DE102013012849A1 - Optischer Sensor zur Montage an einer Scheibe und Verfahren zur Herstellung eines solchen optischen Sensors - Google Patents
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Abstract
Bei einem optischen Sensor, insbesondere einem Regen-Licht-Sensor, der zur Montage an einer Scheibe, insbesondere einer Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs, vorgesehen ist, wobei auf dem optischen Sensor ein Koppelmedium angeordnet ist, soll eine bessere Wiederverwendbarkeit des optischen Sensors, insbesondere nach Ablösen des optischen Sensors von der Scheibe erreicht werden. Dies wird dadurch erreicht, indem auf das Koppelmedium eine Passivierungsschicht aufgebracht wird. Diese Passivierungsschicht wird mit einer plasmachemischen Gasphasenabscheidung erzeugt. Als Passivierungsschicht wird eine siliziumorganische Schicht aufgebracht.
Description
- Die Erfindung betrifft einen optischen Sensor, insbesondere einen Regen-Licht-Sensor, der zur Montage an einer Scheibe, insbesondere einer Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs, vorgesehen ist, wobei auf dem optischen Sensor ein Koppelmedium angeordnet ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindungsschicht auf einem optischen Sensor, der zur Anbringung an einer Scheibe, insbesondere einer Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeuges, vorgesehen ist, wobei auf dem optischen Sensor ein Koppelmedium aufgebracht wird.
- Regen-Licht-Sensoren basieren auf optischen Messverfahren und werden an der Innenseite einer Scheibe montiert. Insbesondere werden solche optischen Sensoren an der Innenseite einer Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeuges montiert, um Regen und Feuchtigkeit festzustellen. Auf Basis der Messwerte derartiger Regen-Licht-Sensoren wird dann beispielsweise der Einsatz von Scheibenwischern gesteuert. Derartige Regen-Licht-Sensoren arbeiten mit optischen Messverfahren, so dass auch ein optisch-transparentes Koppelmedium benötigt wird, mit dem die Regen-Licht-Sensoren an der Scheibe gekoppelt und/oder befestigt werden. Das Koppelmedium muss die Unebenheiten zwischen einer Optik des Regen-Licht-Sensors und der Windschutzscheibe ausgleichen und als optische Schnittstelle dienen. Daher müssen bestimmte Materialeigenschaften, wie geringe Materialhärte, äquivalenter Brechungsindex und hohe Transparenz gegeben sein. Zudem darf die Schnittstelle nicht durch Luftblaseneinschlüsse oder Verunreinigungen beeinträchtigt werden. Aufgrund der hierfür guten optischen Eigenschaften werden als Koppelmedien meistens Silikongele oder Kautschuk (LSR-Liquid-Silicone Rubber) verwendet. Die notwendige Weichheit des Materials führt dazu, dass die Oberfläche des Koppelmediums an der Oberfläche der Scheibe haftet und beim Ablösen des Regen-Licht-Sensors zerstört wird. Ein solches Ablösen ist beispielsweise bei einem Scheibenwechsel notwendig. Eine Wiederverwendung des Regen-Licht-Sensors ist dann nur durch ein aufwendiges Austauschverfahren des Koppelmediums möglich. Bei solchen Austauschverfahren kann es außerdem zu Verunreinigungen oder Inhomogenitäten kommen, die die Genauigkeit des Regen-Licht-Sensors beeinträchtigen.
- Zur Lösung dieses Problems sind verschiedene Ansätze bekannt. So wird in der
US 7,122,784 B2 beispielsweise vorgeschlagen, Austausch-Tapes zu verwenden. Reparatursets zur Ausbildung eines Gelkissens werden beispielsweise in derEP 1 935 507 A2 beschrieben. Das Aufbringen von Austauschschichten wird in derEP 2 130 727 A2 vorgeschlagen. - Die Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen optischen Sensor bereitzustellen, der auf neuartige Weise die Wiederverwendung nach Ablösung des optischen Sensors vor der Scheibe ermöglicht. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen optischen Sensors zu schaffen.
- Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einem optischen Sensor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Verfahrensmäßig wird die Aufgabe mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
- Bei einem optischen Sensor, insbesondere einem Regen-Licht-Sensor, der zur Montage an einer Scheibe, insbesondere einer Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeuges, vorgesehen ist, wobei auf dem optischen Sensor ein Koppelmedium angeordnet ist, ist erfindungswesentlich vorgesehen, dass auf dem Koppelmedium eine Passivierungsschicht angeordnet ist. Diese Passivierungsschicht dient als eine Art zusätzlicher „Trennschicht”, die das Anhaften des Materials an die Scheibe verhindert und so die zerstörungsfreie Ablösbarkeit verbessert. Diese Trennschicht ist sehr dünn und transparent, so dass die optischen Eigenschaften des Koppelmediums nicht beeinflusst werden. Die Passivierungsschicht bedeckt das Koppelmedium insbesondere vollflächig.
- Mit der Erfindung wird erreicht, dass in dem Koppelmedium selbst kein zusätzliches Trennmittel notwendig ist. Es wird eine verbesserte Ablösbarkeit bei geringeren Materialkosten erreicht. Auch der sonst übliche oder vorgeschlagene Austausch des Koppelmediums selbst entfällt und insgesamt ist der Reparaturaufwand deutlich verringert. Die optischen Eigenschaften des Koppelmediums dürfen durch die zusätzliche Trennschicht oder Passivierungsschicht nicht beeinträchtigt werden. Die optischen Eigenschaften der Passivierungsschicht sind derart ausgelegt, dass sie an die optischen Eigenschaften des Koppelmediums angepasst sind, insbesondere den optischen Eigenschaften des Koppelmediums gleichen.
- Das Koppelmedium ist bevorzugt ein Silikon oder Silikongel. Alternativ kann als Koppelmedium Kautschuk oder Flüssigkautschuk eingesetzt werden. Dieser wird gelegentlich auch als Flüssigsilikon bezeichnet. Die auf das Koppelmedium aufgebrachte Passivierungsschicht ist bevorzugt ein Siloxan oder siliziumorganische Schicht. Diese ist bevorzugt sehr dünn und hat bevorzugt höchstens 1/100, insbesondere höchstens 1/1000 der Dicke der darunterliegenden Koppelmediumschicht. Die Dicke der Passivierungsschicht beträgt dabei typischerweise einige hundert Nanometer während die Dicke des Koppelmediums im Millimeterbereich liegt.
- In einer alternativen Ausführungsform besteht die Passivierungsschicht aus einer separaten Polyethylen-Folie. Die Polyethylen-Folie hat bevorzugt eine Dicke von 0,01 mm bis 0,1 mm.
- In einer weiteren alternativen Ausgestaltung ist die Passivierungsschicht eine separat aufgetragene Polymerschicht. Diese wird bevorzugt durch ein geeignetes Lösungsmittel in gelöster Form auf das Koppelmedium aufgetragen. Dies erfolgt insbesondere durch ein Spin- oder Spraycoating Verfahren. Die Schichtdicke liegt dabei bevorzugt in einem Bereich vom 0,01 mm bis 0,1 mm.
- In einer weiteren alternativen Ausgestaltung ist die Passivierungsschicht ein Ölfilm. Der Ölfilm wird bevorzugt durch ein Dip-coating-Verfahren auf die Oberfläche aufgetragen.
- Es ist auch möglich, dass die Passivierungsschicht aus einem Kautschuk gebildet ist, der härter ist als das darunterliegende Koppelmedium. Es liegt dann eine Sandwich-Bauweise vor. Die Dicke einer solchen harten Kautschukschicht liegt im Bereich von 0,2 bis 0,8 mm. Bevorzugt ist in einem solchen Fall die Passivierungsschicht und die darunterliegende Schicht aus einem gleichen Material unterschiedlicher Härte gebildet.
- In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung ist die Passivierungsschicht eine Antihaftschicht. Diese ist aus Teflon oder einem Fluorharz gebildet.
- Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Verbindungsschicht auf einem oben beschriebenen optischen Sensor, insbesondere einem Regen-Licht-Sensor, der zur Anbringung an einer Scheibe, insbesondere einer Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist, wobei auf dem optischen Sensor ein Koppelmedium aufgebracht ist, wird erfindungsgemäß auf dem Koppelmedium eine Passivierungsschicht erzeugt. Mit diesem Verfahren kann der oben beschriebene optische Sensor hergestellt werden.
- Bevorzugt wird im Rahmen des Verfahrens auch das Koppelmedium aufgetragen. Dieses kann ein Silikongel oder ein Kautschuk sein, das aufgetragen wird.
- Bevorzugt wird als Passivierungsschicht ein Siloxan erzeugt. Dieses wird bevorzugt mit einer chemischen Gasphasenabscheidung, insbesondere mit einer plasmaunterstützten chemischen Gasphasenabscheidung erzeugt. Zur Erzeugung der Passivierungsschicht wird dabei bevorzugt Hexamethyldisiloxan verwendet.
- Eine derartige plasmachemische Gasphasenabscheidung ist grundsätzlich bekannt und wird beispielsweise in dem Artikel „Abscheidung, Charakterisierung und Anwendung von Plasma-Polymerschichten auf HMDSO-Basis", von B. Jacoby et. al erläutert. Der Artikel ist erschienen in „Vakuum in Forschung und Praxis", 18 (2006) Nr. 4, 12–18, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim. Weiterhin sind während des Verfahrens bevorzugt Abschirmelemente an dem Sensor positioniert, wobei die Abschirmelemente so positioniert sind, dass die Passivierungsschicht ausschließlich auf das Koppelmedium aufgetragen wird. Dadurch wird erreicht, dass die Passivierungsschicht ausschließlich auf das Koppelmedium aufgetragen wird und weitere Bauteile des Sensors und die damit verbundenen Funktionen nicht beeinflusst werden.
- In dem Verfahren werden bevorzugt die Schichtdicke, die Temperatur und die Plasmaleistung derart eingestellt und angepasst, dass die optischen Eigenschaften der erzeugten Passivierungsschicht an die optischen Eigenschaften des Koppelmediums angepasst sind.
- Weitere Details zu alternativen Verfahrensführungen, bei denen die Passivierungsschicht nicht aus einem Siloxan, sondern aus einem anderen Material hergestellt ist, sind weiter oben schon beschrieben worden. Auch hier werden die Verfahrensparameter so gewählt, dass die optischen Eigenschaften der Passivierungsschicht an die optischen Eigenschaften des Koppelmediums angepasst sind.
- Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der schematischen Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung weiter erläutert. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Verfahrens.
- In der Figur ist ein optischer Sensor
4 dargestellt, der insbesondere ein Regen-Licht-Sensor sein kann. Der optische Sensor kann mit Hilfe eines Koppelmediums3 , das eine ebene Schicht auf dem optischen Sensor4 ausbildet, an eine Scheibe gekoppelt werden. Das Koppelmedium3 beziehungsweise die aus dem Koppelmedium3 ausgebildete Schicht gleicht die Unebenheiten zwischen dem optischen Sensor und der Scheibe aus, so dass eine definierte optische Schnittstelle entsteht. Um eine zerstörungsfreie Ablösbarkeit des optischen Sensors von der Scheibe zu erreichen, wird eine Passivierungsschicht vollflächig auf das Koppelmedium3 aufgebracht. Dazu wird mit einem Plasmadüsenkopf1 eine Plasmabehandlung und Beschichtung durchgeführt. Diese Plasmabehandlung ist mit2 angedeutet. Dazu wird insbesondere Hexamethyldisiloxan (HMDSO) verwendet. Dazu wird in einem Plasmareaktor HMDSO und ein Trägergas, insbesondere Sauerstoff, zusammengeführt und daraus ein Plasma erzeugt, das mit dem Plasmadüsenkopf1 auf den optischen Sensor4 gerichtet wird und dort zur Abscheidung einer quarzähnlichen Schicht führt. Dabei kann es sich um eine quarzähnliche Schicht aus Siliziumdioxid oder siliziumorganischen Schichten handeln. Als Passivierungsschicht kann auch amorphes Silizium, Siliziumnitrid, Siliziumdioxid oder Silizium-Oxid-Nitrid-Verbindungen erzeugt werden. Eine Passivierungsschicht aus Siliziumnitrid lässt sich beispielsweise mit Monosilan und Stickstoff herstellen. - Alle in der vorstehenden Beschreibung und in den Ansprüchen genannten Merkmale sind in einer beliebigen Auswahl mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs kombinierbar. Die Offenbarung der Erfindung ist somit nicht auf die beschriebenen bzw. beanspruchten Merkmalskombinationen beschränkt, vielmehr sind alle im Rahmen der Erfindung sinnvollen Merkmalskombinationen als offenbart zu betrachten.
- 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
-
- US 7122784 B2 [0003]
- EP 1935507 A2 [0003]
- EP 2130727 A2 [0003]
- Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- Artikel „Abscheidung, Charakterisierung und Anwendung von Plasma-Polymerschichten auf HMDSO-Basis”, von B. Jacoby et. al erläutert. Der Artikel ist erschienen in „Vakuum in Forschung und Praxis”, 18 (2006) Nr. 4, 12–18, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim. [0017]
Claims (19)
- Optischer Sensor, insbesondere Regen-Licht-Sensor, der zur Montage an einer Scheibe, insbesondere einer Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs, vorgesehen ist, wobei auf dem optischen Sensor (
4 ) ein Koppelmedium (3 ) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Koppelmedium (3 ) eine Passivierungsschicht angeordnet ist. - Optischer Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelmedium (
3 ) ein Silikongel ist. - Optischer Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelmedium ein Kautschuk ist.
- Optischer Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungsschicht ein Siloxan ist.
- Optischer Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Siloxan-Passivierungsschicht höchstens 1/100, insbesondere höchstens 1/1000 der Dicke des Koppelmediums beträgt.
- Optischer Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungsschicht aus einer separaten Polyethylen-Folie gebildet ist.
- Optischer Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungsschicht eine separat aufgetragene Polymerschicht ist.
- Optischer Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungsschicht ein Ölfilm ist.
- Optischer Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungsschicht eine harte Kautschukschicht ist.
- Optischer Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungsschicht und die darunterliegende Schicht aus einem gleichen Material unterschiedlicher Härte sind.
- Optischer Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungsschicht eine Antihaftschicht ist.
- Verfahren zur Herstellung einer Verbindungsschicht auf einem optischen Sensor, insbesondere Regen-Licht-Sensor, nach einem der Ansprüche 1 bis 11, der zur Anbringung an einer Scheibe, insbesondere einer Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs, vorgesehen ist, wobei auf dem optischen Sensor ein Koppelmedium aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Koppelmedium eine Passivierungsschicht erzeugt wird.
- Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Koppelmedium ein Silikongel aufgetragen wird.
- Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Koppelmedium ein Kautschuk aufgetragen wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Passivierungsschicht ein Siloxan erzeugt wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungsschicht mit einer chemischen Gasphasenabscheidung erzeugt wird.
- Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungsschicht mit einer plasmaunterstützten chemischen Gasphasenabscheidung erzeugt wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der Passivierungsschicht ein Hexamethyldisiloxan verwendet wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass Abschirmelemente während des Verfahrens an dem Sensor positioniert werden, so dass die Passivierungsschicht ausschließlich auf das Koppelmedium aufgetragen wird.
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