DE19701258A1 - Rain sensing system for transparent material surfaces e.g. windscreens - Google Patents

Rain sensing system for transparent material surfaces e.g. windscreens

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DE19701258A1
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DE19701258A
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Martin Dr Osterfeld
Thomas Schuler
Bernd Schmid
Eckhardt Schmid
Peter Dr Kiersten
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Valeo Schalter und Sensoren GmbH
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ITT Manufacturing Enterprises LLC
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Abstract

A sensor system for detecting rain droplets or other deposits on transparent material e.g. a laminated glass windscreen employs a radiant source (not shown) whose beam impinges on a coupling element (2) adhesively bonded or otherwise incorporated in a reference region of the windscreen (3). The planar coupling element (2) has the surface characteristics of a diffraction grating or a symmetric microprism and a diffracted component of the incident beam (1) undergoes total internal reflection in its passage through the region (3) before emerging at a similar prismatic element (4). The raindrops/particles (5, 6) impose energy losses en route and the emergent transmission (7) when registered by a suitable receiver (not shown) provide an index of transparency.

Description

Die Erfindung betrifft einen Regensensor, der zur Steuerung von Wisch-Wasch-Anlagen für Kraftfahrzeugscheiben dienen kann. Infolge von Regen und Scheibenverschmutzung können sich die Sichtverhältnisse in einem Kraftfahrzeug sehr schnell ändern. So kann sich beispielsweise die Sicht beim Überholen eines Lastwagens auf regennasser Straße gerade dann schlagartig drastisch verringern, wenn die Bedienungs­ personal das Steuer sicher führen muß, um den schmalen, für den Überholvorgang verbliebenen Raum sicher zu nutzen. In der Dunkelheit kann es sich rausstellen, daß beim plötzli­ chen Aufblenden eines entgegenkommenden Fahrzeugs die Sicht aufgrund von durch Feuchtigkeit benetzter Scheibe sehr schlecht ist, während der Fahrer aufgrund der Blendung des entgegenkommenden Fahrzeugs ohnedies nicht viel sieht. Die sinnvolle Betätigung der Wisch-Wasch-Anlage in solchen kri­ tischen Zuständen verlangt von der Bedienungsperson erhebli­ che Übung, um hier schnell und sicher zu reagieren.The invention relates to a rain sensor for control of wiping-washing systems for motor vehicle windows can. As a result of rain and window pollution the visibility in a motor vehicle is very different change quickly. For example, the view at Just overtaking a truck on a wet road then suddenly decrease drastically when the operator personnel must steer the wheel safely, around the narrow one, for to use the remaining space safely. In in the dark it can turn out that when suddenly Chen fade in an oncoming vehicle the view because of the wet window is bad while the driver due to the glare of the oncoming vehicle doesn't see much anyway. The sensible operation of the wipe-wash system in such kri table conditions required by the operator Exercise to react quickly and safely here.

Es sind daher Steuereinrichtungen entwickelt worden, welche den Oberflächenzustand der Kraftfahrzeugscheibe ständig überwachen und im Bedarfsfall schon vor dem Auftreten des kritischen Zustands die Wisch-Wasch-Anlage in geeigneter Weise einschalten. Die bekannten Anlagen arbeiten regelmäßig so, daß eine definierte Strahlung in die Scheibe eingekop­ pelt wird, die dann aufgrund des Einkoppelungswinkels mehr­ mals in der Scheibe total reflektiert und schließlich an vorbestimmter Stelle wieder ausgekoppeit wird. Ist die Ober­ fläche verschmutzt oder mit Feuchtigkeit benetzt, so wird die in die Scheibe eingeführte Strahlung nicht mehr total reflektiert, so daß an vielen Reflexionsstellen Verluste auftreten, die schließlich zu einer erkennbaren Schwächung der in die Scheibe eingeleiteten Strahlung führen. Das un­ terschiedliche Reflexionsverhalten von Schmutz und Feuch­ tigkeit an der Scheibe läßt weiterhin noch Schlüsse darauf­ hin zu, ob die Scheibe nun durch Verschmutzung oder durch einen Feuchtigkeitsfilm weniger durchsichtig geworden ist.Control devices have therefore been developed which the surface condition of the motor vehicle window constantly monitor and if necessary before the occurrence of the critical condition the wipe-wash system in a suitable Turn on way. The known systems work regularly  so that a defined radiation is injected into the pane pelt, which is then due to the coupling angle more totally reflected in the disc and finally on predetermined location is decoupled again. Is the waiter surface dirty or wetted with moisture the radiation introduced into the pane is no longer total reflected, so that losses at many points of reflection occur, which eventually leads to a noticeable weakening of the radiation introduced into the pane. The un Different reflection behavior of dirt and moisture activity on the window still leads to conclusions towards whether the disc is dirty or a film of moisture has become less transparent.

Da einerseits die Überwachung möglichst in dem Raum vorge­ nommen werden soll, der der Sicht der Bedienungsperson dient und der auch gleichzeitig durch die Wisch-Wasch-Anlage ge­ reinigt werden kann, ist es erwünscht, daß die Einkopplung und die Auskopplung des Lichtes so unauffällig wie möglich erfolgt, um die Sicht des Fahrers nicht zu behindern.Because, on the one hand, the monitoring is preferably performed in the room should be taken, which serves the operator's point of view and at the same time through the wipe-wash system can be cleaned, it is desirable that the coupling and decoupling the light as inconspicuously as possible done so as not to obstruct the driver's view.

Bei den bekannten Koppeleinrichtungen, wie sie etwa in der DE-OS 41 42 146 oder DE-PS 33 14 770 beschrieben sind, wer­ den zur Einkopplung bzw. Auskopplung des Lichtes in die Scheibe linsen- oder prismenartige Körper oder eine Kombina­ tion von beiden verwendet. Derartige Körper sind vergleichs­ weise voluminös und an der Scheibe nur schwer unauffällig anzubringen.In the known coupling devices, such as in the DE-OS 41 42 146 or DE-PS 33 14 770 are described, who the for coupling or decoupling the light into the Disc lens-like or prismatic body or a Kombina tion used by both. Such bodies are comparative wise voluminous and hardly discreet on the disc to attach.

Die Erfindung geht daher aus von einer Sensoreinrichtung der sich aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ergebenden Gattung. Aufgabe der Erfindung ist es, Koppelmittel anzugeben, welche raumsparend und preiswert hergestellt und eingesetzt werden können. Die Aufgabe wird durch die sich aus dem kennzeich­ nenden Teil des Anspruchs 1 ergebende Merkmalskombination gelöst. Die Erfindung besteht im Prinzip also darin, flache oder überwiegend flache Körper wie Folien zu verwenden, die derart behandelt sind, daß sie eine entsprechend geartete Strahlung überwiegend in die Scheibe einzuspeisen vermögen. Dabei dienen diese Koppelmittel nicht nur zum Senden sondern auch zum Empfangen der zu messenden Strahlung. Hinsichtlich der Eigenschaften der Folien können diese beugende Relief­ strukturen aufweisen oder mit einem Phasengitter versehen sein. Es ist auch denkbar, daß in die Folien ein asymmetri­ sches Mikroprisma etwa durch Prägen oder Gießen eingeformt ist. Durch die Koppelfolie kann der Sender bzw. Empfänger senkrecht gerichtet gegenüber der Scheibe angeordnet werden, was ebenfalls zu einem einfachen und platzsparenden Aufbau beiträgt.The invention is therefore based on a sensor device genus resulting from the preamble of claim 1. The object of the invention is to provide coupling means which space-saving and inexpensive to manufacture and use can. The task is characterized by the from the  nenden part of claim 1 resulting combination of features solved. In principle, the invention is therefore flat or mainly to use flat bodies like foils that are treated in such a way that they are of a corresponding nature Most of the radiation can be fed into the pane. These coupling means are not only used for sending but also for receiving the radiation to be measured. Regarding The properties of the foils can make this diffractive relief have structures or provided with a phase grating be. It is also conceivable that an asymmetry in the foils cal microprism, for example, by embossing or casting is. The transmitter or receiver can be connected through the coupling film arranged vertically opposite the pane, which also results in a simple and space-saving construction contributes.

Hierdurch erhält man einen sehr flachen, raumsparenden Kop­ pelkörper, auf welchen eine kleine Strahlungsquelle bzw. ein kleiner Strahlungsempfänger aufgesetzt werden kann, der sich beispielsweise in dem Fuß des Rückspiegels befinden kann oder an einer Stelle der Scheibe befindet, an der ohnedies die Sicht behindert ist, etwa die Ruhestellung des Scheiben­ wischers, Haltevorrichtungen für Parkscheine oder ähnliches.This gives you a very flat, space-saving head body on which a small radiation source or a small radiation receiver can be put on for example in the base of the rearview mirror or at a point on the disc where the view is obstructed, for example the rest position of the window wipers, holding devices for parking tickets or the like.

Wie schon erwähnt, wird die Ausgestaltung der Erfindung be­ sonders einfach, wenn man die Merkmale nach Anspruch 2 an­ wendet. Dabei kann die Folie auf die Oberfläche der Scheibe aufgeklebt sein oder mit dieser vergossen sein. Gemäß den Weiterbildungen der Erfindung nach Anspruch 3 ist es aber nicht unbedingt notwendig, eine Folie zu verwenden. Die Kop­ pelmittel etwa beugende Reliefstrukturen oder Phasengitter oder auch asymmetrische Mikroprismen können auch in die Oberfläche des Probenkörpers direkt eingearbeitet sein, wo­ durch sich ein nachträgliches Ausrichten und Aufkleben der Folie erübrigt.As already mentioned, the embodiment of the invention will be especially easy if you look at the features of claim 2 turns. The film can be placed on the surface of the pane be glued on or potted with it. According to the It is further developments of the invention according to claim 3 not absolutely necessary to use a film. The cop means such as diffractive relief structures or phase gratings or asymmetrical microprisms can also be used in the Surface of the specimen to be incorporated directly where through a subsequent alignment and sticking of the  Foil unnecessary.

Hierzu empfiehlt sich besonders, wenn die Merkmale nach An­ spruch 4 angewendet werden, gemäß denen die Scheibe eine Verbundglasscheibe ist und die Koppelmittel in Form eines banalen Phasengitters in Form von Brechungsindexänderungen an der Oberfläche der Scheibe eingebracht sind.This is particularly recommended if the characteristics according to An saying 4 are applied, according to which the disc is a Laminated glass is and the coupling means in the form of a banal phase grating in the form of refractive index changes are introduced on the surface of the disc.

Als besonders wirksames Koppelmittel hat sich entsprechend den Merkmalen nach Anspruch 5 die Verwendung von Phasenholo­ grammen insbesondere Volumenphasenhologramm mit einem Foto­ polymer als Trägermaterial herausgestellt. Hierdurch erhält man ein preiswertes Koppelmittel mit sehr gutem Einkoppe­ lungsverhalten. Will man Beugungsmittel in das Material des Probenkörpers direkt einfügen, so empfiehlt sich in Weiter­ bildung der Erfindung die Merkmalskombination nach Anspruch 6.Has proven to be a particularly effective coupling agent the features of claim 5, the use of phase holo in particular, gram volume phase hologram with a photo polymer as a carrier material. This gives an inexpensive coupling agent with very good coupling behavior. Do you want diffractive agents in the material of the Insert the test specimen directly, so it is recommended in Next education of the invention, the combination of features according to claim 6.

Vielfach kann es erwünscht sein, die Koppelmittel nur an den Stellen einzusetzen, wo sie tatsächlich zum schrägen Ein­ koppeln der Strahlung von einem im wesentlichen senkrecht auf dem flachen Probenkörper sitzenden Strahlungsquelle oder -senke benötigt werden. Hierzu schlägt die Erfindung in Wei­ terbildung die Merkmalskombination nach Anspruch 7 vor. Im Prinzip bedeutet dies, daß man die Koppelmittel nur an den Stellen anbringt, wo sie zum Einkoppeln oder Auskoppeln der zu messenden Strahlung dienen können. Das bietet insbesonde­ re den Vorteil, daß bei Verwendung einer Scheibe als Proben­ körper die Sicht durch die Scheibe nicht unnötig behindert wird. Das gilt sowohl, wenn nur ein einziger Sender und ein einziger Empfänger vorgesehen sind, als auch eine Kombina­ tion von ein oder mehreren Sendern und/oder Empfängern. In many cases it may be desirable to attach the coupling means only to the Use places where they are actually at an angle couple the radiation from a substantially perpendicular radiation source sitting on the flat specimen or sink are needed. To this end, the invention proposes in Wei terbildung the combination of features according to claim 7. in the In principle, this means that the coupling means only to the Places where it is for coupling or decoupling the can be used to measure radiation. This is particularly the case re the advantage that when using a disc as samples does not unnecessarily obstruct the view through the pane becomes. This applies to both if only one transmitter and one only receiver are provided, as well as a Kombina tion of one or more transmitters and / or receivers.  

Als Sensoreinrichtung für einen Regensender hat sich ins­ besondere gemäß der DE-GM 93 09 837 bewährt, mehrere Sender vorzusehen, die einzeln nacheinander oder in Gruppen mit einem einzelnen Empfänger zusammenwirken. Für eine derartige Anordnung von Sendern und Empfängern empfiehlt sich insbe­ sondere die Merkmalskombination nach Anspruch 8. Danach sind im Prinzip mehrere Sender im wesentlichen konzentrisch oder verteilt über einen Kreisabschnitt einem Empfänger gegen­ übergestellt, der im Zentrum des Kreises sich befindet. Um nicht zu viele Koppelmittel zu besitzen, wird mehreren oder allen Sendern ein einziges Koppelmittel zugeordnet, während der Empfänger gegebenenfalls ein eigenes zweites Koppelmit­ tel besitzt. Soweit die Strahlung der Sender aus mehreren Richtungen kommt, muß dafür gesorgt werden, daß die von den einzelnen Sendern aus verschiedenen Richtungen kommenden Strahlungen von dem empfangsseitigen Koppelmittel auch ge­ koppelt werden. Dies ist z. B. bei einem mehrschichtigen Ho­ logramm der Fall.As a sensor device for a rain transmitter, ins especially proven according to DE-GM 93 09 837, several transmitters to be provided individually with each other or in groups interact with a single recipient. For such Arrangement of transmitters and receivers is particularly recommended special the combination of features according to claim 8. Thereafter in principle several transmitters essentially concentric or distributed to a recipient over a segment of a circle transferred, which is in the center of the circle. Around not having too many coupling agents will result in several or all transmitters assigned a single coupling means, while the receiver may have its own second coupler tel owns. So much for the radiation from the transmitters Directions must be ensured that those of the individual transmitters coming from different directions Radiations from the receiving coupling means also ge be coupled. This is e.g. B. in a multi-layer Ho logram the case.

Eine weitere Vereinfachung im Aufbau hierzu läßt sich durch die in Anspruch 9 aufgeführten Maßnahmen erreichen. Danach sind alle Sender konzentrisch zum Empfänger angeordnet. Da­ bei ist ein einziges ringförmiges erstes Koppelmittel vor­ gesehen, welches die (zeitversetzt) abgegebene Strahlung aller Sender einkoppelt, während der Empfänger ein eigenes zweites Koppelmittel besitzt, über welche die eingekoppelte Strahlung zum Sender ausgekoppelt wird.A further simplification in the structure of this can be done by achieve the measures listed in claim 9. After that all transmitters are arranged concentrically to the receiver. There at is a single annular first coupling means seen what the (staggered) radiation emitted all transmitters are coupled in, while the receiver has its own has second coupling means, via which the coupled Radiation is coupled out to the transmitter.

Das Koppelmittel am Empfänger muß in der Lage sein, die in dem Probenkörper in den Bereich des Empfängers gelangende Strahlung aus dem Probenkörper, d. h. der Scheibe auskoppeln zu können. Hierzu können beispielsweise in Weiterbildung der Erfindung mehrschichtige Hologramme verwendet werden, wobei jedes einzelne der Hologramme die Strahlung eines bestimmten Senders zum Empfänger hin auskoppelt. Auch andere bauliche Körper, die derartige Eigenschaften aufweisen, lassen hier­ zu einsetzen, wie Fressnelkörper u. a..The coupling agent on the receiver must be able to the specimen in the area of the receiver Radiation from the specimen, d. H. uncouple the disc to be able to. For example, in continuing education the Invention multilayer holograms are used, wherein  each one of the holograms the radiation of a particular one Coupling transmitter to the receiver. Other structural Bodies with such properties are left here to use how Fressnelkörper u. a ..

Eine andere Lösung für dieses Problem kann darin bestehen, statt dessen einen Körper auf den Probenkörper im Bereich des Empfängers aufzusetzen, der in seine Qualität (Materialdich­ te) derart beschaffen ist, daß er das Auskoppeln von Strah­ lung an der Grenzschicht gestattet.Another solution to this problem can be instead place a body on the specimen in the area of the To set up the recipient in its quality (material te) is such that it decouples the beam allowed at the boundary layer.

Bei der Verwendung von mehreren auf einem Kreis angeordneten Sendern ist es in Weiterbildung der Erfindung entsprechend den Merkmalen nach Anspruch 10 zweckmäßig, das überwiegend ringförmig ausgestaltete Koppelmittel derart mit Brechungs­ strukturen zu versehen, daß die eingekoppelte Strahlung im­ mer in radialer Richtung zu den im Zentrum befindlichen Emp­ fänger abgeleitet wird. Vorteil bei einer derartigen Ausge­ staltung ist es, daß die Drehwinkellage des Koppelmittels in Scheibenebene gegenüber den Sendern unkritisch wird, so weit nur der koppelnde Ring gegenüber dem Empfänger konzentrisch angeordnet ist. Abweichend davon kann der Koppelring derart aufgebaut sein, daß einzelne, in ihrer Ausdehnung der An­ lagefläche der Sender entsprechende lichtbrechende Struktu­ ren innerhalb des Rings im Abstand zueinander, vorzugsweise auf einem Kreis angeordnet sind, wobei die so strukturierten Bezirke jeweils in radialer Richtung die senkrecht auftref­ fende Strahlung führen.When using several arranged on a circle In a further development of the invention, it is corresponding to transmitters the features according to claim 10, the majority ring-shaped coupling means with refraction structures to provide that the coupled radiation in mer in the radial direction to the Emp catcher is derived. Advantage with such an out staltung is that the angular position of the coupling means in Disk level becomes uncritical to the transmitters so far only the coupling ring concentric with the receiver is arranged. Deviating from this, the coupling ring can be such be built that individual, in their extension of the An surface of the transmitter corresponding light refractive structure ren within the ring at a distance from each other, preferably are arranged on a circle, the so structured Districts in the radial direction that meet vertically radiation.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das flache Koppelmittel fest mit der Scheibe verbunden werden kann, wenn gemäß der Merkmalskombination nach Anspruch 12 die Sender in dem Fuß eines Rückspiegels befestigt sind. Dieser Rückspiegel muß, sobald er mit seinem Fuß eine gewis­ se Höhe überschreitet, abklappbar sein. Da die Sensoren über den Fuß nur mechanisch gegen das Koppelmittel gepreßt werden und nicht mit dem Koppelmittel fest verbunden sind, wird also durch das Abklappen des Spiegelfußes von dem Koppel­ mittel die komplette Sensoreinrichtung nicht zerstört. Es ist nur notwendig, den Spiegelfuß zurückzuklappen und si­ cherzustellen, daß eine hinreichend große mechanische Kraft für eine gute Anlage der Sender an den zugehörigen Koppel­ mitteln sorgt.A particular advantage of the invention is that flat coupling means are firmly connected to the disc can, if according to the combination of features according to claim 12 the transmitters are mounted in the base of a rearview mirror. This rear-view mirror must, as soon as he certain with his foot  se height exceeds, can be folded down. Since the sensors are over the foot can only be pressed mechanically against the coupling means and are not firmly connected to the coupling means So by folding the mirror base off the paddock medium does not destroy the complete sensor device. It is only necessary to fold back the mirror base and si make sure that a sufficiently large mechanical force for a good installation of the transmitter on the associated coupling means.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an­ hand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt:An embodiment of the invention is described below hand of the drawing explained. It shows:

Fig. 1 die prinzipielle Wirkungsweise der Erfindung anhand einer Mikrooptik oder Koppeloptik Fig. 1 shows the principle of operation of the invention with the aid of micro-optics or coupling optics

Fig. 2 die Wirkungsweise der Erfindung anhand eines Mikro­ prismas oder einer verwandten Konstruktion Fig. 2 shows the operation of the invention using a micro prism or a related construction

Fig. 3 die Erfindung anhand eines Phasengitters und Fig. 3 shows the invention using a phase grating and

Fig. 4 und 5 die Wirkungsweise von Koppelgittern im Sinne der Erfindung, FIGS. 4 and 5, the operation of coupling gratings according to the invention,

Fig. 6 in Draufsicht in skizzierter Form mehrere kreisför­ mig angeordnete Sensoren, die gegenüber einem Emp­ fänger konzentrisch angeordnet sind, Fig. 6, in a plan view in sketched form several kreisför mig arranged sensors which are arranged concentrically relative to a catcher Emp

Fig. 7 in vergrößerter, ausschnittsweiser, geschnittener Darstellung eine seitliche Ansicht der Anordnung nach Fig. 6, Fig. 7, in an enlarged, fragmentary, sectional representation a side view of the arrangement of FIG. 6

Fig. 8 ein ringförmiges Koppelmittel, wie es in Verbindung mit 6 und 7 Verwendung finden kann und Fig. 8 shows an annular coupling means, as can be used in connection with 6 and 7 and

Fig. 9 ein dem Koppelmittel nach Fig. 8 entsprechendes Kop­ pelmittel mit abweichender Ausgestaltung der licht­ brechenden Strukturen. Fig. 9 is a coupling means corresponding to Fig. 8 Kop pelmittel with a different design of the refractive structures.

In Fig. 1 wird eine Lichtstrahlung 1 definierter Größe auf ein einkoppelndes Koppelelement gerichtet. Das einkoppelnde Koppelelement 2 ist eine Mikrooptik oder eine difraktive Koppeloptik. Die Lichtstrahlung ist dabei derart schräg auf das Koppelelement 2 gerichtet, daß es in einen Winkel in die transparente oder teiltransparente Scheibe 3 eingespeist wird, die zu Totalreflexionen an der Scheibenoberfläche führt. Diese Totalreflexionen setzen sich soweit fort, bis durch ein auskoppelndes Koppelelements 4 die Strahlung wie­ der ausgekoppelt wird. Dabei gibt es zum einen Steuerungs­ verluste innerhalb der Scheibe. Zum andern sorgen aber Feuchtigkeitspartikel oder Schmutzpartikel auf der Scheiben­ oberfläche oder ein Schmutz- oder Feuchtigkeitsfilm zu Lichtauskopplungen und Lichtverlusten an der Oberfläche, wie dies anhand der Partikel 5, 6 angedeutet ist. Somit ist die Abschwächung der ausgekoppelten Strahlung 7 gegenüber der angekoppelten Strahlung 1 von der Verschmutzung und der Dichte der Partikel auf der Oberfläche der Scheibe abhängig. Die Größe der Abspeicherung kann somit zu Steuerungszwecken der Scheibenwisch-Waschanlage ausgenutzt werden. Die Ein­ kopplung der Lichtstrahlung 1 und deren Auskopplung ge­ schieht dabei regelmäßig an der dem Fahrer zugewandten In­ nenseite der Kraftfahrzeugscheibe. Dies ist zwar zweckmäßig, aber durchaus nicht zwingend.In Fig. 1, light radiation 1 of a defined size is directed onto a coupling-in coupling element. The coupling-in coupling element 2 is a micro-optic or a diffractive coupling optic. The light radiation is directed obliquely onto the coupling element 2 in such a way that it is fed into the transparent or partially transparent pane 3 at an angle, which leads to total reflections on the pane surface. These total reflections continue until the coupling element 4 decouples the radiation like that. On the one hand, there are control losses within the pane. On the other hand, however, moisture particles or dirt particles on the pane surface or a dirt or moisture film ensure that light is extracted and light is lost on the surface, as indicated by particles 5 , 6 . The attenuation of the outcoupled radiation 7 with respect to the coupled in radiation 1 is thus dependent on the contamination and the density of the particles on the surface of the pane. The size of the storage can thus be used for control purposes of the windshield wiper washer. A coupling of the light radiation 1 and its decoupling occurs regularly on the driver's side of the motor vehicle window. While this is useful, it is not absolutely necessary.

In Fig. 2 ist die Mikrooptik oder difraktive Koppeloptik nach Fig. 1 durch ein Mikroprisma, eine Frennl-Optik oder ein asymmetrisches Oberflächenrelief ersetzt. Ansonsten gilt im wesentlichen das zu Fig. 1 Gesagte. Die Lichtstrahlung wird an den asymmetrischen Mikroprismen in der Weise gebro­ chen, daß sie sich in eine bevorzugte Richtung unter dem Winkel der Totalreflexion in der Scheibe ausbreitet. In Umkehrung kann das prismatische Mikroelement auch zur Licht­ auskopplung herangezogen werden. Bei sehr kleinen Oberflä­ chenstrukturen überwiegen die optischen, difraktiven Beu­ gungseffekte. Das gebeugte Licht kann in der Weise abgelenkt werden, daß es die Bedingungen der Totalreflexion erfüllt. Bei der Beugung an einem symmetrischen Gitter wird das Licht in verschiedene Beugungsordnungen aufgeteilt bzw. in ver­ schiedene Richtungen abgelenkt. Die in dem vorliegenden Fall gewünschte Beugung des Lichts, die zu einer gleichgerichte­ ten Ablenkung der Lichtstrahlung führt, ist durch asymme­ trische Beugungsstrukturen erreichbar.In Fig. 2, the micro-optics or diffractive coupling optics according to Fig. 1 is replaced by a micro-prism, a Frennl optics or an asymmetrical surface relief. Otherwise, essentially what has been said about FIG. 1 applies. The light radiation is broken on the asymmetrical microprisms in such a way that it spreads in a preferred direction at the angle of total reflection in the disk. Conversely, the prismatic micro-element can also be used for coupling out light. With very small surface structures, the optical, diffractive diffraction effects predominate. The diffracted light can be deflected in such a way that it fulfills the conditions of total reflection. When diffracting on a symmetrical grating, the light is divided into different diffraction orders or deflected in different directions. The desired diffraction of light in the present case, which leads to a rectified deflection of the light radiation, can be achieved by asymmetrical diffraction structures.

In Fig. 3 sind als Koppelmittel planare Koppelgitter vor­ gesehen. Im vorliegenden Fall entsteht das Gitter dadurch, daß in einer aufgeklebten Folie ein Phasengitter über Bre­ chungsindexänderungen eingebracht wird. Das Phasengitter kann aber anstatt in eine Folie auch direkt in die Oberflä­ che der Glasscheibe eingebracht werden.In Fig. 3 planar coupling grids are seen as coupling means. In the present case, the grating is created by introducing a phase grating over changes in the index of refraction in a glued-on film. The phase grating can also be placed directly in the surface of the glass pane instead of in a film.

Phasengitter mit den gewünschten Eigenschaften sind bei­ spielsweise Volumenphasenhologramme, die in Folien aus Foto­ polymeren eingebracht werden können. Die Ablenkeffizienz (Beugungs-Wirkungsgrad) dieser Strahlablenker kann über 90° betragen.Phase gratings with the desired properties are included for example volume phase holograms, which are in foils from photo polymers can be introduced. The distraction efficiency (Diffraction efficiency) this beam deflector can be over 90 ° be.

Ein Hologramm wird hier als komplexe Gitterstruktur defi­ niert. Es bietet die Möglichkeit, eine divergente Licht­ strahlung (siehe Fig. 5) beispielsweise einer LED zu formen und in eine bevorzugte Richtung unter dem Winkel der Total­ reflexion abzulenken. Als Auskoppelelement kann ein Holo­ gramm durch Mehrfachbelichtung derart ausgelegt werden, daß es die Strahlen verschiedener Lichtquellen auf einem Detek­ tor abbildet. Es kann somit die Strahlung mehrerer auf die Scheibe gerichteter Lichtquellen durch den gleichen empfan­ genden Detektor ausgewertet werden. Während in den Abbildun­ gen 2 und 3 die Koppelstrukturen als aufgeklebte Koppelfo­ lien dargestellt sind, ist es ebenso denkbar, die beugenden Phasengitter in der Folie eines Verbundglases zu integrie­ ren. Fig. 4 zeigt noch einen holographischen Strahlenablen­ ker als einkoppelndes Koppelelement.A hologram is defined here as a complex lattice structure. It offers the possibility of forming a divergent light radiation (see FIG. 5), for example an LED, and deflecting it in a preferred direction at the angle of total reflection. As a decoupling element, a holo gram can be designed by multiple exposure in such a way that it images the rays of different light sources on a detector. The radiation of several light sources directed onto the pane can thus be evaluated by the same receiving detector. While in Figures 2 and 3 the coupling structures are shown as glued coupling foils, it is also conceivable to integrate the diffractive phase grating into the film of a laminated glass. Fig. 4 also shows a holographic radiation deflector ker as a coupling element.

In Fig. 6 ist ein kreisförmiger Sensor gezeigt, der eine Reihe von auf einem Kreis angeordneten Sendern 9 besitzt, deren Strahlung zu einem gemeinsamen Empfänger 8 geleitet wird, der ebenfalls mit dem kreiszylinderförmigen Sensor 10 verbunden sein kann. Der Sensor 10 wird auf den Probenkör­ per, der vorzugsweise eine Kraftfahrzeugscheibe ist, auf ge­ setzt. Dabei kann er beispielsweise in den Fuß eines Innen­ rückspiegels eingesetzt sein. Dieser Fuß wird auf die Schei­ be aufgesetzt, so daß die Sender 9 und der Empfänger 8 senk­ recht gegenüber der Scheibe 3 angeordnet sind. Um eine To­ talreflexion innerhalb der Scheibe 3 zu erreichen, muß das von den Sendern 9 abgestrahlte Licht derart gebrochen wer­ den, daß es von den Sendern radial zum Empfänger 8 hin ge­ führt wird. Dies geschieht mit einem ringförmigen Koppel­ mittel 2, wie es vom Umfang her in Fig. 8 und 9 dargestellt ist und welches im Schnitt in Fig. 7 angedeutet ist. Das Koppelmittel 2 sitzt fest auf der Scheibe 3. Wie aus Fig. 7 ersichtlich, können die Sender 9 oberhalb des Koppelmittels 2 angeordnet sein, so daß die vom Sender 9 etwa kegelförmig abgehende Strahlung derart gebrochen bzw. umgelenkt wird, daß sie durch Totalreflexion an der Oberfläche der Scheibe 2 zu dem zentral angeordneten Empfänger 8 gelangt. Der Emp­ fänger 8 ist ebenfalls über ein eigenes Koppelmittel 4 an die Scheibe 3 angekoppelt, wodurch eine Totalreflexion der Strahlung 12 in der Scheibe im Bereich des Empfängers ver­ mieden und die Strahlung vom Empfänger 8 empfangen werden kann. Hinsichtlich des Koppelelements 4 ist zu beachten, daß dieses in der Lage sein muß, aus unterschiedlichen Winkeln radial ankommende Strahlung an den zugeordneten Empfänger 8 auszukoppeln. Der Abstand von Sender und Empfänger gegenüber dem Koppelelement hängt von der Strahlung ab. Soweit diese Strahlung senkrecht ist, so können diese Bauelemente direkt auf den Koppelelementen 2 und 4 aufsetzen. In der Regel empfiehlt es sich, zumindest den Empfänger direkt auf das Koppelmittel 4 aufzusetzen, während, wie aus Fig. 7 ersicht­ lich, bei kegelförmiger Abstrahlung die Sender sich im Ab­ stand von dem Koppelmittel 2 befinden können.In FIG. 6, a circular sensor is shown having a series of spaced on a circle transmitters 9, the radiation of which is directed to a common receiver 8, which may be also connected to the circular-cylindrical sensor 10. The sensor 10 is placed on the sample body, which is preferably a motor vehicle window, on ge. It can be used, for example, in the foot of an interior rear-view mirror. This foot is placed on the Schei so that the transmitter 9 and the receiver 8 are arranged vertically opposite the disc 3 . In order to achieve a tal reflection within the disk 3 , the light emitted by the transmitters 9 must be broken in such a way that it leads radially from the transmitters to the receiver 8 . This is done with an annular coupling means 2 , as shown in circumference in Fig. 8 and 9 and which is indicated in section in Fig. 7. The coupling means 2 is firmly seated on the disk 3 . As can be seen from FIG. 7, the transmitters 9 can be arranged above the coupling means 2 , so that the radiation emanating approximately conically from the transmitter 9 is refracted or deflected in such a way that it is due to total reflection on the surface of the pane 2 to the centrally arranged receiver 8 arrives. The receiver 8 is also coupled to the pane 3 via its own coupling means 4 , whereby a total reflection of the radiation 12 in the pane in the region of the receiver is avoided and the radiation can be received by the receiver 8 . With regard to the coupling element 4 , it should be noted that it must be able to couple radially arriving radiation from different angles to the assigned receiver 8 . The distance between the transmitter and receiver from the coupling element depends on the radiation. As far as this radiation is vertical, these components can be placed directly on the coupling elements 2 and 4 . As a rule, it is advisable to place at least the receiver directly on the coupling means 4 , while, as can be seen from FIG. 7, in the case of conical radiation, the transmitters can be at a distance from the coupling means 2 .

Fig. 8 zeigt ein ringförmiges Koppelmittel 2, bei dem die lichtbrechende, die Strahlung in die Scheibe 3 einkoppelnde Struktur derart aufgebracht ist, daß die Strahlung immer radial zur Mittelachse des Rings hin gebrochen ist. Dadurch wird jede von einem der Sender abgegebene Strahlung zu dem zentral angeordneten Empfänger (siehe Fig. 6, Fig. 7) hin gebrochen. Das Koppelmittel 2 in Fig. 9 verfolgt den glei­ chen Zweck, indem jeweils einzelne mit einer Brechungsstruk­ tur versehene Bezirke 14 derart ausgestaltet werden, daß die auf die Bezirke auftreffende Strahlung radial zur Mittel­ achse des Rings 2 hin gebrochen wird. Im Effekt bewirkt der flache Koppelring der Fig. 8 und 9 das gleiche Ergebnis. Allerdings muß sichergestellt werden, daß bei dem Koppelring nach Fig. 9 die einzelnen nicht dargestellten Sensoren prä­ zise auf der lokalisierten beugenden Optik 14 aufsitzen, da sonst der gewünschte Effekt nicht erreicht wird, daß von allen Sensoren die Strahlung zu dem zentral angeordneten Empfänger 8 gelangt. Fig. 8 shows an annular coupling means 2, wherein the light-refracting, in-coupling the radiation into the pane 3 structure is applied such that the radiation is always broken radially to the central axis of the ring back. As a result, any radiation emitted by one of the transmitters is refracted toward the centrally arranged receiver (see FIG. 6, FIG. 7). The coupling means 2 in Fig. 9 pursues the same purpose by each individual with a refractive structure provided districts 14 are designed such that the radiation incident on the districts is broken radially towards the central axis of the ring 2 out. In effect, the flat coupling ring of FIGS. 8 and 9 produces the same result. However, it must be ensured that in the coupling ring according to FIG. 9 the individual sensors (not shown) are precisely seated on the localized diffractive optics 14 , since otherwise the desired effect is not achieved that the radiation from all sensors reaches the centrally arranged receiver 8 .

Claims (12)

1. Sensoreinrichtung zur Erfassung des Niederschlags auf der Oberfläche transparenter oder teiltransparenter Probenkörper wie Glas-, Plastik- oder Verbundscheiben, insbesondere des Niederschlags von Regentropfen auf Kraftfahrzeug-Verbundglasscheiben, bei der an die Scheibe mindestens ein Strahlungssender und mindestens ein Strahlungsempfänger angekoppelt sind, wobei der Anteil der von dem Strahlungsempfänger empfangenen Strahlung des Strahlungssenders von dem zu messenden Niederschlag abhängt, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelmittel (2, 4) des Senders (9) und/oder Empfängers (8) zur Ein- bzw. Auskoppelung der Strahlung (1) bzw. (7) durch asymmetrische Mikroprismen, durch asymme­ trisch beugende Reliefstrukturen oder durch Phasengit­ ter gebildet sind, wobei diese Koppelmittel (2, 4) einen planaren oder quasi planaren Aufbau haben.1.Sensor device for detecting the precipitation on the surface of transparent or partially transparent test specimens such as glass, plastic or composite panes, in particular the precipitation of raindrops on motor vehicle laminated glass panes, in which at least one radiation transmitter and at least one radiation receiver are coupled to the pane, the Proportion of the radiation from the radiation transmitter received by the radiation receiver depends on the precipitation to be measured, characterized in that the coupling means ( 2 , 4 ) of the transmitter ( 9 ) and / or receiver ( 8 ) for coupling the radiation ( 1 ) in and out. or ( 7 ) are formed by asymmetrical microprisms, by asymmetrically diffractive relief structures or by phase grids, these coupling means ( 2 , 4 ) having a planar or quasi-planar structure. 2. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das einkoppelnde und/oder auskoppelnde Koppel­ mittel (2, 4) auf eine Folie aufgebracht ist und die so gebildete Koppelfolie auf der Oberfläche des Probenkör­ pers (3) befestigt insbesondere auf geklebt ist.2. Sensor device according to claim 1, characterized in that the coupling-in and / or coupling-out coupling means ( 2 , 4 ) is applied to a film and the coupling film thus formed is attached to the surface of the sample body ( 3 ) and in particular is glued on. 3. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Koppelmittel (2 und/oder 4) in das Materi­ al des Probenkörpers (3) eingearbeitet ist.3. Sensor device according to claim 1, characterized in that the coupling means ( 2 and / or 4 ) in the materi al of the specimen ( 3 ) is incorporated. 4. Sensoreinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der Probenkörper (3) eine Verbundglasscheibe und das Koppelmittel (2, 4) in Form eines planaren Pha­ sengitters mittels Brechungsindexänderungen in das Glas der Scheibe eingebracht ist. 4. Sensor device according to claim 3, characterized in that the sample body ( 3 ) a laminated glass pane and the coupling means ( 2 , 4 ) in the form of a planar Pha sengitters is introduced by means of refractive index changes in the glass of the pane. 5. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Phasengitter ein Pha­ senhologramm insbesondere Volumenphasenhologramm mit einem Fotopolymer als Trägermaterial ist.5. Sensor device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the phase grating is a Pha senhologram especially with volume phase hologram a photopolymer as a carrier material. 6. Sensoreinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß das Beugungsgitter in das Material des Proben­ körpers (3) durch örtliche Änderungen des Brechungs­ index im Material eingefügt ist.6. Sensor device according to claim 3, characterized in that the diffraction grating is inserted into the material of the sample body ( 3 ) by local changes in the refractive index in the material. 7. Sensoreinrichtung nach einem der vorangegangenen An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelmittel des Senders und/oder Empfängers sich nur über eine Flä­ che erstrecken, die im Anlagebereich des Senders und/oder Empfängers an dem Probenkörper liegt.7. Sensor device according to one of the preceding An sayings, characterized in that the coupling means of the sender and / or receiver only over a surface che extend in the system area of the transmitter and / or receiver is on the specimen. 8. Sensoreinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß mehrere Sender (9) zumindest abschnittweise konzentrisch um einen Empfänger (9) gruppiert sind und daß ein erstes Koppelmittel (2) sich zusammenhängend über die Anlageflächen aller Sender (9) erstreckt und vorzugsweise ein zweites Koppelmittel (4) sich zumin­ dest über die Anlagefläche des Empfängers (8) über den Probenkörper (2) erstreckt.8. Sensor device according to claim 7, characterized in that a plurality of transmitters ( 9 ) are at least partially concentrically grouped around a receiver ( 9 ) and that a first coupling means ( 2 ) extends coherently over the contact surfaces of all transmitters ( 9 ) and preferably one second coupling means ( 4 ) extends at least over the contact surface of the receiver ( 8 ) over the sample body ( 2 ). 9. Sensoreinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die Sender (9) konzentrisch zum Empfänger (8) angeordnet sind, daß das erste Koppelmittel (2) ring­ förmig ausgestaltet ist und vorzugsweise die Ausdehnung des den Empfänger (8) ankoppelnden zweiten Koppelmit­ tels (4) etwa die Abmessungen der Auflagefläche des Empfängers (8) gegenüber dem Probenkörper (3) besitzt. 9. Sensor device according to claim 8, characterized in that the transmitters ( 9 ) are arranged concentrically to the receiver ( 8 ), that the first coupling means ( 2 ) is ring-shaped and preferably the extension of the receiver ( 8 ) coupling second coupling element means ( 4 ) has approximately the dimensions of the contact surface of the receiver ( 8 ) relative to the specimen ( 3 ). 10. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtbrechende Struktur des Koppelmittels (2) und dessen Anordnung auf dem Pro­ benkörper (3) derart gewählt ist, daß die Strahlung der einzelnden Sender (9) zu dem gemeinsamen Empfänger (8) hin gelenkt wird.10. Sensor device according to one of claims 8 or 9, characterized in that the light-refracting structure of the coupling means ( 2 ) and its arrangement on the sample body ( 3 ) is selected such that the radiation from the individual transmitter ( 9 ) to the common receiver ( 8 ) is steered towards. 11. Sensoreinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die lichtbrechende Struktur stetig über die Fläche des Koppelmittels (2) verteilt ist oder in die einzelnen Sensoren zugeordneten und deren Flächenausdehnung entsprechenden Bezirken (14) angeord­ net sind.11. Sensor device according to claim 10, characterized in that the light-refracting structure is continuously distributed over the surface of the coupling means ( 2 ) or in the individual sensors associated and their area extension corresponding areas ( 14 ) are angeord net. 12. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelmittel (2, 4) fest mit dem Probenkörper verbunden ist, daß die Sender (9) fest mit einem insbesondere durch einen Rückspiegelfuß gebildeten Haltelement verbunden und daß vorzugsweise das Halteelement gegenüber dem Probenkörper (3) beweg­ bar, insbesondere abklappbar ist.12. Sensor device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the coupling means ( 2 , 4 ) is fixedly connected to the sample body, that the transmitter ( 9 ) is fixedly connected to a holding element formed in particular by a rear-view mirror base and that preferably the holding element relative to the specimen ( 3 ) can be moved, in particular folded down.
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