DE102009027147A1

DE102009027147A1 - Fahrzeug-Verbundglasscheibe für einen Regensensor

Info

Publication number: DE102009027147A1
Application number: DE102009027147A
Authority: DE
Inventors: Andreas Pack; Vladislav Mautusevich; Axel Schwarz; Alexander Winkler; Richard Kowarschik
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-06-24
Filing date: 2009-06-24
Publication date: 2010-12-30
Also published as: FR2947206B1; FR2947206A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeug-Verbundglasscheibe mit einer äußeren Scheibe (1), einer inneren Scheibe (1'), einem sensorisch aktiven Bereich (10) eines Regensensors und einer zwischen der inneren Scheibe (1') und der äußeren Scheibe (1) angeordneten Folienschicht (3). Dazu bildet die Folienschicht (3) mindestens bereichsweise den Kern eines optischen Lichtwellenleiters zur Führung optischer Strahlung in den oder aus dem sensorisch aktiven Bereich (10).

Description

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeug-Verbundglasscheibe mit einem sensorisch aktiven Bereich für einen Regensensor.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik, insbesondere aus den deutschen Offenlegungsschriften DE 10 2004 050 765 A1 und DE 10 2005 062 785 A1 sind Regensensoren bekannt, deren Funktionsweise auf dem Prinzip der Totalreflexion beruht. Das aus dem Stand der Technik bekannte Prinzip beruht darauf, dass Licht unter eine geeigneten Winkel in eine Fahrzeugscheibe eingestrahlt und bis zu einem sensorisch aktiven Bereich geführt wird, in dem das Licht in Richtung der Außenseite der Fahrzeugscheibe geleitet wird und an der Glas-Luft-Grenzfläche der Außenseite total reflektiert wird. Danach wird es üblicherweise unter Verwendung eines Welleleiters zu einem Empfänger zur Detektion eines Empfangssignals geführt. In demjenigen Fall, in dem sich Wasser oder ein anderes Medium mit höherer Brechzahl als Luft auf der Außenseite der Fahrzeugscheibe im Bereich des sensorisch aktiven Bereichs befindet, wird ein Großteil des Lichts aus der Fahrzeugscheibe heraus gebrochen und am Empfänger wird weniger oder gar kein Licht mehr detektiert. Da die Regensensoren nach dem Stand der Technik allein mit transparenten Medien hergestellt werden können, sind sie in einem großen Bereich der Fahrzeugscheibe, insbesondere auch im Sichtfeld des Fahrers einsetzbar. Ferner sind Lösungen bekannt, bei welchen die für den Regensensor verwendete optische Strahlung im Bereich der Folienschicht einer Fahrzeugverbundglasscheibe geführt wird; ein derartiges Konzept ist beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung DE 102 29 239 A1 offenbart. In der genannten Schrift ist in der Folienschicht einer Verbundglasscheibe ein zusätzlicher Wellenleiter ausgebildet. Der Wellenleiter wird dabei durch zusätzliche optische Elemente in der Folienschicht realisiert, was zu einem vergleichsweise komplexen Aufbau des Wellenleiters führt.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Fahrzeug-Verbundglasscheibe zeigt eine äußere Scheibe, eine innere Scheibe, einen sensorisch aktiven Bereich eines Regensensors und eine zwischen der inneren Scheibe und der äußeren Scheibe angeordnete Folienschicht. Dabei bildet die Folienschicht mindestens bereichsweise den Kern eines optischen Lichtwellenleiters zur Führung optischer Strahlung in den oder aus dem sensorisch aktiven Bereich. Dadurch, dass der optische Lichtwellenleiter durch die in der Verbundglasscheibe ohnehin vorhandene Folienschicht selbst gebildet wird, ergibt sich ein einfacher und leicht herzustellender Aufbau der erfindungsgemäßen Fahrzeugscheibe.
Dabei kann zwischen den Folienschicht und der inneren und/oder der äußeren Scheibe in der Umgebung der als Kern des optischen Lichtwellenleiters ausgebildeten Bereiche eine Mantelschicht angeordnet sein, deren Material einen geringeren Brechungsindex als das der Folienschicht aufweist. In einer strahlenoptischen Betrachtungsweise wird dabei die optische Strahlung in der Folienschicht durch Totalreflexion an der Grenzfläche zum optisch dünneren Medium geführt. Der Wellenleiter wird also durch die bereichsweise Ausbildung der Mantelschicht gebildet. In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem Material der Mantelschicht um Luft. Bei dieser Variante der Erfindung sind prinzipiell keine zusätzlichen optischen Elemente zur Führung der optischen Strahlung erforderlich; der Wellenleiter wird durch die Folienschicht als Kern des Wellenleiters in Verbindung mit einem bereichsweise ausgebildeten Luftspalt als Mantelschicht realisiert.
Für eine effektive Führung der optischen Strahlung, insbesondere zum Verhindere eines Überkoppelns über ein evaneszentes Feld in eine der Glasscheiben ist es vorteilhaft, wenn die Mantelschicht eine Dicke im Bereich von 1,5 μm–2,5 μm, insbesondere von 2 μm aufweist.
Dadurch, dass die Folienschicht in den als Kern des optischen Lichtwellenleiters ausgebildeten Bereichen eine Beschichtung, insbesondere eine SiO₂-Beschichtung aufweist, kann eine Verbesserung der Oberflächeneigenschaften der Folienschicht erreicht werden, was sich im Ergebnis auf die optische Qualität der genannten Bereiche auswirkt. Insbesondere wird die Störung eines Fahres beim Blick durch die Scheibe in diesen Bereichen durch die genannte Maßnahme wirksam verringert.
In dem sensorisch aktiven Bereich können optische Überkopplungselemente zur Kopplung der optischen Strahlung in die bzw. aus der äußeren oder inneren Scheibe zwischen der Folienschicht und der äußeren bzw. der inneren Scheibe angeordnet sein. Die Überkopplungselemente können dabei aus dem selben Material bestehen wie die Folienschicht, wodurch sich ein besonders einfacher Aufbau des erfindungsgemäßen Regensensors ergibt.
Die Folienschicht kann aus PVB (Polyvinylbtyral) bestehen. Derartige Folien werden üblicherweise für die Zwischenschicht von Fahrzeug-Verbundglasscheiben verwendet, so dass erfindungsgemäß der Regensensor unter Verwendung der ohnehin für Verbundglasscheiben verwendeten Materialien verwirklicht werden kann.
Dadurch, dass die Überkopplungselemente beidseitig der Folienschicht angeordnet sind, kann ein kombinierter Regen/Beschlagsensor hergestellt werden, der an der Außenscheibe Benetzung durch Regen und gleichzeitig an der Innenseite Benetzung durch Beschlag detektieren kann.
1 zeigt eine erste schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung. Dabei ist die Folienschicht 3, die im dargestellten Fall als PVB-Schicht ausgebildet ist, zwischen der äußeren Glasscheibe 1 und der inneren Glasscheibe 1' einer Fahrzeugscheibe angeordnet. Die Folienschicht 3 ist dabei von den Scheiben 1 bzw. 1' durch die beiden Mantelschichten, die als äußerer Luftspalt 2 bzw. innerer Luftspalt 2' realisiert sind, getrennt. Dadurch, dass sich beidseitig von der Folienschicht 3 ein Luftspalt befindet, wird erreicht, dass die Folienschicht 3 als Wellenleiter wirkt. Das durch den Pfeil 7 angedeutete optische Eingangssignal wird in der Folienschicht 3 geführt, ohne dass es zunächst zu einer Überkopplung in eine der Glasscheiben 1 bzw. 1' kommt. Die Überkopplung in die Glasscheiben 1 bzw. 1' wird dadurch vermieden, dass die Luftspalte 2 bzw. 2' in der Weise dimensioniert werden, dass es nicht zu einer evaneszenten Wellenfeldauskopplung in die Glasscheiben 1 bzw 1' kommt. Hierzu können die Luftspalte 2 bzw. 2' insbesondere eine Breite von ca. 2 μm aufweisen. Um die optischen Eigenschaften der Anordnung zu verbessern, kann die Folienschicht 3 einseitig oder beidseitig mit einem Material mit der Brechzahl der Folienschicht 3 beschichtet sein, so dass eine ebene Oberfläche der Folienschicht 3 mit Beschichtung gewährleistet wird. Hierzu bietet sich im Fall der Verwendung einer PVB-Folie insbesondere eine SiO₂-Beschichtung an. Die Einkopplung des Eingangssignals kann über die seitliche Stirnfläche der Scheibe erfolgen. Hierdurch eröffnet sich die Möglichkeit, externe Bauelemente zum Einkoppeln in die Folienschicht 3 zu verwenden; insbesondere auch eine Fokussierung auf die Schichtdicke der Folienschicht 3 vorzunehmen, um einen möglichst hohen Lichtdurchsatz zu gewährleisten. In dem Bereich unterhalb des sensorisch aktiven Bereichs 10 wird der Luftspalt 2 durch das als weitere PVB-Schicht ausgebildete Überkopplungselement 9 geschlossen, so dass die optische Strahlung im sensorisch aktiven Bereich 10 in die äußere Glasscheibe 1 übergekoppelt wird. In dem Fall, in dem die Außenseite der äußeren Glasscheibe 1 trocken ist, wird die einfallende Strahlung totalreflektiert und im nachfolgenden Bereich der Folienschicht 3, der analog aufgebaut ist wie der Bereich der Folienschicht 3, in dem die optische Strahlung dem sensorisch aktiven Bereich zugeführt wird, weitergeführt und wie durch den Pfeil 8 angedeutet, als Ausgangssignal einem nicht dargestellten Empfänger zugeführt. Für den Fall einer im sensorisch aktiven Bereich 10 beispielsweise durch den Wassertropfen 5 benetzten Außenseite der äußeren Glasscheibe 1 wird ein gewisser Anteil der optischen Strahlung, wie durch den Pfeil 6 angedeutet, ausgekoppelt, so dass am Empfänger ein gegenüber dem trockenen Fall geschwächtes Ausgangssignal ankommt. Somit lässt sich mit der erfindungsgemäßen Anordnung eine Benetzung der Fahrzeugscheibe zuverlässig detektieren und die Scheibenwischvorrichtung des Fahrzeugs ansteuern.
2 zeigt eine Variante der Erfindung, bei der sich auf beiden Seiten der Folienschicht 3 ein Überkopplungselement 9 bzw. 9' befindet, so dass einerseits Regentropfen 5 auf der Außenseite der äußeren Glasscheibe 1, andererseits aber auch Beschlagtropfen 9' auf der inneren Glasscheibe 1' aufgrund der aus den Scheiben ausgekoppelten Anteile der optischen Strahlung 6 bzw. 6' detektiert werden können. Hierdurch kann beispielsweise ein Gebläse der Klimaanlage derart angesteuert werden, dass der Beschlag von der Scheibe automatisch entfernt wird. Die Richtung, in welcher die optische Strahlung ein- bzw. ausgekoppelt wird, ist praktisch frei wählbar, insbesondere kann auch von beiden Seiten der Windschutzscheibe ein- oder ausgekoppelt werden, so dass sich ein ”Zwei-Seiten-Regensensor” realisieren lässt. Dadurch, dass die Folienschicht 3 übli cherweise über die gesamte Fläche der Windschutzscheibe eingeklebt ist, kann der als Wellenleiter wirkende Bereich und/oder der sensorisch aktive Bereich 10 praktisch an beliebigen Orten der Winschutzscheibe angeordnet werden.
Zur Verbesserung der Sensorresultate kann eine Mehrzahl der erfindungsgemäßen Sensoranordnungen oder auch eine Kombination der erfindungsgemäßen Sensoranordnungen mit konventionellen Sensoren über die Scheibe hinweg angeordnet werden. Der sensorisch aktive Bereich kann dabei an praktisch beliebigen Stellen der Windschutzscheibe positioniert werden. In 3 sind die besonders geeigneten Positionen des sensorisch aktiven Bereichs mit dem Bezugszeichen 13, 14 und 15 exemplarisch hervorgehoben.
Im vorliegenden Beispiel wurde für das Material der Mantelschicht 2 bzw. 2' Luft verwendet. Auch andere Medien kommen für die Mantelschicht 2 bzw. 2' in Frage, sofern diese einen geringeren Brechungsindex als PVB und Glas aufweisen. In Abhängigkeit der Brechungsindizes der verwendeten Materialien sind dann die geometrischen Parameter der einzelnen Komponenten der Sensoranordnung entsprechend zu wählen, um eine einwandfreie Funktion der Anordnung sicherzustellen.
Die Erfindung ist nicht auf die Verwendung in Fahrzeugwindschutzscheiben beschränkt, sondern kann vielmehr für jegliche Art von Scheiben verwendet werden, wie beispielsweise für Schaufensterscheiben, auf denen gegebenenfalls Produktinformationen präsentiert werden und auf denen parallel gemessen wird, wo eine Benetzung der Scheibe vorliegt, so dass eine eventuelle Reinigung initiiert werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102004050765 A1 [0002]
- DE 102005062785 A1 [0002]
- DE 10229239 A1 [0002]

Claims

Fahrzeug-Verbundglasscheibe, mit einer äußeren Scheibe (1), einer inneren Scheibe (1'), einem sensorisch aktiven Bereich (10) eines Regensensors und einer zwischen der inneren Scheibe (1') und der äußeren Scheibe (1) angeordneten Folienschicht (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Folienschicht (3) mindestens bereichsweise den Kern eines optischen Lichtwellenleiters zur Führung optischer Strahlung in den oder aus dem sensorisch aktiven Bereich (10) bildet.
Fahrzeug-Verbundglasscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Folienschicht (3) und der inneren und/oder der äußeren Scheibe (1, 1') in der Umgebung der als Kern des optischen Lichtwellenleiters ausgebildeten Bereichen eine Mantelschicht (2, 2') angeordnet ist, deren Material einen geringeren Brechungsindex als das der Folienschicht (3) aufweist.
Fahrzeug-Verbundglasscheibe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Material der Mantelschicht (2, 2') um Luft handelt.
Fahrzeug-Verbundglasscheibe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelschicht (2, 2') eine Dicke im Bereich von 1,5 μm–2,5 μm, insbesondere von 2 μm aufweist.
Fahrzeug-Verbundglasscheibe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folienschicht (3) in den als Kern des optischen Lichtwellenleiters ausgebildeten Bereichen eine Beschichtung, insbesondere eine SiO₂-Beschichtung aufweist.
Fahrzeug-Verbundglasscheibe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem sensorisch aktiven Bereich (10) optische Überkopplungselemente (9) zur Kopplung der optischen Strahlung in die bzw. aus der äußeren oder inneren Scheibe (1, 1') zwischen der Folienschicht (3) und der äußeren bzw. der inneren Scheibe (1, 1') angeordnet sind.
Fahrzeug-Verbundglasscheibe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Überkopplungselemente (9) aus dem selben Material bestehen wie die Folienschicht (3).
Fahrzeug-Verbundglasscheibe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folienschicht (3) aus einer PVB-Folie besteht.
Fahrzeug-Verbundglasscheibe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Überkopplungselemente (9) beidseitig der Folienschicht (3) angeordnet sind.