff; Jan Lichtermann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-08-31
Filing date: 2001-08-31
Publication date: 2003-03-20

Abstract

The surface (12) of the sensor (14) is coated with hydrophobic (water rejecting polymer) material. This has a nanostructure with peak to peak distances of 5-200 mm and peak to valley heights of 5-100 mm. This has a self cleaning action when wetted by fluids.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einem verschmutzungssicheren Sensor nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche. In der DE 197 40 523 C2 sind bereits Fingerabdrucksensoren mit mechanischem staub- und schmutzdichtem Schutz des Sensor vorgeschlagen, beispielsweise in Form mechanischer Klappen. Aus der EP-B 772 514 sind bereits selbstreinigende Oberflächen von Gegenständen sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben bekannt. Dieser selbstreinigende Effekt wird erreicht, indem man eine Oberflächenstruktur aus Erhebungen und Vertiefungen vorsieht, wobei darauf zu achten ist, dass der Abstand zwischen den Erhebungen der Oberflächenstruktur im Bereich von 5 bis 200 µm, vorzugsweise 10 bis 100 µm und die Höhe der Erhebungen im Bereich von 5 bis 100 µm, vorzugsweise 10 bis 50 µm liegen. Diese Erhebungen bestehen aus hydrophoben Polymeren oder aus haltbar hydrophobierten Materialien. The invention is based on a contamination-proof Sensor according to the genus of the independent claims. In the DE 197 40 523 C2 already includes fingerprint sensors mechanical dust and dirt-tight protection of the sensor proposed, for example in the form of mechanical flaps. Out EP-B 772 514 are already self-cleaning surfaces of objects and a method of manufacture the same known. This self-cleaning effect is achieved by creating a surface structure from surveys and Provides deepening, whereby it must be ensured that the Distance between the elevations of the surface structure in the Range from 5 to 200 microns, preferably 10 to 100 microns and the Height of the surveys in the range from 5 to 100 µm, are preferably 10 to 50 microns. These surveys consist of hydrophobic polymers or from durable hydrophobized Materials.

Es ist Aufgabe der Erfindung, Sensoren anzugeben, deren Funktionsfähigkeit auch bei widrigen Umwelteinflüssen gewährleistet ist. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. It is an object of the invention to provide sensors whose Functionality even under adverse environmental influences is guaranteed. This task is characterized by the characteristics of the independent claim solved.

Advantages of the invention

Bei dem erfindungsgemäßen verschmutzungssicheren optischen oder biometrischen Sensor ist zumindest die der Erfassung optischer Strahlung oder einer biometrischen Information dienende Fläche des Sensors mit einer selbstreinigenden Oberfläche versehen. Die selbstreinigende Oberfläche ist beispielsweise nanostrukturiert ausgeführt. Hierbei ist der Abstand zwischen den Erhebungen der nanostrukturierten Oberfläche im Bereich von 5 bis 200 µm, vorzugsweise 10 bis 100 µm sowie die Höhe der Erhebungen im Bereich von 5 bis 100 µm, vorzugsweise zwischen 10 und 50 µm anzusiedeln. Die Oberfläche besteht weiterhin aus hydrophobem Material, vorzugsweise aus hydrophoben Polymeren bzw. aus haltbar hydrophobierten Materialien. Derartige Oberflächen haben einen Selbstreinigungseffekt, wenn sie beispielsweise durch Flüssigkeiten benetzt werden. Dieser Effekt ist als Lotuseffekt bekannt. Der Sensor kann nun offen an der Außenseite eines Gebäudes oder Kraftfahrzeugs ohne mechanische Schutzvorrichtung verbaut werden. Dadurch verbilligt sich der Sensor. Staub lagert sich zudem nur lose auf der Oberfläche ab und wird beim nächsten Regen oder bei der Wagenwäsche abgespült. Die Verschmutzung lagert sich damit nicht wie bei glatten Flächen, z. B. bei Wagenlacken, durch Feuchtigkeit als Film an. Der aufwendige Klappenmechanismus wie beim Stand der Technik kann entfallen. Auch die Anordnung des Sensors vereinfacht sich, da der Sensor nun offen verbaut werden kann. Der Nutzer muss also nicht erst manuell die Klappe wegschieben oder die motorische Betätigung des Klappenmechanismus abwarten. In Folge der Oberflächengestaltung reinigt sich die Sensoroberfläche bei Niederschlägen selbst. In the contamination-proof optical according to the invention or biometric sensor is at least that of detection optical radiation or biometric information serving surface of the sensor with a self-cleaning Provided surface. The self-cleaning surface is for example, nanostructured. Here is the Distance between the surveys of the nanostructured Surface in the range of 5 to 200 microns, preferably 10 to 100 microns and the height of the surveys in the range from 5 to 100 µm, preferably settle between 10 and 50 microns. The Surface still consists of hydrophobic material, preferably made of hydrophobic polymers or durable hydrophobic materials. Such surfaces have one Self-cleaning effect when, for example, by Liquids are wetted. This effect is called a lotus effect known. The sensor can now be open on the outside of a Building or motor vehicle without mechanical Protective device can be installed. This makes the sensor cheaper. Dust also only deposits loosely on the surface and is rinsed off in the next rain or when washing the car. Soiling does not accumulate as with smooth surfaces Areas, e.g. B. in car paints, by moisture as a film on. The complex flap mechanism as in the state of the Technology can be omitted. Also the arrangement of the sensor simplified because the sensor can now be installed open. The user does not have to manually close the flap push away or the motorized actuation of the flap mechanism wait. As a result of the surface design, it cleans itself the sensor surface itself during precipitation.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass das vom Sensor erfasste Signal, welches ggf. weiterverarbeitet bzw. aufbereitet wird, mit einem Referenzsignal verglichen ist, wobei eine Sicherungseinrichtung nur bei Übereinstimmung angesteuert wird. Somit kann der Sensor insbesondere als (Zugangs)Berechtigungsnachweis beispielsweise für Gebäude oder Kraftfahrzeuge dienen. Der Sensor kann beispielsweise an der Außenseite des Kraftfahrzeugs bzw. des Gebäudes ohne weitere zusätzliche Schutzvorkehrungen eingebaut werden. Somit sind den Sensoren sonst aus witterungstechnischen Gesichtspunkten kritische Unterbringungsorte nun erschlossen. In an expedient further training it is provided that the signal detected by the sensor, which may be further processed or processed, compared with a reference signal is, with a safety device only at Match is driven. Thus the sensor can in particular as (access) proof of authorization for example for Buildings or motor vehicles. The sensor can for example on the outside of the motor vehicle or the building installed without additional protective measures become. Thus, the sensors are otherwise weather-related Critical locations now developed.

Weitere zweckmäßige Weiterbildungen ergeben sich aus weiteren abhängigen Ansprüchen aus der Beschreibung. Further expedient further developments result from further dependent claims from the description.

Zeichnungdrawing

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. An embodiment is shown in the drawing and is described in more detail below.

Es zeigen die Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau eines verschmutzungssicheren Sensors, die Fig. 2 die Anordnung eines verschmutzungssicheren optischen Sensors bei einem Kraftfahrzeug. They show: Fig. 1 shows the basic structure of a contamination-safe sensor, Fig. 2 shows the arrangement of a contamination-safe optical sensor in a motor vehicle.

Description of the embodiment

Ein optischer oder biometrischer Sensor 14 erfasst als physiologisches Merkmal einen Fingerabdruck eines sich authentifizierenden Benutzers. Die zur Erfassung optischer Strahlung oder der Biometrieinformation dienende Fläche des Sensors 14 ist mit einer selbstreinigenden Oberfläche 12 versehen, auf die der Benutzer seinen Finger zur Authentifizierung auflegen muss. An optical or biometric sensor 14 detects a fingerprint of an authenticating user as a physiological feature. The surface of the sensor 14 which is used to detect optical radiation or the biometric information is provided with a self-cleaning surface 12 on which the user must place his finger for authentication.

Der in Fig. 1 dargestellte (optische) Sensor, bestehend aus dem Fingerabdrucksensor 14 und der selbstreinigenden Oberfläche 12, ist an der Außenseite eines Kraftfahrzeugs 18 angeordnet. Lediglich die selbstreinigende Oberfläche 12 liegt frei, nicht jedoch der Fingerabdrucksensor 14. Der Fingerabdrucksensor 14 gibt ein Signal an eine Sicherungseinrichtung 16 ab, die beispielsweise ein Schließsystem oder eine Wegfahrsperre des Kraftfahrzeugs 18 ansteuert. The (optical) sensor shown in FIG. 1, consisting of the fingerprint sensor 14 and the self-cleaning surface 12 , is arranged on the outside of a motor vehicle 18 . Only the self-cleaning surface 12 is exposed, but not the fingerprint sensor 14 . The fingerprint sensor 14 emits a signal to a security device 16 which, for example, controls a locking system or an immobilizer of the motor vehicle 18 .

Für Kraftfahrzeuge werden heute in zunehmendem Maße optische Sensoren eingesetzt wie beispielsweise bei Lidar, Kameras zu Verkehrszeichen- oder Personenerkennung oder Kameras zur Hinderniserkennung bei Fahrzeugslängsführung (adaptiv cruise control ACC). Weiteres Anwendungsfeld sind biometrische Systeme, die Personen anhand physiologischer oder verhaltensmäßiger Merkmale identifizieren können. Hierfür eignet sich insbesondere der Fingerabdruck als physiologisches Merkmal. Der als Fingerabdrucksensor ausgeführte optische Sensor 14 nimmt das Papillarlinienmuster einer Person als Bild auf. Mittels eines Rechners wird das vorliegende Muster anhand spezifischer Merkmale mit denen in einer Datenbasis hinterlegten Referenzmustern bekannter Personen verglichen. Bei guter Übereinstimmung mit einem Referenzmuster gilt die Person als erkannt und erlangt Berechtigung zu der gewünschten Bedienungshandlung. Für die Anwendung bei einem Kraftfahrzeug 18 wird bei Übereinstimmung des eingelesenen Biometriesignals mit dem Biometriereferenzsignal insbesondere Zugang zu dem Kraftfahrzeug 18 und/oder Fahrberechtigung gewährt. Ein Fingerabdrucksensor als optischer Sensor 14 kann auch zum Nachweis der Zugangsberechtigung für ein Gebäude verwendet werden. Ist der optische Sensor 14 im Außenbereich des Fahrzeugs oder des Gebäudes angebracht, so ist er permanenter Verschmutzung ausgesetzt. Today, optical sensors are increasingly being used for motor vehicles, such as for lidar, cameras for traffic sign or person recognition or cameras for obstacle detection in vehicle longitudinal guidance (adaptive cruise control ACC). Another field of application are biometric systems that can identify people based on physiological or behavioral characteristics. The fingerprint is particularly suitable for this as a physiological characteristic. The optical sensor 14 designed as a fingerprint sensor records the papillary line pattern of a person as an image. By means of a computer, the present pattern is compared on the basis of specific features with the reference patterns of known persons stored in a database. If there is a good match with a reference pattern, the person is recognized and acquires authorization for the desired operating action. For use in a motor vehicle 18 , if the read biometric signal matches the biometric reference signal, access to the motor vehicle 18 and / or driving authorization is granted in particular. A fingerprint sensor as an optical sensor 14 can also be used to prove the access authorization for a building. If the optical sensor 14 is attached to the outside of the vehicle or the building, it is exposed to permanent contamination.

Um dennoch eine hinreichende Bildqualität des optischen Sensors 14 zu gewährleisten, ist nun erfindungsgemäß eine selbstreinigende Oberfläche 12 vorgesehen, mit der die der Erfassung optischer Strahlung dienende Fläche des optischen Sensors 14 versehen ist. Hierbei handelt es sich insbesondere um eine selbstreinigende Fläche, wie sie beispielsweise in der EP-B 772 514 beschrieben ist. So ist die selbstreinigende Oberfläche 12 in der Weise künstlich gestaltet, dass die Oberflächenstruktur mit Erhebungen und Vertiefungen versehen ist. Der Abstand zwischen den Erhebungen der Oberflächenstruktur ist im Bereich von 5 bis 200 µm, vorzugsweise 10 bis 100 µm, und die Höhe der Erhebungen liegt im Bereich von 5 bis 100 µm, vorzugsweise 10 bis 50 µm. Die Erhebungen sind aus hydrophoben Polymeren oder haltbar hydrophobierten Materialien ausgeführt. Hierbei ist darauf zu achten, dass diese Erhebungen nicht durch Wasser oder durch Wasser mit Detergenzien ablösbar sind. Die Erhebungen der Oberflächenstrukturen stehen so dicht genug beisammen, dass eine Berührung der zwischen den Erhebungen liegenden Vertiefungen oder Absenkungen durch Wassertropfen vermieden wird. Mit zunehmendem Abstand der Erhebungen sollten auch die Höhe der Erhebungen vom Untergrund zunehmen. Die glatte Oberfläche besteht aus Kunststoff wie Resopal oder Polyethylen. Nachdem die mit einem Teflonpulver vorgenommene Beschichtung aushärtet, entsteht eine Oberfläche 12, die die beschriebene Struktur aufweist. Als Material für die selbstreinigende Oberfläche 12 kann auch ein hydrophobes Material wie beispielsweise PTFE verwendet werden. Die Oberflächenstruktur könnte mit Hilfe eines Offsetdrucks erreicht werden. In order to nevertheless ensure a sufficient image quality of the optical sensor 14 , a self-cleaning surface 12 is now provided according to the invention, with which the surface of the optical sensor 14 which is used to detect optical radiation is provided. This is in particular a self-cleaning surface, as described for example in EP-B 772 514. The self-cleaning surface 12 is thus artificially designed in such a way that the surface structure is provided with elevations and depressions. The distance between the elevations of the surface structure is in the range from 5 to 200 μm, preferably 10 to 100 μm, and the height of the elevations is in the range from 5 to 100 μm, preferably 10 to 50 μm. The surveys are made of hydrophobic polymers or durable hydrophobic materials. It is important to ensure that these surveys cannot be detached by water or by water with detergents. The elevations of the surface structures are so close together that contact between the depressions or depressions between the elevations by water drops is avoided. With increasing distance between the surveys, the height of the surveys from the ground should also increase. The smooth surface is made of plastic such as Formica or polyethylene. After the coating made with a Teflon powder cures, a surface 12 is created which has the structure described. A hydrophobic material such as PTFE can also be used as the material for the self-cleaning surface 12 . The surface structure could be achieved with the help of offset printing.

Grundsätzlich sind zwei Vorgehensweisen denkbar, um den Fingerabdrucksensor 14 mit einer selbstreinigenden Oberfläche 12 zu versehen. Die Nanostrukturierung mit Hydrophobierung kann unmittelbar in die Oberfläche 12 des optischen Sensors 14 integriert werden. Alternativ können dazu Folien mit einer selbstreinigenden Oberfläche 12, wie bereits beschrieben, als zusätzliche Beschichtung auf den optischen Sensor 14 aufgeklebt werden. Basically, two procedures are conceivable to provide the fingerprint sensor 14 with a self-cleaning surface 12 . The nanostructuring with hydrophobization can be integrated directly into the surface 12 of the optical sensor 14 . Alternatively, foils with a self-cleaning surface 12 , as already described, can be glued onto the optical sensor 14 as an additional coating.

Insbesondere bei einem Kraftfahrzeug lässt sich der Fingerabdrucksensor 14 mit der selbstreinigenden Oberfläche 12 in der Außenseite der Fahrzeugkarosserie des Kraftfahrzeugs 18 integrieren und könnte beispielsweise in der Nähe des Türgriffs, beispielsweise in der Griffmulde im Türgriff selbst erfolgen. Die Unterbringung am der dem Fahrzeug 18 abgewandten Türgriffseite bringt zusätzlichen Schutz zur Verschmutzung, da der Selbstreinigungseffekt bei der Benetzung der Oberfläche mit Feuchtigkeit verstärkt wird. In a motor vehicle in particular, the fingerprint sensor 14 can be integrated with the self-cleaning surface 12 in the outside of the vehicle body of the motor vehicle 18 and could, for example, be in the vicinity of the door handle, for example in the recessed grip in the door handle itself. The accommodation on the side of the door handle facing away from the vehicle 18 provides additional protection against contamination, since the self-cleaning effect is increased when the surface is wetted with moisture.

Als Sensor 14 kann auch ein kapazitiv arbeitender Fingerabdrucksensor mit der selbstreinigenden Oberfläche 12 geschützt werden. Allerdings ist die Schichtdicke wegen des Messprinzips zu begrenzen. A capacitive fingerprint sensor with the self-cleaning surface 12 can also be protected as the sensor 14 . However, the layer thickness must be limited due to the measuring principle.

Die Vorrichtung eignet sich insbesondere für die Anordnung an Kraftfahrzeugen oder Gebäuden; sie ist jedoch hierauf nicht eingeschränkt. The device is particularly suitable for the arrangement on motor vehicles or buildings; however, it is on this not limited.

Claims

1. Pollution-proof sensor, at least the surface of an optical sensor ( 14 ) serving to detect optical radiation being provided with a self-cleaning surface ( 12 ).

2. Pollution-proof sensor, at least the surface of a biometric sensor ( 14 ) used to record biometric information being provided with a self-cleaning surface ( 12 ).

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that a nanostructured surface is provided as the self-cleaning surface ( 12 ).

4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the self-cleaning surface ( 12 ) consists of hydrophobic material.

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the self-cleaning surface ( 12 ) has a surface structure, the distance between elevations in the range from 5 to 200 µm, preferably 10 to 100 µm, the height of the elevations in the range from 5 to 100 microns, preferably from 10 to 50 microns.

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the self-cleaning surface ( 12 ) consists of a polymer.

7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the self-cleaning surface ( 12 ) consists of a durable hydrophobic material.

8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor ( 12 , 14 ) is arranged on the outside of a building or a motor vehicle ( 18 ).

9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that if the signal detected by the sensor ( 12 , 14 ) matches a reference signal, a desired function is released, such as access to a locked room and / or authorization to a specific one Function.

10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that as an optical or biometric sensor a fingerprint sensor is provided.

11. Device according to one of the preceding claims, characterized in that, if the sensor signal matches a reference signal, a security device ( 16 ) of a closed room is controlled so as to allow access to the room.