DE10214572A1

DE10214572A1 - Niederschlags-Sensor

Info

Publication number: DE10214572A1
Application number: DE10214572A
Authority: DE
Inventors: Hirotsugu Ishino; Masao Tokunaga
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-04-02
Filing date: 2002-04-02
Publication date: 2002-11-07
Anticipated expiration: 2022-04-03
Also published as: US20020139944A1; US6627910B2; JP4374795B2; JP2002296363A; DE10214572B4

Abstract

Es wird ein Niederschlags-Sensor angegeben, der ein Prisma, das an einer frontseitigen Windschutzscheibe festgeklebt wird, einen Strahlsender und einen Strahlempfänger aufweist. Das Prisma hat eine eintrittsseitige Prismenwand, eine Verbindungswand und eine austrittsseitige Prismenwand. Die eintrittsseitige Prismenwand des Prismas richtet das von dem Strahlsender ausgesendete Licht parallel, indem es an einer konvexen Linsenfläche gebrochen wird. Das parallelgerichtete Licht wird von einer parabolischen Außenfläche der Prismenwand in Richtung auf die Innenfläche der Windschutzscheibe reflektiert. Die parallelen Strahlen, die von der Innenfläche der frontseitigen Windschutzscheibe reflektiert werden, werden von einer parabolischen Außenfläche der austrittsseitigen Prismenwand reflektiert und dann auf den Strahlempfänger durch eine konvexe Linsenfläche der Prismenwand fokussiert. Die konvexen Formen der Linsenflächen bilden Bogen, deren Zentren auf den Strahlsender und den Strahlempfänger jeweils ausgerichtet sind.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Niederschlags-Sensor, der für die Ver wendung in Fahrzeugen geeignet ist.

Es sei zunächst Fig. 5 betrachtet. Ein typischer Niederschlags-Sensor für die Ver wendung in Fahrzeugen ist an der Innenfläche einer frontseitigen Windschutzscheibe W eines Kraftfahrzeugs installiert und detektiert optisch das Vorhandensein oder Fehlen von Niederschlag. Der Niederschlags-Sensor hat ein Prisma 1, einen Strahlsender 2 und einen Strahlempfänger 3. Das Prisma 1 ist an der Innenseite der frontseitigen Wind schutzscheibe W in der dargestellten Weise angeordnet und enthält einen Prismenkör per 1c, der mit plankonvexen Linseneinheiten 1a, 1b einstückig verbunden ist, die auf der rechten und der linken Seite angeformt sind. Der Strahlsender 2 und der Strahlempfänger 3, die durch eine Schaltungsträgerplatte 4 gehalten werden, die unmit telbar oberhalb des Prismas 1 gelegen ist, stehen den plankonvexen Linseneinheiten 1a und 1b gegenüber. Eine Steuerschaltung 5 ist auf der Schaltungsträgerplatte 4 montiert.

In dem Niederschlags-Sensor von Fig. 5 richtet die plankonvexe Linseneinheit 1a das von dem Strahlsender 2 ausgesendete Licht parallel und führt es in den Prismenkör per 1c ein. Das auf den Prismenkörper 1c treffende Licht tritt in die plankonvexe Lin seneinheit 1b ein, nachdem es mehrmals, wie in der Zeichnung durch Pfeile angedeutet ist, zwischen der Außenfläche der frontseitigen Windschutzscheibe W und der mittleren Wand des Linsenkörpers 1c reflektiert worden ist. Die plankonvexe Linseneinheit 1b fokussiert das von dem Prismenkörper 1c her eintreffende Licht und führt das Licht zu dem Strahlempfänger 3.

Zur Ausdehnung des Bereiches, der für das Detektieren von Niederschlag ver wendet wird, besitzt ein solcher Niederschlags-Sensor einen optischen Weg für das Sen sorlicht, derart, daß das Licht mehrere Male zwischen dem Prisma 1 und der frontseiti gen Windschutzscheibe W reflektiert wird. Zu diesem Zwecke sind der Strahlsender 2 und der Strahlempfänger 3 jenseits der rechten und linken Enden des Prismas 1 mon tiert. Somit sind die Abmessungen des Niederschlags-Sensors in seitlicher Richtung verhältnismäßig groß. Der Bereich zum Detektieren von Niederschlag ist jedoch zu klein, selbst wenn das Licht mehrere Male zwischen dem Prisma 1 und der frontseitigen Windschutzscheibe W auf seinem optischen Weg reflektiert wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Niederschlags-Sensor zu schaffen, bei welchem ein Prisma so geformt ist, daß der Bereich für das Detektieren von Niederschlag ausgedehnt wird, und daß der Strahlsender und der Strahlempfänger zwischen dem rechten und dem linken Ende des Prismas installiert werden kann.

Ein Niederschlags-Sensor gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung be sitzt ein Prisma (20), das an einer Innenseite einer Windschutzscheibe (W) zu montieren ist, sowie einen Strahlsender (40) und einen Strahlempfänger (50). Das Prisma ist so konstruiert und angeordnet, daß es an einer Innenfläche der Windschutzscheibe befestigt werden kann. Das Prisma ist aus einem optisch transparenten Material einstückig gefer tigt und enthält eine Verbindungswand, die an der Innenfläche der Windschutzscheibe festklebbar ist, sowie eine eingangsseitige Prismenwandung, die so angeordnet ist, daß sie benachbart der Innenfläche der Windschutzscheibe liegt, wenn der Sensor installiert ist. Die eintrittsseitige Prismenwand enthält eine konvexe eintrittsseitige Linsenoberflä che, welche auf einer Innenfläche gebildet ist, und die eintrittsseitige Linsenfläche weist cine optische Achse auf, die gegenüber der Innenfläche der Windschutzscheibe geneigt ist, wenn das Gerät eingebaut ist, derart, daß sich die optische Achse von der eintritts seitigen Prismenwand von der Windschutzscheibe weg erstreckt. Die eintrittsseitige Linsenoberfläche bildet einen Bogen in einer Ebene parallel zur Ebene der Windschutz scheibe, und der Mittelpunkt des Bogens liegt in einer eintrittsseitigen Brennpunktebene, welche normal zur Ebene der Windschutzscheibe ist. Die eintrittssei tige Prismenwand enthält weiter eine parabolische eintrittsseitge Außenfläche, und der Brennpunkt der parabolischen eintrittsseitigen Außenfläche liegt in der eintrittsseitigen Brennpunktebene.

Das Prisma enthält weiterhin eine austrittsseitige Prismenwand, die so angeordnet ist, daß sie benachbart der Innenfläche der Windschutzscheibe liegt, wenn der Sensor installiert ist, wobei die austrittsseitige Prismenwand und die eintrittsseitige Prismen wand einander gegenüberstehen und die Verbindungswand zwischen sich einschließen. Die austrittsseitige Prismenwand enthält eine konvexe austrittsseitige Linsenoberfläche, welche im Allgemeinen der eintrittsseitigen Linsenoberfläche gegenüberliegt, und die austrittsseitige Linsenoberfläche hat eine optische Achse, die gegenüber der Wind schutzscheibe geneigt ist, so daß die optische Achse sich von der austrittsseitigen Lin senoberfläche von der Innenfläche der Windschutzscheibe weg erstreckt. Die austritts seitige Linsenoberfläche bildet einen Bogen in einer Ebene parallel zur Ebene der Windschutzscheibe, und der Mittelpunkt des Bogens liegt in einer austrittsseitigen Brennpunktebene, die normal zu der Ebene der Windschutzscheibe ist. Die austrittssei tige Prismenwand enthält eine parabolische äußere Fläche, und der Brennpunkt der pa rabolischen Außenfläche liegt in der austrittsseitigen Brennpunktebene.

Der Sensor enthält weiter einen Strahlsender, von welchem ein lichtemittierender Teil durch die eintrittsseitige Brennpunktebene geschnitten wird. Der Strahlsender ist auf der optischen Achse der eintrittsseitigen Linsenoberfläche gelegen und ist von der eintrittsseitigen Linsenoberfläche in der Richtung der eintrittsseitigen Prismenwand derart beabstandet, daß das Licht, das von dem Lichtsender emittiert wird, durch die eintrittsseitige Linsenoberfläche gebrochen wird, so daß das Licht, das die eintrittssei tige Linsenoberfläche vom Strahlsender her kommend durchtritt, durch die eintrittssei tige Prismenwand in paralleler Weise übertragen wird. Wenn der Sensor montiert ist, tritt paralleles Licht, das von der eintrittsseitigen Prismenwand übertragen wird, in die Windschutzscheibe ein und wird von der Windschutzscheibe zu der austrittsseitigen Prismenwand reflektiert.

Der Sensor enthält weiterhin einen Strahlempfänger, von welchem ein lichtempfangender Teil durch die austrittsseitige Brennpunktebene geschnitten wird. Der Strahlempfänger ist auf der optischen Achse der austrittsseitigen Linsenfläche gele gen und ist von der austrittsseitigen Linsenfläche in der Richtung der eintrittsseitigen Prismenwand beabstandet, so daß Licht, das durch die Prismenwand von dem Strahlsen der übertragen wird, durch die austrittsseitige Linsenfläche gebrochen wird und auf den Strahlempfänger fokussiert wird.

Wie oben beschrieben ist die eintrittsseitige Linsenfläche konvex und bogenför mig. Das von dem Strahlsender zur Linsenfläche ausgesendete Licht trifft auf die ganze Oberfläche der Linsenfläche als einfallende Strahlung. Das parallele Licht, das von der Linsenfläche in die Prismenwand eintritt, breitet sich zu der Außenfläche parallel von dem gesamten Bereich der Linsenfläche weg aus.

Wenn folglich das parallele Licht, das in der eintrittsseitigen Prismenwand 20b in Richtung auf die eintrittsseitige parabolische Außenfläche verläuft, durch die paraboli sche Außenfläche reflektiert wird, dann verläuft das durch die Außenfläche reflektierte Licht als eine Lichtebene in der Prismenwand in Richtung auf die Verbindungswand, da die Außenfläche eine parabolische Form hat.

Die planaren einfallenden Lichtstrahlen breiten sich parallel in Richtung auf die Verbindungswand und zu der ausgangsseitigen Prismenwand aus, nachdem sie durch die Innenfläche der frontseitigen Windschutzscheibe reflektiert worden sind. Wenn das parallele Licht durch die austrittsseitige parabolische Außenfläche der ausgangsseitigen Prismenwand reflektiert wird, verläuft das durch die austrittsseitige Außenfläche reflek tierte Licht parallel in Richtung auf die Linsenfläche, da die Außenfläche, wie oben ge sagt, eine parabolische Gestalt hat. Dann wird das parallel gerichtete Licht, das sich zu der ausgangsseitigen Linsenfläche ausbreitet, durch die gesamte Linsenfläche gebrochen und auf den Strahlempfänger fokussiert.

Aufgrund der obigen Struktur des optischen Weges für das von dem Strahlsender ausgesendete Licht ist die Niederschlags-Detektorfläche verhältnismäßig groß, obwohl der Strahlsender und der Strahlempfänger zwischen den parabolischen Außenflächen des Prismas angeordnet sind, und die Abmessungen des Niederschlags-Sensors sind ver hältnismäßig klein. Dies beruht darauf, daß das Sensorlicht, das durch die Verbin dungswand verläuft und in die frontseitige Windschutzscheibe längs des optischen We ges eintritt, wesentlich zweidimensional erweitert ist. Auch ist der Abfall des Sensor lichtes niedrig, da das Licht nur einmal von der Innenfläche der frontseitigen Wind schutzscheibe reflektiert wird. Somit wird der Wirkungsgrad der Lichtübertragung ver bessert.

In dem Sensor schneiden einander die optischen Achsen vorzugsweise unter rechten Winkeln, wobei der Einfallswinkel des parallelen Lichtes auf der Außenfläche der eintrittsseitigen Prismenwand 45 Grad beträgt und der Einfallswinkel des parallelen Lichtes auf der Außenfläche der ausgangsseitigen Prismenwand 45 Grad beträgt.

Gemäß einem anderen Aspekt wird durch die Erfindung ein Niederschlags-Sensor geschaffen, der so gebaut ist, daß er an der Innenfläche einer Windschutzscheibe befestigt werden kann. Der Sensor enthält einen Lichtstrahlsender, einen Lichtstrahlempfänger und ein Prisma. Das Prisma enthält eine eintrittsseitige Linsen oberfläche, und die eintrittsseitige Linsenoberfläche ist in einer Ebene, die parallel zur Ebene der Windschutzscheibe orientiert ist, konkav, und ist konvex in einer Ebene, die normal zur Ebene der Windschutzscheibe orientiert ist. Die eintrittsseitige Linsenober fläche ist dem Lichtstrahlsender und dem Lichtstrahlempfänger zugekehrt. Der Sensor enthält weiter eine austrittsseitige Linsenoberfläche, und die austrittsseitige Linsenober fläche ist in einer Ebene, die parallel zur Ebene der Windschutzscheibe orientiert ist, konkav, und in einer Ebene, die normal zur Ebene der Windschutzscheibe orientiert ist, konvex. Die eintrittsseitige Linsenoberfläche ist dem Lichtstrahlsender und dem Licht strahlempfänger zugekehrt.

Die Bezugssymbole in Klammem sind beispielsweise angegeben und beziehen sich auf die jeweilige besonderen Teile der dargestellten Ausführungsform, welche nachfolgend beschrieben wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

In den Zeichnungen stellen dar:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht, die einen Niederschlags-Sensor nach der vor liegenden Erfindung wiedergibt;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Prismas des Sensors nach Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische Querschnittsdarstellung des Niederschlags-Sensors nach Fig. 1, wobei aus Gründen besserer Darstellung Teile abgenommen sind;

Fig. 4 eine Aufsicht auf das Prisma; und

Fig. 5 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Niederschlags-Sensors nach dem Stande der Technik in Anordnung an der Innenfläche einer frontseitigen Windschutzscheibe.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sei unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 beschrieben. Fig. 1 zeigt einen Niederschlags-Sensor S gemäß der vorliegenden Erfindung, welcher zur Verwendung an der frontseitigen Windschutz scheibe W eines Kraftfahrzeugs geeignet ist. Der Niederschlags-Sensor S ist mit einer automatischen Wischer-Steuereinrichtung für einen Windschutzscheibenwischer oder für eine Gruppe von Windschutzscheibenwischern (nicht dargestellt) verbunden.

Der Niederschlags-Sensor S ist an der Innenseite einer frontseitigen Windschutz scheibe W so montiert, daß er mindestens einen Teil der von dem Scheibenwischer be arbeiteten Wischfläche abdeckt. Der Niederschlags-Sensor S detektiert optisch Regen tropfen auf dem Wischbereich auf der frontseitigen Windschutzscheibe W und sendet dann das Detektionsergebnis an die automatische Wischersteuerung.

Es sei Fig. 1 betrachtet. Der Niederschlags-Sensor S hat ein Prisma 20 in einem lichtdichten oder undurchsichtigen Gehäuse 10. Der Boden 21 des Prismas 20 ist an der Innenseite (im Wischbereich) der frontseitigen Windschutzscheibe W mit einer durch sichtigen Klebstoffschicht 30 festgeklebt, so daß die Öffnung 11 des Gehäuses 10 der Windschutzscheibe W zugekehrt ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel entsprechen die rechte und die linke Seite des Niederschlags-Sensors S in Fig. 1 der rechten bzw. der linken Seite des Kraftfahrzeugs.

Es sei weiterhin Fig. 1 betrachtet. Der Niederschlags-Sensor S weist einen Strahl sender 40 und einen Strahlempfänger 50 auf. Der Strahlsender 40 und der Strahlempfänger 50 haben Abstand voneinander und sind an einem mittleren Teil der Unterseite einer Schaltungsträgerplatte 60 angeordnet. Die Schaltungsträgerplatte 60 ist an dem Gehäuse 10 befestigt und parallel zur oberen Wand 12 des Gehäuses 10 orien tiert. Das von dem Strahlsender 40 emittierte Licht ist auf eine eintrittsseitige Linsenflä che 26 gerichtet, die später beschrieben wird, und das durch den Strahlempfänger 50 aufgenommene Licht kommt von einer austrittsseitigen Linsenfläche 27, die ebenfalls weiter unten beschrieben wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Strahl sender 50 eine lichtemittierende Diode, und der Strahlempfänger 50 ist eine Photodiode. Eine integrierte Schaltung 70 (integriertes Chip), die aus einem Halbleiterchip gefertigt ist, ist auf der Schaltungsträgerplatte 60 angeordnet. Die integrierte Schaltung 70 speist den Strahlsender 40 und verarbeitet die Ausgangssignale, die durch den Strahlempfänger 50 geliefert werden.

Die Einzelheiten des Prismas 20 und seine Beziehung zu dem Strahlsender 40 und dem Strahlempfänger 50 sind folgendermaßen anzugeben. Es sei hier auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen. Das Prisma 20 hat eine Verbindungswand 20a, eine eintrittsseitige Prismenwand 20b und eine austrittsseitige Prismenwand 20c, welche als ein einstücki ges Bauteil ausgeführt sind. Der Querschnitt des Prismas ist eckig U-förmig, und das Prisma ist aus einem Kunstharz hoher Transparenz gegenüber dem Licht gefertigt, das von dem Strahlsender 40 ausgesendet wird. Die Verbindungswand 20a ist ein Quader, dessen Bodenfläche den Boden 21 des Prismas 20 zusammen mit den Bodenflächen der eintrittsseitigen Prismenwand 20b und der austrittsseitigen Prismenwand 20c bildet. Die Ausdrücke "oben" und "unten", wie sie in der vorliegenden Beschreibung verwendet werden, beziehen sich auf die Lagen in den Zeichnungsfiguren und beziehen sich nicht auf die Orientierung des Gerätes, wenn es eingebaut ist und sich in Gebrauch befindet.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 4 ist festzustellen, daß die eintrittsseitige Prismenwand 20b und die austrittsseitige Prismenwand 20c, welche die Verbindungs wand 20a zwischen sich einschließen, über die obere Fläche der Verbindungswand 20a hinausragen. Die eintrittsseitige Prismenwand 20b besitzt eine Innenfläche 22 und eine obere Fläche 23, die senkrecht zueinander orientiert sind, und die austrittsseitige Pris menwand 20c weist eine innere Fläche 24 und obere Fläche 25 auf, welche ebenfalls senkrecht zueinander orientiert sind. Die Innenfläche 22 der eintrittsseitigen Prismen wand 20b steht der Innenfläche 24 der austrittsseitigen Prismenwand 20c gegenüber. Die Innenflächen 22 und 24 stehen senkrecht zur oberen Fläche der Verbindungswand 20a und haben Abstand voneinander. Die obere Fläche 23 der eintrittsseitigen Prismen wand 20b ist auf demselben Niveau gelegen, wie die obere Fläche 25 der austrittsseiti gen Prismenwand 20c.

Die eintrittsseitige Prismenwand 20b hat eine eintrittsseitige Linsenfläche 26, die dem Strahlsender 40 gegenüberliegt, wobei diese Linsenfläche nahe der Ecke gelegen ist, wo die innere Fläche 22 auf die obere Fläche 23 trifft. Eine Verschneidung der ein trittsseitigen Linsenfläche 26 mit einer Ebene parallel zur Windschutzscheibe bildet einen Bogen. Der Bogen hat einen Radius R, und der Mittelpunkt des Bogens liegt auf einer Brennpunktlinie 40a, die normal zu der Ebene der Windschutzscheibe orientiert ist, wie man aus den Fig. 1 und 4 ersieht, und trifft auf den lichtemittierenden Teil des Strahlsenders 40. Somit ist die eintrittsseitige Linsenfläche 26 in einer Ebene parallel zur Ebene der Windschutzscheibe W konkav. Die eintrittsseitige Linsenfläche 26 ist in einer Ebene normal zur Ebene der Windschutzscheibe W konvex, wie man aus Fig. 1 ersieht, da die Querschnittsebene von Fig. 1 normal zur Ebene der Windschutzscheibe W gelegt ist. Der Boden oder untere Teil der eintrittsseitigen Linsenfläche verschneidet sich mit der oberen Fläche 20a der Verbindungswand unter einem rechten Winkel, und der Radius R ist ein Minimum, wenn R in der Ebene der Fläche 20a gelegen ist.

Die Lage des Brennpunktes der eintrittsseitigen Linsenfläche 26 ist so eingestellt, daß das von dem Strahlsender 40 ausgesendete Licht durch die eintrittsseitige Linsen fläche 26 parallel gerichtet wird und dann durch die eintrittsseitige Prismenwand 20b verläuft. Der Radius R verändert sich in Vertikalrichtung von Fig. 1, und der minimale Abstand zwischen dem Strahlsender 40 und der eintrittsseitigen Linsenfläche 26 tritt auf der Achse P auf ( dies ist die optische Achse der eintrittsseitigen Linsenfläche 26 in der Querschnittsdarstellung von Fig. 1). Somit entspricht die Verschneidung der eintritts seitigen Linsenfläche 26 mit der Querschnittsebene von Fig. 1 einem Viertel eines Kreises, und der obere Teil der eintrittsseitigen Linsenfläche 26 liegt auf demselben Niveau wie die obere Fläche 23 des Prismas, und der untere Teil der eintrittsseitigen Linsenfläche liegt in derselben Ebene wie die innere Fläche 24 (siehe Fig. 1).

Die austrittsseitige Prismenwand 20c hat eine austrittsseitige Linsenfläche 27, die dem Strahlempfänger 50 gegenübersteht, nahe der Ecke, an der sich die innere Fläche 24 mit der oberen Fläche 25 trifft. Die Verschneidung der austrittsseitigen Linsenfläche 27 mit einer Ebene, welche parallel zur Ebene der Windschutzscheibe W ist, bildet ei nen Bogen, dessen Radius mit r zu bezeichnen ist. Die austrittsseitige Linsenfläche 27 ist also in einer Ebene parallel zur Ebene der Windschutzscheibe konkav, wie man aus Fig. 4 ersieht. Die Mitte des Bogens liegt auf einer austrittsseitigen Brennpunktlinie 50a, welche den lichtempfangenden Teil des Strahlempfängers 50 schneidet, und ist normal zur Ebene der Windschutzscheibe, wie aus den Fig. 1 und 4 zu ersehen ist. Die austrittsseitige Linsenfläche 27 ist in einer Querschnittsebene, welche normal zur Ebene der Windschutzscheibe W ist, konvex, wie man aus Fig. 1 erkennt.

Die Lage des Brennpunktes der austrittsseitigen Linsenfläche 27 ist so eingestellt, daß paralleles Licht von der austrittsseitigen Linsenfläche 27 gebrochen und auf den lichtempfangenden Teil des Strahlempfängers 50 fokussiert wird. Der Radius r ändert sich in vertikaler Richtung von Fig. 1, und der minimale Abstand zwischen dem Strahlempfänger 50 und der austrittsseitigen Linsenfläche 27 tritt längs der Achse Q (optische Achse der austrittsseitigen Linsenfläche 27 in dem Querschnitt der austritts seitigen Prismenwand 20c von Fig. 1 auf, der das Zentrum Q1 der bogenförmigen Ober fläche der austrittsseitigen Linsenfläche 27 und den lichtempfangenden Bereich des Strahlempfängers 50 miteinander verbindet. Die Bogenform der austrittsseitigen Linsen fläche 27 entspricht also einem Viertelkreis, und das obere Ende der austrittsseitigen Linsenfläche 27 liegt auf demselben Niveau wie die obere Fläche 25 des Prismas, während der untere Teil des Bogens in derselben Ebene wie die innere Fläche 24 des Prismas liegt (siehe Fig. 1).

Der Querschnitt der Prismenwände 20b, 20c ist jeweils symmetrisch mit Bezug auf die Mittellinie C in Fig. 1. Der Strahlsender 40 und der Strahlempfänger 50 liegen ebenfalls symmetrisch mit Bezug auf die Mittellinie C. Die Achsen P und Q verschnei den sich unter einem rechten Winkel in der Querschnittsdarstellung des Niederschlags- Sensors S gemäß Fig. 1.

Die eintrittsseitige Prismenwand 20b hat eine eintrittsseitige parabolische Außen fläche 28, und die austrittsseitige Prismenwand 20c hat eine austrittsseitige parabolische Außenfläche 29, wie aus Fig. 2 hervorgeht. Die eintrittsseitige und die austrittsseitige Außenfläche 28 bzw. 29 sind symmetrisch mit Bezug auf die Mittellinie D von Fig. 4. Die Gestalt der eintrittsseitigen parabolischen Außenfläche 28 ist so festgelegt, daß die parallelen Lichtstrahlen, die von der eintrittsseitigen Linsenfläche 26 in die eintrittssei tige Prismenwand 20b eintreten, durch die Außenfläche 28 in eine Richtung senkrecht zu der Linie D gemäß Fig. 4 reflektiert werden.

Zur genaueren Behandlung ist zu Fig. 4 zu bemerken, daß diese zueinander senk rechte Achsen X und Y enthält. Der Brennpunkt der eintrittsseitigen parabolischen Au ßenfläche 28 ist ein eintrittsseitiger Brennpunkt F. Der eintrittsseitige Brennpunkt F lieet in einer Ebene (der eintrittsseitigen Brennpunktebene), welche parallel zu der In nenfläche 22 der eintrittsseitigen Prismenwand 20b und senkrecht zur Ebene der Wind schutzscheibe ist. Es sei bemerkt, daß die eintrittsseitige Brennpunktebene die lichtemittierende Fläche des Strahlsenders 40 enthält. Das bedeutet bezüglich der Dar stellung von Fig. 4, daß der eintrittsseitige Brennpunkt F und der lichtemittierende Teil des Strahlsenders 40 auf der eintrittsseitigen Brennpunktlinie 40a liegen, welche normal zu der Ebene der Windschutzscheibe verläuft. Die parabolische Fläche der eintrittsseiti gen Außenfläche 28 genügt der Beziehung Y = 4a X² worin a der Abstand zwischen dem Brennpunkt F und der eintrittsseitigen Außenfläche 28 ist. in dem Querschnitt der eintrittsseitigen Prismenwand 20b von Fig. 1 schneidet die optische Achse P die ein trittsseitige Außenfläche 28 unter einem Winkel von 45 Grad. Aus diesem Grunde ver läuft das parallele Licht von der Linsenfläche 26 in die eintrittsseitige Prismenwand 20b hinein unter einem Reflexionswinkel von 45 Grad in Richtung auf die Innenseite der Verbindungswand 20a mit einer Orientierung senkrecht zur Mittellinie D gemäß der Darstellung von Fig. 4.

Wie oben beschrieben sind die eintrittsseitigen parabolische Fläche 28 und die austrittsseitige parabolische Fläche 29 symmetrisch mit Bezug auf die Mittellinie D von Fig. 4. Die austrittsseitige parabolische Fläche 29 hat einen Brennpunkt f. Der austritts seitige Brennpunkt f ist in einer Ebene gelegen, die parallel zu der Innenfläche 24 der austrittsseitigen Prismenwand 20c und senkrecht zur Ebene der Windschutzscheibe ist. Das bedeutet, daß, wie in Fig. 4 gezeigt, der austrittsseitige Brennpunkt f und der licht empfangende Teil des Strahlempfängers 50 auf einer austrittsseitigen Brennpunktlinie 50a gelegen sind, welche normal zur Ebene der Windschutzscheibe ist. Die austrittssei tige parabolische Außenfläche 29 genügt der Beziehung y = 4a X², worin a der Abstand zwischen dem Brennpunkt f und der austrittsseitigen parabolischen Fläche 29 ist. Die optische Achse Q schneidet die Außenfläche 29 unter einem Winkel von 45 Grad in der Querschnittsebene von Fig. 1. Aus diesem Grunde breitet sich das Parallellicht, das von der Verbindungswand 20a zu der austrittsseitigen parabolischen Fläche 29 verläuft, unter einem Reflexionswinkel von 45 Grad in Richtung auf die austrittsseitige Linsen fläche 27 in einer Richtung senkrecht zu der Mittellinie D aus, wie in Fig. 4 angedeutet ist.

In der vorliegenden Ausführungsform wird Licht, das auf die äußere Fläche der frontseitigen Windschutzscheibe W auftrifft, totalreflektiert, wenn sich keine Regen tropfen auf dem Wischerbereich befinden. Wenn Regentropfen auf dem Wischerbereich vorhanden sind, dann ist die Menge von Licht, das von der frontseitigen Windschutz scheibe reflektiert wird, entsprechend vermindert.

Wenn der Strahlsender 40 Licht emittiert, sobald er durch die integrierte Schal tung 70 gespeist wird, dann fällt das von dem Strahlsender 40 ausgesendete Licht auf die eintrittsseitige Linsenfläche 26 der eintrittsseitigen Prismenwand 20b, wie in Fig. 3 durch einen Pfeil deutlich gemacht ist. Dann wird, da der Brennpunkt der eintrittsseiti gen Linsenfläche 26 so gelegt ist, daß das von dem Strahlsender 40 ausgesendete Licht durch die eintrittsseitige Linsenfläche 26 parallelgerichtet wird, das Licht, das auf die eintrittsseitige Linsenfläche 26 fällt, durch die eintrittsseitige Linsenfläche 26 gebrochen und breitet sich parallel in Richtung auf die eintrittsseitige Außenfläche 28 hin aus, wie in Fig. 3 durch Pfeile gezeigt ist.

Wie oben beschrieben wurde, hat die eintrittsseitige Linsenfläche 26, deren Quer schnitt in einer Ebene normal zur Ebene der Windschutzscheibe konvex ist, eine Bo gengestalt, deren Zentrum auf den Strahlsender ausgerichtet ist und deren Radius R ist. Die vom dem Strahlsender 40 auf die eintrittsseitige Linsenfläche 26 hin ausgesendeten Lichtstrahlen treffen auf die gesamte Fläche der eintrittsseitigen Linsenfläche 26. Die parallelen Lichtstrahlen, die von der eintrittsseitigen Linsenfläche 26 in die eintrittssei tige Prismenwand 20b eintreten, verlaufen in Richtung auf die eintrittsseitige Außenflä che 28 in parallelgerichteter Weise von dem gesamten Bereich der eintrittsseitigen Lin senfläche 26 aus.

Wenn nachfolgend das parallelgerichtete Licht, das in der eintrittsseitigen Pris menwand 20b in Richtung auf die eintrittsseitige Außenfläche 28 hin fließt, durch die eintrittsseitige Außenfläche 28 reflektiert wird, dann verläuft das von der Außenfläche reflektierte Licht parallel in der eintrittsseitigen Prismenwand 20b in Richtung auf die Verbindungswand 20a, wie in Fig. 3 durch Pfeile deutlich gemacht ist, da die eintritts seitige Außenfläche 28 eine parabolische Gestalt besitzt, wie dies zuvor beschrieben wurde. Das parallele Licht fällt auf die Innenfläche der frontseitigen Windschutzscheibe W mit der Klebstoffschicht 30 (siehe der Bereich zwischen den strichpunktierten Linien A und B in Fig. 4).

Das parallele, einfallende Licht breitet sich weiter in Richtung auf die Verbin dungswand 20a und die austrittsseitige Prismenwand 20c mit der Klebstoffschicht 30 aus und wird durch die Innenfläche der frontseitigen Windschutzscheibe W reflektiert. Wenn das parallele Licht durch die austrittsseitige Außenfläche 29 an der austrittsseiti gen Prismenwand 20c reflektiert wird, so breitet sich dieses durch die austrittsseitige Außenfläche 29 reflektierte Licht in parallelgerichteter Weise (als eine Lichtebene) in Richtung auf die austrittsseitige Linsenfläche 27 aus, da die austrittsseitige Außenfläche 29 die oben beschriebene parabolische Form hat. Dann wird das parallelgerichtete Licht, das Zll der austrittsseitigen Linsenfläche 27 verläuft, durch die gesamte austrittsseitige Linsenfläche 27 gebrochen und auf den lichtempfangenden Bereich des Strahlempfängers fokussiert.

Gemäß dem Weg des von dem Strahlsender 40 ausgesendeten Lichtes ist die Menge des Lichtes, das von der Innenfläche der frontseitigen Windschutzscheibe re flektiert wird, nachdem das Licht die Innenseite der frontseitigen Windschutzscheibe W durch die Verbindungswand 20a und die Klebstoffschicht 30 erreicht hat, wenn ein Re gentropfen d an der Außenfläche der frontseitigen Windschutzscheibe W gemäß Fig. 3 anhaftet, vermindert. Somit ist die Menge des Lichtes, das auf den Strahlempfänger 50 fokussiert wird, nachdem es durch die austrittsseitige Linsenfläche 27 gelangt ist, eben falls vermindert. Die Steuerschaltung 70 arbeitet in Reaktion auf diese Abnahmen des Lichtes, welche durch den Ausgang des Strahlempfängers 50 festgestellt werden.

Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein weiter Bereich, der zwischen den beiden strichpunktierten Linien A, B gelegen ist, für die Reflexion des Lichtes ver wendet, das durch die Verbindungswand 20a und die Klebstoffschicht 30 verläuft und in die Frontseitige Windschutzscheibe W eintritt, obwohl der Strahlsender 40 und der Strahlempfänger 50 zwischen den äußeren Fläche 28, 29 des Prismas 20 gelegen sind. Somit wird eine große Fläche zum Detektieren von Niederschlägen verwendet, wenn- gleich die seitlichen Abmessungen des Niederschlags-Sensors verhältnismäßig klein sind. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Abnahme der Lichtintensität bei dem erfindungsgemäßen Gerät klein ist, da das Sensorlicht nur einmal von der inneren Flä che der frontseitigen Windschutzscheibe W reflektiert wird. Dies bewirkt, daß die Ef fektivität des Lichtes, das von dem Strahlsender 40 ausgesendet und von dem Strahlempfänger 50 empfangen wird, verhältnismäßig hoch ist.

Der Niederschalgs-Sensor S gemäß der vorliegenden Erfindung kann nicht nur in Kraftfahrzeugen sondern auch in anderen Fahrzeugen und Schiffen verwendet werden. Er kann auch im Zusammenhang mit hinteren und seitlichen Fensterscheiben eingesetzt werden.

Claims

1. Niederschlags-Sensor, der zur Anbringung an der inneren Oberfläche einer Wind schutzscheibe (W) ausgebildet ist, wobei der Sensor folgendes enthält:
einen Lichtstrahlsender (40);
einen Lichtstrahlempfänger (50);
ein Prisma (20), das seinerseits folgendes enthält:
eine eintrittsseitige Linsenoberfläche (26), welche in einer Ebene parallel zur Ebene der Windschutzscheibe (W) konkav und in einer Ebene normal zur Ebene der Windschutzscheibe (W) konvex ist, wobei die eintrittsseitige Linsenoberfläche (26) dem Lichtstrahlsender (40) und dem Lichtstrahlempfänger (50) zugewandt ist; und
eine austrittsseitige Linsenoberfläche (28), welche in einer Ebene parallel zur Ebene der Windschutzscheibe (W) konkav und in einer Ebene normal zu der Ebene der Windschutzscheibe (W) konvex ist, wobei die austritts seitige Linsenoberfläche (28) dem Lichtstrahlsender (40) und dem Licht strahlempfänger (50) zugewandt ist, und wobei Licht von dem Licht strahlsender (40) zu dem Lichtstrahlempfänger (50) über das Prisma (20) gesendet wird, und Wassertropfen auf der äußeren Oberfläche der Wind schutzscheibe (W) auf der Basis des von dem Lichtstrahlempfänger (50) empfangenen Lichtes detektiert werden.

2. Niederschlags-Sensor, welcher folgendes enthält:
ein Prisma (20), das so ausgebildet und angeordnet ist, daß es an einer inneren Oberfläche einer Windschutzscheibe (W) befestigbar ist, wobei das Prisma (20) aus optisch transparentem Material als einstückiger Körper gefertigt ist, der fol gendes enthält:
eine Verbindungswand (20a), welche an der inneren Oberfläche der Windschutz scheibe (W) festklebbar ist;
eine eintrittsseitige Prismenwand (20b), die benachbart zur inneren Oberfläche der Windschutzscheibe (W) gelegen ist, wenn der Sensor eingebaut ist, wobei die eintrittsseitige Prismenwand (20b) folgendes enthält:
eine konvexe eintrittsseitige Linsenoberfläche (26), die an einer Innenfläche ge bildet ist und eine optische Achse (P) aufweist, die gegenüber der Innenfläche der Windschutzscheibe (W) geneigt ist, wenn das Gerät eingebaut ist, so daß die opti sche Achse (P) sich von der Windschutzscheibe (W) von der eintrittsseitigen Prismenwand (20b) wegerstreckt, und wobei die eintrittsseitige Linsenoberfläche (26) in eine Ebene parallel zur Ebene der Windschutzscheibe (W) einen Bogen ausbildet, dessen Zentrum in einer eintrittsseitigen Brennpunktebene gelegen ist, die normal zur Ebene der Windschutzscheibe (W) orientiert ist; und
eine parabolische eintrittsseitige Außenfläche, wobei ein Brennpunkt (F) der para bolischen eintrittsseitigen Außenfläche in der eintrittsseitigen Brennpunktebene gelegen ist;
eine austrittsseitige Prismenwand (20c), welche so angeordnet ist, daß sie der In nenfläche der Windschutzscheibe (W) benachbart ist, wenn der Sensor installiert ist, wobei die austrittsseitige Prismenwand (20c) und die eintrittsseitige Prismen wand (20b) einander gegenüberstehen und die Verbindungswand (20a) zwischen sich einschließen, und die austrittsseitige Prismenwand (20c) folgendes enthält:
eine konvexe austrittsseitige Linsenoberfläche (27), welche im wesentlichen der eintrittsseitigen Linsenoberfläche (26) gegenübersteht, wobei die austrittsseitige Linsenoberfläche (27) eine optische Achse (Q) aufweist, die mit Bezug auf die Windschutzscheibe (W) derart geneigt ist, daß die optische Achse (Q) sich von der Innenfläche der Windschutzscheibe (W) von der austrittsseitigen Linsenober fläche (27) wegerstreckt, wobei die austrittsseitige Linsenoberfläche (27) in einer Ebene parallel zur Ebene der Windschutzscheibe (W) einen Bogen ausbildet, des sen Zentrum in einer austrittsseitigen Brennpunktebene gelegen ist, die normal zu der Ebene der Windschutzscheibe (W) orientiert ist; und
eine parabolische Außenfläche, wobei der Brennpunkt (f) dieser parabolischen Außenfläche in der austrittsseitigen Brennpunktebene gelegen ist;
einen Strahlsender (40), der mit einem lichtemittierenden Teil durch die eintritts seitige Brennpunktebene geschnitten wird und der auf der optischen Achse (P) der eintrittsseitigen Linsenoberfläche (26) gelegen und von der eintrittsseitigen Lin senoberfläche in der Richtung der austrittsseitigen Prismenwand (20c) derart be abstandet ist, daß Licht, das von dem Strahlsender (40) ausgesendet wird, durch die eintrittsseitige Linsenoberfläche (26) gebrochen wird und daß Licht, das die eintrittsseitige Linsenoberfläche (26) von dem Strahlsender (40) ausgehend trifft, durch die eintrittsseitige Prismenwand (20b) parallelgerichtet übertragen wird, so daß, wenn der Sensor installiert ist, das parallele Licht, das durch die eintrittssei tige Prismenwand (20b) übertragen wird, in die Windschutzscheibe (W) eintritt und durch die Windschutzscheibe (W) zu der austrittsseitigen Prismenwand (20c) reflektiert wird;
einen Strahlempfänger (50), der mit einem lichtempfangenden Teil durch die aus trittsseitige Brennpunktebene geschnitten wird, und mit dem lichtempfangenden Teil auf der optischen Achse (P) der eintrittsseitigen Linsenfläche gelegen ist, wo bei der Strahlempfänger (50) von der austrittsseitigen Linsenoberfläche (27) in der Richtung der eintrittsseitigen Prismenwand (20b) derart beabstandet ist, daß Licht, das durch die austrittsseitige Prismenwand von dem Strahlsender (40) her übertra gen wird, durch die austrittsseitige Linsenfläche gebrochen und auf den Strahlempfänger (50) fokussiert wird.

3. Niederschlags-Sensor nach Anspruch 2, bei welchem die genannten optischen Achsen sich unter einem rechten Winkel schneiden und Licht, das von dem Strahlsender (40) durch die eintrittsseitige Prismenwand (20b) übertragen wird, einen Einfallswinkel auf der eintrittsseitigen äußeren parabolischen Fläche von 45 Grad hat, und Licht, das von dem Strahlsender (40) ausgesendet und durch die Windschutzscheibe (W) reflektiert wird, die austrittsseitige äußere parabolische Fläche unter einem Einfallswinkel von 45 Grad erreicht.