DE19720874A1 - Optoelektronische Sensoreinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Sensoreinrichtung zur Erfassung der Benetzung einer Kraftfahrzeugscheibe, bei der ein von einem Sender ausgehendes Senderstrahlenbündel über einen der Innenfläche der Kraftfahrzeugscheibe zugeordneten Strahlenleitkörper in die Kraftfahrzeugscheibe eingekoppelt und nach zumindest einer an der Außenfläche der Kraftfahrzeugscheibe stattfindenden Reflexion wieder aus der Scheibe ausgekoppelt und über den Strahlenleitkörper als Empfangsstrahlen­ bündel einem Empfänger zugeführt wird.

Die US 4 701 613 beschreibt eine optoelektronische Sensoreinrichtung der genannten Gattung, bei der eine Platte des Strahlenleitkörpers unter Zwischenlage einer Koppelschicht auf der Kraftfahrzeug­ scheibe aufliegt. Dieses bedeutet, daß man durch besondere Maßnahmen Teilreflexionen in der Grenzflä­ che verhindern muß. Außerdem ist es schwierig, die Platte spaltfrei innerhalb des Sensorgehäuses und gegenüber der Kraftfahrzeugscheibe zu halten.

Aufgabe der Erfindung ist es, auf einen mechanischen Kontakt des Strahlenleitkörpers mit der Kraftfahrzeugscheibe zu verzichten, damit ein Ausgleich von Toleranzen der Kraftfahrzeugscheibe, des Strahlenleitkörpers und des Sensorgehäuses möglich ist.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß im Abstand von der Innenfläche der Kraftfahrzeugscheibe im Strahlenleitkörper einerseits eine dem Senderstrahlenbündel zugeordnete Strahlenaustrittsfläche und andererseits für das Empfangsstrahlenbündel eine Strahleneintrittsfläche vor­ handen sind, daß die Strahleneintrittsfläche und die Strahlenaustrittsfläche gegenüber der Kraftfahrzeug­ scheibe jeweils unter einem Winkel von 45° ausgerichtet sind und daß an der Innenfläche der Kraftfahr­ zeugscheibe Profilierungen vorhanden sind, die einerseits parallel zur Strahlenaustrittsfläche ausgerichte­ te Strahleneinkoppelbereiche und andererseits parallel zur Strahleneintrittsfläche ausgerichtete Strahlen­ auskoppelbereiche aufweisen.

Die Erfindung unterscheidet sich insofern vom Stand der Technik, als die Einkopplung und Aus­ kopplung des Parallelstrahlenbündels direkt in die Kraftfahrzeugscheibe erfolgt, so daß eine optische Klebung zwischen dem Strahlenleitkörper und der Kraftfahrzeugscheibe nicht erforderlich ist.

Eine weitgehende Integration der optischen Anordnung wird dadurch erzielt, daß ein Strahlenein­ trittsfenster des Strahlenleitkörpers die Strahlenaustrittsfläche und eine Linse zur Umwandlung eines von einem Sender ausgehenden, divergenten Senderstrahlenbündels in ein Senderparallelstrahlenbündel auf­ weist und daß ein Strahlenaustrittsfenster des Strahlenleitkörpers entsprechend die Strahleneintrittsfläche und eine das reflektierte Empfangsparallelstrahlenbündel in ein konvergentes Empfangsstrahlenbündel umsetzende Linse aufweist.

Eine zusätzliche Reflexion mit geringem Abstand von der Kraftfahrzeugscheibe wird dadurch erzielt, daß der Strahlenleitkörper zwischen der Strahlenaustrittsfläche und der Strahleneintrittsfläche einen im wesentlichen parallel zur Kraftfahrzeugscheibe ausgerichteten, von derselben beabstandeten Mittelabschnitt aufweist, der mit einer der an der Kraftfahrzeugscheibe vorhandenen Profilierung zuge­ ordneten Profilierung versehen ist, welche ebenfalls mit Strahleneintrittskoppelbereichen und Strahlen­ austrittskoppelbereichen für das Parallelstrahlenbündel versehen ist.

Ein Schutz gegen Streulicht wird dadurch erreicht, daß der Strahlenleitkörper auf seiner äußeren Oberfläche bis auf die Strahlendurchtrittsfenster mit einer opaken Schutzschicht versehen ist.

Ein guter Schutz wird dadurch erreicht, daß die Schutzschicht aus einem metallischen Stoff be­ steht.

Für eine ungehinderte Lichtleitung ist vorgesehen, daß der im wesentlichen schalenförmige Strahlenleitkörper aus Glas oder Kunststoff besteht.

Die Verbindung der Sensoreinrichtung mit der Kraftfahrzeugscheibe erfolgt dadurch, daß der Strahlenleitkörper mit einem umlaufenden Rand an der Kraftfahrzeugscheibe stoffschlüssig gehalten oder der Innenfläche der Kraftfahrzeugscheibe kraftschlüssig zugeordnet ist.

Eine Mehrfachreflexion des Strahlenbündels wird dadurch erzielt, daß in dem Mittelabschnitt des Strahlenleitkörpers zwischen der Strahleneintrittsfläche und der Strahlenaustrittsfläche eine parallel zur Kraftfahrzeugscheibe verlaufende Reflexionsschicht für das aus der Kraftfahrzeugscheibe auskoppelnde Strahlenbündel vorhanden ist.

Die Reflexionsschicht ist auf der der Kraftfahrzeugscheibe zugewandten oder abgewandten Ober­ fläche des Strahlenleitkörpers vorhanden.

Mit geringem Aufwand läßt sich die Reflexionsschicht durch die die Schutzschicht bildende me­ tallische Materialschicht realisieren.

Eine spezielle Strahlenführung wird dadurch erreicht, daß der Mittelbereich einen Keilansatz auf­ weist, dessen eine Koppelfläche senkrecht zu dem an der Kraftfahrzeugscheibe reflektierten Strahlenbün­ del steht und dessen andere Koppelfläche parallel zu dem an der Kraftfahrzeugscheibe reflektierten Strahlenbündel verläuft.

Eine einfache Anordnung der Profilierungen wird dadurch erzielt, daß die Profilierungen jeweils auf einem Folienabschnitt vorhanden sind, der an der Kraftfahrzeugscheibe bzw. der inneren Oberfläche des Strahlenleitkörpers angebracht ist.

Ausführungsbeispiele werden anhand der Zeichnungen erläutert, in denen darstellen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel im Schnitt und die

Fig. 2 bis 4 weitere Ausführungsbeispiele, jeweils im Schnitt.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt einer Kraftfahrzeugscheibe 1 und einen Strahlenleitkörper 3, der auf der Innenfläche 2 der Kraftfahrzeugscheibe 1 stoffschlüssig oder kraftschlüssig befestigt ist, z. B. durch eine optische Klebeschicht, in Aufnahmen, in einem gesonderten Halter oder in anderer Weise. Ein Strahleneintrittsfenster 13 des Strahlenleitkörper 3 weist eine Linse 14 und eine Strahlenaustrittsfläche 4 auf. Die Linse 14 formt aus dem divergenten Senderstrahlenbündel 5 des Senders 8 ein Senderparallel­ strahlenbündel 12. Auf der Empfangsseite des Strahlenleitkörpers 3 befindet sich ein Strahlenaustritts­ fenster 16 mit einer Strahleneintrittsfläche 6 und einer Linse 17 zur Fokussierung eines Empfangsparal­ lelstrahlenbündels 15 in ein konvergentes Empfangsstrahlenbündel 7 auf einen Empfänger 8. Die Linsen 14 und 17 können integral mit dem Sensorgehäuse 3 ausgebildet sein, indem Linsen in des Sensorgehäu­ se eingeformt sind. Dieses ist bei Spritzgußteilen ohne weiteres möglich. Die optischen Wellenlängen liegen normalerweise im infrarot. Die Außenseite des Strahlenleitkörpers ist außerhalb der Strahlendurch­ trittsbereiche mit einer opaken Schutzschicht 27 in Form einer Metallschicht überzogen.

Im Beispiel der Fig. 1 ist die Profilierung 9 unmittelbar in die Kraftfahrzeugscheibe 1 eingeformt, wobei die Strahlenkoppelbereiche 10 unter einem Winkel von etwa 45° also senkrecht zur Richtung des Sendeparallelstrahlenbündels 12 ausgerichtet sind, so daß das Senderparallelstrahlenbündel 4 senkrecht auf die Flächen der Strahlenkoppelbereiche 10 auftrifft und Reflexionen weitgehend vermieden sind. Die Strahlenkoppelbereiche 11 sind ebenfalls unter einem Winkel von 45° zu der Kraftfahrzeugscheibe 1 und unter einem Winkel von 90° zu den Strahlenkoppelbereichen 10 ausgerichtet, so daß das Empfangsparal­ lelstrahlenbündel 15 senkrecht, und damit weitgehend reflexionsfrei durch die Strahlenkoppelbereiche 11 hindurchtritt.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind zur Erhöhung der Empfindlichkeit zwei Reflexio­ nen an der Außenseite der Kraftfahrzeugscheibe 1 vorgesehen. Das Senderparallelstrahlenbündel 12 tritt nach der ersten Reflexion an der Außenseite der Kraftfahrzeugscheibe 1 durch die Strahlenkoppelberei­ che 11 als Paralllelstrahlenbündel 19 aus und durch eine Koppelfläche 20, die senkrecht zur Richtung des Parallelstrahlenbündels 19 ausgerichtet ist, in einem Keilansatz 30 im Mittelabschnitt 23 des Strahlenleit­ körpers 3 ein. Eine parallel zur Kraftfahrzeugscheibe 1 ausgerichtete Wandung des Strahlenleitkörpers 3 ist als Reflexionsfläche oder Spiegelfläche 21 ausgebildet. Nach der Reflexion an der Spiegelfläche 21 tritt das Parallelstrahlenbündel durch eine Koppelfläche 22 wieder in Richtung auf die Kraftfahrzeug­ scheibe 1 aus. Nach Eintritt in die Strahlenkoppelbereiche 10 erfolgt die zweite Reflexion an der Außen­ seite der Kraftfahrzeugscheibe 1. Das Empfangsparallelstrahlenbündel 15 wird schließlich auf dem Empfänger 18 fokussiert.

Die Profilierungen 9 werden in die Kraftfahrzeugscheibe 1 durch Druck, durch Wärme oder durch mechanische Formgebung eingebracht.

Der umlaufende Rand 28 des schalenförmigen Strahlenleitkörpers 3 ist mit der Kraftfahrzeug­ scheibe stoffschlüssig durch eine Klebeverbindung oder kraftschlüssig verbunden.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 kann man auf der Kraftfahrzeugscheibe 1 durch eine optische Klebeverbindung einen die Profilierung 9 aufweisenden Folienabschnitt 31 vorsehen. Die Spie­ gelfläche 29 ist auf der Innenseite des Strahlenleitkörpers 3 vorgesehen.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Profilierungen 9 unmittelbar auf der Kraftfahr­ zeugscheibe 1 geformt sind und die Spiegelfläche 29 auf der Innenseite des Mittelabschnitts 23 vorgese­ hen ist.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 weist Profilierungen 9 in der Kraftfahrzeugscheibe 1 und weitere Profilierungen 24 mit Strahlenkoppelbereichen 25 und 26 im Mittelabschnitt 23 des Strahlenleit­ körpers 3 auf.

Claims (15)

1. Optoelektronische Sensoreinrichtung zur Erfassung der Benetzung einer Kraftfahrzeugscheibe, bei der ein von einem Sender ausgehendes Senderstrahlenbündel über einen der Innenfläche der Kraft­ fahrzeugscheibe zugeordneten Strahlenleitkörper in die Kraftfahrzeugscheibe eingekoppelt und nach zumindest einer an der Außenfläche der Kraftfahrzeugscheibe stattfindenden Reflexion wieder aus der Scheibe ausgekoppelt und über den Strahlenleitkörper als Empfangsstrahlenbündel einem Empfänger zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß im Abstand von der Innenfläche (2) der Kraftfahrzeug­ scheibe (1) im Strahlenleitkörper (3) einerseits eine dem Senderstrahlenbündel zugeordnete Strahlen­ austrittsfläche (4) und andererseits für das Empfangsstrahlenbündel eine Strahleneintrittsfläche (6) vor­ handen sind, daß die Strahleneintrittsfläche (6) und die Strahlenaustrittsfläche (4) gegenüber der Kraft­ fahrzeugscheibe (1) jeweils unter einem Winkel von 45° ausgerichtet sind und daß an der Innenfläche der Kraftfahrzeugscheibe Profilierungen (9) vorhanden sind, die einerseits parallel zur Strahlenaustrittsfläche (4) ausgerichtete Strahleneinkoppelbereiche (10) und andererseits parallel zur Strahleneintrittsfläche (6) ausgerichtete Strahlenauskoppelbereiche (11) aufweisen.

2. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strahleneintrittsfenster (13) des Strahlenleitkörpers (3) die Strahlenaustrittsfläche (4) und eine Linse (14) zur Umwandlung eines von einem Sender (8) ausgehenden, divergenten Senderstrahlenbündels (5) in ein Senderparallelstrahlen­ bündel (12) aufweist und daß ein Strahlenaustrittsfenster (16) des Strahlenleitkörpers (3) entsprechend die Strahleneintrittsfläche (6) und eine das reflektierte Empfangsparallelstrahlenbündel (15) in ein kon­ vergentes Empfangsstrahlenbündel (7) umsetzende Linse (17) aufweist.

3. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlenleitkörper (3) zwischen der Strahlenaustrittsfläche (4) und der Strahleneintrittsfläche (6) einen im wesentlichen parallel zur Kraftfahrzeugscheibe (1) ausgerichteten, von derselben beabstandeten Mittelabschnitt (23) aufweist, der mit einer der an der Kraftfahrzeugscheibe vorhandenen Profilierung (9) zugeordneten Pro­ filierung (24) versehen ist, welche ebenfalls mit Strahleneintrittskoppelbereichen (25) und Strahlen­ austrittskoppelbereichen (26) für das Parallelstrahlenbündel versehen ist.

4. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strah­ lenleitkörper (3) auf seiner äußeren Oberfläche bis auf die Strahlendurchtrittsfenster (13, 16) mit einer opaken Schutzschicht (27) versehen ist.

5. Sensoreinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht (27) aus einem metallischen Stoff besteht.

6. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der im we­ sentlichen schalenförmige Strahlenleitkörper (3) aus Glas besteht.

7. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der im we­ sentlichen schalenförmige Strahlenleitkörper (3) aus Kunststoff besteht.

8. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Strah­ lenleitkörper (3) mit einem umlaufenden Rand (28) an der Kraftfahrzeugscheibe (1) stoffschlüssig gehal­ ten ist.

9. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Strah­ lenleitkörper (3) mit einem umlaufenden Rand (28) der Innenfläche (2) der Kraftfahrzeugscheibe (3) kraftschlüssig zugeordnet ist.

10. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Mittelabschnitt (23) des Strahlenleitkörpers (3) zwischen der Strahleneintrittsfläche (6) und der Strahlen­ austrittsfläche (4) eine parallel zur Kraftfahrzeugscheibe (1) verlaufende Reflexionsschicht (21, 29) für das aus der Kraftfahrzeugscheibe (3) auskoppelnde Strahlenbündel vorhanden ist.

11. Sensoreinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsschicht (29) auf der der Kraftfahrzeugscheibe (1) zugewandten Oberfläche des Strahlenleitkörpers (3) vorhanden ist.

12. Sensoreinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsschicht (21) auf der von der Kraftfahrzeugscheibe (1) abgewandten Oberfläche des Strahlenleitkörpers (3) vorhanden ist.

13. Sensoreinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsschicht durch die die Schutzschicht (27) bildende metallische Materialschicht realisiert ist.

14. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Mit­ telbereich (23) einen Keilansatz (30) aufweist, dessen eine Koppelfläche (21) senkrecht zu dem an der Kraftfahrzeugscheibe (1) reflektierten Strahlenbündel steht und dessen andere Koppelfläche (22) parallel zu dem an der Kraftfahrzeugscheibe (1) reflektierten Strahlenbündel verläuft.

15. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Profi­ lierungen (9, 14) jeweils auf einem Folienabschnitt (31) vorhanden sind, der an der Kraftfahrzeugscheibe (3) bzw. der inneren Oberfläche des Strahlenleitkörpers (3) angebracht ist.