JP2007304090A - 光学センサー装置 - Google Patents

Abstract

【解決手段】光学センサー装置１０、１０’のセンサーユニット１２は、送信器２６と、受信器２８と、送信器２６に関係付けられた第１フレネルレンズ４２と受信器２８に関係付けられた第２フレネルレンズ４４を備えている光伝導体構造と、を有している。第１及び第２フレネルレンズ４２、４４は、送信器２６から放出された発散光ビーム３４が、第１フレネルレンズ４２を通って平行に向けられ、それ以上実質的に偏向することなく平行光ビーム３４ａとして窓ガラス１４に入射するように配置されている。平行光ビーム３４ａ窓ガラス１４の内側で少なくとも１回反射した後、平行光ビーム３４ｂとして窓ガラス１４から出射し第２フレネルレンズ４４を通って収束光ビームとして受信器２８上に入射する。
【効果】小さな空間しか必要としないが、広い面積を走査することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、窓ガラス、特に自動車の風防ガラスに組み付けることができ、送信器、受信器、及び、送信器に関係付けられた第１フレネルレンズと受信器に関係付けられたフレネルレンズを備えている光伝導体構造を有している、センサーユニットを含んでいる光学センサー装置に関する。

その様なセンサー装置は、主に、風防ガラスのワイパーを自動的に作動させるための、自動車の雨センサーとして用いられる。ＥＰ１０６８１１２Ｂ１号に示されている雨センサーの、風防ガラスに向かって傾斜しているレンズの様な、光線の経路に影響を与える従来型のレンズを使用するには、比較的大きな空間が必要である。

ＷＯ０３／０２６９３７Ａ１号で知られている様な小型の構造は、ホログラムセンサーを使うことによって可能となる。これらのセンサーは、回折要素による光の回折の原理に基づいており、従って、有効光効率が実質的に小さく、グレアに対する感度が高いという固有の原理に起因する欠点を有している。

最初に述べた型式の光学センサー装置は、ＤＥ１９６０８６４８Ｃ１号に示されている。送信器又は受信器それぞれと光伝導体構造の間の距離を短くするために、光伝導体構造の光の入出領域をフレネルレンズとして作ることが提案されている。にもかかわらず、この装置に必要な構造空間は、送信器と受信器を風防ガラスに垂直に支えるように印刷回路板を配置する必要がある複雑な光伝導体構造のせいで、非常に大きい。
ＥＰ１０６８１１２Ｂ１号 ＷＯ０３／０２６９３７Ａ１号 ＤＥ１９６０８６４８Ｃ１号

本発明の目的は、小さな空間しか必要としないが、窓ガラス上の相当広い面積（センサー面積）を走査することのできる光学センサー装置を提供することである。
これは、最初に述べた型式の光学センサー装置によって実現され、その装置では、フレネルレンズは、送信器から放出される発散光ビームが、第１フレネルレンズを通して平行に向けられ、それ以上実質的に偏向することなく平行光ビームとして窓ガラスに入射するように配置されている。平行光ビームは、窓ガラス内で少なくとも１回反射した後で、平行光ビームとして窓ガラスから出射する。光ビームは、第２フレネルレンズを通って収束光ビームとして受信器に当たる。本発明は、適当な傾斜で窓ガラスへ入射する平行に向いた光ビームを使えば、比較的大きなセンサー面積が作られるという研究成果に基づいている。平行光ビームは、窓ガラスから出射した後、受信器上に収束される。フレネルレンズは、従来型のレンズに比べ厚さが薄く、従って、空間を節約する窓ガラスに平行な配置で、光ビームを窓ガラスに対して斜めに入出射させることができるように作ることができる。

フレネルレンズは、平行光ビームが、夫々、窓ガラスに対して約４５°の角度で入射又は出射するように、構築され配置されるのが望ましい。
２つのフレネルレンズが互いに隣接して配置され、１つの部品として形成されている実施形態は、本発明による光学センサー装置を製作し組み立てるのに、特に好ましい。具体的には、２つのフレネルレンズを１つのプレートに形成し、プレートの前側面がフレネル段を有するようにし、プレートの前面が送信器又は受信器に向くようにプレートを配置することができる。適した光学材料の平行六面体形状プレートに必要なフレネル段を施すだけの単純なレンズの製作に加えて、２つのフレネルレンズ相互の相対配置は、しっかりと事前設定され、機械的な効果で、組立て中も取付け状態でも、変わることはない。

本発明による光学センサー装置の更なる利点と当を得た展開は、従属請求項で明白になるであろう。

本発明による２つの例示的実施形態を、以下、添付図面に関連付けて説明する。
図１に、本発明による光学センサー装置１０の第１の実施形態を示しており、窓ガラスの湿潤度を検出するため２つの同様のセンサーユニット１２が備えられている。光学センサー装置１０は、以下に説明するように、自動車の風防ガラス１４（図２参照）に取り付けられる雨センサーとして使用する。後に更に詳しく説明するが、光の入射領域１６、１８、２０を強調するため、光学センサー装置１０の幾つかの構成要素を、図１の図では省略している。

センサーユニット１２の基本構造は、図２の断面図を見れば分かる。各センサーユニット１２用の送信器２６と受信器２８を備えた印刷回路板２４は、片側が開いているハウジング２２内に収納されている。光学センサー装置１０が装着された状態、即ち、光学センサー装置１０が風防ガラス１４に取り付けられたとき、風防ガラス１４と印刷回路板２４は、互いに実質的に平行に向いている。光伝導体構造は、主要構成要素がレンズプレート３０であり、印刷回路板２４と風防ガラス１４の間に配置されている。ハウジング２２と印刷回路板２４は、連結器３２によって風防ガラス１４に固定されている。

送信器２６は、光を、特定の周波数範囲で放出する。「光」という用語は、可視光線に限定されず、例えば赤外線範囲の放射線も含んでいる。光は、送信器２６から発散光ビーム（光束）３４としてレンズプレート３０の第１部分区画に向けて放出される。受信器２８は、送信器２６と調和的に作動し、記録された光の入射に従って評価ユニット（図示せず）へ信号を放出する。

レンズプレート３０は、基本的に、平行六面体形であり、風防ガラス１４に平行に配置されている。レンズプレート３０は、風防ガラス１４に相対する実質的に平らな後方側面３６を有している。レンズプレート３０の、送信器２６又は受信器２８に相対する前方側面３８は、フレネル段４０を有している。レンズプレート３０は、幾つかの区画に分割することができる。先に述べた第１部分区画は、非球面の第１フレネルレンズ４２を形成しており、その光学軸は、風防ガラス１４に対して約４５°に傾斜している。レンズプレート３０の第２部分区画は、非球面の第２フレネルレンズ４４を形成しており、その光学軸は、風防ガラス１４に対して、同様に約４５°反対方向に傾斜している。２つのフレネルレンズ４２、４４は、互いに鏡面対称となるように作られている。フレネルレンズ４２、４４を製作するために必要なフレネル段４０を形成するには、適した光学材料の平行六面体形プレートから始めて、その前方側面に僅かな修正が必要なだけである。

図示の例示的実施形態では、連結器３２は、透明で、弾性があり、実質的に平坦な媒体で形成されており、送信器２６によって放出される光の周波数範囲内には何ら有意な屈折特性を持っていない。

作動時、送信器２６からレンズプレート３０に向けて放出される発散光ビーム３４は、第１フレネルレンズ４２（図１の光入射領域１６）に入射する。第１フレネルレンズ４２は、光ビーム３４の光線を実質的に平行な方向に向ける。従って、その光線は、連結器３２によって、平行に向けられた光ビーム３４ａとして風防ガラス１４に入射する。入射角αは約４５°である。光ビーム３４ａは、風防ガラス１４で全反射されるが、それら光ビーム（光線）３４ａの方向は平行のままである。風防ガラス１４に平行に入射した光ビーム３４ａの入射領域（図１の光入射領域１８）は、センサー領域４６、即ち、各センサーユニット１２が湿潤度を検査する風防ガラス１４の領域を画定する。

連結器３２とレンズプレート３０は対称構造になっているため、風防ガラス１４で全反射した後の光ビームの光線の経路は、先に説明した光線の経路と対称である。これは、反射した平行光ビーム３４ｂが、風防ガラス１４から連結器３２を経由して約４５°の出射角βで出て、レンズプレート３０の第２部分区画（図１の光入射領域２０）に入り、第２フレネルレンズ４４は、光ビーム３４ｂを受信器２８に収束する。

連結器の代替変更例（図示せず）では、連結器は、防風ガラス１４に相対する後方側面と光伝導体構造に相対する前方側面とに剛性要素を有している。後方側面は、風防ガラス１４の形状に沿うように（即ち、実質的に平坦に）なっており、接着剤によって風防ガラス１４に固定されている。前方側面は、光ビームの平行方向に対して垂直に向いた連結領域を有している。この場合、光伝導体構造は、剛性連結器要素の前方側面に沿うようになっていて、前方側面と接続されている後方側面を有している。

信号をより良く評価するために、センサーユニット対の受信器２８から送られた信号は、評価ユニットで減算を受ける。光学センサー装置１０に属するセンサーユニット１２の別の対にも同じことが当てはまる。

図３では、光学センサー装置１０’の第２の実施形態を、本発明の別の展開に従って示している。センサーユニット１２に加えて、風防ガラス１４の湿潤度を検出するために、ここでは追加の日光（デイライト）センサーユニット４８が設けられている。日光センサーユニット４８は、光受信器５０と、何れにしろ別のフレネルレンズ（図３では見えない）とを備えた光伝導体構造を有しており、これは先に述べたフレネルレンズ４２、４４に従って構築され、配置されている。日光センサーユニット４８の各フレネルレンズは、決められた環境の領域５２からの光を、付帯する光受信器５０上に表示する。この様にすれば、コンパクトな構造のセンサー装置１０’によって、風防ガラスのワイパーの自動作動に加えて、ヘッドライトの自動制御もできるようになり、機能性が広がる。

全ての実施形態で、基本的に、幾つか又は全てのフレネルレンズを単一のレンズプレートに作ることができる。

本発明による光学センサー装置の第１の実施形態の上面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 本発明による光学センサー装置の第２の実施形態の上面図である。

符号の説明

１０、１０’ 光学センサー装置
１２ センサーユニット
１４ 風防ガラス
２２ ハウジング
２６ 送信器
２８ 受信器
３０ プレート
３２ 連結器
３４ 発散光ビーム
３４ａ、３４ｂ 平行光ビーム
３６ プレートの後方側面
３８ プレートの前方側面
４０ フレネル段
４２、４４ フレネルレンズ
４８ 日光センサーユニット
５０ 光受信器
５２ 決められた環境の領域

Claims (14)

1. 窓ガラス（１４）、特に自動車の風防ガラスに組み付けることのできる光学センサー装置（１０、１０’）において、
   前記光学センサー装置は、送信器（２６）と、受信器（２８）と、前記送信器（２６）に関係付けられた第１フレネルレンズ（４２）及び前記受信器（２８）に関係付けられた第２フレネルレンズ（４４）を有する光伝導体構造と、を含んでいるセンサーユニット（１２）を備えており、
   前記第１及び第２フレネルレンズ（４２、４４）は、前記送信器（２６）から放出された発散光ビーム（３４）が、前記第１フレネルレンズ（４２）を通って平行に向けられ、それ以上実質的に偏向することなく、平行光ビーム（３４ａ）として前記窓ガラス（１４）に入射するように配置されていることと、
   前記平行光ビーム（３４ａ）は、前記窓ガラス（１４）の内側で少なくとも一回反射した後で、平行光ビーム（３４ｂ）として前記窓ガラス（１４）から出射することと、
   前記平行光ビーム（３４ｂ）は、前記第２フレネルレンズ（４４）を通り収束光ビームとして前記受信器（２８）に入射すること、を特徴とする光学センサー装置。
2. 請求項１に記載の光学センサー装置であって、
   前記第１及び第２フレネルレンズ（４２、４４）は、前記平行光ビーム（３４ａ、３４ｂ）が、それぞれ約４５°の角度（α、β）で前記窓ガラス（１４）に入射、又は前記窓ガラス（１４）から出射するように構築され、かつ配置されていることを特徴とする、光学センサー装置。
3. 請求項１又は２に記載の光学センサー装置であって、
   前記２つの第１及び第２フレネルレンズ（４２、４４）は、互いに鏡面対称に構築されていることを特徴とする、光学センサー装置。
4. 上記請求項の何れかに記載の光学センサー装置であって、
   前記２つの第１及び第２フレネルレンズ（４２、４４）は、互いに隣接して配置され、１つの部品として形成されていることを特徴とする、光学センサー装置。
5. 上記請求項の何れかに記載の光学センサー装置であって、
   前記２つの第１及び第２フレネルレンズ（４２、４４）は、１つのプレート（３０）に形成されており、
   前記プレート（３０）の前方側面（３８）は、フレネル段（４０）を有しており、
   前記プレート（３０）は、前記プレート（３０）の前記前方側面（３８）が前記送信器（２６）又は前記受信器（２８）に面するように配置されていることを特徴とする、光学センサー装置。
6. 請求項５に記載の光学センサー装置であって、
   前記プレート（３０）の後方側面（３６）は、実質的に平坦で、前記窓ガラス（１４）に面していることを特徴とする、光学センサー装置。
7. 上記請求項の何れかに記載の光学センサー装置であって、
   前記光伝導体構造は、連結器（３２）によって前記窓ガラス（１４）に取り付けられていることを特徴とする、光学センサー装置。
8. 請求項７に記載の光学センサー装置であって、
   前記連結器（３２）は、透明で、弾性があり、かつ実質的に平坦な媒体で形成されていることを特徴とする、光学センサー装置。
9. 請求項７に記載の光学センサー装置であって、
   前記連結器は、後方側面が前記窓ガラス（１４）に面しており、かつ前方側面が前記光伝導体構造に面している剛性要素を有しており、
   前記後方側面は、実質的に平坦であり、
   前記前方側面は、前記光ビーム（３４ａ、３４ｂ）の平行な方向に対して、垂直に形成されている連結領域を有していることを特徴とする、光学センサー装置。
10. 請求項９に記載の光学センサー装置であって、
    前記光伝導体構造は、前記連結器（３２）の前記剛性要素の前記前方側面に対して適合された後方側面を有していることを特徴とする、光学センサー装置。
11. 上記請求項の何れかに記載の光学センサー装置であって、
    前記送信器（２６）と前記受信器（２８）とは、前記窓ガラス（１４）に対して実質的に平行に向けられた印刷回路板（２４）上に配置されていることを特徴とする、光学センサー装置。
12. 上記請求項の何れかに記載の光学センサー装置であって、
    前記光学センサー装置は、偶数のセンサーユニット（１２）と、評価ユニットとを備えており、
    各対のセンサーユニット（１２）の前記受信器（２８）から送られた２つの信号は、前記評価ユニットで減算を受けることを特徴とする、光学センサー装置。
13. 上記請求項の何れかに記載の光学センサー装置であって、
    少なくとも１つの追加の日光センサーユニット（４８）が、前記センサー装置（１０’）のハウジング（２２）内に収納されており、
    前記日光センサーユニット（４８）は、光受信器（５０）と、決められた環境の領域（５２）からの光を前記光受信器（５０）上に表示する別のフレネルレンズを有している光伝導体構造と、を備えていることを特徴とする、光学センサー装置。
14. 請求項１３に記載の光学センサー装置であって、
    前記別のフレネルレンズと、前記第１及び第２フレネルレンズ（４２、４４）の内の少なくとも一方は、同じプレート（３０）に形成されていることを特徴とする、光学センサー装置。

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