DE10229200A1

DE10229200A1 - Regensensor, insbesondere für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE10229200A1
Application number: DE10229200A
Authority: DE
Inventors: Helmut Sautter; Armin Jerger; Frank Wolf; Gerhard Hochenbleicher; Zishao Yang
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-11-27
Filing date: 2002-06-28
Publication date: 2003-06-05
Also published as: ES2307794T3; KR20040058314A; DE50212647D1

Abstract

Es wird ein Regensensor für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, mit einem Strahlung abgebenden Sender (16), einem Empfänger (18) und einem holographisch ausgebildeten diffraktiven Element (22a, 22b), das eine liniengitterartige Struktur aufweist.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Regensensor nach Gattung des unabhängigen Anspruchs.
Es sind schon zahlreiche Regensensoren, beispielsweise aus der DE 197 01 258 bekannt, bei denen die Strahlung eines Senders mittels eines holografisch ausgebildeten, diffraktiven Elementes in die Scheibe eines Kraftfahrzeuges eingekoppelt, auf der Außenseite der Scheibe totalreflektiert, und mittels eines weiteren diffraktiven Elementes auf einen Empfänger gerichtet oder fokussiert wird. Bei derartigen Sensoren sind die diffraktiven Elemente als Volumenphasenhologramme ausgebildet, die in Folien aus Fotopolymeren eingebracht sind.
Derartige Folien sind aufwändig zu fertigen, teuer in der Herstellung und problematisch in ihren Umwelteigenschaften.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Regensensor mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, dass durch die linienartige Struktur des diffraktiven Elementes dieses kostengünstiger herzustellen ist und ein breiteres Materialspektrum angewendet werden kann. Weiterhin werden dadurch beispielsweise die Umwelteigenschaften verbessert. Darüber hinaus können größere sensitive Flächen vorgesehen werden, wodurch das Ansprechverhalten der Sensoreinheit verbessert wird.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale.
Besonders vorteilhaft ist, wenn das Element die Strahlung in eine erste und in eine minus erste Ordnung beugt, da auf diese Weise zwei sensitive Flächen mit nur einem Sender bzw. Empfänger erzielt werden, ohne die Strahlungsintensität erhöhen zu müssen. Dadurch können weiter Kosten eingespart und die Störungsempfindlichkeit weiter reduziert werden.
Ein besonders gutes Signal-Rausch-Verhältnis des Empfängersignals wird dadurch erzielt, dass das Element fokussierende Eigenschaften aufweist.
Ein besonders kompakter Sensor ergibt sich vorteilhafterweise, wenn ein weiteres Element vorgesehen ist, das teilweise als Retroreflektor ausgebildet ist. Auf diese Weise kann der Empfänger in der Nähe des Sender angeordnet werden oder der Sender gleichzeitig als Empfänger benutzt werden.
Ist mindestens ein Element und/oder ein weiteres Element als mehrschichtige Struktur ausgebildet, können auch komplexere Strahlenwege auf einfache Weise dargestellt werden.
Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn ein Element mehrere Strukturen aufweist, die in einer Schicht überlagert sind.
Vorteilhafterweise sind die Elemente bzw. die weiteren Elemente auf der Scheibe des Kraftfahrzeugs angeordnet. Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn die Beugungseffizienz eines Elementes von 20-80%, insbesondere von 40-80%, vorzugsweise zwischen 60 und 80% liegen.
Besonders gute Signale können dadurch dargestellt werden, dass die Beugungseffizienz des Elementes kleiner als 100%, insbesondere kleiner als 90, vorzugsweise kleiner als 85% ist.
In einer besonders preiswerten Ausgestaltung des Regensensors weist dieser mehr Empfänger als Sender auf, da die Sender kostenintensiver als die Empfänger sind.
Darüber hinaus ermöglichen mehrere Empfänger eine intelligentere Signalauswertung und damit eine verbesserte Anpassung der Wischergeschwindigkeit an die Regenintensität.

Zeichnungen

Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Regensensor in einer schematischen Querschnittsdarstellung,
Fig. 2 eine Variation eines erfindungsgemäßen Sensors aus Fig. 1,
Fig. 3 einen Strahlungsverlauf durch ein diffraktives Element in einer schematischen Querschnittsdarstellung,
Fig. 4 eine Variation des Strahlungsverlaufs aus Fig. 3,
Fig. 5 einen Strahlungsverlauf wie in Fig. 4, jedoch mit mehrschichtigem diffraktiven Element,
Fig. 6 eine mögliche Anordnung der diffraktiven Elemente eines Sensors gemäß Fig. 2 und
Fig. 7 eine weitere Anordnung der diffraktiven Elemente in einer Variation aus Fig. 6.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Regensensor 10 in einer schematischen Querschnittsdarstellung gezeigt. Dieser besteht im Wesentlichen aus einem Gehäuse 12, in dem eine Leiterplatte 14 angeordnet ist. Die Leiterplatte 14 trägt einen Sender 16 und einen Empfänger 18, die als Halbleiterbauelemente in SMD-Technik ausgebildet sind. Das Gehäuse 12 sitzt auf einer Scheibe 20, beispielsweise der Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs und ist auf ihr befestigt. Dies kann beispielsweise durch Kleben erfolgen, aber auch Halteelemente wie Nuten oder Nasen, die auf oder in der Scheibe 20 angeordnet sind und mit Befestigungselementen des Gehäuses 12 zusammenwirken, sind möglich.
Auf die Scheibe 20 sind diffraktive Elemente 22a, 22b aufgeklebt, die aus einer Folie bestehen, welche mit einem holographischen Liniengitter versehen ist. Eines der diffraktiven Elemente 22a ist in dem Bereich auf der Scheibe 20 angeordnet, in dem die Strahlung des Senders 16 unmittelbar auf die Scheibe 20 trifft. Die Folie 22a ist hierbei derart ausgebildet, dass sie die Strahlung des Senders 16 in die Scheibe 20 hineinkoppelt und zwar so, dass die Strahlung an der dem Regensensor 10 abgewandten, sauberen und trockenen Glas-Luft-Grenzfläche totalreflektiert wird.
Das zweite diffraktive Element 22b ist an der Stelle der Scheibe 20 angeordnet, an der die Strahlung des Senders 16 aus der Scheibe 20 nach der Totalreflexion austritt. Das Liniengitter ist dabei derart gewählt, dass die totalreflektierte Strahlung zum Empfänger 18 gelenkt, insbesondere fokussiert wird.
In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des in Fig. 1 gezeigten Regensensors 10 dargestellt. Im Gehäuse 12 sind hier ein Sender 16 und zwei Empfänger 18 auf der Leiterplatte 14 angeordnet. Im Bereich des Senders 16 ist auf der Scheibe 20 das diffraktive Element 22a mit einem Liniengitter angeordnet. Das Liniengitter ist wiederum derart ausgebildet, dass die Strahlung des Senders 16 in die 1. und -1. Beugungsordnung gelenkt wird. Dazu entsprechend sind die weiteren diffraktiven Elemente 22b im Bereich der Empfänger 18 angeordnet, derart, dass das Licht aus der 1. bzw. -1. Beugungsordnung auf den Empfänger 18 gelenkt wird. Durch eine geeignete Wahl des Elementes 22a können auch kreuzförmige Meßstrecken realisiert werden (Fig. 7).
In Fig. 3 sind der Sender 16 und das diffraktive Element 22a aus Fig. 2 detailliert dargestellt. Das diffraktive Element 22a ist als Hologrammfolie mit einem Liniengitter derart ausgebildet, das die vom Sender 16 senkrecht auf die Hologrammfolie einstrahlende Strahlung in die erste Ordnung 24 und die minus erste Ordnung 26 gebeugt wird. Dieser Effekt der Beugung am Gitter ist in der Physik allgemein bekannt und in zahlreichen Lehrbüchern beschrieben. Erste und minus erste Beugungsordnung haben dabei dieselbe Intensität. In Transmissionsrichtung, also in gerader Richtung vom Sender 16 aus gesehen, liegt die nullte Ordnung, in die gegebenenfalls auch keine Intensität fließen kann.
Empfängerseitig ist das diffraktive Element 22b so gestaltet, dass nur das Licht der ersten Ordnung zu den Empfängern 18 geleitet wird und die anderen Ordnungen, also die minus erste Ordnung oder höhere Ordnungen, ausgeblendet werden. Dies ist beispielsweise durch die Verwendung geblazter Gitter oder sogenannter holografischer Linsen möglich.
Die diffraktiven Elemente 22a, 22b können darüber hinaus besondere fokussierende Eigenschaften besitzen, beispielsweise um das divergente, kegelförmige Strahlbündel des Senders 16 in ein solches mit zylindrischem Querschnitt zu verwandeln. Bei derartigen diffraktiven Elementen 22a ist die minus erste Ordnung 26 unter Umständen divergent und kann mittels geeigneter weiterer Maßnahmen ebenfalls als Nutzstrahlung verwendet werden.
In den Fig. 4 und 5 ist eine Variation aus Fig. 3 dargestellt. Das diffraktive Element 22a besteht hier aus einer Überlagerung von zwei jeweils um 180 Grad gegeneinander verdrehten gebeugten Strukturen, von denen jede überwiegend in die erste Ordnung beugt. In Fig. 4 sind beide Strukturen in einer Schicht überlagert. Dies kann beispielsweise durch Doppelbelichtung eines Hologramms erzielt werden. Wie in Fig. 5 gezeigt, können diese beiden Strukturen jedoch auch in getrennten Schichten erzeugt werden und anschließend beispielsweise aufeinander laminiert werden. So entstehen zwei in entgegengesetzter Richtung gebeugte, in gewünschter Weise fokussierende Teilstrahlen der 1. Ordnung. Die ebenfalls vorhandenen Strahlen der minus ersten Ordnung werden hierbei nicht ausgenützt. In Fig. 6 ist eine Anordnung von diffraktiven Elementen 22a, 22b gezeigt. Der Weg der Strahlung des Senders 16 ist durch die Pfeile schematisiert eingezeichnet. Das mittlere diffraktive Element 22a ist im Bereich des hier nicht gezeigten Senders 16 angeordnet und beugt die Strahlung in der ersten Ordnung über die nicht eingezeichnete totalreflektierende Glas-Luft-Grenzfläche zu den äußeren Empfängern 18.
In Fig. 7 ist eine Variation der in Fig. 6 gezeigten Anordnung dargestellt. Hier sind fünf diffraktive Elemente 22 gezeigt. Vier dieser fünf diffraktiven Elemente 22a, 22b sind in Form eines Quadrates angeordnet, in dessen Zentrum das fünfte diffraktive Element 22a angeordnet ist. Im Bereich des fünften diffraktiven Elementes 22a ist der Sender (nicht eingezeichnet) angeordnet, welcher die Strahlung in die vier äußeren diffraktiven Elemente 22b leitet. Die äußeren, im Bereich der Empfänger 18 angeordneten diffraktiven Elemente 22b können natürlich auch in Form eines Rechtecks, in Form einer Raute, aber auch in Form eines Dreiecks oder einer anderen geometrischen Form angeordnet sein. Im zentralen diffraktiven Element 22a des Senders 16 sind jedoch so viele Linienstrukturen überlagert, wie Empfänger 18 vorhanden sind.
Prinzipiell können hier auch die Elemente 22b als Retroreflektor ausgebildet sein und die Strahlung in den Bereich des Senders zurückstrahlen, wo dann der Empfänger 18 angeordnet ist. Darüber hinaus können die Elemente 22b die Strahlung auch in Richtung eines gemeinsamen Empfängers 18 leiten, so daß beispielsweise zwei nebeneinander angeordnete Elemente 22b die Strahlung auf einen gemeinsamen Empfänger 18 lenken.

Claims

1. Regensensor, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit mindestens einem Strahlung abgebenden Sender (16), mindestens einem, die Strahlung des Senders (16) empfangenden Empfänger (18) und mindestens einem, holographisch ausgebildeten diffraktiven Element (22a, 22b), dadurch gekennzeichnet, daß das Element (22a, 22b) eine liniengitterartige Struktur aufweist.

2. Regensensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (22a, 22b) die Strahlung in eine erste und eine minus erste Ordnung beugt.

3. Regensensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (22a, 22b) fokussierende Eigenschaften aufweist.

4. Regensensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein weiteres Element (22a, 22b) vorgesehen ist, das zumindest teilweise als Retroreflektor ausgebildet ist.

5. Regensensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Element (22a, 22b) und/oder ein weiteres Element (22a, 22b) eine mehrschichtige Struktur aufweist.

6. Regensensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Element (22a, 22b) und/oder ein weiteres Element (22a, 22b) mehrere Strukturen aufweist, die in einer Schicht überlagert sind.

7. Regensensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Element (22a, 22b) und/oder mindestens ein weiteres Element (22a, 22b) in und/oder auf einer Scheibe eines Kraftfahrzeugs angeordnet sind.

8. Regensensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Element (22a, 22b) und/oder ein weiteres Element (22a, 22b) eine Beugungseffizienz von 20 bis 80 Prozent, insbesondere von 40 bis 80 Prozent, vorzugsweise von 60 bis 80 Prozent aufweist.

9. Regensensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Beugungseffizienz des Elements (22a, 22b) und/oder des weiteren Elements kleiner als 100 Prozent, insbesondere kleiner als 90 Prozent, vorzugsweise kleiner als 85 Prozent ist.

10. Regensensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehr Empfänger (18) als Sender (16) vorgesehen sind.