EP1812784A1

EP1812784A1 - Optischer sensor zur detektion von feuchtigkeit auf einer scheibe eines kraftfahrzeugs

Info

Publication number: EP1812784A1
Application number: EP05791832A
Authority: EP
Inventors: Frank Wolf; Vladislav Matusevich; Manfred Tettweiler; Richard Kowarschik; Andrew Matusevich
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-10-16
Filing date: 2005-09-20
Publication date: 2007-08-01
Also published as: KR20070083692A; WO2006040241A1; US20090161109A1; DE102004050765A1; JP4488531B2; JP2007512521A

Abstract

Um mit Kfz-Regensensoren, die die Störung der Totalreflexion von durch einen Sender eingestrahltem Licht (1) an einer mit Feuchtigkeit (10) benetzten Grenzfläche (Scheibe) ausnutzen, auch z. B. Kondensat auf der Innenseite (7) der Scheibe (5) detektieren zu können, werden mehrere Sensoren vorgeschlagen, die vom Aufbau bzw. der Funktion her so variabel sind, dass sie eine ohne aufwändige Anpassungsmaßnahmen implementierbare Möglichkeit einer wählbaren Innen-/Außendetektion bei gleichzeitiger guter Diskrimination zwischen Außen- und Innenbenetzung beinhalten.

Description

Optischer Sensor zur Detektion von Feuchtigkeit auf einer Scheibe eines Kraftfahrzeugs

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen optischer Sensor zur Detektion von Feuchtigkeit auf einer Scheibe eines Kraftfahrzeugs, bei dem eine Schwächung eines von einem Sender abgestrahlten Lichtes bei einer Reflexion an einer Grenzfläche der Scheibe durch Feuchtigkeit mit Hilfe eines Empfängers erfasst wird

Ein derartiger, nach dem Prinzip der Totalreflexion arbeiten¬ der optischer Sensor ist beispielsweise aus der DE 42 09 680 Al bekannt. Optische Sensoren dieser Art sind in vielen Vari- ationen bekannt und werden in Kraftfahrzeugen bisher als so genannte Regensensoren eingesetzt, die insbesondere zur (au¬ tomatischen) Steuerung von Scheibenwischer-Anlagen dienen können. Diese Sensoren benutzen typischerweise, aber nicht universell, mindestens einen Teil der (Front) Scheibe als Lichtwellenleiter.

Die bei heutigen Regensensoren überwiegend eingesetzte opti¬ sche Detektionsmethode beruht zunächst darauf, dass sich Licht in einem Wellenleiter bekanntlich deshalb durch Total- reflexion ausbreiten kann, da das Reflektionsmedium, also der Mantel bzw. die Umgebung des Wellenleiters, einen niedrigeren Brechungsindex als der Wellenleiterkern aufweist. Die Begren¬ zungsflächen der Scheibe reflektieren dabei das mit Hilfe ei¬ nes Koppelmittels, beispielsweise eines Prismas, unter einem ausreichend großen Winkel (>42°) in den Wellenleiter einge¬ brachte Licht zunächst total, da der Lichtstrahlwinkel bei trockener Grenzfläche groß genug ist, um eine Aufspaltung in ein reflektierendes und ein transmittierendes Lichtbündel zu verhindern. Benetzt nun ein Regentropfen den Lichtkanal, so gilt für den (dadurch von Glas/Luft zu Glas/Wasser) geänder¬ ten Medienübergang ein von 42° auf 60° vergrößerter Grenzwin- kel, so dass nun ein großer Anteil des — mit Hinblick auf die Funktion als Regensensor mit einem Winkel zwischen 42° und 60° eingekoppelten — Lichts über diesen Tropfen austritt. Die feuchtigkeitsabhängig nachlassende Lichtleitfähigkeit des Ka¬ nals wird an der Auskoppelstelle (wieder Prisma oder Ähnli- ches) mit Hilfe von Fotodioden oder Fototransistoren gemes¬ sen.

Regensensoren setzen üblicherweise die Kfz-Frontscheibe, bzw. einen sich oft nur über wenige Zentimeter erstreckenden Be- reich der Frontscheibe, deren Benetzung mit Regentropfen oder sonstigen Feuchtigkeitstropfen detektiert werden soll, als Wellenleiter ein, in den das Licht mittels geeigneter Koppel¬ mittel, beispielsweise Prismen oder holographische Koppelfo¬ lien, von der Innenseite der Frontscheibe her ein- und wieder ausgekoppelt wird. Da einerseits die nicht durchsichtigen

Teile des Regensensors (Sender/Empfänger, Gehäuse, Auswerte¬ elektronik) nicht das Blickfeld des Fahrers stören dürfen und andererseits der Detektionsbereich des Sensors in einem Be¬ reich der Frontscheibe angebracht sein muss, der durch die Scheibenwischanlage gereinigt wird, sind inzwischen auch Sen¬ sorausführungen entwickelt worden, bei denen ein zusätzli¬ cher, nicht durch die Scheibe selbst gebildeter Wellenleiter zur Überbrückung der Distanz zwischen dem Detektionsbereich und den übrigen Teilen des Regensensors, bzw. zur Überbrü- ckung der nicht wischergereinigten Bereiche der Frontscheibe, dient.

So ist beispielsweise aus der DE 199 43 887 Al ein Regensen¬ sor bekannt, bei dem das Licht in einem an der Innenseite der Frontscheibe angeordneten flachen Wellenleiter bidirektional zwischen einem peripher angeordneten Sender/Empfänger und ei¬ nem relativ zentralen Bereich der Scheibe geleitet wird. Am gewünschten Bereich der Scheibe wird das Licht aus dem Wel¬ lenleiter so ausgekoppelt, dass es die Scheibe durchdringt, an deren Außenseite, im gewünschten Regen-Detektionsbereich, totalreflektiert wird und danach von einem an der Innenseite der Scheibe angeordneten Retroreflektor, unter nochmaliger Totalreflexion am Detektionsbereich, in den Wellenleiter zu¬ rückreflektiert wird. Ferner ist aus der DE 102 29 239 Al ein Regensensor bekannt, bei dem der zusätzliche Wellenleiter in einer Zwischenschicht einer Verbundglasscheibe ausgebildet ist. Auch dort wird das Licht an einer geeigneten Stelle nur zur Außenseite der Scheibe hin ausgekoppelt, dort totalre¬ flektiert und wieder in den innenliegenden Wellenleiter ein¬ gekoppelt, so dass im Detektionsbereich auf der Außenseite der Scheibe vorhandene Feuchtigkeit in gewünschter Weise zur Schwächung des Lichtstrahls durch Teilauskopplung führt, die dann in bekannter Weise ausgewertet werden kann.

Aus der eingangs genannten gattungsgemäßen DE 42 09 680 Al ist im Zusammenhang mit dem dortigen Standard-Regensensortyp, bei dem das Licht mehrmals an der Außen- und an der Innensei¬ te der Kraftfahrzeugscheibe totalreflektiert wird, das Prob¬ lem bekannt, dass auch eine Benetzung der Innenseite der Scheibe, beispielsweise durch Kondensat, zu einer Teilaus¬ kopplung der Strahlung und damit zu einer Strahlschwächung führt, die nicht von dem eigentlich zu detektierenden Ein- fluss einer Benetzung auf der Außenseite der Scheibe zu un¬ terscheiden ist. Um den als unerwünscht betrachteten Einfluss auszuschalten, wird bei dem bekannten Regensensor vorgeschla¬ gen, eine reflektierende Folie auf der Innenseite der Scheibe anzuordnen, so dass auch bei einer dort vorliegenden Benet¬ zung insofern keine feuchtigkeitsabhängige Schwächung des Lichtstrahls mehr eintritt.

Andererseits kann der bekannte, reine Regensensor jedoch of- fenbar nicht einfach durch eine auf der Außen- statt auf der Innenseite der Scheibe angeordnete reflektierende Folie als reiner Kondensatsensor implementiert werden, da dann die Durchsicht von Innen nach Außen nicht ohne weiteres gewähr¬ leistet wäre oder andere Probleme, z. B. hinsichtlich der Haltbarkeit der dann außenliegenden Folie, auftreten könnten.

Da zunehmend ein unabhängiges Interesse an der Detektion von Feuchtigkeit auch auf der Innenseite der Scheiben eines Kraftfahrzeugs besteht, z. B. zur automatischen Ansteuerung des im Kfz vorhandenen Gebläses, ist es die Aufgabe der Er¬ findung, Feuchtigkeitssensoren der eingangs angegebenen Art, also im Rahmen der für die Außendetektion eingesetzten Tech¬ nologien, zu schaffen, die vom Aufbau bzw. der Funktion her so variabel sind, dass sie eine ohne aufwändige Anpassungs¬ maßnahmen implementierbare Möglichkeit einer wählbaren Innen- /Außendetektion bei gleichzeitiger guter Diskrimination zwi- sehen Außen- und Innenbenetzung beinhalten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen eines der unabhängigen Ansprüche 1, 2, 4 oder 5 gelöst.

Bei der Lösungsalternative gemäß Anspruch 1 wird das Licht zwischen dem wenigstens einem Sender und wenigstens einem Empfänger bidirektional in der Scheibe oder in einem licht¬ führenden Element zu einem an der Innenseite der Scheibe an¬ geordneten Retroreflektor geleitet, wobei das Licht mehrfach an der Außenseite der Scheibe totalreflektiert wird. Weiter¬ hin ist der Retroreflektor als photorefraktiver, phasenkonju¬ gierter Spiegel (PCM) ausgebildet, dessen Geometrie so ge¬ wählt ist, dass sein Reflexionsvermögen bei einer Benetzung seiner Oberfläche mit Feuchtigkeit im wesentlichen verschwin- det. Diese Ausgestaltung ist sowohl bei einem Sensor, bei dem die Scheibe selbst als Lichtwellenleiter dient, als auch bei einem Sensortyp, wie er aus der weiter oben beschriebenen DE 199 43 887 Al bekannt ist, einsetzbar. Wenn ein Lichtstrahl unter einem Winkel von 42° bis 60° eingekoppelt wird, so fun- giert der Sensor — bei trockener Scheibeninnenseite — als Re¬ gensensor, während der Sensor bei feuchter Scheibeninnenseite durch Verschwinden des Lichtstrahls bzw. des auszuwertenden Signals das Vorhandensein von Kondensat anzeigt und zwar un¬ abhängig davon, ob die Scheibenaußenseite dann trocken oder feucht ist. Neben dieser situationsabhängigen 'Selbstumschal- tung' der Detektionsart kann der Lichtstrahl — bei sonst gleicher Konfiguration — auch unter einem Winkel von mehr als 60° eingekoppelt werden, so dass der Sensor als reiner Kon¬ densatsensor mit den zwei Anzeigezuständen: ungeschwächtes Signal/verschwundenes Signal, fungiert. Gegebenenfalls können zur wahlweisen Einkopplung auch ein erster Sender, durch den ein Lichtstrahl unter einem Winkel von mehr, und ein zweiter Sender, durch den der Lichtstrahl unter einem Winkel von we¬ niger als 60° eingekoppelt wird, vorgesehen werden.

Bei dem alternativen Lösungsvorschlag gemäß Anspruch 2 brei- tet sich das Licht in der Scheibe vom Sender zum Empfänger aus, wobei das Licht mehrfach an der Außen- und Innenseite der Scheibe totalreflektiert wird, und es sind zwei ho¬ lographisch ausgebildete, unterschiedlich diffraktiv wirkende Gitterstrukturen in eine Zwischenschicht der Scheibe eingear- beitet, die das Licht so beugen, dass es an der einen Seite der Scheibe unter einem Winkel von mehr als 60° und an der gegenüberliegenden Seite der Scheibe unter einem Winkel zwi¬ schen 42° und 60° totalreflektiert wird. Durch diese Maßnah¬ men wird erreicht, dass die Totalreflexion nur auf einer vor- ab, bei der Herstellung der Scheibe bzw. des Sensors, wählba¬ ren Seite der lichtwellenleitenden Scheibe durch eventuell dort vorhandene Feuchtigkeitstropfen gestört wird. Die Detek- tion kann also allein durch holographische Mittel selektiv auf einen Regen- oder Kondensatsensor eingestellt werden.

Eine vorteilhafte Variation dieser Lösungsalternative besteht darin, dass die Scheibe als Verbundglasscheibe ausgeführt ist, und dass die holographischen Gitterstrukturen in einer photoempfindlich dotierten, klebenden Zwischenschicht oder in einer in die Verbundglasscheibe integrierten, photoempfindli¬ chen Polymerschicht eingearbeitet sind. Bei dem weiteren alternativen Lösungsvorschlag gemäß Anspruch

4 ist auf der Innen- oder Außenseite der Scheibe ein multimo- diger, folien- oder filmartiger Lichtwellenleiter angeordnet, in den das Licht des Senders so ein- und zu einem Empfänger ausgekoppelt wird, dass sich das Licht, bei Fehlen einer Be¬ netzung mit Feuchtigkeit auf der freiliegenden Außenseite des Lichtwellenleiters, ungeschwächt unter Totalreflexion aus¬ breitet. Bei außenseitiger Anordnung des dünnen Wellenleiters auf der Scheibe kann demnach ein reiner Regensensor, bei in- nenseitiger Anordnung ein reiner Kondensatsensor realisiert werden.

Bei dem weiteren alternativen Lösungsvorschlag gemäß Anspruch

5 wird das Licht zwischen dem Sender und einem Empfänger in einem schichtförmigen Wellenleiter geleitet, der auf der kle¬ benden Zwischenschicht einer Verbundglasscheibe angeordnet ist, und es ist mindestens ein Koppelelement vorgesehen, um das Licht aus dem Wellenleiter zur Innen- oder Außenseite der Scheibe hin auszukoppeln und das an der jeweiligen Scheiben- seite mindestens einmal totalreflektierte Licht wieder in den Wellenleiter einzukoppeln. Durch die Anordnung zwischen der klebenden Zwischenschicht und einer Glasschicht ergeben sich besonders viele Freiheitsgrade, um den Lichtstrahl zur ge¬ wünschten Seite der Scheibe hin auszukoppeln und so einen reinen Regensensor oder einen reinen Kondensatsensor zu ver¬ wirklichen. Zusätzlich können ohne weiteres zwei schichtför- mige Wellenleiter übereinander oder auf unterschiedlichen Seiten der Zwischenschicht angeordnet werden, so dass ein Doppelsensor resultiert, der gleichzeitig als reiner, d. h. diskriminierender, Regensensor und als reiner, von äußerer

Feuchtigkeit unbeeinflusster, Kondensatsensor fungieren kann.

Von besonderem Vorteil ist diese Lösungsalternative im Zusam¬ menhang mit einer Variante, bei der der Wellenleiter durch eine zur Wärmeabweisung im Verbundglas integrierte, infrarot reflektierende Polymerfolie gebildet ist, da durch die Benut- zung der vorhandenen Schicht als Wellenleiter erhebliche her¬ stellungstechnische Vorteile resultieren.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen, jeweils schematisch und im Querschnitt, :

Figur 1 einen erfindungsgemäßen Feuchtigkeitssensor in einer ersten Ausgestaltung mit einem PCM-Retroreflektor,

Figur 2 die prinzipielle Wirkungsweise des PCM- Retroreflektors gemäß Figur 1,

Figur 3 a und b zwei unterschiedliche, feuchtigkeitsabhängige Funktionsweisen des Sensors gemäß Figur 1 und 2,

Figur 4 eine alternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Sensors,

Figur 5 eine weitere alternative Ausgestaltung des erfin¬ dungsgemäßen Feuchtigkeitssensors,

Figur 6 eine weitere alternative Ausgestaltung des erfin¬ dungsgemäßen Sensors,

Figur 7 eine Variante des in Figur 6 dargestellten Sensors .

Im Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 1 bis 3 ist jeweils eine Glasscheibe 5 als Wellenleiter zugrunde gelegt, in dem der Lichtstrahl 1, 4 bidirektional unter mehrfacher Reflexion sowohl an der Außenseite 6 wie an der Innenseite 7 der Schei¬ be 5 geleitet ist, wobei der Lichtstrahl 1 an einem auf der Innenseite 7 der Scheibe 5 angeordneten phasenkonjugierten Spiegel 8 (phase conjugating mirror, PCM) zurückreflektiert wird. Ebenso möglich ist jedoch eine hier nicht dargestellte Variante dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Sensors mit PCM, bei der eine Konfiguration mit einem zusätzlichen, an der Innenseite der Scheibe 5 angeordneten Wellenleiter, etwa in der Art, wie sie beim eingangs genannten und be¬ schriebenen Stand der Technik gemäß DE 199 43 887 Al vor¬ liegt, realisiert ist.

In Figur 1 ist ein Lichtstrahl 1 dargestellt, der in die Scheibe 5 eingekoppelt wird, sich unter Totalreflexion bis zum phasenkonjugierten Spiegel 8 ausbreitet, dort zurückge¬ worfen, als phasenkonjugierter Lichtstrahl 4 unter weiteren Totalreflexionen zurückgeleitet, schließlich wieder aus der

Scheibe 5 ausgekoppelt und über einen Strahlteiler 9 zu einem Empfänger weitergeleitet wird, der, ebenso wie der Sender, hier und in allen folgenden Figuren nicht dargestellt ist. Der Strahlteiler 9 dient in an sich bekannter Weise zur opti- sehen Separierung des Output- vom Input-Signal. Der PCM 8 ist im Übrigen annähernd durchsichtig. Der eingesetzte phasenkon¬ jugierte Spiegel 8 hat zunächst den Vorteil, eine exakte Re¬ flexion für die bidirektionale Lichtwellenleitung zu gewähr¬ leisten, ohne aufwändige Justiermaßnahmen wie bei anderen, in Feuchtigkeitssensoren eingesetzten Retroreflektoren zu erfor¬ dern. Wie üblich führt ein beispielsweise, wie in Figur 1 dargestellt, an der Außenseite 6 der Scheibe 5 befindlicher Wassertropfen 10, gemäß dem auf der Störung der Totalreflexi¬ on, hier an der Grenzfläche Scheibenaußenseite/Wasser, beru- henden Detektionsprinzip in bekannter Weise zu einer detek- tierbaren Abschwächung des Lichtstrahls 1 bzw. 4.

Für den an sich bekannten phasenkonjugierten Spiegel 8 können nichtlineare, photorefraktive Materialien, beispielsweise photorefraktive Kristalle, Flüssigkristalle oder Polymere vorteilhaft eingesetzt werden.

Figur 2 zeigt die Realisierung und Funktion eines PCMs durch in photorefraktiven Materialien erzeugte Phasengitter (Bre- chungsindexgitter) 11 am Beispiel eines parallelepiped- förmigen photorefraktiven Kristalls 8. Üblicherweise versteht man unter so genannter holographischer oder lichtinduzierter Streuung folgenden nichtlinearen Prozess: Eine einfallende Lichtwelle wechselwirkt mit kohärenten Streuwellen, die auf¬ grund von Inhomogenitäten im Innern oder an der Oberfläche eines Materials entstehen. Die resultierenden Lichtmuster er- zeugen in einem photorefraktiven Kristall verschiedene Bre¬ chungsindexgitter, an denen die Primärwelle wiederum gebeugt wird. Im einzelnen dringt gemäß dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Strahl 1 von der Grenzfläche Glas¬ scheibe-Kristall her in den Kristall 8 ein und erfährt ge- richtete Selbststreuung 12 entlang der in Figur 2 angedeute¬ ten optischen c-Achse des Kristalls 8. Der nicht gestreute Teil des Strahls 1 geht durch den Kristall 8 hindurch, wäh¬ rend das gestreute, in einem bestimmten Bereich (Strahl 2) verteilte Licht wie dargestellt an den Grenzflächen (i) und (ü) totalreflektiert wird und den Strahl 3 bildet. Der

Strahl 3 wird an dem durch die Strahlen 1 und 2 erzeugten Phasengitter 11 gebrochen und bildet den zum Strahl 1 phasen¬ konjugierten Strahl 4.

Figur 3 zeigt, wie der PCM 8 neben seiner reflektierenden er¬ findungsgemäß noch eine weitere, feuchtigkeitsabhängige Funk¬ tion ausübt. Wenn das Licht 1, 4 beispielsweise unter einem Winkel Φ von mehr als 60°, also mit einem Grenzwinkel, der zur Teilauskopplung an einer durch etwaige Benetzung der Scheibe 5 erzeugten Grenzfläche zu groß ist, in die Scheibe 5 eingekoppelt wird, so entstehen, auch im Fall von Feuchtig¬ keit 10, beispielsweise Kondensat, auf einer oder beiden Sei¬ ten 6 und 7 der Scheibe 5, keine Intensitätsverluste des Lichts bei der bidirektionalen Wellenleitung in der Scheibe 5. Wenn gleichzeitig die geometrischen Parameter des phasen¬ konjugierten Spiegels 8 erfindungsgemäß so gewählt werden, dass aus dem PCM 8 selbst — sofern an seiner Oberfläche, also an der Scheibeninnenseite 7, trockene Verhältnisse vorliegen — auch keine Strahlauskopplung erfolgt, vgl. Figur 3a, so fungiert der Sensor hier als reiner Kondensatsensor. Demgemäß reagiert der Sensor nur auf Tropfen 10, die auf der Scheibe¬ ninnenseite 7 und damit dann auch auf der Oberfläche des pho- torefraktiven Materials des PCMs 8 vorhandenen sind. Die Re¬ aktion besteht, vgl. Figur 3b, in einem mit der feuchtig¬ keitsbedingten Strahlauskopplung einhergehenden Verschwinden des Detektorsignals, wodurch eindeutig das Vorhandensein von Kondensat angezeigt wird.

Wie weiter oben schon erwähnt, können auch andere Funktions¬ weisen ausgewählt werden. Bei Φ zwischen 42° und 60° fungiert der Sensor, bei trockener Innenseite 7, als Regensensor, der auch bei feuchter Innenseite 7 nicht einfach seine diskrimi¬ nierende Eigenschaft verliert, indem er unbemerkt einen Ein- fluss der innenseitigen Benetzung auf das detektierte Signal zulässt. Bei Kondensat verschwindet vielmehr das Signal auf Grund des feuchteempfindlichen Reflektionsvermögens des PCMs 8 in diesem Fall ganz, so dass eine klare Bewertung als Kon¬ densat möglich ist, die dann selbst wiederum unbeeinflusst vom Vorliegen oder nicht Vorliegen von Feuchte 10 auf der Scheibenaußenseite 6 bleibt. Solange Kondensat vorliegt, bleibt die Funktion als Regensensor aufgehoben.

Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das sich auf eine al¬ ternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Feuchtigkeits¬ sensors bezieht. Erkennbar ist eine wellenleitende Verbund¬ glasscheibe 5, in der sich das eingekoppelte Licht 1 vom Sen- der zum Empfänger ausbreitet, wobei das Licht 1 mehrfach an der Außenseite 6 und Innenseite 7 der Scheibe 5 totalreflek¬ tiert wird. Zwei holographisch ausgebildete, unterschiedlich diffraktiv wirkende Gitterstrukturen 13, 14 sind in eine Zwi¬ schenschicht 15 der Scheibe 5 eingearbeitet. Sie beugen das Licht so, dass es, im dargestellten Ausführungsbeispiel, an der Innenseite 7 der Scheibe 5 unter einem Winkel α von mehr als 60° und an der gegenüberliegenden Außenseite 6 der Schei¬ be 5 unter einem Winkel ß zwischen 42° und 60° totalreflek¬ tiert wird. Dadurch wird ohne äußere optische bzw. mechani- sehe Maßnahmen oder Mittel eine vollständige Diskrimination zwischen Außen- und Innenbenetzung ermöglicht. Im gegebenen Beispiel — einem Regensensor — beeinflussen nur die Wasser- tropfen 10 auf der Außenseite 6 die Ausbreitung des Strahls 1 und damit das Detektionssignal. Die Separation der Regen¬ bzw. Kondensateinflüsse kann jedoch mit Hilfe umgekehrter Multiplex-Gitterstrukturen 13 und 14 bzw. Einkoppelwinkel α und ß auch so implementiert werden, dass der Sensor nur auf Feuchtigkeit auf der Innenseite 7 der Scheibe 5 reagiert.

Es ist herstellungstechnisch vorteilhaft, wenn die ho¬ lographischen Gitterstrukturen 13 und 14 in einer photoemp- findlich dotierten, klebenden Zwischenschicht 15 oder in ei¬ ner in die Verbundglasscheibe integrierten, photoempfindli¬ chen Polymerschicht eingearbeitet sind.

Figur 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel gemäß einer weiteren Lösungsalternative des erfindungsgemäßen Feuchtigkeitssen¬ sors. Im gegebenen Beispiel ist auf der Innenseite 7 der Scheibe 5 ein multimodiger, folien- oder filmartiger Licht¬ wellenleiter 16 angeordnet, in den das Licht 1 des Senders unter einem Winkel zwischen 42° und 60° so ein- und zu einem Empfänger ausgekoppelt wird, dass sich das Licht 1, bei Feh¬ len einer Benetzung mit Feuchtigkeit 10 auf der freiliegenden Außenseite 17 des Lichtwellenleiters 16, ungeschwächt unter Totalreflexion ausbreitet. Je nachdem, ob der dünne Wellen¬ leiter 16, beispielsweise durch Kleben, auf der Innenseite 7 oder der Außenseite 6 der Scheibe 5 befestigt wird, resul¬ tiert ein reiner Kondensat- bzw. Regensensor. Der in Figur 5 gezeigte Kondensatsensor kann vorteilhaft zusätzlich zu einem konventionellen Regensensor eingesetzt werden.

Eine weitere Ausgestaltungsalternative ist in den Figuren 6 und 7 gezeigt. Das Licht 1 wird zwischen dem Sender und einem Empfänger in einem schichtförmigen Wellenleiter 18 geleitet, der auf der klebenden Zwischenschicht 15 einer Verbundglas¬ scheibe 5 angeordnet ist. Außerdem ist mindestens ein Koppel- element 19 vorgesehen, um das Licht 1 aus dem Wellenleiter 18 zur Innenseite 7 oder zur Außenseite 6 der Scheibe 5 hin aus¬ zukoppeln und um das an der jeweiligen Scheibenseite 6 oder 7 mindestens einmal totalreflektierte Licht 1 wieder in den Wellenleiter 18 einzukoppeln. Das Licht 1 kann gegebenenfalls mit Hilfe mehrerer Koppelelemente 19 auch nacheinander z. B. zu zwei oder drei Detektionspunkten auf der jeweiligen Schei- benseite ausgekoppelt und dazwischen — zur Ausbreitung bis zum nächsten Koppelelement 19 — wieder in den Wellenleiter 18 eingekoppelt werden. Die Ausführung gemäß Figur 6 tastet nur einen Auskoppelpunkt auf der Innenseite 7 der Scheibe 5 ab, ist also ein reiner Kondensatsensor, während der Sensor gemäß dem im Figur 7 dargestellten Ausführungsbeispiel nur die Au¬ ßenseite 6 bzw. einen dort gelegenen Detektionspunkt abtas¬ tet, also als reiner Regensensor fungiert. Grundsätzlich kön¬ nen auch zwei schichtförmige Wellenleiter 18 mit gegensätzli¬ chen Detektionsseiten über- oder nebeneinander in der Scheibe 5 integriert werden.

Vorteilhaft kann als Wellenleiter 18 eine zur Wärmeabweisung im Verbundglas gegebenenfalls bereits vorhandene, infrarot reflektierende Polymerfolie genutzt werden. Allgemein eignet sich als Wellenleiter 18 ein Polymer oder eine Glasschicht von ca. 200 μm Dicke.

Andererseits eignet sich die in den Figuren 6 und 7 darge¬ stellte Ausgestaltung der Erfindung auch besonders für Fahr- zeugscheiben, bei denen die Glasschichten insgesamt, zur Wär¬ meabweisung, lichtabsorbierende Eigenschaften aufweisen, so dass sich das Licht wegen der Absorption oder anderer Effekte nicht ungeschwächt in dem durch die Scheibe 5 selbst gebilde¬ ten Wellenleiter ausbreiten könnte. Die Lichtquelle des Sen- ders arbeitet üblicherweise im Infrarotbereich, um den Fahrer nicht zu stören. Mit dem Intensitätsverlußt wäre auch eine Minderung hinsichtlich der Detektionsgenauigkeit verbunden. Erfindungsgemäß muss sich das Licht bei der vorliegenden Aus¬ gestaltung nur durch die Dicke der zur jeweiligen Auskoppel- seite hin noch zu durchdringenden Glasschicht der Verbund¬ glasscheibe 5 hindurch ausbreiten, und zwar höchstens wenige Male, so dass eventuelle Absorptionseffekte sich kaum in un¬ erwünschter Weise auswirken können.

Claims

Patentansprüche

1. Optischer Sensor zur Detektion von Feuchtigkeit auf einer Scheibe eines Kraftfahrzeugs, bei dem eine Schwächung ei- nes von einem Sender abgestrahlten Lichtes bei einer Re¬ flexion an einer Grenzfläche der Scheibe durch Feuchtig¬ keit mit Hilfe eines Empfängers erfasst wird, dadurch gekennzeichnet , dass das Licht (1, 4) zwischen dem Sender und dem Empfän- ger bidirektional unter Mehrfachreflexion an der Außensei¬ te (6) der Scheibe (5) zu einem an der Innenseite (7) der Scheibe (5) angeordneten Retroreflektor geleitet wird, der als photorefraktiver, phasenkonjugierter Spiegel (8) (PCM) ausgebildet und dessen Geometrie so gewählt ist, dass sein Reflexionsvermögen bei einer Benetzung seiner Oberfläche mit Feuchtigkeit (10) im wesentlichen verschwindet.

2. Optischer Sensor zur Detektion von Feuchtigkeit auf einer Scheibe eines Kraftfahrzeugs, bei dem eine Schwächung ei- nes von einem Sender abgestrahlten Lichtes bei einer Re¬ flexion an einer Grenzfläche der Scheibe durch Feuchtig¬ keit mit Hilfe eines Empfängers erfasst wird, dadurch gekennzeichnet , dass sich der Lichtstrahl (1) in der Scheibe (5) vom Sen- der zum Empfänger ausbreitet, wobei der Lichtstrahl (1) mehrfach an der Außen- (6) und Innenseite (7) der Scheibe (5) reflektiert wird, und dass zwei holographisch ausge¬ bildete, unterschiedlich diffraktiv wirkende Gitterstruk¬ turen (13, 14) in eine Zwischenschicht (15) der Scheibe (5) eingearbeitet sind, die das Licht (1) so beugen, dass es an der einen Seite (6, 7) der Scheibe (5) unter einem Winkel von mehr als 60° und an der gegenüberliegenden Sei- te (6, 7) der Scheibe (5) unter einem Winkel zwischen 42° und 60° reflektiert wird.

3. Optischer Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (5) als Verbundglasscheibe ausgeführt ist, und dass die holographischen Gitterstrukturen (13, 14) in einer photoempfindlich dotierten, klebenden Zwi¬ schenschicht (15) oder in einer in die Verbundglasscheibe (5) integrierten, photoempfindlichen Polymerschicht einge- arbeitet sind.

4. Optischer Sensor zur Detektion von Feuchtigkeit auf einer Scheibe eines Kraftfahrzeugs, bei dem eine Schwächung ei¬ nes von einem Sender abgestrahlten Lichtes bei einer Re- flexion an einer Grenzfläche der Scheibe durch Feuchtig¬ keit mit Hilfe eines Empfängers erfasst wird, dadurch gekennzeichnet , dass auf der Innen- (7) oder Außenseite (6) der Scheibe (5) ein multimodiger, folien- oder filmartiger Lichtwel- lenleiter (16) angeordnet ist, in den das Licht (1) des Senders so ein- und zu dem Empfänger ausgekoppelt wird, dass sich das Licht (1) , bei Fehlen einer Benetzung mit Feuchtigkeit (10) auf der freiliegenden Außenseite (17) des Lichtwellenleiters (16), ungeschwächt ausbreitet.

Optischer Sensor zur Detektion von Feuchtigkeit auf einer Scheibe eines Kraftfahrzeugs, bei dem eine Schwächung ei¬ nes von einem Sender abgestrahlten Lichtes bei einer Re¬ flexion an einer Grenzfläche der Scheibe durch Feuchtig- keit mit Hilfe eines Empfängers erfas st wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Licht (1) vom Sender zum Empfänger in einem schichtförmigen Wellenleiter (18) geleitet wird, der auf der klebenden Zwischenschicht (15) einer Verbundglasschei¬ be (5) angeordnet ist, und dass mindestens ein Koppelele¬ ment (19) vorgesehen ist, um das Licht (1) aus dem Wellen¬ leiter (18) zur Innen- (7) oder Außenseite (6) der Scheibe (5) hin aus- und das an der jeweiligen Scheibenseite (6, 7) mindestens einmal reflektierte Licht (1) wieder in den Wellenleiter (18) einzukoppeln.

5. Optischer Sensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenleiter (18) durch eine zur Wärmeabweisung im Verbundglas (5) integrierte, infrarot reflektierende Polymerfolie gebildet ist.