CN101063656A - 光学传感器装置 - Google Patents

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Abstract

一种光学传感器装置(10、10′)，其能够与窗格玻璃(14)连接，特别是与汽车的风挡连接。该装置(10、10′)的传感器单元(12)有发射器(26)、接收器(28)和光电导体结构，该光电导体结构有与发射器(26)相关联的第一菲涅耳透镜(42)和与接收器(28)相关联的第二菲涅耳透镜(44)。菲涅耳透镜(42、44)布置成这样，从发射器(26)发出的发散光束(34)通过第一菲涅耳透镜(42)而平行定向，并作为平行光束(34a)进入窗格玻璃(14)，同时基本不再偏转。平行光束(34a)在窗格玻璃(14)中至少一次反射之后作为平行光束(34b)而从窗格玻璃(14)中出来。光束(34b)通过第二菲涅耳透镜(44)而作为收敛光束撞上接收器(28)。

Description

光学传感器装置
技术领域
本发明涉及一种光学传感器装置，该光学传感器装置能够与窗格玻璃(pane)联接，特别是与汽车的风挡连接，且该光学传感器装置包括传感器单元，该传感器单元有发射器、接收器和光电导体结构，该光电导体结构有与发射器相关联的第一菲涅耳透镜和与接收器相关联的菲涅耳(fresnel)透镜。
背景技术
这种传感器装置主要用作汽车的雨传感器，用于自动起动风挡刮水器。使用普通透镜来影响光线路径需要相对较大的空间，例如在EP1068112B1所示的雨传感器中，透镜朝着风挡倾斜。
通过使用全息传感器可以获得更小类型的结构，例如由WO03/026937A1可知。这些传感器基于光通过衍射元件进行衍射的原理，因此有这样的缺点，即由于固有的原理，有用光的效率明显更小，而对眩光(glare)非常敏感。
最初所述类型的光学传感器装置在DE19608648C1中示出。为了减小在发射器或接收器和光电导体结构之间的距离，提出了使光电导体结构的光进口和出口区域构成为菲涅耳透镜。由于复杂的光电导体结构，该装置仍然需要非常大的结构空间，该光电导体结构需要垂直于风挡布置载有发射器和接收器的印刷电路板。
发明内容
本发明的目的是提供一种光学传感器装置，该光学传感器装置只需要较小的空间，但是能够扫描窗格玻璃上的足够大的区域(传感器区域)。
这通过最初所述类型的光学传感器装置来实现，其中，菲涅耳透镜布置成这样，从发射器发出的发散光束通过第一菲涅耳透镜而平行定向，并作为平行光束进入窗格玻璃，而基本不再偏转。平行光束在窗格玻璃中至少一次反射之后作为平行光束而从窗格玻璃中出来。光束通过第二菲涅耳透镜而作为收敛光束撞上接收器。本发明基于这样的发现：通过以合适的倾斜进入窗格玻璃的平行定向的光束将产生相对较大的传感器区域。在平行光束从窗格玻璃中出来之后，该平行光束再聚焦在接收器上。与普通透镜相比，菲涅耳透镜具有更小厚度，因此它们能够构成得使得光束倾斜地进入窗格玻璃和从窗格玻璃中出来，并有平行于窗格玻璃的节省空间的结构。
优选是，菲涅耳透镜构成和布置成这样，即平行光束分别以大约45°角进入窗格玻璃或从窗格玻璃中出来。
两个菲涅耳透镜布置成彼此相邻且形成为一件的实施例特别有利于制造和装配本发明的传感器装置。特别是，两个菲涅耳透镜可以形成于板中，该板的前侧面有菲涅耳台阶，且该板布置得使得它的前侧面朝着发射器或接收器。除了简化透镜的制造(其中，只需要在合适的光学材料的平行六面体板中加工出所需的菲涅耳台阶)，两个菲涅耳透镜的彼此相对结构能够可靠地预设，且在装配过程中或在安装状态下由于机械效用而不能发生变化。从附属权利要求中可以明显看出本发明的光学传感器装置的其它优点和适当的变化。
附图说明
下面将参考附图介绍本发明的两个示例实施例，附图中：
图1是本发明第一实施例的光学传感器装置的俯视图；
图2是沿图1中的线A-A的剖视图；以及
图3是本发明第二实施例的光学传感器装置的俯视图。
具体实施方式
在图1中表示了本发明第一实施例的光学传感器装置10，它有两个类似的传感器单元12，以便检测窗格玻璃的润湿情况。下面介绍的传感器装置10用作雨传感器，它安装在汽车的风挡14(见图2)上。在图1的视图中省略了传感器装置10的一些部件，以便强调光撞击区域16、18、20(后面将更详细介绍)。
传感器单元12的基本结构可以由图2的剖视图看出。用于各传感器单元12的、具有发射器26和接收器28的印刷电路板24装入壳体22中，该壳体22在一侧开口。在传感器装置10的安装状态下，即当传感器装置10安装在风挡14上时，风挡14和印刷电路板24定位成基本相互平行。光电导体结构(其主要部件是透镜板30)布置在印刷电路板24和风挡14之间。壳体22和印刷电路板24通过连接器32而固定在风挡14上。
发射器26发射特定频率范围的光。术语“光”并不局限于可见光，而是还可以包括例如在红外线范围内的辐射。光从发射器26发射，并作为发散光束34而被引向透镜板30的第一局部部分。接收器28与发射器26协调，并根据所记录的光的入射而向估计元件(未示出)发射信号。
透镜板30基本为平行六面体形状，且布置成平行于风挡14。透镜板30具有朝着风挡14的基本平的后侧面36。透镜板30的、朝着发射器26或接收器28的前侧面38有菲涅耳台阶40。透镜板30能够分成几个部分。前述第一局部部分形成非球面的第一菲涅耳透镜42，该第一菲涅耳透镜42的光轴相对于风挡14倾斜大约45°。透镜板30的第二局部部分形成非球面的第二菲涅耳透镜44，该第二菲涅耳透镜44的光轴沿相反方向倾斜，同样相对于风挡14大致为45°。两个菲涅耳透镜42、44构成得彼此镜像对称。从由适当光学材料形成的平行六面体形状的板开始，只需要在它的前侧面稍微进行变化以便形成所需的菲涅耳台阶40，用于制造菲涅耳透镜42、44。
在所示实施例中，连接器32由透明、弹性且基本扁平的介质而形成，该介质在由发射器26发射的光的频率范围中没有任何明显的折射特征。
工作时，由发射器26朝着透镜板30发射的发散光束34撞上第一菲涅耳透镜42(图1中的光撞击区域16)。第一菲涅耳透镜42用于使光束34射线的方向基本平行。因此，该射线作为平行方向的光束34a而通过连接器32进入风挡14。进入角α为大约45°。光束34a在风挡14中完全反射，光线的方向保持平行。平行地进入风挡的光束34a的撞击区域(图1中的光撞击区域18)确定了传感器区域46，即风挡14的、通过各传感器单元12来检查润湿情况的区域。
由于连接器32和透镜板30的对称结构，光束在风挡14上完全反射之后的射线路径与前述射线路径对称。这意味着，反射的平行光束34b通过连接器32而以大约45°的离开角β从风挡14中出来，并进入透镜板30的第二局部部分(图1中的光撞击区域20)，且第二菲涅耳透镜44使得光束34b聚焦在接收器28上。
在连接器的变化形式(未示出)中，连接器有刚性元件，具有朝着风挡14的后侧面和朝着光电导体结构的前侧面。后侧面适应风挡14的形状(即它基本扁平)，并通过粘接剂而固定在风挡14上。前侧面有连接区域，该连接区域定向得垂直于光束的平行方向。这时，光电导体结构有后侧面，该后侧面适应刚性连接器元件的前侧面，并与它连接。
为了更好地进行信号估计，对来自传感器单元对的接收器28的信号在估计单元中进行减法运算。这也适用于属于传感器单元10的任意其它对传感器单元12。
在图3中表示了根据本发明又一发展形式的传感器装置10′的第二实施例。除了用于检测风挡14的润湿情况的传感器单元12，这里还提供了附加的日光传感器单元48。日光传感器单元48有光接收器50和光电导体结构，该光电导体结构在任何情况下都有另一菲涅耳透镜(图3中未示出)，该菲涅耳透镜根据前述菲涅耳透镜42、44来构造和布置。日光传感器单元48的各菲涅耳透镜将来自环境的确定区域52的光显示在相应的光接收器50上。这样，功能扩展成这样，即通过紧凑结构的传感器装置10′，除了能够自动起动风挡刮水器，还能够自动控制前灯。
在所有实施例中，基本能够在单个透镜板中构成多个或者甚至全部菲涅耳透镜。

Claims (14)

1.一种光学传感器装置(10、10′)，它能够与窗格玻璃(14)连接，特别是与汽车的风挡连接，
该装置包括传感器单元(12)，该传感器单元有发射器(26)、接收器(28)和光电导体结构，该光电导体结构有与发射器(26)相关联的第一菲涅耳透镜(42)和与接收器(28)相关联的第二菲涅耳透镜(44)，
其特征在于：菲涅耳透镜(42、44)布置成这样，从发射器(26)发出的发散光束(34)通过第一菲涅耳透镜(42)而平行定向，并作为平行光束(34a)进入窗格玻璃(14)，同时基本不再偏转；
平行光束(34a)在窗格玻璃(14)中至少一次反射之后作为平行光束(34b)而从窗格玻璃(14)中出来；以及
光束(34b)通过第二菲涅耳透镜(44)而作为收敛光束撞上接收器(28)。
2.根据权利要求1所述的光学传感器装置，其特征在于：菲涅耳透镜(42、44)构成和布置成这样，平行光束(34a、34b)分别以大约45°角(α、β)进入窗格玻璃(14)或从窗格玻璃中出来。
3.根据权利要求1或2所述的光学传感器装置，其特征在于：两个菲涅耳透镜(42、44)彼此镜像对称。
4.根据前述任意一个权利要求所述的光学传感器装置，其特征在于：两个菲涅耳透镜(42、44)布置成彼此相邻且形成为一件。
5.根据前述任意一个权利要求所述的光学传感器装置，其特征在于：两个菲涅耳透镜(42、44)形成于板(30)中，该板(30)的前侧面(38)有菲涅耳台阶(40)，且该板(30)布置得使得板(30)的前侧面(38)朝着发射器(26)或接收器(28)。
6.根据权利要求5所述的光学传感器装置，其特征在于：板(30)的后侧面(36)基本扁平，并朝着窗格玻璃(14)。
7.根据前述任意一个权利要求所述的光学传感器装置，其特征在于：光电导体结构通过连接器(32)而安装在窗格玻璃(14)上。
8.根据权利要求7所述的光学传感器装置，其特征在于：连接器(32)由透明、弹性且基本扁平的介质而形成。
9.根据权利要求7所述的光学传感器装置，其特征在于：连接器有刚性元件，该刚性元件有朝着窗格玻璃(14)的后侧面和朝着光电导体结构的前侧面，后侧面基本扁平，而前侧面有连接区域，该连接区域形成得垂直于光束(34a、34b)的平行方向。
10.根据权利要求9所述的光学传感器装置，其特征在于：光电导体结构有与连接器(32)的刚性元件的前侧面相适应的后侧面。
11.根据前述任意一个权利要求所述的光学传感器装置，其特征在于：发射器(26)和接收器(28)布置在印刷电路板(24)上，该印刷电路板(24)定向成基本平行于窗格玻璃(14)。
12.根据前述任意一个权利要求所述的光学传感器装置，其特征在于：该装置包括偶数个传感器单元(12)和一个估计单元，对由各对传感器单元(12)的接收器(28)发出的两个信号在估计单元中进行减法运算。
13.根据前述任意一个权利要求所述的光学传感器装置，其特征在于：至少一个附加的日光传感器单元(48)装于传感器装置(10′)的壳体(22)中，日光传感器单元(48)有光接收器(50)和光电导体结构，该光电导体结构还有另一菲涅耳透镜，该菲涅耳透镜将来自环境的确定区域(52)的光显示在光接收器(50)上。
14.根据权利要求13所述的光学传感器装置，其特征在于：所述另一菲涅耳透镜以及第一和第二菲涅耳透镜(42、44)中的至少一个形成于相同平面(30)中。
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