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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Niederschlags-Sensor, der für die Verwendung in Fahrzeugen geeignet ist.
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Es sei zunächst 5 betrachtet. Ein typischer Niederschlags-Sensor für die Verwendung in Fahrzeugen ist an der Innenfläche einer frontseitigen Windschutzscheibe W eines Kraftfahrzeugs installiert und detektiert optisch das Vorhandensein oder Fehlen von Niederschlag. Der Niederschlags-Sensor hat ein Prisma 1, einen Strahlsender 2 und einen Strahlempfänger 3. Das Prisma 1 ist an der Innenseite der frontseitigen Windschutzscheibe W in der dargestellten Weise angeordnet und enthält einen Prismenkörper 1c, der mit plankonvexen Linseneinheiten 1a, 1b einstückig verbunden ist, die auf der rechten und der linken Seite angeformt sind. Der Strahlsender 2 und der Strahlempfänger 3, die durch eine Schaltungsträgerplatte 4 gehalten werden, die unmittelbar oberhalb des Prismas 1 gelegen ist, stehen den plankonvexen Linseneinheiten 1a und 1b gegenüber. Eine Steuerschaltung 5 ist auf der Schaltungsträgerplatte 4 montiert.
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In dem Niederschlags-Sensor von 5 richtet die plankonvexe Linseneinheit 1a das von dem Strahlsender 2 ausgesendete Licht parallel und führt es in den Prismenkörper 1c ein. Das auf den Prismenkörper 1c treffende Licht tritt in die plankonvexe Linseneinheit 1b ein, nachdem es mehrmals, wie in der Zeichnung durch Pfeile angedeutet ist, zwischen der Außenfläche der frontseitigen Windschutzscheibe W und der mittleren Wand des Linsenkörpers 1c reflektiert worden ist. Die plankonvexe Linseneinheit 1b fokussiert das von dem Prismenkörper 1c her eintreffende Licht und führt das Licht zu dem Strahlempfänger 3.
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Zur Ausdehnung des Bereiches, der für das Detektieren von Niederschlag verwendet wird, besitzt ein solcher Niederschlags-Sensor einen optischen Weg für das Sensorlicht, derart, daß das Licht mehrere Male zwischen dem Prisma 1 und der frontseitigen Windschutzscheibe W reflektiert wird. Zu diesem Zwecke sind der Strahlsender 2 und der Strahlempfänger 3 jenseits der rechten und linken Enden des Prismas 1 montiert. Somit sind die Abmessungen des Niederschlags-Sensors in seitlicher Richtung verhältnismäßig groß. Der Bereich zum Detektieren von Niederschlag ist jedoch zu klein, selbst wenn das Licht mehrere Male zwischen dem Prisma 1 und der frontseitigen Windschutzscheibe W auf seinem optischen Weg reflektiert wird.
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Bei der in der
DE 100 41 729 A1 offenbarten, der vorgenannten Konstruktion ähnlichen Konstruktion wird eine erweiterte Detektionszone dadurch erreicht, dass auf der Strahlungsaustrittsseite plankonvexe Linsenabschnitte vorgesehen sind, um Licht zu einem Lichtempfängerelement hin zu emittieren, derart, dass von mehr als einem einzigen Licht emittierenden Element auf der Strahlungseintrittsseite dann auf der Strahlungsaustrittsseite eine größere Anzahl von Strahlengängen auf einem Lichtempfängerelement konzentriert werden.
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Die
DE 100 60 964 A1 beschreibt einen Regensensor mit einem im Betriebszustand Strahlung aussendenden Sender und einem für dessen Strahlung zumindest teilweise empfindlichen Empfänger und einem parallel zu einer Oberfläche einer benetzbaren Scheibe des Kraftfahrzeugs vorgesehenen, im Wesentlichen flachen Lichtleiterkörper etwa parallel zur Oberfläche der benetzbaren Scheibe, wobei die Strukturen zur Einkopplung der Strahlung von den Strukturen zur Auskopplung der Strahlung derart verschieden sind, dass Strahlung bündelnde Eigenschaften zu einem Strahlungsempfänger hin erreicht werden.
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Die
DE 40 27 367 C1 beschreibt schließlich eine Vorrichtung zum Detektieren eines Belages auf einer äußeren Oberfläche einer Scheibe, wobei die Vorrichtung ein optisches Meßverfahren mit Totalreflexion an der äußeren Scheibenoberfläche zugrundelegt. Auch hier wird durch Gestaltung eines Strahlungsreflektors eine ausreichende Größe der sensitiven Fläche an der äußeren Scheibenoberfläche angestrebt.
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Niederschlags-Sensor zu schaffen, bei welchem ein Prismenkörper zwischen einem Strahlsender und einem Strahlempfänger so geformt ist, dass der Detektierungsbereich weiter ausgedehnt wird und der Strahlsender und der Strahlempfänger zwischen dem rechten und dem linken Ende des Prismas installiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der anliegenden Ansprüche 1 und 2 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand des Anspruchs 3.
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Ein Niederschlags-Sensor gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung besitzt ein Prisma, das an einer Innenseite einer Windschutzscheibe zu montieren ist, sowie einen Strahlsender und einen Strahlempfänger. Das Prisma ist so konstruiert und angeordnet, daß es an einer Innenfläche der Windschutzscheibe befestigt werden kann. Das Prisma ist aus einem optisch transparenten Material einstückig gefertigt und enthält eine Verbindungswand, die an der Innenfläche der Windschutzscheibe festklebbar ist, sowie eine eingangsseitige Prismenwandung, die so angeordnet ist, daß sie benachbart der Innenfläche der Windschutzscheibe liegt, wenn der Sensor installiert ist. Die eintrittsseitige Prismenwand enthält eine konvexe eintrittsseitige Linsenoberfläche, welche auf einer Innenfläche gebildet ist, und die eintrittsseitige Linsenfläche weist eine optische Achse auf, die gegenüber der Innenfläche der Windschutzscheibe geneigt ist, wenn das Gerät eingebaut ist, derart, daß sich die optische Achse von der eintrittsseitigen Prismenwand von der Windschutzscheibe weg erstreckt. Die eintrittsseitige Linsenoberfläche bildet einen Bogen in einer Ebene parallel zur Ebene der Windschutzscheibe, und der Mittelpunkt des Bogens liegt in einer eintrittsseitigen Brennpunktebene, welche normal zur Ebene der Windschutzscheibe ist. Die eintrittsseitige Prismenwand enthält weiter eine parabolische eintrittsseitge Außenfläche, und der Brennpunkt der parabolischen eintrittsseitigen Außenfläche liegt in der eintrittsseitigen Brennpunktebene.
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Das Prisma enthält weiterhin eine austrittsseitige Prismenwand, die so angeordnet ist, daß sie benachbart der Innenfläche der Windschutzscheibe liegt, wenn der Sensor installiert ist, wobei die austrittsseitige Prismenwand und die eintrittsseitige Prismenwand einander gegenüberstehen und die Verbindungswand zwischen sich einschließen. Die austrittsseitige Prismenwand enthält eine konvexe austrittsseitige Linsenoberfläche, welche im Allgemeinen der eintrittsseitigen Linsenoberfläche gegenüberliegt, und die austrittsseitige Linsenoberfläche hat eine optische Achse, die gegenüber der Windschutzscheibe geneigt ist, so daß die optische Achse sich von der austrittsseitigen Linsenoberfläche von der Innenfläche der Windschutzscheibe weg erstreckt. Die austrittsseitige Linsenoberfläche bildet einen Bogen in einer Ebene parallel zur Ebene der Windschutzscheibe, und der Mittelpunkt des Bogens liegt in einer austrittsseitigen Brennpunktebene, die normal zu der Ebene der Windschutzscheibe ist. Die austrittsseitige Prismenwand enthält eine parabolische äußere Fläche, und der Brennpunkt der parabolischen Außenfläche liegt in der austrittsseitigen Brennpunktebene.
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Der Sensor enthält weiter einen Strahlsender, von welchem ein lichtemittierender Teil durch die eintrittsseitige Brennpunktebene geschnitten wird. Der Strahlsender ist auf der optischen Achse der eintrittsseitigen Linsenoberfläche gelegen und ist von der eintrittsseitigen Linsenoberfläche in der Richtung der eintrittsseitigen Prismenwand derart beabstandet, daß das Licht, das von dem Lichtsender emittiert wird, durch die eintrittsseitige Linsenoberfläche gebrochen wird, so daß das Licht, das die eintrittsseitige Linsenoberfläche vom Strahlsender her kommend durchtritt, durch die eintrittsseitige Prismenwand in paralleler Weise übertragen wird. Wenn der Sensor montiert ist, tritt paralleles Licht, das von der eintrittsseitigen Prismenwand übertragen wird, in die Windschutzscheibe ein und wird von der Windschutzscheibe zu der austrittsseitigen Prismenwand reflektiert.
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Der Sensor enthält weiterhin einen Strahlempfänger, von welchem ein lichtempfangender Teil durch die austrittsseitige Brennpunktebene geschnitten wird. Der Strahlempfänger ist auf der optischen Achse der austrittsseitigen Linsenfläche gelegen und ist von der austrittsseitigen Linsenfläche in der Richtung der eintrittsseitigen Prismenwand beabstandet, so daß Licht, das durch die Prismenwand von dem Strahlsender übertragen wird, durch die austrittsseitige Linsenfläche gebrochen wird und auf den Strahlempfänger fokussiert wird.
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Wie oben beschrieben ist die eintrittsseitige Linsenfläche konvex und bogenförmig. Das von dem Strahlsender zur Linsenfläche ausgesendete Licht trifft auf die ganze Oberfläche der Linsenfläche als einfallende Strahlung. Das parallele Licht, das von der Linsenfläche in die Prismenwand eintritt, breitet sich zu der Außenfläche parallel von dem gesamten Bereich der Linsenfläche weg aus.
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Wenn folglich das parallele Licht, das in der eintrittsseitigen Prismenwand 20b in Richtung auf die eintrittsseitige parabolische Außenfläche verläuft, durch die parabolische Außenfläche reflektiert wird, dann verläuft das durch die Außenfläche reflektierte Licht als eine Lichtebene in der Prismenwand in Richtung auf die Verbindungswand, da die Außenfläche eine parabolische Form hat.
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Die planaren einfallenden Lichtstrahlen breiten sich parallel in Richtung auf die Verbindungswand und zu der ausgangsseitigen Prismenwand aus, nachdem sie durch die Innenfläche der frontseitigen Windschutzscheibe reflektiert worden sind. Wenn das parallele Licht durch die austrittsseitige parabolische Außenfläche der ausgangsseitigen Prismenwand reflektiert wird, verläuft das durch die austrittsseitige Außenfläche reflektierte Licht parallel in Richtung auf die Linsenfläche, da die Außenfläche, wie oben gesagt, eine parabolische Gestalt hat. Dann wird das parallel gerichtete Licht, das sich zu der ausgangsseitigen Linsenfläche ausbreitet, durch die gesamte Linsenfläche gebrochen und auf den Strahlempfänger fokussiert.
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Aufgrund der obigen Struktur des optischen Weges für das von dem Strahlsender ausgesendete Licht ist die Niederschlags-Detektorfläche verhältnismäßig groß, obwohl der Strahlsender und der Strahlempfänger zwischen den parabolischen Außenflächen des Prismas angeordnet sind, und die Abmessungen des Niederschlags-Sensors sind verhältnismäßig klein. Dies beruht darauf, daß das Sensorlicht, das durch die Verbindungswand verläuft und in die frontseitige Windschutzscheibe längs des optischen Weges eintritt, wesentlich zweidimensional erweitert ist. Auch ist der Abfall des Sensorlichtes niedrig, da das Licht nur einmal von der Innenfläche der frontseitigen Windschutzscheibe reflektiert wird. Somit wird der Wirkungsgrad der Lichtübertragung verbessert.
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In dem Sensor schneiden einander die optischen Achsen vorzugsweise unter rechten Winkeln, wobei der Einfallswinkel des parallelen Lichtes auf der Außenfläche der eintrittsseitigen Prismenwand 45 Grad beträgt und der Einfallswinkel des parallelen Lichtes auf der Außenfläche der ausgangsseitigen Prismenwand 45 Grad beträgt.
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Gemäß einem anderen Aspekt wird durch die Erfindung ein Niederschlags-Sensor geschaffen, der so gebaut ist, daß er an der Innenfläche einer Windschutzscheibe befestigt werden kann. Der Sensor enthält einen Lichtstrahlsender, einen Lichtstrahlempfänger und ein Prisma. Das Prisma enthält eine eintrittsseitige Linsenoberfläche, und die eintrittsseitige Linsenoberfläche ist in einer Ebene, die parallel zur Ebene der Windschutzscheibe orientiert ist, konkav, und ist konvex in einer Ebene, die normal zur Ebene der Windschutzscheibe orientiert ist. Die eintrittsseitige Linsenoberfläche ist dem Lichtstrahlsender und dem Lichtstrahlempfänger zugekehrt. Der Sensor enthält weiter eine austrittsseitige Linsenoberfläche, und die austrittsseitige Linsenoberfläche ist in einer Ebene, die parallel zur Ebene der Windschutzscheibe orientiert ist, konkav, und in einer Ebene, die normal zur Ebene der Windschutzscheibe orientiert ist, konvex. Die eintrittsseitige Linsenoberfläche ist dem Lichtstrahlsender und dem Lichtstrahlempfänger zugekehrt.
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Die Bezugssymbole in Klammern sind beispielsweise angegeben und beziehen sich auf die jeweilige besonderen Teile der dargestellten Ausführungsform, welche nachfolgend beschrieben wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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In den Zeichnungen stellen dar:
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1 eine Querschnittsansicht, die einen Niederschlags-Sensor nach der vorliegenden Erfindung wiedergibt;
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2 eine perspektivische Ansicht eines Prismas des Sensors nach 1;
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3 eine schematische Querschnittsdarstellung des Niederschlags-Sensors nach 1, wobei aus Gründen besserer Darstellung Teile abgenommen sind;
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4 eine Aufsicht auf das Prisma; und
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5 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Niederschlags-Sensors nach dem Stande der Technik in Anordnung an der Innenfläche einer frontseitigen Windschutzscheibe.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sei unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 beschrieben. 1 zeigt einen Niederschlags-Sensor S gemäß der vorliegenden Erfindung, welcher zur Verwendung an der frontseitigen Windschutzscheibe W eines Kraftfahrzeugs geeignet ist. Der Niederschlags-Sensor S ist mit einer automatischen Wischer-Steuereinrichtung für einen Windschutzscheibenwischer oder für eine Gruppe von Windschutzscheibenwischern (nicht dargestellt) verbunden.
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Der Niederschlags-Sensor S ist an der Innenseite einer frontseitigen Windschutzscheibe W so montiert, daß er mindestens einen Teil der von dem Scheibenwischer bearbeiteten Wischfläche abdeckt. Der Niederschlags-Sensor S detektiert optisch Regentropfen auf dem Wischbereich auf der frontseitigen Windschutzscheibe W und sendet dann das Detektionsergebnis an die automatische Wischersteuerung.
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Es sei 1 betrachtet. Der Niederschlags-Sensor S hat ein Prisma 20 in einem lichtdichten oder undurchsichtigen Gehäuse 10. Der Boden 21 des Prismas 20 ist an der Innenseite (im Wischbereich) der frontseitigen Windschutzscheibe W mit einer durchsichtigen Klebstoffschicht 30 festgeklebt, so daß die Öffnung 11 des Gehäuses 10 der Windschutzscheibe W zugekehrt ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel entsprechen die rechte und die linke Seite des Niederschlags-Sensors S in 1 der rechten bzw. der linken Seite des Kraftfahrzeugs.
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Es sei weiterhin 1 betrachtet. Der Niederschlags-Sensor S weist einen Strahlsender 40 und einen Strahlempfänger 50 auf. Der Strahlsender 40 und der Strahlempfänger 50 haben Abstand voneinander und sind an einem mittleren Teil der Unterseite einer Schaltungsträgerplatte 60 angeordnet. Die Schaltungsträgerplatte 60 ist an dem Gehäuse 10 befestigt und parallel zur oberen Wand 12 des Gehäuses 10 orientiert. Das von dem Strahlsender 40 emittierte Licht ist auf eine eintrittsseitige Linsenfläche 26 gerichtet, die später beschrieben wird, und das durch den Strahlempfänger 50 aufgenommene Licht kommt von einer austrittsseitigen Linsenfläche 27, die ebenfalls weiter unten beschrieben wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Strahlsender 50 eine lichtemittierende Diode, und der Strahlempfänger 50 ist eine Photodiode. Eine integrierte Schaltung 70 (integriertes Chip), die aus einem Halbleiterchip gefertigt ist, ist auf der Schaltungsträgerplatte 60 angeordnet. Die integrierte Schaltung 70 speist den Strahlsender 40 und verarbeitet die Ausgangssignale, die durch den Strahlempfänger 50 geliefert werden.
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Die Einzelheiten des Prismas 20 und seine Beziehung zu dem Strahlsender 40 und dem Strahlempfänger 50 sind folgendermaßen anzugeben. Es sei hier auf die 1 und 2 Bezug genommen. Das Prisma 20 hat eine Verbindungswand 20a, eine eintrittsseitige Prismenwand 20b und eine austrittsseitige Prismenwand 20c, welche als ein einstückiges Bauteil ausgeführt sind. Der Querschnitt des Prismas ist eckig U-förmig, und das Prisma ist aus einem Kunstharz hoher Transparenz gegenüber dem Licht gefertigt, das von dem Strahlsender 40 ausgesendet wird. Die Verbindungswand 20a ist ein Quader, dessen Bodenfläche den Boden 21 des Prismas 20 zusammen mit den Bodenflächen der eintrittsseitigen Prismenwand 20b und der austrittsseitigen Prismenwand 20c bildet. Die Ausdrücke ”oben” und ”unten”, wie sie in der vorliegenden Beschreibung verwendet werden, beziehen sich auf die Lagen in den Zeichnungsfiguren und beziehen sich nicht auf die Orientierung des Gerätes, wenn es eingebaut ist und sich in Gebrauch befindet.
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Unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 ist festzustellen, daß die eintrittsseitige Prismenwand 20b und die austrittsseitige Prismenwand 20c, welche die Verbindungswand 20a zwischen sich einschließen, über die obere Fläche der Verbindungswand 20a hinausragen. Die eintrittsseitige Prismenwand 20b besitzt eine Innenfläche 22 und eine obere Fläche 23, die senkrecht zueinander orientiert sind, und die austrittsseitige Prismenwand 20c weist eine innere Fläche 24 und obere Fläche 25 auf, welche ebenfalls senkrecht zueinander orientiert sind. Die Innenfläche 22 der eintrittsseitigen Prismenwand 20b steht der Innenfläche 24 der austrittsseitigen Prismenwand 20c gegenüber. Die Innenflächen 22 und 24 stehen senkrecht zur oberen Fläche der Verbindungswand 20a und haben Abstand voneinander. Die obere Fläche 23 der eintrittsseitigen Prismenwand 20b ist auf demselben Niveau gelegen, wie die obere Fläche 25 der austrittsseitigen Prismenwand 20c.
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Die eintrittsseitige Prismenwand 20b hat eine eintrittsseitige Linsenfläche 26, die dem Strahlsender 40 gegenüberliegt, wobei diese Linsenfläche nahe der Ecke gelegen ist, wo die innere Fläche 22 auf die obere Fläche 23 trifft. Eine Verschneidung der eintrittsseitigen Linsenfläche 26 mit einer Ebene parallel zur Windschutzscheibe bildet einen Bogen. Der Bogen hat einen Radius R, und der Mittelpunkt des Bogens liegt auf einer Brennpunktlinie 40a, die normal zu der Ebene der Windschutzscheibe orientiert ist, wie man aus den 1 und 4 ersieht, und trifft auf den lichtemittierenden Teil des Strahlsenders 40. Somit ist die eintrittsseitige Linsenfläche 26 in einer Ebene parallel zur Ebene der Windschutzscheibe W konkav. Die eintrittsseitige Linsenfläche 26 ist in einer Ebene normal zur Ebene der Windschutzscheibe W konvex, wie man aus 1 ersieht, da die Querschnittsebene von 1 normal zur Ebene der Windschutzscheibe W gelegt ist. Der Boden oder untere Teil der eintrittsseitigen Linsenfläche verschneidet sich mit der oberen Fläche 20a der Verbindungswand unter einem rechten Winkel, und der Radius R ist ein Minimum, wenn R in der Ebene der Fläche 20a gelegen ist.
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Die Lage des Brennpunktes der eintrittsseitigen Linsenfläche 26 ist so eingestellt, daß das von dem Strahlsender 40 ausgesendete Licht durch die eintrittsseitige Linsenfläche 26 parallel gerichtet wird und dann durch die eintrittsseitige Prismenwand 20b verläuft. Der Radius R verändert sich in Vertikalrichtung von 1, und der minimale Abstand zwischen dem Strahlsender 40 und der eintrittsseitigen Linsenfläche 26 tritt auf der Achse P auf (, dies ist die optische Achse der eintrittsseitigen Linsenfläche 26 in der Querschnittsdarstellung von 1). Somit entspricht die Verschneidung der eintrittsseitigen Linsenfläche 26 mit der Querschnittsebene von 1 einem Viertel eines Kreises, und der obere Teil der eintrittsseitigen Linsenfläche 26 liegt auf demselben Niveau wie die obere Fläche 23 des Prismas, und der untere Teil der eintrittsseitigen Linsenfläche liegt in derselben Ebene wie die innere Fläche 24 (siehe 1).
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Die austrittsseitige Prismenwand 20c hat eine austrittsseitige Linsenfläche 27, die dem Strahlempfänger 50 gegenübersteht, nahe der Ecke, an der sich die innere Fläche 24 mit der oberen Fläche 25 trifft. Die Verschneidung der austrittsseitigen Linsenfläche 27 mit einer Ebene, welche parallel zur Ebene der Windschutzscheibe W ist, bildet einen Bogen, dessen Radius mit r zu bezeichnen ist. Die austrittsseitige Linsenfläche 27 ist also in einer Ebene parallel zur Ebene der Windschutzscheibe konkav, wie man aus 4 ersieht. Die Mitte des Bogens liegt auf einer austrittsseitigen Brennpunktlinie 50a, welche den lichtempfangenden Teil des Strahlempfängers 50 schneidet, und ist normal zur Ebene der Windschutzscheibe, wie aus den 1 und 4 zu ersehen ist. Die austrittsseitige Linsenfläche 27 ist in einer Querschnittsebene, welche normal zur Ebene der Windschutzscheibe W ist, konvex, wie man aus 1 erkennt.
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Die Lage des Brennpunktes der austrittsseitigen Linsenfläche 27 ist so eingestellt, daß paralleles Licht von der austrittsseitigen Linsenfläche 27 gebrochen und auf den lichtempfangenden Teil des Strahlempfängers 50 fokussiert wird. Der Radius r ändert sich in vertikaler Richtung von 1, und der minimale Abstand zwischen dem Strahlempfänger 50 und der austrittsseitigen Linsenfläche 27 tritt längs der Achse Q (optische Achse der austrittsseitigen Linsenfläche 27 in dem Querschnitt der austrittsseitigen Prismenwand 20c von 1 auf, der das Zentrum Q1 der bogenförmigen Oberfläche der austrittsseitigen Linsenfläche 27 und den lichtempfangenden Bereich des Strahlempfängers 50 miteinander verbindet. Die Bogenform der austrittsseitigen Linsenfläche 27 entspricht also einem Viertelkreis, und das obere Ende der austrittsseitigen Linsenfläche 27 liegt auf demselben Niveau wie die obere Fläche 25 des Prismas, während der untere Teil des Bogens in derselben Ebene wie die innere Fläche 24 des Prismas liegt (siehe 1).
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Der Querschnitt der Prismenwände 20b, 20c ist jeweils symmetrisch mit Bezug auf die Mittellinie C in 1. Der Strahlsender 40 und der Strahlempfänger 50 liegen ebenfalls symmetrisch mit Bezug auf die Mittellinie C. Die Achsen P und Q verschneiden sich unter einem rechten Winkel in der Querschnittsdarstellung des Niederschlags-Sensors S gemäß 1.
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Die eintrittsseitige Prismenwand 20b hat eine eintrittsseitige parabolische Außenfläche 28, und die austrittsseitige Prismenwand 20c hat eine austrittsseitige parabolische Außenfläche 29, wie aus 2 hervorgeht. Die eintrittsseitige und die austrittsseitige Außenfläche 28 bzw. 29 sind symmetrisch mit Bezug auf die Mittellinie D von 4. Die Gestalt der eintrittsseitigen parabolischen Außenfläche 28 ist so festgelegt, daß die parallelen Lichtstrahlen, die von der eintrittsseitigen Linsenfläche 26 in die eintrittsseitige Prismenwand 20b eintreten, durch die Außenfläche 28 in eine Richtung senkrecht zu der Linie D gemäß 4 reflektiert werden.
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Zur genaueren Behandlung ist zu 4 zu bemerken, daß diese zueinander senkrechte Achsen X und Y enthält. Der Brennpunkt der eintrittsseitigen parabolischen Außenfläche 28 ist ein eintrittsseitiger Brennpunkt F. Der eintrittsseitige Brennpunkt F liegt in einer Ebene (der eintrittsseitigen Brennpunktebene), welche parallel zu der Innenfläche 22 der eintrittsseitigen Prismenwand 20b und senkrecht zur Ebene der Windschutzscheibe ist. Es sei bemerkt, daß die eintrittsseitige Brennpunktebene die lichtemittierende Fläche des Strahlsenders 40 enthält. Das bedeutet bezüglich der Darstellung von 4, daß der eintrittsseitige Brennpunkt F und der lichtemittierende Teil des Strahlsenders 40 auf der eintrittsseitigen Brennpunktlinie 40a liegen, welche normal zu der Ebene der Windschutzscheibe verläuft. Die parabolische Fläche der eintrittsseitigen Außenfläche 28 genügt der Beziehung Y = 4aX2 worin a der Abstand zwischen dem Brennpunkt F und der eintrittsseitigen Außenfläche 28 ist. in dem Querschnitt der eintrittsseitigen Prismenwand 20b von 1 schneidet die optische Achse P die eintrittsseitige Außenfläche 28 unter einem Winkel von 45 Grad. Aus diesem Grunde verläuft das parallele Licht von der Linsenfläche 26 in die eintrittsseitige Prismenwand 20b hinein unter einem Reflexionswinkel von 45 Grad in Richtung auf die Innenseite der Verbindungswand 20a mit einer Orientierung senkrecht zur Mittellinie D gemäß der Darstellung von 4.
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Wie oben beschrieben sind die eintrittsseitigen parabolische Fläche 28 und die austrittsseitige parabolische Fläche 29 symmetrisch mit Bezug auf die Mittellinie D von 4. Die austrittsseitige parabolische Fläche 29 hat einen Brennpunkt f. Der austrittsseitige Brennpunkt f ist in einer Ebene gelegen, die parallel zu der Innenfläche 24 der austrittsseitigen Prismenwand 20c und senkrecht zur Ebene der Windschutzscheibe ist. Das bedeutet, daß, wie in 4 gezeigt, der austrittsseitige Brennpunkt f und der lichtempfangende Teil des Strahlempfängers 50 auf einer austrittsseitigen Brennpunktlinie 50a gelegen sind, welche normal zur Ebene der Windschutzscheibe ist. Die austrittsseitige parabolische Außenfläche 29 genügt der Beziehung y = 4aX2, worin a der Abstand zwischen dem Brennpunkt f und der austrittsseitigen parabolischen Fläche 29 ist. Die optische Achse Q schneidet die Außenfläche 29 unter einem Winkel von 45 Grad in der Querschnittsebene von 1. Aus diesem Grunde breitet sich das Parallellicht, das von der Verbindungswand 20a zu der austrittsseitigen parabolischen Fläche 29 verläuft, unter einem Reflexionswinkel von 45 Grad in Richtung auf die austrittsseitige Linsenfläche 27 in einer Richtung senkrecht zu der Mittellinie D aus, wie in 4 angedeutet ist.
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In der vorliegenden Ausführungsform wird Licht, das auf die äußere Fläche der frontseitigen Windschutzscheibe W auftrifft, totalreflektiert, wenn sich keine Regentropfen auf dem Wischerbereich befinden. Wenn Regentropfen auf dem Wischerbereich vorhanden sind, dann ist die Menge von Licht, das von der frontseitigen Windschutzscheibe reflektiert wird, entsprechend vermindert.
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Wenn der Strahlsender 40 Licht emittiert, sobald er durch die integrierte Schaltung 70 gespeist wird, dann fällt das von dem Strahlsender 40 ausgesendete Licht auf die eintrittsseitige Linsenfläche 26 der eintrittsseitigen Prismenwand 20b, wie in 3 durch einen Pfeil deutlich gemacht ist. Dann wird, da der Brennpunkt der eintrittsseitigen Linsenfläche 26 so gelegt ist, daß das von dem Strahlsender 40 ausgesendete Licht durch die eintrittsseitige Linsenfläche 26 parallelgerichtet wird, das Licht, das auf die eintrittsseitige Linsenfläche 26 fällt, durch die eintrittsseitige Linsenfläche 26 gebrochen und breitet sich parallel in Richtung auf die eintrittsseitige Außenfläche 28 hin aus, wie in 3 durch Pfeile gezeigt ist.
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Wie oben beschrieben wurde, hat die eintrittsseitige Linsenfläche 26, deren Querschnitt in einer Ebene normal zur Ebene der Windschutzscheibe konvex ist, eine Bogengestalt, deren Zentrum auf den Strahlsender ausgerichtet ist und deren Radius R ist. Die vom dem Strahlsender 40 auf die eintrittsseitige Linsenfläche 26 hin ausgesendeten Lichtstrahlen treffen auf die gesamte Fläche der eintrittsseitigen Linsenfläche 26. Die parallelen Lichtstrahlen, die von der eintrittsseitigen Linsenfläche 26 in die eintrittsseitige Prismenwand 20b eintreten, verlaufen in Richtung auf die eintrittsseitige Außenfläche 28 in parallelgerichteter Weise von dem gesamten Bereich der eintrittsseitigen Linsenfläche 26 aus.
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Wenn nachfolgend das parallelgerichtete Licht, das in der eintrittsseitigen Prismenwand 20b in Richtung auf die eintrittsseitige Außenfläche 28 hin fließt, durch die eintrittsseitige Außenfläche 28 reflektiert wird, dann verläuft das von der Außenfläche reflektierte Licht parallel in der eintrittsseitigen Prismenwand 20b in Richtung auf die Verbindungswand 20a, wie in 3 durch Pfeile deutlich gemacht ist, da die eintrittsseitige Außenfläche 28 eine parabolische Gestalt besitzt, wie dies zuvor beschrieben wurde. Das parallele Licht fällt auf die Innenfläche der frontseitigen Windschutzscheibe W mit der Klebstoffschicht 30 (siehe der Bereich zwischen den strichpunktierten Linien A und B in 4).
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Das parallele, einfallende Licht breitet sich weiter in Richtung auf die Verbindungswand 20a und die austrittsseitige Prismenwand 20c mit der Klebstoffschicht 30 aus und wird durch die Innenfläche der frontseitigen Windschutzscheibe W reflektiert. Wenn das parallele Licht durch die austrittsseitige Außenfläche 29 an der austrittsseitigen Prismenwand 20c reflektiert wird, so breitet sich dieses durch die austrittsseitige Außenfläche 29 reflektierte Licht in parallelgerichteter Weise (als eine Lichtebene) in Richtung auf die austrittsseitige Linsenfläche 27 aus, da die austrittsseitige Außenfläche 29 die oben beschriebene parabolische Form hat. Dann wird das parallelgerichtete Licht, das zu der austrittsseitigen Linsenfläche 27 verläuft, durch die gesamte austrittsseitige Linsenfläche 27 gebrochen und auf den lichtempfangenden Bereich des Strahlempfängers fokussiert.
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Gemäß dem Weg des von dem Strahlsender 40 ausgesendeten Lichtes ist die Menge des Lichtes, das von der Innenfläche der frontseitigen Windschutzscheibe reflektiert wird, nachdem das Licht die Innenseite der frontseitigen Windschutzscheibe W durch die Verbindungswand 20a und die Klebstoffschicht 30 erreicht hat, wenn ein Regentropfen d an der Außenfläche der frontseitigen Windschutzscheibe W gemäß 3 anhaftet, vermindert. Somit ist die Menge des Lichtes, das auf den Strahlempfänger 50 fokussiert wird, nachdem es durch die austrittsseitige Linsenfläche 27 gelangt ist, ebenfalls vermindert. Die Steuerschaltung 70 arbeitet in Reaktion auf diese Abnahmen des Lichtes, welche durch den Ausgang des Strahlempfängers 50 festgestellt werden.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein weiter Bereich, der zwischen den beiden strichpunktierten Linien A, B gelegen ist, für die Reflexion des Lichtes verwendet, das durch die Verbindungswand 20a und die Klebstoffschicht 30 verläuft und in die frontseitige Windschutzscheibe W eintritt, obwohl der Strahlsender 40 und der Strahlempfänger 50 zwischen den äußeren Fläche 28, 29 des Prismas 20 gelegen sind. Somit wird eine große Fläche zum Detektieren von Niederschlägen verwendet, wenngleich die seitlichen Abmessungen des Niederschlags-Sensors verhältnismäßig klein sind. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Abnahme der Lichtintensität bei dem erfindungsgemäßen Gerät klein ist, da das Sensorlicht nur einmal von der inneren Fläche der frontseitigen Windschutzscheibe W reflektiert wird. Dies bewirkt, daß die Effektivität des Lichtes, das von dem Strahlsender 40 ausgesendet und von dem Strahlempfänger 50 empfangen wird, verhältnismäßig hoch ist.
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Der Niederschalgs-Sensor S gemäß der vorliegenden Erfindung kann nicht nur in Kraftfahrzeugen sondern auch in anderen Fahrzeugen und Schiffen verwendet werden. Er kann auch im Zusammenhang mit hinteren und seitlichen Fensterscheiben eingesetzt werden.
