WO2004060729A1 - Regensensor, insbesondere für ein kraftfahrzeug - Google Patents

Regensensor, insbesondere für ein kraftfahrzeug Download PDF

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WO2004060729A1
WO2004060729A1 PCT/DE2003/001848 DE0301848W WO2004060729A1 WO 2004060729 A1 WO2004060729 A1 WO 2004060729A1 DE 0301848 W DE0301848 W DE 0301848W WO 2004060729 A1 WO2004060729 A1 WO 2004060729A1
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WO
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rain sensor
coupling element
sensor according
coupling
receiver
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PCT/DE2003/001848
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Stefan Stampfer
Manfred Burkart
Heiko Buss
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a rain sensor, in particular for a motor vehicle according to the type of the independent claim.
  • Rain sensors in numerous different embodiments are known. Such a sensor usually consists of an optical transmission / reception path. A light coupled into the vehicle window at an angle of approx. 42 to 65 degrees is reflected under total reflection at the dry outer interface and strikes an optical receiver oriented at a suitable angle. If there are drops of water or if there is a film of water on the outer surface of the pane, total reflection no longer occurs, but a considerable part of the light is emitted to the outside. This significantly weakens the reception signal. The degree of this weakening can be used as a measure of the wetting of the disk with water.
  • the signal obtained can serve, for example, as an input signal for a switch-on control of a windshield wiper device, as is the case, for example from DE 198 27 541 AI or from DE 196 43 465 AI emerges.
  • Generic rain sensors with optical transmit / receive links include known from DE 198 39 273 AI, from DE 198 46 968 AI, from DE 198 46 969 AI, from DE 100 41 776 AI or from DE 100 60 964 AI.
  • the known rain sensors typically consist of an optical unit, an electronic unit, a housing cover and associated fastening elements.
  • the optical unit usually includes the necessary optical elements, a carrier element for receiving them and a coupling pad.
  • the electronics unit essentially comprises a printed circuit board.
  • the optical elements include lenses, diffractive elements and light deflecting components. The function of the optical elements is to collect, focus, scatter and deflect the light in such a way that it hits the pane under total reflection conditions or is deflected back to the receiver under total reflection from the pane. Total reflection with a dry pane can occur at a typical angular range of approx. 42 to 65 degrees.
  • the optical elements can be integrated in a so-called light guide variant in the carrier element. An alternative embodiment is called a mask variant.
  • the optical elements are introduced as separate elements in a carrier plate.
  • Both mentioned variants of rain sensors have at least one light exit area and one light entry area on a side facing the pane. These areas must consist of a material that is largely transparent to the wavelength range of the light passing through. To shield possibly disruptive ambient light, the other areas are expediently made of material that is not transparent for this wavelength range, so that light can only reach the light-detecting components on the printed circuit board via the light channels provided.
  • non-transparent areas of the rain sensor are typically also referred to as extraneous light barriers.
  • an external light barrier can consist, for example, of a non-transparent silicone layer which is sprayed onto the underside of a plastic light guide.
  • An external light barrier can also be realized, for example, by a metal coating that can be vapor-deposited or sputtered onto the top of the transparent light guide.
  • the light guide is usually provided with an additional external light barrier, which makes all non-optical areas opaque for the spectral range of the light, which is used for signal evaluation and for which the sensors are sensitive.
  • the carrier plate itself can serve as an external light barrier if the appropriate material is used.
  • a glass pane which influences the wave propagation between the transmitter and the receiver is arranged in the measuring section.
  • The. The influencing takes place in such a way that when a coating is formed on the pane, an output signal detected by the receiver changes.
  • the rain sensor may have structures for coupling and decoupling the electromagnetic waves, which have radiation-concentrating properties. In areas outside the measuring section, the structures are each provided with an external light barrier that is not permeable to the electromagnetic waves.
  • the structures for coupling and decoupling the electromagnetic waves comprise at least one carrier element and one coupling element, each of which has a spatial structure. The coupling element and the carrier element are positively connected to one another.
  • the electromagnetic waves are light waves. These can essentially have wavelength components in the visible range and in the non-visible range. Infrared light in particular is well suited for the present application.
  • the glass pane is primarily preferably around a windshield of a motor vehicle, in which the rain sensor is preferably used.
  • the coating on the windshield can be, in particular, a wet precipitation, for example rain or fog.
  • the rain sensor according to the invention preferably has an external light barrier, which is preferably applied as a dimensionally stable or flexible component to the likewise dimensionally stable structures and ensures an improvement in the signal quality by shielding external light components.
  • the structures for coupling and decoupling the electromagnetic waves preferably consist essentially of transparent plastic, in particular of injection molded plastic.
  • the structures can be produced particularly advantageously as an integrated structural component.
  • the external light barrier can be applied to this in a simple manner, for example as a plastic mask, which is only permeable or transparent to the electromagnetic waves in the areas of the measuring section. In the areas of the measuring section, this plastic layer can preferably be provided with openings, which can be produced in particular by punching out the intended locations.
  • the coupling element according to the invention has, at least in sections, a negative shape facing the optical elements of the rain sensor or its carrier plate, so that the optical elements or the carrier plate are at least partially embedded in the coupling element. You can choose the optical elements can also be completely embedded in the coupling element or integrated therein.
  • the pane-side surface of the carrier element with the optical elements incorporated therein is not three-dimensional, but three-dimensional.
  • the coupling element has the corresponding negative form of this surface on the sensor side or can also directly contain the optical elements which then reach through the openings of the carrier plate into the interior of the sensor. Additional elements can also be integrated.
  • the coupling element preferably has an elastic structure and is, for example, a transparent elastomer, in particular silicone, TPE or a suitable melt and reaction adhesive which, in the liquid state, is connected to the carrier plate or to the optical elements before or during the disk coupling brought.
  • a transparent elastomer in particular silicone, TPE or a suitable melt and reaction adhesive which, in the liquid state, is connected to the carrier plate or to the optical elements before or during the disk coupling brought.
  • a mouldable coupling medium can adopt the three-dimensional structure of the carrier plate or the optical elements and adapt to it.
  • the coupling element is also referred to as a coupling cushion.
  • the spatial surface of the carrier plate can also be designed such that it projects into the coupling element, for example in the form of a tube. This and the non-flat design of the disc-side surface of the carrier plate with the introduced optical elements, optical short circuits in the coupling medium can be reduced.
  • the surface of the optical elements on the pane side can be arranged perpendicular to the optical axis aligned in accordance with the total reflection condition.
  • the adhesion between the coupling medium and the carrier plate or the optical elements is improved by the non-flat design of the disk-side surface of the carrier plate and by the three-dimensional surface of the coupling medium.
  • the coupling medium can, for example, have a pyramid structure, which increases the adhesive surface.
  • Form-fitting connecting sections in the form of undercuts can also be provided.
  • an embodiment according to the invention provides that the carrier plate has openings into which the coupling element engages.
  • a circuit board located in the rain sensor can be flexibly mounted on sections of the coupling element that protrude into the support plate.
  • the elastic coupling element for example the elastomeric coupling cushion, can be guided through openings in the carrier plate on the inside, top or outside of the carrier plate in order, for example, to form elastomer springs or seals.
  • Elastomer springs in the interior of the sensor can be used, for example, to fix the circuit board firmly between the housing cover and the carrier element and, if necessary, simultaneously the thickness tolerance of the circuit board compensate.
  • the seals can also serve to seal the housing from the outside.
  • an embodiment of the invention can provide that a housing cover is sealed to the outside against the carrier plate via a sealing section of the coupling element or the coupling pad.
  • the carrier plate can not only form the window-side housing boundary of the rain sensor, but can also represent the side housing boundary.
  • the optical elements can consist directly of this medium and can thus be injection molded as part of the coupling cushion. This saves one material component and one processing step in the overall process.
  • the so-called mask variant of the rain sensor has the advantage over the so-called light guide variant that no optical short circuit is formed between the optical elements within the carrier element.
  • the selection of materials is simplified because the carrier plate does not have to perform a direct optical function.
  • the external light protection can rather be achieved by simple coloring or coating.
  • a broader range of materials in question, in particular plastic can be used in the selection of materials in order to do justice to the mechanical housing function.
  • the optical transparency and the required mechanical functions in the light guide variant are more difficult to implement.
  • Figure 1 shows a first variant of a rain sensor according to the invention in a schematic representation
  • Figure 2 shows a second variant of the rain sensor in a schematic representation.
  • FIGS. 1 and 2 show two alternative variants of a rain sensor 2 in schematic representations. Identical parts in the figures are generally provided with the same reference symbols.
  • the rain sensor 2 essentially consists of an upper part 4 with a housing cover 6 and a carrier element called a carrier plate 8, on which the upper part 4 rests and is fixed.
  • a printed circuit board 10 is fastened on a support surface 12 of the carrier plate 8, on the underside of which a transmitter 14 and a receiver 16 are arranged.
  • the transmitter 14 can in particular be an LED.
  • the receiver 16 can in particular be a photodiode or the like. his.
  • the wavelength ranges of transmitter 14 and receiver 16 are expediently coordinated with one another in such a way that the transmitter 14 emits a relatively narrow wavelength range and the receiver 16 is essentially only sensitive to this wavelength range.
  • Transmitter 14 and receiver 16 are located at opposite ends of the circuit board 10, so that a beam path 36 with obliquely incident and obliquely incident light can be formed.
  • the angle of incidence and angle of emergence is the same and can be in a reasonable range of approx. 42 to 65 degrees. At these angles, total reflection typically occurs in a dry windshield, so that the light emitted by the transmitter 14 is reflected almost completely at the outer interface of the windshield.
  • the carrier plate 8 is also provided with lenses 18, which can either be in the form of separate components (see FIG. 1) or in one piece with the coupling element 22 (see in FIG. 2).
  • a lens 18 of this type is arranged in each beam path 36 of the transmitter 14 as well as of the receiver 16, which ensures beam bundling.
  • a lens 34 can be seen, which is preferably designed as an automatic light control lens and which can also be designed as a separate component (FIG. 1) or can be an integral part of the coupling element 22 (FIG. 2) ,
  • the printed circuit board 10 preferably has a circuit with the required transmission and evaluation electronics and is connected to the vehicle electrical system via a plug (not shown).
  • the housing cover 6 has a cylindrical or cuboid contour with the side parts pulled down. These are used for connection to lateral supports of the carrier plate 8, which forms the lower part of the rain sensor 2.
  • the carrier plate 8 preferably has a round or rectangular contour, which is adapted to the contour of the housing cover 6 and is connected with an underside 20 to the coupling element 22, which in turn is applied to a glass pane (not shown).
  • the connection to the glass pane which is preferably a windshield of a motor vehicle, takes place at a lower joining surface 30 of the coupling element 22.
  • the rain sensor 2 is applied flush and firmly to the surface of the glass pane by means of spring elements (not shown).
  • connection to the housing cover 6 is made via flexible seals 28, which are preferably formed by the flexible coupling element 22.
  • the carrier plate 8 is in a further joining process, in particular an injection molding process with the Coupling element 22 connected.
  • the carrier plate 8 Due to its shape and its non-transparent material, the carrier plate 8 already has the extraneous light barriers required for good signal evaluation.
  • the lenses 18 are produced together with the dome cushion 22 by placing the prefabricated carrier plate 8 between two tool halves of a casting tool. One half of the tool depicts the shape of the coupling pad 22, while the other half of the tool depicts the shape of the optical elements, i. depicts the lenses 18. In this case, these consist of the same flexible material as the coupling pad 22, for example of silicone, TPE or another suitable transparent material.
  • an improvement in the adhesion between the coupling cushion 22 and the underside 20 of the carrier plate 8 can be achieved in that the underside 20 has a three-dimensional structure, as is illustrated in FIGS. 1 and 2.
  • an improved adhesion can also be achieved by a positive connection with the help of one or more undercuts. Both structures can also be easily combined.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Regensensor, insbeson­dere für ein Kraftfahrzeug, mit einer wenigstens einen Sender (14) und wenigstens einen Empfänger (16) für elektromagnetische Wellen (Lichtwellen) aufweisenden Messstrecke, in der eine die Wellenausbrei­tung zwischen dem wenigstens einen Sender und dem wenigstens einen Empfänger derart beeinflussende Windschutzscheibe (34) angeordnet ist, dass sich bei Ausbildung eines Belages auf der Windschutzscheibe (34), insbesondere bei einer Benetzung durch feuchten Niederschlag, ein vom Empfänger detektiertes Aus­gangssignal ändert, und mit Strukturen zur Ein- und Auskoppelung der elektromagnetischen Wellen, die strahlungsbündelnde Eigenschaften aufweisen. Es ist vorgesehen, dass die Strukturen zur Ein- und Auskoppelung der elektromagnetischen Wellen wenigs­tens ein Trägerelement (8) und ein Koppelelement (22) umfassen, die jeweils eine räumliche Struktur und eine formschlüssige Verbindung miteinander auf­weisen. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Regensensors (2).

Description

Regensensor, insbesondere für ein Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft einen Regensensor, insbeson- dere für ein Kraftfahrzeug nach Gattung des unabhängigen Anspruchs.
Stand der Technik
Es sind Regensensoren in zahlreichen unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt. Üblicherweise besteht ein solcher Sensor aus einer optischen Sende- E pfangsstrecke. Ein unter einem Winkel von ca. 42 bis 65 Grad in die Fahrzeugscheibe eingekoppeltes Licht wird unter Totalreflexion an der trockenen äußeren Grenzfläche reflektiert und trifft in einen in passendem Winkel ausgerichteten optischen Empfänger. Stehen Wassertropfen oder steht ein Wasserfilm auf der Außenfläche der Scheibe, so tritt kei- ne Totalreflexion mehr auf, sondern es wird ein erheblicher Teil des Lichts nach außen abgestrahlt. Das Empfangssignal wird dadurch deutlich geschwächt. Der Grad dieser Abschwächung kann als Maß für die Benetzung der Scheibe mit Wasser verwendet werden. Das gewonnene Signal kann bspw. als Eingangssignal einer Einschaltsteuerung einer Schei- benwischvorrichtung dienen, wie es beispielsweise aus der DE 198 27 541 AI oder aus der DE 196 43 465 AI hervor geht.
Gattungsgemäße Regensensoren mit optischen Sende- Empfangsstrecken sind u.a. aus der DE 198 39 273 AI, aus der DE 198 46 968 AI, aus der DE 198 46 969 AI, aus der DE 100 41 776 AI oder aus der DE 100 60 964 AI bekannt.
Die bekannten Regensensoren bestehen typischerweise aus einer Optikeinheit, einer Elektronikeinheit, einem Gehäusedeckel sowie aus zugehörigen Befestigungselementen. Die Optikeinheit umfasst meist die notwendigen optischen Elemente, ein Trägerelement zu deren Aufnahme sowie ein Koppelkissen. Die E- lektronikeinheit umfasst im Wesentlichen eine Leiterplatte. Die optischen Elemente umfassen Linsen, diffraktive Elemente und lichtablenkende Komponenten. Die Funktion der optischen Elemente besteht darin, das Licht zur Sammeln, zu Fokussieren, zu Streuen und derart abzulenken, dass es unter Totalreflexionsbedingungen auf die Scheibe trifft bzw. unter Totalreflexion von der Scheibe reflektiertes Licht zum Empfänger hin zurück gelenkt wird. Eine Totalreflexion bei trockener Scheibe kann unter einem typischen Winkelbereich von ca. 42 bis 65 Grad auftreten. Die optischen Elemente können in einer sog. Lichtleitervariante im Trägerelement integriert sein. Eine alternative Ausführungsform wird als Maskenvariante bezeichnet. Hierbei sind die optischen Elemente als separate Elemente in eine Trägerplatte eingebracht. Beide genannten Varianten von Regensensoren weisen an einer der Scheibe zugewandten Seite wenigstens einen Lichtaustrittsbereich sowie einen Lichteintrittsbereich auf. Diese Bereiche müssen aus einem Material bestehen, das für den Wellenlängenbereich des hindurch tretenden Lichts weitgehend durchlässig ist. Zur Abschirmung von möglicherweise störendem ümgebungslicht sind die übrigen Bereiche zweckmäßigerweise aus für diesen Wellenlängenbereich nicht transparentem Material gefertigt, damit Licht nur über die vorgesehenen Lichtkanäle zu den licht- detektierenden Bauelementen auf der Leiterplatte gelangen kann.
Diese nicht transparenten Bereiche des Regensensors werden typischerweise auch als Fremdlichtsperre bezeichnet. Eine solche Fremdlichtsperre kann bspw. aus einer nicht transparenten Silikonschicht bestehen, die auf die Unterseite eines Kunststofflicht- leiters aufgespritzt ist. Eine Fremdlichtsperre kann bspw. auch durch eine Metallbeschichtung realisiert sein, die auf die Oberseite des transparenten Lichtleiters aufgedampft bzw. aufgesputtert sein kann.
Bei der Lichtleitervariante ist der Lichtleiter i.d.R. mit einer zusätzlichen Fremdlichtsperre versehen, die möglichst alle nichtoptischen Bereiche für den Spektralbereich des Lichts undurchlässig macht, der für die Signalauswertung heran gezogen wird und für den die Sensoren empfindlich sind. Bei der sog. Maskenvariante des Regensensors kann bei entsprechendem Materialeinsatz die Trägerplatte selbst als Fremdlichtsperre dienen. Bei beiden Va- rianten liegt jedoch ein Bauteil vor, das aus zumindest zwei Komponenten besteht.
Vorteile der Erfindung
Bei einem Regensensor, der eine Messstrecke mit wenigstens einem Sender und wenigstens einem Empfänger für elektromagnetische Wellen aufweist, ist in der Messstrecke eine die Wellenausbreitung zwischen dem Sender und dem Empfänger beeinflussende Glasscheibe angeordnet. Die. Beeinflussung erfolgt derart, dass sich bei Ausbildung eines Belages auf der Scheibe ein vom Empfänger detektiertes Ausgangssignal ändert. Der Regensensor weist ggf. Strukturen zur Ein- und Auskoppelung der elektromagnetischen Wellen auf, die strahlungsbundelnde Eigenschaften aufweisen. Die Strukturen sind weiterhin in Bereichen außerhalb der Messstrecke jeweils mit einer für die elektromagnetischen Wellen nicht durchläs- sigen Fremdlichtsperre versehen. Gemäß der Erfindung umfassen die Strukturen zur Ein- und Auskoppelung der elektromagnetischen Wellen wenigstens ein Trägerelement und ein Koppelelement, die jeweils eine räumliche Struktur aufweisen. Das Koppelele- ent und das Trägerelement sind formschlüssig miteinander verbunden.
Die elektromagnetischen Wellen sind bei einer bevorzugten Ausgestaltung bzw. Anwendung des Regen- sensors Lichtwellen. Diese können im Wesentlichen Wellenlängenanteile im sichtbaren Bereich als auch im nicht sichtbaren Bereich aufweisen. Insbesondere Infrarotlicht eignet sich gut für die vorliegende Anwendung. Bei der Glasscheibe handelt es sich vor- zugsweise um eine Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeuges, bei dem der Regensensor vorzugsweise zum Einsatz kommt. Der Belag auf der Windschutzscheibe kann insbesondere ein feuchter Nieder- schlag, bspw. Regen oder Nebel sein.
Der erfindungsgemäße Regensensor weist vorzugsweise eine Fremdlichtsperre auf, die vorzugsweise als formstabile oder flexible Komponente auf die eben- falls formstabilen Strukturen aufgebracht ist und für eine Verbesserung der Signalgüte durch Abschirmung von Fremdlichtanteilen sorgt. Die Strukturen zur Ein- und Auskoppelung der elektromagnetischen Wellen bestehen vorzugsweise im Wesentlichen aus transparentem Kunststoff, insbesondere aus spritzgegossenem Kunststoff. Die Strukturen lassen sich besonders vorteilhaft als integriertes Strukturbauteil herstellen. Hierauf lässt sich die Fremdlichtsperre in einfacher Weise aufbringen, bspw. als Kunststoffmaske, die nur in den Bereichen der Messstrecke für die elektromagnetischen Wellen durchlässig bzw. transparent ist. In Bereichen der Messstrecke kann diese KunststoffSchicht vorzugsweise mit Öffnungen versehen sein, die sich insbesondere durch Ausstanzen an den vorgesehenen Stellen herstellen lassen.
Das erfindungsgemäße Koppelelement weist gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung zumindest ab- schnittsweise eine zu den optischen Elementen des Regensensors bzw. zu dessen Trägerplatte gewandte Negativform auf, so dass die optischen Elemente bzw. die Trägerplatte zumindest teilweise in dem Koppelelement eingebettet sind. Wahlweise können die optischen Elemente auch vollständig im Koppelelement eingebettet bzw. in diesem integriert sein.
Die Erfindung sieht vor, dass bei der sog. Masken- Variante die scheibenseitige Fläche des Trägerelements mit den darin eingebrachten optischen Elementen nicht flach, sondern dreidimensional gestaltet ist. Das Koppelelement weist sensorseitig die entsprechende Negativform dieser Oberfläche auf oder kann auch direkt die optischen Elemente beinhalten, die dann durch die Öffnungen der Trägerplatte in das Innere des Sensors reichen. Weiterhin können auch zusätzliche Elemente integriert werden.
Das Koppelelement weist vorzugsweise eine elastische Struktur auf und ist bspw. ein transparenter Elastomer, insbesondere Silikon, TPE oder ein geeigneter Schmelz- und Reaktionsklebstoff, der im flüssigen Zustand vor oder während der Scheibenan- kopplung mit der Trägerplatte bzw. mit den optischen Elementen in Verbindung gebracht wird. Ein solches formbares Koppelmedium kann die dreidimensionale Struktur der Trägerplatte bzw. der optischen Elemente annehmen und sich dieser anpassen. Das Koppelelement wird im vorliegenden Zusammenhang auch als Koppelkissen bezeichnet.
Die räumliche Oberfläche der Trägerplatte kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung auch so ausgestaltet sein, dass sie z.B. in Form eines Tubus in das Koppelelement hinein ragt. Hierdurch sowie durch die nicht flache Ausführung der scheibenseitigen Fläche der Trägerplatte mit den eingebrachten optischen Elementen können optische Kurzschlüsse im Koppelmedium verringert werden.
Zur Reduzierung von Brechungseffekten an der Grenzfläche der optischen Elemente zum Koppelkissen kann die scheibenseitige Fläche der optischen Elemente senkrecht zur entsprechend der Totalreflexionsbedingung ausgerichteten optischen Achse angeordnet werden.
Die Haftung zwischen Koppelmedium und der Trägerplatte bzw. den optischen Elementen wird durch die nicht flache Ausgestaltung der scheibenseitigen Fläche der Trägerplatte sowie durch die dreidimen- sionale Oberfläche des Koppelmediums verbessert. Das Koppelmedium kann bspw. eine Pyramidenstruktur aufweisen, was die haftende Oberfläche vergrößert. Es können auch formschlüssige Verbindungsabschnitte in Form von Hinterschnitten vorgesehen sein.
Eine erfindungsgemäße Ausgestaltung sieht vor, dass die Trägerplatte Öffnungen aufweist, in die das Koppelelement eingreift. Ggf. kann auch eine im Regensensor befindliche Leiterplatte auf in die Trä- gerplatte ragenden Abschnitten des Koppelelements flexibel gelagert sein. Durch Öffnungen in der Trägerplatte kann das elastische Koppelelement, bspw. das elastomere Koppelkissen auf die Innen-, Oberoder Außenseite der Trägerplatte geführt werden, um z.B. Elastomerfedern oder Dichtungen auszubilden. Elastomerfedern im Inneren des Sensors können dazu dienen, z.B. die Leiterplatte fest zwischen Gehäusedeckel und Trägerelement zu fixieren und ggf. gleichzeitig die Dickentoleranz der Leiterplatte auszugleichen. Die Dichtungen können auch dazu dienen, das Gehäuse nach außen abzudichten. Hierzu kann eine Ausführungsform der Erfindung vorsehen, dass ein Gehäusedeckel über einen Dichtungsab- schnitt des Koppelelements bzw. des Koppelkissens gegen die Trägerplatte nach außen abgedichtet ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Trägerplatte jeweils nicht nur die schei- benseitige Gehäusebegrenzung des Regensensors bilden, sondern auch die seitliche Gehäusebegrenzung darstellen.
Die optischen Elemente können im Fall eines spritz- gießbaren Elastomerkoppelmediums direkt aus diesem Medium bestehen und damit als Teil des Koppelkissens mitgespritzt werden. Hierdurch kann eine Werkstoffkomponente sowie ein Verarbeitungsschritt im Gesamtprozess eingespart werden.
Die sog. Maskenvariante des Regensensors hat gegenüber der sog. Lichtleitervariante u.a. den Vorteil, dass kein optischer Kurzschluss zwischen den optischen Elementen innerhalb des Trägerelements gebil- det wird. Zudem ist die Werkstoffauswahl vereinfacht, da die Trägerplatte keine direkte optische Funktion erfüllen muss. Der Fremdlichtschutz kann vielmehr durch eine einfache Einfärbung oder Beschichtung erreicht werden. Bei der Werkstoffaus- wähl kann aus diesem Grund auf eine breitere Palette von in Frage kommenden Materialien, insbesondere Kunststoff zurück gegriffen werden, um damit der mechanischen Gehäusefunktion gerecht zu werden. Dagegen sind die optische Transparenz und die erfor- derlichen mechanischen Funktionen bei der Lichtleitervariante schwieriger zu realisieren.
Weiterhin können mit der Maskenvariante kürzere Zykluszeiten bei der Herstellung der Trägerplatte im Spritzgießprozess und damit geringere Herstellkosten realisiert werden, da die für die Darstellung der Kunststofflinsen typischerweise auftretenden Masseanhäufungen entfallen können. Ein separa- tes Vorspritzen und anschließendes Einspritzen der optischen Elemente führt ebenfalls zu einem kürzeren Spritzzyklus bei der Herstellung.
Die Erfindung wird nachfolgend in bevorzugten Aus- führungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:
Figur 1 eine erste Variante eines erfindungsgemäßen Regensensors in schematischer Dar- Stellung und
Figur 2 eine zweite Variante des Regensensors in schematischer Darstellung.
In den Figuren 1 und 2 sind zwei alternative Varianten eines Regensensors 2 in schematischen Darstellungen gezeigt. Gleiche Teile in den Figuren sind grundsätzlich mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der Regensensor 2 besteht im Wesentlichen aus einem Oberteil 4 mit einem Gehäusedeckel 6 und einem als Trägerplatte 8 bezeichneten Trägerelement, auf dem das Oberteil 4 aufliegt und fixiert ist . Auf einer Auflagefläche 12 der Trägerplatte 8 ist eine Leiterplatte 10 befestigt, an deren Unterseite ein Sender 14 sowie ein Empfänger 16 angeordnet ist. Der Sender 14 kann insbesondere eine LED sein. Der Empfänger 16 kann insbesondere eine Photodiode o. dgl . sein. Die Wellenlängenbereiche von Sender 14 und Empfänger 16 sind zweckmäßigerweise so aufeinander abgestimmt, dass der Sender 14 einen relativ schmalen Wellenlängenbereich abstrahlt und der Empfänger 16 im Wesentlichen nur für diesen Wellenlängenbereich empfindlich ist. Sender 14 und Empfänger 16 befinden sich an gegenüber liegenden Enden der Leiterplatte 10, so dass ein Strahlengang 36 mit schräg ausfallendem und schräg einfallendem Licht gebildet werden kann. Der Ein- und Ausfallswinkel ist gleich und kann in einem sinnvollen Bereich von ca. 42 bis 65 Grad liegen. Unter diesen Winkeln tritt bei einer trockenen Windschutzscheibe typischerweise Totalreflexion auf, so dass das vom Sender 14 abgestrahlte Licht nahezu vollständig an der äußeren Grenzfläche der Windschutzscheibe reflektiert wird.
Unterhalb der Trägerplatte 8 ist ein Koppelelement 22 angeordnet, das auch als sog. Koppelkissen bezeichnet werden kann. Die Trägerplatte 8 ist zudem mit Linsen 18 versehen, die entweder als separate Komponenten ausgebildet (vgl. Figur 1) oder einstückig mit dem Koppelelement 22 ausgebildet sein kön- nen (vgl. Figur 2). In jedem Strahlengang 36 des Senders 14 wie auch des Empfängers 16 ist eine derartige Linse 18 angeordnet, die für eine Strahlbündelung sorgt. Weiterhin ist in einem mittleren Bereich der Trägerplatte 8 eine Linse 34 erkennbar, die vorzugsweise als automatische Licht-Steuerungs-Linse ausgebildet ist und die ebenfalls als separates Bau- teil (Figur 1) ausgebildet oder integraler Bestandteil des Koppelelements 22 sein kann (Figur 2) .
Die Leiterplatte 10 weist vorzugsweise eine Schaltung mit der erforderlichen Sende- und Auswerte- elektronik auf und ist über einen Stecker (nicht dargestellt) mit dem Fahrzeugbordnetz verbunden.
Der Gehäusedeckel 6 weist eine zylindrische oder quaderförmige Kontur mit herunter gezogenen Seiten- teilen auf. Diese dienen zur Verbindung mit seitlichen Auflagen der Trägerplatte 8, die das Unterteil des Regensensors 2 bildet. Die Trägerplatte 8 weist vorzugsweise eine runde oder rechteckförmige Kontur auf, die der Kontur des Gehäusedeckels 6 angepasst und mit einer Unterseite 20 mit dem Koppelelement 22 verbunden ist, das wiederum auf einer Glasscheibe (nicht dargestellt) aufgebracht ist. Die Verbindung zur Glasscheibe, die vorzugsweise eine Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeuges ist, erfolgt an einer unteren Fügefläche 30 des Koppelelements 22. Der Regensensor 2 wird mittels Federelementen (nicht dargestellt) bündig und fest auf der Oberfläche der Glasscheibe aufgebracht.
Die Verbindung zum Gehäusedeckel 6 erfolgt über flexible Dichtungen 28, die vorzugsweise durch das flexible Koppelelement 22 gebildet werden. Hierzu wird die Trägerplatte 8 in einem weiteren Fügevorgang, insbesondere einem Spritzgießprozess mit dem Koppelelement 22 verbunden. Das als flexibles Koppelkissen ausgestaltete Koppelelement 22 dringt dabei in alle Zwischenräume und Kanäle 24 der Trägerplatte 8 ein, bildet dabei flexible Federelemente 26 an den Auflageflächen 12 der Leiterplatte 10 und stellt gleichzeitig Dichtungen 2'8 zum Aufsetzen und dichten Abschluss des Gehäusedeckels 6 zur Verfügung.
Die Trägerplatte 8 weist durch ihre Formgebung und ihr nicht transparentes Material bereits die für eine gute Signalauswertung erforderlichen Fremdlichtsperren auf. Bei der zweiten Variante gemäß Figur 2 werden die Linsen 18 gemeinsam mit dem Kop- pelkissen 22 hergestellt, indem die vorgefertigte Trägerplatte 8 zwischen zwei Werkzeughälften eines Gießwerkzeugs gebracht wird. Die eine Werkzeughälfte bildet die Form des Koppelkissens 22 ab, während die andere Werkzeughälfte die Form der optischen Elemente, d.h. der Linsen 18 abbildet. Diese bestehen in diesem Fall aus dem gleichen flexiblen Material wie das Koppelkissen 22, bspw. aus Silikon, aus TPE oder einem anderen geeigneten transparenten Material .
Befindet sich an der Außenseite der Glasscheibe ist ein Wassertropfen, so sorgt dieser für eine Veränderung der Brechungsverhältnisse an der Grenzfläche zur Luft. Diese veränderte Lichtbrechung resultiert in einer variablen Signalabschwächung des vom Empfänger detektierten Lichtanteils und ist ein Maß für die Benetzung der Glasscheibe mit feuchtem Niederschlag. Die Fremdlichtsperre sorgt dafür, dass im auf den Empfänger 16 treffenden Licht weitest gehend alle Umgebungslichtanteile ausgefiltert bleiben, wodurch die Zuverlässigkeit der vom Regensensor 2 gelieferten Signale erhöht ist.
Eine Verbesserung der Haftung zwischen Koppelkissen 22 und Unterseite 20 der Trägerplatte 8 kann dadurch erreicht werden, dass die Unterseite 20 eine dreidimensionale Strukturierung aufweist, wie dies in den Figuren 1 und 2 verdeutlicht ist. Alternativ kann eine verbesserte Haftung auch durch eine Formschlussverbindung mit Hilfe von einem oder mehreren Hinterschnitten erreicht werden. Beide Strukturierungen können auch problemlos kombiniert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Regensensor, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer wenigstens einen Sender und wenigstens einen Empfänger für elektromagnetische Wellen
(Lichtwellen) aufweisenden Messstrecke, in der eine die Wellenausbreitung zwischen dem wenigstens einen Sender und dem wenigstens einen Empfänger derart beeinflussende Windschutzscheibe angeordnet ist, dass sich bei Ausbildung eines Belages auf der Windschutzscheibe, insbesondere bei einer Benetzung durch feuchten Niederschlag, ein vom Empfänger de- tektiertes Ausgangssignal ändert, und mit Strukturen zur Ein- und Auskoppelung der elektromagnetischen Wellen, die strahlungsbundelnde Eigenschaften aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Struk- türen zur Ein- und Auskoppelung der elektromagnetischen Wellen wenigstens ein Trägerelement (8) und ein Koppelelement (22) umfassen, die jeweils eine räumliche Struktur und eine formschlüssige Verbindung miteinander aufweisen.
2. Regensensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (22) abschnittsweise eine Negativform zur damit verbundenen Trägerplatte (8) bzw. zu optischen Elementen (18, 34) des Regensensors (2) aufweist.
3. Regensensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Elemente (18, 34) zumindest teilweise in das Koppelelement (22) eingebettet sind.
4. Regensensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge- kennzeichnet, dass die optischen Elemente (14, 16,
18) in das Koppelelement (22) integriert sind.
5. Regensensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Elemente zumindest einen Sender (14), einen Empfänger (16) sowie jeweils eine diesen zugeordnete Linse (18) umfassen.
6. Regensensor nach Anspruch 5, dadurch gekenn- zeichnet, dass zumindest die Linsen (18) im Koppelelement (22) eingebettet bzw. in diesem integriert sind.
7. Regensensor nach einem der vorhergehenden An- Sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (22) eine elastische Struktur aufweist.
8. Regensensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (22) ein transpa- renter Elastomer, insbesondere Silikon, TPE o. dgl . , ist .
9. Regensensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Träger- platte (8) Öffnungen aufweist, in die das Koppelelement (22) eingreift.
10. Regensensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leiter- platte (10) des Regensensors (2) auf in die Trägerplatte (8) ragenden Abschnitten des Koppelelements (22) flexibel gelagert ist.
11. Regensensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Abschnitte des Koppelelements (22) als Dichtungen (28) ausgebildet sind.
12. Regensensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäusedeckel (6) über einen Dichtungsabschnitt (28) des Koppelelements (22) gegenüber der Trägerplatte (8) nach außen abgedichtet ist.
13. Regensensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (22) ein flexibles Koppelkissen ist.
14. Verfahren zur Herstellung eines Regensensors nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem eine Trägerplatte (8) und ein transparentes und flexibles Koppelelement (22) aus Kunststoff hergestellt und eine Leiterplatte (10) mit darauf befindlichem Sender (14) und Empfänger (16) auf der Trägerplatte (8) montiert wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass in das Koppelelement (22) bei seiner Herstellung Linsen (18) zur Beeinflussung des Strahlengangs (36) zwischen Sender (14) und Empfänger (16) eingebracht werden.
16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Linsen (18) als integraler Bestandteil des Koppelelements (22) und aus einem gleichen Material hergestellt werden.
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