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EP1425203A1 - Optical sensor for detecting moisture on a surface - Google Patents

Optical sensor for detecting moisture on a surface

Info

Publication number
EP1425203A1
EP1425203A1 EP02750823A EP02750823A EP1425203A1 EP 1425203 A1 EP1425203 A1 EP 1425203A1 EP 02750823 A EP02750823 A EP 02750823A EP 02750823 A EP02750823 A EP 02750823A EP 1425203 A1 EP1425203 A1 EP 1425203A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
optical sensor
sensor according
receiver
sensing areas
transmitter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP02750823A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Helmut Sautter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1425203A1 publication Critical patent/EP1425203A1/en
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60S—SERVICING, CLEANING, REPAIRING, SUPPORTING, LIFTING, OR MANOEUVRING OF VEHICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60S1/00—Cleaning of vehicles
    • B60S1/02—Cleaning windscreens, windows or optical devices
    • B60S1/04—Wipers or the like, e.g. scrapers
    • B60S1/06—Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive
    • B60S1/08—Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive electrically driven
    • B60S1/0818—Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive electrically driven including control systems responsive to external conditions, e.g. by detection of moisture, dirt or the like
    • B60S1/0822—Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive electrically driven including control systems responsive to external conditions, e.g. by detection of moisture, dirt or the like characterized by the arrangement or type of detection means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60S—SERVICING, CLEANING, REPAIRING, SUPPORTING, LIFTING, OR MANOEUVRING OF VEHICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60S1/00—Cleaning of vehicles
    • B60S1/02—Cleaning windscreens, windows or optical devices
    • B60S1/04—Wipers or the like, e.g. scrapers
    • B60S1/06—Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive
    • B60S1/08—Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive electrically driven
    • B60S1/0818—Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive electrically driven including control systems responsive to external conditions, e.g. by detection of moisture, dirt or the like
    • B60S1/0822—Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive electrically driven including control systems responsive to external conditions, e.g. by detection of moisture, dirt or the like characterized by the arrangement or type of detection means
    • B60S1/0833—Optical rain sensor
    • B60S1/0837—Optical rain sensor with a particular arrangement of the optical elements

Definitions

  • an optical sensor for detecting the wetting of a surface in particular a motor vehicle window, with a transmitter and a receiver for electromagnetic waves is known, the surface being located in a sensing area between the transmitter and the receiver that the formation of wetting on the surface causes a change in the signal detected by the receiver. Furthermore, the optical sensor there has a light-guiding element with which the electromagnetic waves are guided bidirectionally into the sensing area or are derived from the sensing area. Finally, it is known from DE 199 43 887 AI to arrange a retroreflector, in particular a holographic retroreflector, in such a way that it leads the electromagnetic waves reflected from the surface back to the surface and from there to the light-guiding element.
  • the optical sensor characterized in this way can be used, in particular, as a rain sensor, with the coupled light being totally reflected on the outside of the pane when the pane is dry, while the total reflection is interrupted when the pane is wet, which causes the detected signal change.
  • a rain sensor in which a holographic film is arranged between the sensor and the receiver, is known from EP 0 999 104 A2.
  • the optical sensor according to the invention has the advantage over the prior art that it has a larger sensitive area. This makes it possible, while miniaturizing the evaluation electronics and the other electronic components, for example of the transmitter and receiver, to increase the sensitivity of the sensor and to lower the response threshold.
  • the optical sensor according to the invention also makes it possible to classify the rain intensity, so that the sensor signal can be used not only to switch a windshield wiper of a motor vehicle on or off, but also, for example, to control the wiper frequency or the length of the intervals between individual wiping processes.
  • optical sensor according to the invention Another advantage of the optical sensor according to the invention is that the plurality of sensing areas provided means that it continues to function even if one of these sensing areas fails, i.e. overall, it is more reliable and less susceptible to faults or has a redundant function in this regard.
  • the plurality of sensing areas provided achieves an overall more favorable arrangement of the retro-reflectors relative to the central area or the electronic components connected to the central area, which leads to an overall better utilization of the available, in the case of motor vehicle windows, ben leads to the smallest possible surface of the body for reasons of an undesirable impairment of the driver's vision.
  • the at least one transmitter and the at least one receiver are located in the central area.
  • the central area can advantageously be further reduced in terms of the required area by the transmitter and / or receiver being accommodated outside the central area in a separate component.
  • a first light-guiding element connected to the transmitter and a second light-guiding element connected to the receiver are then guided from this component into the central area, as already described in DE 199 43 887 AI , which are connected to a coupling element or coupling element arranged in the central area and guiding the light in question.
  • the sensing areas are fan-shaped, circular segment-shaped, circular cut-out or circular.
  • the sensing areas are fan-shaped, circular segment-shaped, circular cut-out or circular.
  • the retroreflector is advantageously a holographic retroreflector which has two focus points, the transmitter being arranged in one of the focus points and the receiver being arranged in the other, or the coupling element for the sensor being in one of the focus points and the coupling element for in the other focus point located the recipient.
  • FIG. 1 shows a section through a window of a motor vehicle which is provided with the optical sensor in the form of a rain sensor
  • FIG. 2 shows a plan view of the left-hand or right-hand half of FIG. 1 along the section line drawn therein
  • FIG. 3 shows a plan view of another FIG. 1 shows an exemplary embodiment similar to an optical sensor in the form of a rain sensor
  • FIG. 4 shows the beam path in a holographic retroreflector with two focus points.
  • FIG. 1 shows a section through a window 21 of a motor vehicle, on one side of which there is a central region 10, from which two electromagnetic waves, which are semicircular in plan view, emanate from two sensor regions 12 which are designed to be semicircular and assigned to them reflected or totally if the disk 21 is dry on its surface 20 in the area of the sensing areas 12, from the sensing areas 12 meet two semicircular retroreflectors 11 assigned to the sensing areas 12, which are designed in the form of holographic retroreflectors 11 with two focal points 22, 23 , and then returned from the retro reflectors 11 back via the sensing areas 12 into the central area 10.
  • FIG. 2 shows a plan view of FIG. 1, only one half of the central area 10 or one of the two semicircular sensing areas 12 and the associated semicircular retroreflector 11 being shown.
  • the central area 10 with the sensing areas 12, the retroreflectors 11 and the disk 21 exposed to the electromagnetic waves thus forms an optical sensor 5 which is sensitive to wetting of the sensing areas 12 and thus the disk 21.
  • a change in the intensity of the electromagnetic waves reflected back there from the two sensing areas 12 is detected separately in the central area 10 as soon as the condition for the occurrence of, for example by formation of wetting by rain or fog, occurs in at least one of the sensing areas 12
  • the central area 10 also has two coupling elements corresponding to the number of sensing areas 12, via which the Sensing areas 12 with two light emitting diodes, each provided as a transmitter 13 and integrated in the central area 10, can be acted upon by electromagnetic waves.
  • the beam splitter can also be integrated into the coupling element.
  • the central area 10 according to FIGS. 1 and 2 also has two number of decoupling elements corresponding to the number of sensing areas 12, via which the change in the measurement signal occurring in the sensing areas 12 with two separate receivers 14 which are respectively assigned to the decoupling elements and are integrated in the central area , for example photodiodes, is detectable.
  • a separate receiver 14 is preferably provided in the central area 10 for each sensing area 12, so that a spatially resolved change in the signal, i.e. an assignment of a signal change to a sensing area 12 is possible.
  • transmitter 13 and / or the receiver 14 can also be arranged outside the central area 10, as is known from DE 199 43 887 A1.
  • transmitters 13 and / or receivers 14 are then connected via a light-guiding element, for example a single-mode or multimode light guide or a bundle of such light guides, to the respective coupling element or coupling element located in the central area 10.
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of an optical sensor 5 with three sensing areas 12 x , each of which detects an angular range of approximately 90 °, the three retroreflectors 11 assigned to the three sensing areas 12 'also being structured in a circular manner.
  • the embodiment according to FIG. 3 is largely analogous to the embodiment according to FIGS. 1 and 2.
  • a further development of the embodiment of Figure 3 provides for x so form the sensing regions 12 that it up to 120 ° to 120 °, detect an angular range of 30 °, in particular 60 °.
  • the number of circular sectors or sensing areas 12 ′ can differ from three, in contrast to FIG. 3.
  • the number of circular sectors or sensing areas 12 ' is preferably between two and six, wherein they are shaped in such a way that they cover the largest possible angular range, ideally 360 °.
  • the shape of the retroreflectors 11, 11 ' is adapted to the shape of the sensing areas 12, 12'.
  • both the shape and the number of retroreflectors 11, 11 ' correspond to the shape and number of sensing areas 12, 12'.
  • the retroreflectors 11, 11 ' are, as is known from DE 199 43 887 A1, preferably holographic retroreflectors 11, 11 x , which are glued to the pane 21 in the form of a film, a plate or a flat glass pane are.
  • holographic retroreflectors 11, 11 ' can also be used inside or the surface of the disk 21, for example, has already been integrated during its manufacture.
  • the decoupling elements or coupling elements, which are located in the central region 10, are formed in a known manner, for example by a bend, a prism or a grating.
  • FIG. 4 schematically explains the arrangement of the transmitter 13 and receiver 14 in the central region 10 in plan view, a retroreflector 11 , ⁇ being drawn in, which is designed in the form of a cutout from an ellipse ring.
  • This retroreflector 11 ′′ has two focal points 22, 23, so that electromagnetic waves emanating from the transmitter 13 in the first focal point 22 via the sensing region 12, 12 ′ (not shown) and the associated retroreflector 11 > in the second focal point 23, and thus on the location of the receiver 14 can be reflected back.
  • the retroreflectors 11, 11 may be 'll 1', is carried out as described therein as a mirror segments or hollow mirror segments, which focus the electromagnetic waves on the decoupling element or the receiver 14 may.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Optical Transform (AREA)

Abstract

The invention relates to an optical sensor (5) for detecting moisture on the surface (20) of a body (21), in particular a pane of a motor vehicle, comprising a transmitter (13), a receiver (14) and a retroreflector (11, 11', 11'') for electromagnetic waves. The surface (20) of the body (21) has at least two sensing zones (12, 12'), which are exposed to electromagnetic waves that emanate from the transmitter (13) and are fed into the body (21) in a central zone (10). The formation of moisture on the sensing zones (12, 12') causes a modification to a signal from electromagnetic waves that are coupled out to the receiver (14) in the central zone (10). In addition, the retroreflector (11, 11', 11'') is configured and located in such a way that it returns electromagnetic waves that are reflected by the surface (20) of the body (21) to the surface (20) of the body (21) and from there to the central zone (10).

Description

Optischer Sensor zur Erfassung einer Benetzung einer OberflächeOptical sensor for detecting the wetting of a surface
Stand der TechnikState of the art
Aus DE 199 43 887 AI ist ein optischer Sensor zur Erfassung einer Benetzung einer Oberfläche, insbesondere einer Kraftfahrzeugscheibe, mit einem Sender und einem Empfänger für e- lektromagnetische Wellen bekannt, wobei sich die Oberfläche in einem Sensierbereich zwischen dem Sender und dem Empfänger befindet, so dass die Ausbildung einer Benetzung auf der Oberfläche eine Änderung des vom Empfänger detektierten Signals bewirkt. Weiter weist der optische Sensor dort ein Licht führendes Element auf, mit dem die elektromagnetischen Wellen bidirektional in den Sensierbereich geleitet bzw. aus dem Sensierbereich abgeleitet werden. Schließlich ist aus DE 199 43 887 AI bekannt, einen Retroreflektor, insbesondere einen holografischen Retroreflektor, so anzuordnen, dass er die von der Oberfläche reflektierten elektromagnetischen Wellen zu der Oberfläche und von dort zu dem Licht führenden Element zurückführt. Der derart charakterisierte optische Sensor ist insbesondere als Regensensor einsetzbar, wobei bei trockener Scheibe das eingekoppelte Licht an der Scheibenaußenseite totalreflektiert wird, während bei nasser Scheibe die Totalreflexion unterbrochen ist, was die detek- tierte Signalanderung bewirkt. Ein weiterer Regensensor, bei dem eine holografische Folie zwischen Sensor und Empfänger angeordnet ist, ist aus EP 0 999 104 A2 bekannt.From DE 199 43 887 AI an optical sensor for detecting the wetting of a surface, in particular a motor vehicle window, with a transmitter and a receiver for electromagnetic waves is known, the surface being located in a sensing area between the transmitter and the receiver that the formation of wetting on the surface causes a change in the signal detected by the receiver. Furthermore, the optical sensor there has a light-guiding element with which the electromagnetic waves are guided bidirectionally into the sensing area or are derived from the sensing area. Finally, it is known from DE 199 43 887 AI to arrange a retroreflector, in particular a holographic retroreflector, in such a way that it leads the electromagnetic waves reflected from the surface back to the surface and from there to the light-guiding element. The optical sensor characterized in this way can be used, in particular, as a rain sensor, with the coupled light being totally reflected on the outside of the pane when the pane is dry, while the total reflection is interrupted when the pane is wet, which causes the detected signal change. Another rain sensor, in which a holographic film is arranged between the sensor and the receiver, is known from EP 0 999 104 A2.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Der erfindungsgemäße optische Sensor hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass er eine größere sensitive Fläche aufweist. Dadurch wird es möglich, bei gleichzeitiger Miniaturisierung der Auswerteelektronik und der sonstigen e- lektronischen Bauteilen, beispielsweise von Sender und Empfänger, die Empfindlichkeit des Sensors zu steigern, und die Ansprechschwelle zu senken.The optical sensor according to the invention has the advantage over the prior art that it has a larger sensitive area. This makes it possible, while miniaturizing the evaluation electronics and the other electronic components, for example of the transmitter and receiver, to increase the sensitivity of the sensor and to lower the response threshold.
Daneben ermöglicht es der erfindungsgemäße optische Sensor auch, die Regenintensität zu klassifizieren, so dass das Sensorsignal nicht nur zum Ein- oder Ausschalten eines Scheibenwischers eines Kraftfahrzeuges verwendbar ist, sondern beispielsweise auch zur Steuerung der Wischerfrequenz bzw. der Länge der Intervalle zwischen einzelnen Wischvorgängen .In addition, the optical sensor according to the invention also makes it possible to classify the rain intensity, so that the sensor signal can be used not only to switch a windshield wiper of a motor vehicle on or off, but also, for example, to control the wiper frequency or the length of the intervals between individual wiping processes.
Weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen optischen Sensors liegt darin, dass er durch die vorgesehene Mehrzahl von Sensierbereichen auch bei einem Ausfall eines dieser Sensierbe- reiche weiterhin funktionsfähig ist, d.h. er ist insgesamt zuverlässiger und weniger störanfällig bzw. weist in dieser Hinsicht eine redundante Funktion auf.Another advantage of the optical sensor according to the invention is that the plurality of sensing areas provided means that it continues to function even if one of these sensing areas fails, i.e. overall, it is more reliable and less susceptible to faults or has a redundant function in this regard.
Schließlich wird durch die vorgesehene Mehrzahl von Sensierbereichen eine insgesamt günstigere Anordnung der Retro- reflektoren relativ zu dem Zentralbereich bzw. der mit dem Zentralbereich in Verbindung stehenden elektronischen Komponenten erreicht, was zu einer insgesamt besseren Ausnutzung der zur Verfügung stehenden, in Fall von Kraftfahrzeugschei- ben aus Gründen einer unerwünschten Beeinträchtigung der Sicht des Fahrers möglichst geringen Oberfläche des Körpers führt .Finally, the plurality of sensing areas provided achieves an overall more favorable arrangement of the retro-reflectors relative to the central area or the electronic components connected to the central area, which leads to an overall better utilization of the available, in the case of motor vehicle windows, ben leads to the smallest possible surface of the body for reasons of an undesirable impairment of the driver's vision.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen.Advantageous developments of the invention result from the measures mentioned in the subclaims.
So ist vorteilhaft hinsichtlich einer möglichst weitgehenden Miniaturisierung, wenn sich der mindestens eine Sender und der mindestens eine Empfänger in dem Zentralbereich befinden.It is advantageous with regard to the greatest possible miniaturization if the at least one transmitter and the at least one receiver are located in the central area.
Daneben kann der Zentralbereich hinsichtlich der benötigen Fläche dadurch vorteilhaft weiter verkleinert werden, dass Sender und/oder Empfänger außerhalb des Zentralbereiches in einem separaten Bauteil untergebracht sind. In diesem Fall ist dann von diesem Bauteil in den Zentralbereich, wie in DE 199 43 887 AI bereits beschrieben, ein erstes, mit dem Sender in Verbindung stehendes, Licht führendes Element und ein zweites, mit dem Empfänger in Verbindung stehendes, Licht führendes Element geführt, die daneben mit einem in dem Zentralbereich angeordneten, dem betreffenden Licht führenden Element jeweils zugeordneten Einkoppelelement bzw. Auskoppelelement verbunden sind.In addition, the central area can advantageously be further reduced in terms of the required area by the transmitter and / or receiver being accommodated outside the central area in a separate component. In this case, a first light-guiding element connected to the transmitter and a second light-guiding element connected to the receiver are then guided from this component into the central area, as already described in DE 199 43 887 AI , which are connected to a coupling element or coupling element arranged in the central area and guiding the light in question.
Zur Erreichung einer möglichst optimalen Flächenausnutzung und einer kompakten Bauform ist weiter vorteilhaft, wenn eine gerade Anzahl, insbesondere zwei, vier oder sechs, von sich bezüglich des Zentralbereiches paarweise gegenüberliegenden Sensierbereichen vorgesehen ist.In order to achieve the best possible use of space and a compact design, it is further advantageous if an even number, in particular two, four or six, of sensor areas opposite one another in pairs with respect to the central area is provided.
Unter dem Aspekt einer möglichst einfachen, gleichmäßigen und vollständigen Beaufschlagung der Sensierbereiche mit den eingekoppelten elektromagnetischen Wellen, sowie auch einer möglichst guten Flächenausnutzung ist es überdies vorteil- haft, wenn die Sensierbereiche fächerförmig, kreissegment- förmig, kreisausschnittförmig oder kreisringförmig ausgebildet sind. Im Übrigen kommen an Stelle der genannten, von einem Kreis ausgehenden Flächenformen jedoch auch entsprechende, von einer Ellipse ausgehende Flächenformen in Frage.In terms of the simplest, most uniform and complete exposure of the sensing areas to the coupled electromagnetic waves, as well as the best possible use of space, it is also advantageous. adheres if the sensing areas are fan-shaped, circular segment-shaped, circular cut-out or circular. Incidentally, instead of the surface shapes mentioned starting from a circle, corresponding surface shapes starting from an ellipse can also be used.
Der Retroreflektor ist vorteilhaft ein holografischer Retroreflektor, der zwei Fokuspunkte aufweist, wobei in einem der Fokuspunkte der Sender und in dem anderen der Empfänger angeordnet ist, bzw. wobei sich in einem der Fokuspunkte das Einkoppelelement für den Sensor und in dem anderen Fokuspunktes das Auskoppelelement für den Empfänger befindet.The retroreflector is advantageously a holographic retroreflector which has two focus points, the transmitter being arranged in one of the focus points and the receiver being arranged in the other, or the coupling element for the sensor being in one of the focus points and the coupling element for in the other focus point located the recipient.
Zeichnungendrawings
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt Figur 1 einen Schnitt durch eine Scheibe eines Kraftfahrzeuges, die mit dem optischen Sensor in Form eines Regensensors versehen ist, Figur 2 eine Draufsicht auf die linksseitige oder rechtsseitige Hälfte von Figur 1 entlang der dort eingezeichneten Schnittlinie, Figur 3 eine Draufsicht auf ein weiteres, zu Figur 1 ähnliches Ausführungsbeispiel für einen optischen Sensor in Form eines Regensensors, und Figur 4 den Strahlengang bei einem holografischen Retroreflektor mit zwei Fokuspunkten.The invention is explained in more detail with reference to the drawings and in the description below. 1 shows a section through a window of a motor vehicle which is provided with the optical sensor in the form of a rain sensor, FIG. 2 shows a plan view of the left-hand or right-hand half of FIG. 1 along the section line drawn therein, and FIG. 3 shows a plan view of another FIG. 1 shows an exemplary embodiment similar to an optical sensor in the form of a rain sensor, and FIG. 4 shows the beam path in a holographic retroreflector with two focus points.
Ausführungsbeispieleembodiments
Die Figur 1 zeigt einen Schnitt durch eine Scheibe 21 eines Kraftfahrzeuges, auf der sich einseitig ein Zentralbereich 10 befindet, von dem zwei, in Draufsicht halbkreisförmige e- lektromagnetische Wellen ausgehen, die auf zwei, diesen zugeordnete halbkreisringförmig ausgebildete Sensierbereiche 12 auftreffen, von dort jeweils reflektiert bzw. totalre- flektiert werden, sofern die Scheibe 21 auf deren Oberfläche 20 im Bereich der Sensierbereiche 12 trocken ist, von den Sensierbereichen 12 auf zwei halbkreisringförmige, den Sensierbereichen 12 zugeordnete Retroreflektoren 11 treffen, die in Form von holografischen Retroreflektoren 11 mit zwei Fokuspunkten 22, 23 ausgebildet sind, und von den Retro- reflektoren 11 dann wieder zurück über die Sensierbereiche 12 in den Zentralbereich 10 zurückgeführt werden.FIG. 1 shows a section through a window 21 of a motor vehicle, on one side of which there is a central region 10, from which two electromagnetic waves, which are semicircular in plan view, emanate from two sensor regions 12 which are designed to be semicircular and assigned to them reflected or totally if the disk 21 is dry on its surface 20 in the area of the sensing areas 12, from the sensing areas 12 meet two semicircular retroreflectors 11 assigned to the sensing areas 12, which are designed in the form of holographic retroreflectors 11 with two focal points 22, 23 , and then returned from the retro reflectors 11 back via the sensing areas 12 into the central area 10.
Die Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf Figur 1, wobei lediglich eine Hälfte des Zentralbereiches 10 bzw. einer der beiden halbkreisringförmigen Sensierbereiche 12 und des zugeordneten halbkreisringförmigen Retroreflektors 11 dargestellt ist.FIG. 2 shows a plan view of FIG. 1, only one half of the central area 10 or one of the two semicircular sensing areas 12 and the associated semicircular retroreflector 11 being shown.
Insgesamt bildet der Zentralbereich 10 mit den Sensierbereichen 12, den Retroreflektoren 11 und der mit den elektromagnetischen Wellen beaufschlagten Scheibe 21 somit einen optischen Sensor 5, der auf eine Benetzung der Sensierbereiche 12 und damit der Scheibe 21 sensitiv ist.Overall, the central area 10 with the sensing areas 12, the retroreflectors 11 and the disk 21 exposed to the electromagnetic waves thus forms an optical sensor 5 which is sensitive to wetting of the sensing areas 12 and thus the disk 21.
Insbesondere wird in dem Zentralbereich 10 eine Änderung der Intensität der dorthin zurück reflektierten elektromagnetischen Wellen aus den beiden Sensierbereichen 12 separat voneinander detektiert, sobald sich in mindestens einem der Sensierbereiche 12, beispielsweise durch Ausbildung einer Benetzung durch Regen oder Nebel, die Bedingung für das Auftreten von Totalreflexion der auf die Sensierbereiche 12 einfallenden elektromagnetischen Wellen verändert, d. h. die bei trockener Scheibe 21 gegebene Totalreflexion wird bei nasser Scheibe 21 unterbrochen.In particular, a change in the intensity of the electromagnetic waves reflected back there from the two sensing areas 12 is detected separately in the central area 10 as soon as the condition for the occurrence of, for example by formation of wetting by rain or fog, occurs in at least one of the sensing areas 12 Total reflection of the electromagnetic waves incident on the sensing areas 12 changed, i. H. the total reflection given when the pane 21 is dry is interrupted when the pane 21 is wet.
Der Zentralbereich 10 weist im erläuterten Ausführungsbei- spiel gemäß Figur 1 weiter zwei der Anzahl der Sensierbereiche 12 entsprechende Einkoppelelemente auf, über die die Sensierbereiche 12 mit zwei, jeweils als Sender 13 vorgesehenen, in dem Zentralbereich 10 integrierten Leuchtdioden mit elektromagnetischen Wellen beaufschlagbar sind.In the illustrated embodiment according to FIG. 1, the central area 10 also has two coupling elements corresponding to the number of sensing areas 12, via which the Sensing areas 12 with two light emitting diodes, each provided as a transmitter 13 and integrated in the central area 10, can be acted upon by electromagnetic waves.
An Stelle von zwei Leuchtdioden kann in dem Zentralbereich 10 jedoch auch lediglich eine Leuchtdiode als gemeinsamer Sender 13 für alle Sensierbereiche 12 vorgesehen sein, dem ein üblicher, der Anzahl der Sensierbereiche 12 angepasster Strahlteiler nachgeschaltet ist. Im Übrigen kann der Strahlteiler auch in das Einkoppelelement integriert sein.Instead of two light-emitting diodes, however, only one light-emitting diode can be provided in the central area 10 as a common transmitter 13 for all sensing areas 12, which is followed by a conventional beam splitter which is adapted to the number of sensing areas 12. Otherwise, the beam splitter can also be integrated into the coupling element.
Daneben weist der Zentralbereich 10 gemäß Figur 1 bzw. 2 auch zwei der Zahl der Sensierbereiche 12 entsprechende Zahl von Auskoppelelementen auf, über die die in den Sensierbereichen 12 auftretende Änderung des Messsignals mit zwei separaten, den Auskoppelelementen jeweils zugeordneten, in dem Zentralbereich integrierten Empfängern 14, beispielsweise Fotodioden, detektierbar ist.In addition, the central area 10 according to FIGS. 1 and 2 also has two number of decoupling elements corresponding to the number of sensing areas 12, via which the change in the measurement signal occurring in the sensing areas 12 with two separate receivers 14 which are respectively assigned to the decoupling elements and are integrated in the central area , for example photodiodes, is detectable.
Bevorzugt ist in dem Zentralbereich 10 für jeden Sensierbereich 12 ein separater Empfänger 14 vorgesehen, so dass eine ortsaufgelöste Änderung des Signals, d.h. eine Zuordnung einer Signaländerung zu einem Sensierbereich 12, möglich ist.A separate receiver 14 is preferably provided in the central area 10 for each sensing area 12, so that a spatially resolved change in the signal, i.e. an assignment of a signal change to a sensing area 12 is possible.
Alternativ zu der Anordnung von Sender 13 bzw. Empfänger 14 in den Zentralbereich 10 kann, wie aus DE 199 43 887 AI bekannt, der Sender 13 und/oder der Empfänger 14 jedoch auch außerhalb des Zentralbereiches 10 angeordnet sein. In diesem Fall sind dann Sender 13 und/oder Empfänger 14 über ein Licht führendes Element, beispielsweise einen monomodigen o- der multimodigen Lichtleiter oder ein Bündel derartiger Lichtleiter, mit dem jeweils zugeordneten, in dem Zentralbereich 10 befindlichen Einkoppelelement bzw. Auskoppelelement verbunden . Die Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines optischen Sensors 5 mit drei Sensierbereichen 12 x , die jeweils einen Winkelbereich von ca. 90° erfassen, wobei auch die den drei Sensierbereichen 12 ' zugeordneten drei Retroreflektoren 11 entsprechend kreisringförmig strukturiert sind. Abgesehen von der Zahl und Form der Sensierbereich 12' bzw. der Retroreflektoren 11' sowie der entsprechend angepassten Ausgestaltung des Zentralbereiches 10 ist das Ausführungsbei- spiel gemäß Figur 3 weitgehend analog dem Ausführungsbei- spiel gemäß den Figuren 1 und 2.As an alternative to the arrangement of transmitter 13 or receiver 14 in the central area 10, the transmitter 13 and / or the receiver 14 can also be arranged outside the central area 10, as is known from DE 199 43 887 A1. In this case, transmitters 13 and / or receivers 14 are then connected via a light-guiding element, for example a single-mode or multimode light guide or a bundle of such light guides, to the respective coupling element or coupling element located in the central area 10. FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of an optical sensor 5 with three sensing areas 12 x , each of which detects an angular range of approximately 90 °, the three retroreflectors 11 assigned to the three sensing areas 12 'also being structured in a circular manner. Apart from the number and shape of the sensing area 12 'or the retroreflectors 11' and the correspondingly adapted configuration of the central area 10, the embodiment according to FIG. 3 is largely analogous to the embodiment according to FIGS. 1 and 2.
Eine Weiterführung des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 3 sieht vor, die Sensierbereiche 12 x so auszuformen, dass sie einen Winkelbereich von jeweils 30° bis 120°, insbesondere 60° bis 120°, erfassen. Dabei kann die Anzahl der kreisringförmigen Sektoren bzw. Sensierbereiche 12' abweichend von Figur 3 auch von drei verschieden sein. Bevorzugt liegt die Anzahl der kreisringförmigen Sektoren bzw. Sensierbereiche 12' zwischen zwei und sechs, wobei sie weiter so geformt sind, dass sie einen möglichst großen Winkelbereich, idealerweise 360°, erfassen.A further development of the embodiment of Figure 3 provides for x so form the sensing regions 12 that it up to 120 ° to 120 °, detect an angular range of 30 °, in particular 60 °. In this case, the number of circular sectors or sensing areas 12 ′ can differ from three, in contrast to FIG. 3. The number of circular sectors or sensing areas 12 'is preferably between two and six, wherein they are shaped in such a way that they cover the largest possible angular range, ideally 360 °.
Bevorzugt ist in den vorstehend erläuterten Ausführungsbei- spielen in jedem Fall schließlich vorgesehen, dass die Form der Retroreflektoren 11, 11' an die Form der Sensierbereiche 12, 12' angepasst ist. Besonders bevorzugt entspricht dabei sowohl die Form als auch die Anzahl der Retroreflektoren 11, 11' der Form und Anzahl der Sensierbereiche 12, 12 ' .Finally, it is preferably provided in the exemplary embodiments explained above that the shape of the retroreflectors 11, 11 'is adapted to the shape of the sensing areas 12, 12'. Particularly preferably, both the shape and the number of retroreflectors 11, 11 'correspond to the shape and number of sensing areas 12, 12'.
Die Retroreflektoren 11, 11' gemäß den Figuren 1 bis 3 sind im Übrigen, wie aus DE 199 43 887 AI bekannt, bevorzugt holografische Retroreflektoren 11, 11 x, die auf die Scheibe 21 in Form einer Folie, einer Platte oder einer flachen Glasscheibe aufgeklebt sind. Alternativ können derartige holografische Retroreflektoren 11, 11' aber auch in das Innere oder die Oberfläche der Scheibe 21, beispielsweise bereits während deren Herstellung, integriert worden sein.The retroreflectors 11, 11 'according to FIGS. 1 to 3 are, as is known from DE 199 43 887 A1, preferably holographic retroreflectors 11, 11 x , which are glued to the pane 21 in the form of a film, a plate or a flat glass pane are. Alternatively, such holographic retroreflectors 11, 11 'can also be used inside or the surface of the disk 21, for example, has already been integrated during its manufacture.
Die Auskoppelelemente bzw. Einkoppelelemente, die sich in dem Zentralbereich 10 befinden, werden in bekannter Weise beispielsweise durch einen Krümmer, ein Prisma oder ein Gitter gebildet.The decoupling elements or coupling elements, which are located in the central region 10, are formed in a known manner, for example by a bend, a prism or a grating.
Die Figur 4 erläutert abschließend schematisch die Anordnung von Sender 13 und Empfänger 14 in dem Zentralbereich 10 in Draufsicht, wobei ein Retroreflektor 11, < eingezeichnet ist, der in Form eines Ausschnittes aus einem Ellipsenring ausgeführt ist. Dieser Retroreflektor 11' ' besitzt zwei Fokuspunkte 22, 23, so dass von dem Sender 13 in dem ersten Fokuspunkt 22 ausgehende elektromagnetische Wellen über den nicht dargestellten Sensierbereich 12, 12' und den zugeordneten Retroreflektor 11 > in den zweiten Fokuspunkt 23, und damit an den Ort des Empfängers 14 zurück reflektiert werden.Finally, FIG. 4 schematically explains the arrangement of the transmitter 13 and receiver 14 in the central region 10 in plan view, a retroreflector 11 , <being drawn in, which is designed in the form of a cutout from an ellipse ring. This retroreflector 11 ″ has two focal points 22, 23, so that electromagnetic waves emanating from the transmitter 13 in the first focal point 22 via the sensing region 12, 12 ′ (not shown) and the associated retroreflector 11 > in the second focal point 23, and thus on the location of the receiver 14 can be reflected back.
Hinsichtlich weiterer, an sich bekannter Details zu der Ausführung des optischen Sensors 5 sei im Übrigen auf die Anmeldung DE 199 43 887 AI verwiesen. Insbesondere können die Retroreflektoren 11, 11' , ll1', wie dort beschrieben, auch als Spiegelsegmente oder Hohlspiegelsegmente ausgeführt sein, die die elektromagnetischen Wellen auf das Auskoppelelement bzw. den Empfänger 14 fokussieren. With regard to further details of the design of the optical sensor 5 which are known per se, reference is moreover made to the application DE 199 43 887 A1. In particular, the retroreflectors 11, 11 may be 'll 1', is carried out as described therein as a mirror segments or hollow mirror segments, which focus the electromagnetic waves on the decoupling element or the receiver 14 may.

Claims

Patentansprüche claims
1. Optischer Sensor zur Erfassung einer Benetzung einer 0- berfläche (20) eines Körpers (21) , insbesondere einer Scheibe eines Kraftfahrzeuges, mit mindestens einem Sender (13), mindestens einem Empfänger (14) und mindestens einem Retroreflektor1. Optical sensor for detecting the wetting of a surface (20) of a body (21), in particular a pane of a motor vehicle, with at least one transmitter (13), at least one receiver (14) and at least one retroreflector
(11, 11', ll, x) für elektromagnetische Wellen, wobei die Oberfläche (20) des Körpers (21) einen Sensierbereich (12, 12') aufweist, der von dem mindestens einen Sender (13) ausgehenden, in einem Zentralbereich (10) in den Körper (21) eingekoppelten e- lektromagnetischen Wellen ausgesetzt ist, und die Ausbildung der Benetzung auf dem Sensierbereich (12, 12') eine Änderung des Signals von in dem Zentralbereich (10) in den mindestens einen Empfänger (14) ausgekoppelten elektromagnetischen Wellen bewirkt, und wobei der Retroreflektor (11, 11', ll,λ) derart ausgebildet und angeordnet ist, dass er von der Oberfläche (20) des Körpers (21) reflektierte elektromagnetische Wellen zu der Oberfläche (20) des Körpers (21) und von dort in den Zentralbereich(11, 11 ', ll , x ) for electromagnetic waves, the surface (20) of the body (21) having a sensing area (12, 12') which emanates from the at least one transmitter (13) in a central area ( 10) is exposed to electromagnetic waves coupled into the body (21), and the formation of the wetting on the sensing area (12, 12 ') a change in the signal from in the central area (10) in the at least one receiver (14) causes electromagnetic waves, and wherein the retroreflector (11, 11 ', ll , λ ) is designed and arranged such that it reflects electromagnetic waves reflected from the surface (20) of the body (21) to the surface (20) of the body (21 ) and from there to the central area
(10) zurückführt, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei, über den Zentralbereich (10) mit elektromagnetischen Wellen beaufschlagte Sensierbereiche (12, 12 x ) vorgesehen sind.(10), characterized in that at least two sensing areas (12, 12 x ) are provided, which are exposed to electromagnetic waves via the central area (10).
2. Optischer Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentralbereich (10) mindestens ein Einkoppelelement aufweist, über das die Sensierbereiche (12, 12') mit den von dem mindestens einen Sender (13) ausgehenden elektromagnetischen Wellen beaufschlagbar sind. 2. Optical sensor according to claim 1, characterized in that the central area (10) has at least one coupling element, via which the sensing areas (12, 12 ') can be acted upon by the at least one transmitter (13) emitting electromagnetic waves.
3. Optischer Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentralbereich (10) mindestens ein Auskoppelelement aufweist, über die die in den Sensierbereichen (12, 12 v ) auftretende Änderung des Signals in den mindestens einen Empfänger (14) auskoppelbar sind.3. Optical sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the central region (10) has at least one decoupling element, via which the change in the signal occurring in the sensing regions (12, 12 v ) can be decoupled into the at least one receiver (14) ,
4. Optischer Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sender (13) und/oder der mindestens eine Empfänger (14) in dem Zentralbereich (10) angeordnet sind.4. Optical sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one transmitter (13) and / or the at least one receiver (14) are arranged in the central region (10).
5. Optischer Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (13) mit dem Einkoppelelement und der Empfänger (14) mit dem Auskoppelelement in Verbindung steht.5. Optical sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the transmitter (13) with the coupling element and the receiver (14) is connected to the coupling element.
6. Optischer Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (13) über ein Licht führendes Element mit dem Einkoppelelement und/oder der Empfänger (14) über ein Licht führendes Element mit dem Auskoppelelement in Verbindung steht.6. Optical sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the transmitter (13) via a light-guiding element with the coupling element and / or the receiver (14) via a light-guiding element with the coupling element.
7. Optischer Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensierbereiche (12, 12') fächerförmig, kreissegmentförmig, kreisausschnittförmig oder kreisringförmig ausgebildet sind, oder eine entsprechende, von einer Ellipse ausgehende Flächenform aufweisen.7. Optical sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the sensing areas (12, 12 ') are fan-shaped, circular segment-shaped, circular section-shaped or circular, or have a corresponding surface shape starting from an ellipse.
8. Optischer Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine gerade Anzahl, insbesondere zwei, vier oder sechs, von sich bezüglich des Zentralbereiches (10) paarweise gegenüber liegenden Sensierbereichen (12, 12') vorgesehen sind. 8. Optical sensor according to one of the preceding claims, characterized in that an even number, in particular two, four or six, are provided in pairs with respect to the central region (10) opposite sensor regions (12, 12 ').
9. Optischer Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensierbereiche (12, 12') einen Winkelbereich von jeweils 30° bis 180°, insbesondere 60° bis 120°, erfassen.9. Optical sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the sensing areas (12, 12 ') detect an angular range of 30 ° to 180 °, in particular 60 ° to 120 °.
10. Optischer Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der Retroreflektoren (11, 11', 11'') an die Form der Sensierbereiche (12, 12') oder die Form und die Anzahl der Retroreflektoren (11, 11', 11'') an die Form und die Zahl der Sensierbereiche (12, 12') angepasst ist.10. Optical sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the shape of the retroreflectors (11, 11 ', 11' ') to the shape of the sensing areas (12, 12') or the shape and number of retroreflectors (11, 11 ', 11' ') is adapted to the shape and the number of sensing areas (12, 12').
11. Optischer Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedem der Sensierbereiche (12, 12') ein separater Sender (13) zugeordnet ist, oder dass mehreren Sensierbereichen (12, 12') ein gemeinsamer Sender (13), mit einem nachgeordneten, insbesondere in das Einkoppelelement integrierten, der Zahl der Sensierbereiche (12, 12') entsprechend ausgebildeten Strahlteiler zugeordnet ist.11. Optical sensor according to one of the preceding claims, characterized in that each of the sensing areas (12, 12 ') is assigned a separate transmitter (13), or in that several sensing areas (12, 12') have a common transmitter (13) is assigned a downstream beam splitter, in particular integrated into the coupling element and corresponding to the number of sensing areas (12, 12 ').
12. Optischer Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedem der Sensierbereiche (12, 12') ein separater Empfänger (14) zugeordnet ist.12. Optical sensor according to one of the preceding claims, characterized in that each of the sensing areas (12, 12 ') is assigned a separate receiver (14).
13. Optischer Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehreren Sensierbereichen (12, 12') ein gemeinsamer Empfänger (14) zugeordnet ist.13. Optical sensor according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of sensing areas (12, 12 ') is assigned a common receiver (14).
14. Optischer Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Retroreflektoren (11, 11', 11'') ein holografischer Retroreflektor (11, 11', 11'') ist.14. Optical sensor according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the retroreflectors (11, 11 ', 11' ') is a holographic retroreflector (11, 11', 11 '').
15. Optischer Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Retroreflektoren (11, 11', 11'') zwei Fokuspunkte (22, 23) aufweisen, wobei einer die e- lektromagnetisehen Wellen auf das Einkoppelelement oder den Sender (13) und einer die elektromagnetischen Wellen auf das Auskoppelelement oder den Empfänger (14) abbildet.15. Optical sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the retroreflectors (11, 11 ', 11 '') have two focal points (22, 23), one imaging the electromagnetic waves onto the coupling element or the transmitter (13) and one of the electromagnetic waves onto the coupling element or the receiver (14).
16. Optischer Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht führende Element ein mono- oder multimodiger Lichtleiter, ein Bündel derartiger Lichtleiter oder eine Platte ist. 16. Optical sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the light-guiding element is a mono- or multimode light guide, a bundle of such light guides or a plate.
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