DE10229200A1

DE10229200A1 - Rain sensor, especially for a motor vehicle

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

A rain sensor for a motor vehicle is disclosed, with a transmitter (16), emitting radiation, a receiver (18) and a holographically-embodied diffractive element (22a, 22b) which comprises a linear grid structure.

Description

State of the art

Die Erfindung betrifft einen Regensensor nach Gattung des unabhängigen Anspruchs. The invention relates to a rain sensor according to the preamble of the independent claim.

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. Numerous rain sensors are already known, for example from DE 197 01 258, in which the radiation from a transmitter is formed by means of a holographically designed diffractive element coupled into the window of a motor vehicle on the Total reflection of the outside of the pane, and by means of another diffractive element is aimed or focused on a receiver. With such sensors are the diffractive elements formed as volume phase holograms, which are made in foils Photopolymers are introduced.

Derartige Folien sind aufwändig zu fertigen, teuer in der Herstellung und problematisch in ihren Umwelteigenschaften. Such films are difficult to manufacture, expensive to manufacture and problematic in their environmental properties.

Advantages of the invention

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. The rain sensor according to the invention with the features of the main claim has the Advantage that the linear structure of the diffractive element is cheaper to manufacture and a wider range of materials can be used can. This also improves the environmental properties, for example. In addition, larger sensitive areas can be provided, whereby the Response behavior of the sensor unit is improved.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale. The measures listed in the subclaims result in advantageous measures Developments and improvements to the features specified in the main claim.

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. It is particularly advantageous if the element emits the radiation into a first and into a minus first order bends, because in this way two sensitive areas with only one transmitter or receiver can be achieved without having to increase the radiation intensity. This can further save costs and further increase the sensitivity to interference be reduced.

Ein besonders gutes Signal-Rausch-Verhältnis des Empfängersignals wird dadurch erzielt, dass das Element fokussierende Eigenschaften aufweist. This results in a particularly good signal-to-noise ratio of the receiver signal achieves that the element has focusing properties.

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. A particularly compact sensor advantageously results if another Element is provided, which is partially designed as a retroreflector. In this way the receiver can be placed near the transmitter or the transmitter can also be used as a receiver.

Ist mindestens ein Element und/oder ein weiteres Element als mehrschichtige Struktur ausgebildet, können auch komplexere Strahlenwege auf einfache Weise dargestellt werden. Is at least one element and / or another element as a multi-layer structure trained, even more complex beam paths can be represented in a simple manner become.

Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn ein Element mehrere Strukturen aufweist, die in einer Schicht überlagert sind. It is particularly advantageous if an element has several structures that are in are superimposed on one layer.

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. The elements or the further elements are advantageously on the disk of the Motor vehicle arranged. It is particularly advantageous if the diffraction efficiency an element of 20-80%, in particular of 40-80%, preferably between 60 and 80% are.

Besonders gute Signale können dadurch dargestellt werden, dass die Beugungseffizienz des Elementes kleiner als 100%, insbesondere kleiner als 90, vorzugsweise kleiner als 85% ist. Particularly good signals can be represented by the fact that the diffraction efficiency of the element less than 100%, in particular less than 90, preferably less than Is 85%.

In einer besonders preiswerten Ausgestaltung des Regensensors weist dieser mehr Empfänger als Sender auf, da die Sender kostenintensiver als die Empfänger sind. In a particularly inexpensive embodiment of the rain sensor, it has more Receiver as a transmitter because the transmitters are more expensive than the receivers.

Darüber hinaus ermöglichen mehrere Empfänger eine intelligentere Signalauswertung und damit eine verbesserte Anpassung der Wischergeschwindigkeit an die Regenintensität. In addition, several receivers enable a more intelligent signal evaluation and thus an improved adaptation of the wiper speed to the Rain intensity.

drawings

Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Various embodiments of the invention are shown in the drawings and explained in more detail in the following description. Show it:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Regensensor in einer schematischen Querschnittsdarstellung, Fig. 1 shows a rain sensor according to the invention in a schematic cross-sectional representation,

Fig. 2 eine Variation eines erfindungsgemäßen Sensors aus Fig. 1, Fig. 2 is a variation of a sensor according to the invention from Fig. 1,

Fig. 3 einen Strahlungsverlauf durch ein diffraktives Element in einer schematischen Querschnittsdarstellung, Fig. 3 is a radiation path through a diffractive element in a schematic cross-sectional representation,

Fig. 4 eine Variation des Strahlungsverlaufs aus Fig. 3, Fig. 4 shows a variation of the radiation curve of Fig. 3,

Fig. 5 einen Strahlungsverlauf wie in Fig. 4, jedoch mit mehrschichtigem diffraktiven Element, Fig. 5 shows a radiation shape as in Fig. 4, but with multilayer diffractive element,

Fig. 6 eine mögliche Anordnung der diffraktiven Elemente eines Sensors gemäß Fig. 2 und Fig. 6 shows a possible arrangement of diffractive elements of a sensor according to Fig. 2 and

Fig. 7 eine weitere Anordnung der diffraktiven Elemente in einer Variation aus Fig. 6. FIG. 7 shows a further arrangement of the diffractive elements in a variation from FIG. 6.

Description of the embodiments

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. In Fig. 1, an inventive rain sensor is shown in a schematic cross-sectional representation 10. This essentially consists of a housing 12 in which a printed circuit board 14 is arranged. The printed circuit board 14 carries a transmitter 16 and a receiver 18 , which are designed as semiconductor components in SMD technology. The housing 12 sits on a window 20 , for example the windshield of a motor vehicle, and is fastened thereon. This can be done for example by gluing, but holding elements such as grooves or lugs, which are arranged on or in the disk 20 and interact with fastening elements of the housing 12 , are also possible.

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. Diffractive elements 22 a, 22 b, which consist of a film which is provided with a holographic line grating, are glued onto the pane 20 . One of the diffractive elements 22 a is arranged in the area on the pane 20 in which the radiation from the transmitter 16 strikes the pane 20 directly. The film 22a is in this case designed such that it couples the radiation from the transmitter 16 into the pane 20, specifically in such a way that the radiation is totally reflected at the clean and dry glass-air interface facing away from the rain sensor 10 .

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. The second diffractive element 22 b is arranged at the location of the pane 20 at which the radiation from the transmitter 16 emerges from the pane 20 after total reflection. The line grating is selected such that the totally reflected radiation is directed to the receiver 18 , in particular is focused.

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). FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of the rain sensor 10 shown in FIG. 1. A transmitter 16 and two receivers 18 are arranged on the circuit board 14 in the housing 12 here. In the area of the transmitter 16 , the diffractive element 22 a with a line grating is arranged on the disk 20 . The line grating is in turn designed in such a way that the radiation from the transmitter 16 into the 1st and 1st Diffraction order is directed. Correspondingly, the further diffractive elements 22 b are arranged in the region of the receiver 18 in such a way that the light from the 1st or 1st Diffraction order is directed to the receiver 18 . With a suitable choice of element 22 a, cruciform measuring sections can also be realized ( 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. In Fig. 3, the transmitter 16 and the diffractive element 22 are a in Fig. 2 in detail illustrated. The diffractive element 22 a is formed as the hologram film with a grid of lines in such a way that the perpendicular irradiating from the transmitter 16 to the hologram foil radiation in the first order 24, and the minus first order diffracted 26th This effect of diffraction on the grating is well known in physics and described in numerous textbooks. The first and minus first diffraction orders have the same intensity. In the transmission direction, that is to say seen in a straight direction from the transmitter 16 , there is the zero order into which no intensity can possibly flow.

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. On the receiver side, the diffractive element 22 b is designed such that only the light of the first order is directed to the receivers 18 and the other orders, that is to say the minus first order or higher orders, are masked out. This is possible, for example, by using blazed grids or so-called holographic lenses.

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. The diffractive elements 22 a, 22 b can also have special focusing properties, for example in order to convert the divergent, conical beam of the transmitter 16 into one with a cylindrical cross section. In such diffractive elements 22 a, the minus first order 26 may be divergent and can also be used as useful radiation by means of suitable further measures.

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. A variation from FIG. 3 is shown in FIGS. 4 and 5. The diffractive element 22 a here consists of a superimposition of two diffracted structures, each rotated by 180 degrees, each of which predominantly bends in the first order. In Fig. 4, both structures are superimposed in a layer. This can be achieved, for example, by double exposure of a hologram. However, as shown in FIG. 5, these two structures can also be produced in separate layers and then laminated onto one another, for example. This creates two first-order partial beams that are diffracted in the opposite direction and focus in the desired way. The rays of the minus first order that are also present are not used here. An arrangement of diffractive elements 22 a, 22 b is shown in FIG. 6. The path of the radiation from the transmitter 16 is shown schematically by the arrows. The middle diffractive element 22 a is arranged in the region of the transmitter 16 ( not shown here) and diffracts the radiation in the first order via the totally reflecting glass-air interface not shown to the outer receivers 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. FIG. 7 shows a variation of the arrangement shown in FIG. 6. Five diffractive elements 22 are shown here. Four of these five diffractive elements 22 a, 22 b are arranged in the form of a square, in the center of which the fifth diffractive element 22 a is arranged. In the area of the fifth diffractive element 22 a, the transmitter (not shown) is arranged, which directs the radiation into the four outer diffractive elements 22 b. The outer diffractive elements 22 b arranged in the region of the receivers 18 can of course also be arranged in the form of a rectangle, in the form of a diamond, but also in the form of a triangle or another geometric shape. However, as many line structures as there are receivers 18 are superimposed in the central diffractive element 22 a of the transmitter 16 .

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. In principle, the elements 22 b can also be designed as a retroreflector and reflect the radiation back into the area of the transmitter, where the receiver 18 is then arranged. In addition, the elements 22 b can also direct the radiation in the direction of a common receiver 18 , so that, for example, two elements 22 b arranged next to one another direct the radiation onto a common receiver 18 .

Claims

1. rain sensor, in particular for a motor vehicle, with at least one transmitter ( 16 ) emitting radiation, at least one receiver ( 18 ) receiving the radiation from the transmitter ( 16 ) and at least one holographically designed diffractive element ( 22 a, 22 b), characterized in that the element ( 22 a, 22 b) has a linear grid-like structure.

2. Rain sensor according to claim 1, characterized in that the element ( 22 a, 22 b) diffracts the radiation into a first and a minus first order.

3. Rain sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the element ( 22 a, 22 b) has focusing properties.

4. Rain sensor according to one of the preceding claims, characterized in that at least one further element ( 22 a, 22 b) is provided, which is at least partially designed as a retroreflector.

5. Rain sensor according to one of the preceding claims, characterized in that at least one element ( 22 a, 22 b) and / or a further element ( 22 a, 22 b) has a multilayer structure.

6. Rain sensor according to one of the preceding claims, characterized in that at least one element ( 22 a, 22 b) and / or a further element ( 22 a, 22 b) has a plurality of structures which are superimposed in one layer.

7. Rain sensor according to one of the preceding claims, characterized in that at least one element ( 22 a, 22 b) and / or at least one further element ( 22 a, 22 b) are arranged in and / or on a window of a motor vehicle.

8. Rain sensor according to one of the preceding claims, characterized in that an element ( 22 a, 22 b) and / or a further element ( 22 a, 22 b) has a diffraction efficiency of 20 to 80 percent, in particular 40 to 80 percent, preferably from 60 to 80 percent.

9. Rain sensor according to claim 8, characterized in that the diffraction efficiency of the element ( 22 a, 22 b) and / or the further element is less than 100 percent, in particular less than 90 percent, preferably less than 85 percent.

10. Rain sensor according to one of the preceding claims, characterized in that more receivers ( 18 ) are provided as transmitters ( 16 ).