DE69834347T2

DE69834347T2 - Kompakter feuchtigkeitssensor mit wirksamer sehr schrägestellter optik

Info

Publication number: DE69834347T2
Application number: DE69834347T
Authority: DE
Inventors: S. Rein Bloomington TEDER
Original assignee: Libbey Owens Ford Co
Current assignee: Pilkington North America Inc
Priority date: 1997-10-16
Filing date: 1998-10-05
Publication date: 2007-05-24
Anticipated expiration: 2018-10-06
Also published as: ES2263222T3; JP4191895B2; CZ302798B6; AU735005B2; EP1641013A1; CN1135589C; WO1999021206A1; US5898183A; EP1641013B8; CN1276911A; CZ20001345A3; CA2302660A1; PL191088B1; PL339430A1; BR9813014A; EP1641013B1; DE69834347D1; EP1053558B1; DE69838859T2; EP1053558A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht allgemein auf einen optischen Feuchtigkeitssensor zur Befestigung an einer inneren Oberfläche einer Windschutzscheibe, und insbesondere auf einen kompakten optischen Feuchtigkeitssensor mit optischen Emittern, Detektoren und optischen Komponenten, die auf einer ebenen Schaltungsplatte befestigt sind, die parallel zu der inneren Oberfläche angeordnet ist. Ein Koppler mit Kollimations- und Fokussierlinsen wird verwendet, um Lichtstrahlen zu brechen, während sich die Lichtstrahlen von den Emittern fortbewegen und an der äußeren Oberfläche der Windschutzscheibe zurück zu den Detektoren reflektiert werden.
Motorfahrzeuge wurden seit langem mit motorgetriebenen Windschutzscheibenwischern ausgestattet, um Feuchtigkeit von der äußeren Oberfläche der Windschutzscheibe zu entfernen, zumindest innerhalb des Sichtfeldes des Fahrers, und im Allgemeinen über eine größere Fläche, um die Sicht durch die Windschutzscheibe zu verbessern. Bei den meisten heuten Fahrzeugen enthält das Windschutzscheiben-Wischersystem Schalter für mehrere Positionen oder veränderliche Geschwindigkeit, die dem Fahrer ermöglichen, einen weiten, wenn nicht unendlich veränderbaren Bereich von Geschwindigkeiten zur Anpassung an die Bedingungen auszuwählen. Wischersteuerungen werden manuell betätigt und enthalten typischerweise ein Verzögerungsmerkmal, wodurch die Wischer mit ausgewählten Zeitverzögerungsintervallen intermittierend arbeiten.
Es wurden in letzter Wischersteuersysteme entwickelt, die einen Feuchtigkeitssensor enthalten, der an der Windschutzscheibe befestigt ist, um den Motor automatisch zu aktivieren, wenn sich Feuchtigkeit auf der Oberfläche der Windschutzscheibe oder eines anderen Fahrzeugfensters, auf dem ein Wischer verwendet werden kann, wie des Rückfensters niedergeschlagen hat. Durch Erfassen von Regen oder anderer Feuchtigkeit auf der Glasoberfläche können die Wischer entsprechend gesteuert werden. Derartige Wischersteuersysteme befreien den Fahrer von der Unbequemlichkeit des häufigen Einstellens der Wischergeschwindigkeit, wenn sich die Fahrbedingungen ändern. Wischersteuersysteme mit optischen Feuchtigkeitssensoren wurden in die Herstellung von mehreren Modellen von Personenkraftwagen einbezogen. Um die kommerzielle Verwendung und die Verbraucherakzeptanz der Wischersteuersysteme zu erhöhen, besteht ein Bedarf nach einem kompakteren und kostengünstigeren optischen Feuchtigkeitssensor.
Wischersteuersysteme haben eine Anzahl verschiedener Technologien angewendet, um die bei einem Fahrzeug angetroffenen Feuchtigkeitsbedingungen zu erfassen, enthaltend leitende, kapazitive, piezoelektrische und optische Sensoren. Optische Sensoren arbeiten nach dem Prinzip, bei dem ein Lichtstrahl durch die Anwesenheit von Feuchtigkeit auf der äußeren Oberfläche der Windschutzscheibe gestreut oder von seinem normalen Pfad abgelenkt wird. Die Systeme, die optische Sensoren verwenden, haben den einzigartigen Vorteil, dass die Mittel zum Erfassen von Störungen in einem optischen Pfad direkt auf die von dem Fahrer beobachteten Erscheinungen bezogen sind (d.h., Störungen in dem optischen Pfad, der die Sicht des Fahrers betrifft).
Noak (US-Patent Nr. 4 355 271) offenbart einen optischen Feuchtigkeitssensor mit optischen Komponenten, die in einem kastenartigen Gehäuse, das an der inneren Oberfläche der Windschutzscheibe befestigt ist, angeordnet sind. Die Feuchtigkeitssensorvorrichtungen zum Steuern der Windschutzscheibenwischer eines Fahrzeugs, die von McCumber et al. und Teder (US-Patente Nrn. 5 059 877 und 5 239 244) offenbart sind, offenbaren ebenfalls ein kastenartiges Gehäuse, das an der inneren Oberfläche der Windschutzscheibe befestigt ist, um optische und elektronische Komponenten aufzunehmen.
Bei optischen Feuchtigkeitssensoren wird Licht von einem Emitter unter einem Winkel von angenähert fünfundvierzig Grad mit Bezug auf die Windschutzscheibe direkt in die Windschutzscheibe gerichtet. Das Licht wird dann von der äußeren Oberfläche der Windschutzscheibe unter einem Winkel von angenähert fünfundvierzig Grad reflektiert und in einen Detektor gerichtet. Die Anwesenheit von Feuchtigkeit auf der Oberfläche der Windschutzscheibe beeinträchtigt die Reflexion des Lichts an der Luft/Glas-Grenzfläche an der oberen Oberfläche der Windschutzscheibe, und diese Änderung des reflektierten Lichts wird elektronisch verarbeitet und als das Signal zum Aktivieren der Windschutzscheibenwischer verwendet.
McCumber et al. (US-Patent Nr. 4 620 141) offenbaren eine automatische Steuerschaltung zum Auslösen eines Wischvorgangs der Wischerblätter in Abhängigkeit von der Anwesenheit von Wassertröpfchen auf der äußeren Oberfläche einer Windschutzscheibe.
Wenn der Eintrittswinkel des Lichtstrahls in die Windschutzscheibe größer als fünfzig Grad ist, findet häufig ein Signalverlust statt. Wenn der Eintrittswinkel kleiner als vierzig Grad ist, tritt ein Verlust der Empfindlichkeit auf und der Sensor ist nicht in der Lage, Feuchtigkeit auf der Windschutzscheibe ordnungsgemäß zu erfassen. Folglich ist es wesentlich, dass der Eintrittswinkel des Lichtstrahls von dem Emitter unter angenähert fünfundvierzig Grad in die Windschutzscheibe eintritt.
Der gewünschte Winkel von fünfundvierzig Grad kann erzielt werden durch Befestigen der optoelektronischen Vorrichtungen (Emitter und Detektoren) unter einem Winkel von fünfundvierzig Grad oder durch Ablenken des Lichts, wenn es sich zwischen den Vorrichtungen und der Glaswindschutzscheibe fortpflanze. Stanton (US-Patent Nr. 5 414 257) offenbart einen optischen Sensor mit optoelektronischen Vorrichtungen, die auf einer Schaltungsplatte unter einem angemessenen Winkel mit Bezug auf die Oberfläche des Glases befestigt sind, so dass ihre optische Achse sich unter den zweckmäßigen Winkel von fünfundvierzig Grad erstreckt oder so abgelenkt werden kann, dass dies eintritt. Stanton lehrt aus flexiblen Epoxydharz ge gossene Vorrichtungen und das Biegen der Leitungen der Vorrichtungen unter einem Winkel, um die abgewinkelte Befestigung zu erleichtern. Das Problem beim Biegen der Leitungen der elektronischen Vorrichtungen besteht darin, dass die meisten Vorrichtungen zur automatischen Einführung von Komponenten die Komponenten mit gebogenen Leitungen nicht einführen können, wodurch die Kosten der Montage der Schaltungsplatten erhöht. Zusätzlich sind die Vorrichtungen mit gebogenen Leitern aus dem Gesichtspunkt des Leistungsvermögens weniger zuverlässig.
Das Befestigen von optoelektronischen Vorrichtungen auf Schaltungsplatten ohne Biegen der Leitungen ist offenbart in Zettler (US-Patent Nr. 5 560 245). Die Emitter und Detektoren sind auf kleinen Satellitenschaltungsplatten befestigt, die mit Bezug auf die Hauptschaltungsplatte abgewinkelt sind. Die Satellitenschaltungsplatten sind abgewinkelt, um die Emitter und Detektoren unter dem zweckmäßigen Winkel von fünfundvierzig Grad mit der Windschutzscheibe auszurichten. Obgleich diese Befestigungskonfiguration keine Leitungsformung erfordert, ergibt die Verwendung derartiger kleiner Schaltungsplatten andere Probleme. Die kleinen Schaltungsplatten, die zur Befestigung der optoelektronischen Vorrichtungen verwendet werden, können die Signalverarbeitungsschaltung nicht aufnehmen, die auf einer getrennten Schaltungsplatte angeordnet werden muss. Die Verwendung von mehreren Schaltungsplatten und die Orientierung der Schaltungsplatten in dem Gehäuse des Sensors erhöhen die Größe und die Kosten des Sensors.
Herkömmliche optoelektronische Vorrichtungen, enthalten die neuen Oberflächenbefestigungstechnologie-Vorrichtungen (SMTs), sind im Allgemeinen so ausge bildet, dass die optische Achse senkrecht zu der Schaltungsplatte, auf der sie befestigt sind, verläuft. Teder (S-Patent Nr. 5 661 303) offenbart die Verwendung einer einzelnen Schaltungsplatte, die koplanar mit der Oberfläche der Windschutzscheibe befestigt ist, was zu einem kostengünstigen und kompakten Sensorgehäuse führt. Jedoch erfordert diese Ausbildung optische Komponenten mit optischen Achsen, die angenähert parallel zu der optischen Achse der optoelektronischen Vorrichtungen sind. Es ist wünschenswert, die Größe und die Kosten der optischen Komponenten herabzusetzen, um die Größe und die Kosten des Feuchtigkeitssensors weiterhin zu verringern.
Ein anderer Weg zum Reduzieren der Größe und der Kosten des optischen Sensors enthält die Verringerung der Anzahl von optoelektronischen Komponenten. Noak offenbart die Verwendung eines einzelnen Detektors, um gleichzeitig zwei oder mehr Emitter zu erfassen. Muller (US-Patent Nr. 5 015 931) offenbart, dass mehrere Strahlen von einem einzelnen ungerichteten Emitter abgeleitet werden können. Derartige Konfigurationen versehen den gewünschten Erfassungsbereich mit einer geringeren Anzahl von Detektoren. McCumber et al. (US-Patent Nr. 4 620 141) lehren, dass eine ausgeglichene Konfiguration die Tendenz hat, die Wirkung von Umgebungslicht zurückzuweisen. Emitter variieren jedoch typischerweise um etwa 2:1 in der Signalstärke. Dies hat die Fähigkeiten von optischen Feuchtigkeitssensorsystemen nach dem Stand der Technik begrenzt, ein gutes Signalgleichgewicht zu erzielen. Die von Muller in '931 gezeigten optischen Pfade haben eine ungleiche Länge. Somit sind die Pfade von unterschiedlicher optischer Effizienz und können nicht verwendet werden, um ein ausgeglichenes System zu bilden. Teder (US-Patent Nr. 5 661 303) verwendet vier Emitter und zwei Detektoren, um vier optische Pfade gleicher Länge zu erhalten, jedoch ist es wünschenswert, die Größe und die Kosten des Feuchtigkeitssensors durch Verwendung von noch weniger Komponenten zu senken.
Der optische Feuchtigkeitssensor sollte sicher mit der Windschutzscheibe in Eingriff sein und die darin enthaltene Optik sollte optisch so mit der Windschutzscheibe gekoppelt sein, dass die Grenzfläche zwischen den Lichtemittern/-detektoren und der Glasoberfläche aus einem optischen Standpunkt effektiv eliminiert wird. Purvis (US-Patent Nr. 5 262 640) beschreibt eine Klebstoffzwischenschicht zum Befestigen des Sensorgehäuses und der darin enthaltenen Optik an der Windschutzscheibe. Das Sensorgehäuse ist direkt an der Oberfläche der Windschutzscheibe oder einer anderen Fahrzeugscheibe mittels einer Zwischenschicht befestigt, die zwischen dem Sensorgehäuse und der inneren Oberfläche der Windschutzscheibe angeordnet ist.
Fahrzeughersteller wünschen einen Sensor, der bereits bei dem Hersteller der Windschutzscheibe installiert wird, oder einen Sensor, der in der Fahrzeugproduktionslinie sehr leicht zu installieren ist. Der Hersteller der Windschutzscheiben versendet die Windschutzscheiben in einer derartigen Lage zueinander, dass nur sehr wenig Raum zum Befestigen eines Sensors vorhanden ist.
Schofield (US-Patent Nr. 4 930 743) offenbart die Verwendung eines Halters wie eines Rückspiegelhalters, zum Befestigen des optischen Feuchtigkeitssensors. Dieser Versuch benötigt eine zusätzliche Haltestruktur oder die Hinzufügung von Silikonstücken, um den Feuchtigkeitssensor optisch mit der Windschutzscheibe zu koppeln. Ein Trägerbefestigungssystem führt zu zusätzlichen Teilen und erhöhten Kosten.
Bendix (US-Patent Nr. 5 278 425) und Stanton ('257) lehren, dass eine Linse permanent an der Windschutzscheibe derart befestigt sein kann, dass ein Sensorgehäuse abnehmbar auf der Linse angeordnet sein kann. Die Linse kann dem Strahl eine Brechkraft verleihen, wie in Bendix gezeigt ist. Alternativ kann die Linse die Strahlen zu der Windschutzscheibe durch planare Oberflächen, die normal zu der Strahlenrichtung sind, koppeln, wie in Stanton offenbart ist. Jedoch erfordern sowohl Bendix als auch Stanton eine Linse, die angenähert so dick wie die Windschutzscheibe ist. Wenn die Windschutzscheiben für den Transport von dem Glashersteller zu der Fahrzeugmontagelinie gestapelt werden, fügt der für die Linse benötigte zusätzliche Raum zusätzliche Handhabungskosten zu den Kosten der Windschutzscheibe hinzu. Es ist wünschenswert, einen Sensor zu haben, der an der Windschutzscheibe befestigt ist und dünn genug ist, das Aneinanderlegen der Windschutzscheiben während des Versands nicht zu stören.
Moderne solargesteuerte Windschutzscheiben, wie Windschutzscheiben, die unter der Marke "EZ-KOOL" verkauft werden, die kommerziell von Libbey-Owens-Ford Co. erhältlich sind, absorbieren die von vielen optischen Feuchtigkeitssensoren verwendeten Infrarotstrahlen. Sensoren ohne Kopplungs- oder Lichtsammeloptiken sind wahrscheinlich zu uneffizient für die Verwendung bei diesen Windschutzscheiben. Im deutschen Patent Nr. DE 33 147 70 für Kohler et al., vergrößern Linsen in einem Koppler den erfassten Bereich und die Effizienz eines Feuchtigkeitssensors. Watana be (US-Patent Nr. 4 701 613) offenbart eine Reihe von V-Nuten, die Strahlen in eine Windschutzscheibe und aus dieser heraus mit einer verbesserten Effizient koppeln, jedoch sind die Vorrichtungen unter einem Winkel von fünfundvierzig Grad mit Bezug auf die Glasoberfläche befestigt, da die Nuten keine divergierenden Lichtstrahlen sammeln und sie auf den Detektor fokussieren. Es ist wünschenswert, die optoelektronischen Komponenten auf einer einzelnen planaren Schaltungsplatte zu befestigen, während die Effizienz des optischen Feuchtigkeitssensors für eine Verwendung auf modernen solargesteuerten Windschutzscheiben verbessert wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Feuchtigkeitssensor zum Befestigen auf einer ersten Oberfläche einer Glasscheibe, um Feuchtigkeit in einem Erfassungsbereich auf einer zweiten Oberfläche der Glasscheibe zu erfassen.
Gemäß der Erfindung ist der Sensor mit mehreren optischen Emitter/Detektor-Systemen versehen, um eine Anordnung von Erfassungsbereichen vorzusehen. Ein Paar von Emittern wird in Verbindung mit einem Paar von Detektoren verwendet, um vier getrennte optische Pfade gleicher Länge und vier Erfassungsbereiche auf der Glasoberfläche zu erhalten. Die Emitter und Detektoren bilden ein ausgeglichenes elektrisches System, das elektrisch mit der Steuerschaltung des Windschutzscheibenwischers verbunden ist, um die Arbeitsweise des Wischersystems zu steuern.
Darüber hinaus ist die Anzahl von optoelektronischen Komponenten herabgesetzt, was die Kosten des Sensors verringert, ohne den Wirkungsgrad und die Effizienz des Feuchtigkeitssensors zu reduzieren.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorstehenden sowie andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann augenscheinlich anhand der folgenden detaillierten Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, wenn dies im Licht der begleitenden Zeichnungen betrachtet wird, in denen:
1 ist eine fragmentarische perspektivische Ansicht, die einen auf der Windschutzscheibe eines Automobils befestigten optischen Feuchtigkeitssensor zeigt;
2 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht, die die Befestigung eines Feuchtigkeitssensors auf der inneren Oberfläche der Windschutzscheibe zeigt;
3 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht, die die Befestigungsbeziehung zwischen dem Gehäuse und dem Koppler eines Feuchtigkeitssensors zeigt;
4 ist eine Querschnittsansicht, die den benachbart dem Emitter befestigten Kollimator bei der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 ist eine Seitenansicht, die entlang der Linie 5-5 genommen ist und die Öffnung der Kollimationslinse zeigt;
6 ist eine perspektivische Ansicht, die den sich von dem Koppler erstreckenden Kollimator zeigt;
7 ist eine Seitenansicht, die entlang der Linie 7-7 genommen ist und die Öffnung der Kollimationslinse zeigt;
8 ist eine Draufsicht auf den optischen Feuchtigkeitssensor nach der vorliegenden Erfindung, die die vier optischen Pfade illustriert;
9 ist ein schematisches Diagramm, das die optoelektronischen Komponenten des Ausführungsbeispiels nach der vorliegenden Erfindung illustriert; und
10 ist eine Querschnittsansicht einer Kollimationslinse, die eine segmentierte Linse verwendet.
BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
Es wird nun auf 1 Bezug genommen, in der allgemein ein Feuchtigkeitssensor 10 nach der vorliegenden Erfindung und ein Bereich eines Automobils enthaltend eine Haube 12, Seitenpfosten 14 und ein Dach 16, die eine Öffnung definieren, in der eine Windschutzscheibe 18 befestigt ist, gezeigt sind. Windschutzscheiben-Wischerblätter 20, die in ihrer Ruhelage entlang den unteren Kanten der Windschutzscheibe gezeigt sind, sind in herkömmlicher Weise betätigbar, um in Bögen 22 geschwenkt zu werden und angesammelte Feuchtigkeit von der Oberfläche der Windschutzscheibe 18 zu wischen. Der Feuchtigkeitssensor 10 ist innerhalb des Bereichs, der von den Windschutzscheiben- Wischerblättern 20 überstrichen wird, an der Windschutzscheibe befestigt.
Wie in 2 gezeigt ist, enthält der Feuchtigkeitssensor 10 einen Koppler 24, eine Schaltungsplatte 26 zum Befestigen elektronischer Komponenten 27 und ein Sensorgehäuse 28, das an den Koppler 24 befestigbar ist, um die Schaltungsplatte 26 zu umschließen.
Der Koppler 24 enthält eine Befestigungsfläche 29, die an der inneren Oberfläche 30 der Windschutzscheibe 18 befestigt ist, für die optische Erfassung von Feuchtigkeit auf der äußeren Oberfläche 32 der Windschutzscheibe. Der Feuchtigkeitssensor 10 ist typischerweise benachbart dem Rückspiegel (nicht gezeigt) auf der inneren Oberfläche 30 befestigt, um jegliche Sichtbeeinträchtigung für die Passagiere in dem Automobil zu minimieren, obgleich der Sensor irgendwo auf der Windschutzscheibe befestigt sein kann. Die Windschutzscheibe 18 ist im Allgemeinen relativ flach in dem Bereich, in dem der Sensor 10 zu befestigen ist, so dass die Befestigungsfläche 29 des Kopplers 24 eben sein kann. Jedoch kann in Betracht gezogen werden, dass die Befestigungsfläche 29 des Kopplers 24 entsprechend gekrümmt sein kann, um einer gekrümmten Windschutzscheiben-Oberfläche angepasst zu sein, wenn dies zweckmäßig ist. Der Sensor 10 kann auch an anderen Fenstern einschließlich des Rückfensters befestigt sein.
Eine doppelseitig klebende Zwischenschicht 34 wird verwendet, um die Kopplerbefestigungsfläche 29 an der Windschutzscheibe 18 oder einem anderen Fenster zu befestigen. Die Zwischenschicht 34 besteht aus Silikon oder einem anderen ähnlichen flexiblen, durchsichtigen Kunststoffmaterial. Der Koppler 24 kann von dem Glashersteller vor dem Transport der Windschutzscheibe 18 zu der Automobilmontagelinie an der Windschutzscheibe 18 befestigt sein. Eine rechteckige Manschette 36 erstreckt sich von dem Koppler 24 entgegengesetzt zur Befestigungsfläche 29 und Rückhaltestreifen 37 erstrecken sich von den Enden der Manschette nach außen, um den Koppler an dem Gehäuse 28 zu befestigen, wie nachfolgen beschrieben wird.
Der Koppler 24 hat auch einen Kollimator 37 enthaltend einen Kollimationskörper 38, der sich von dem Koppler erstreckt, und eine Kollimationslinse 40, die sich angrenzend an dem Kollimationskörper befindet. die Kollimationslinse 40 hat eine optische Achse 41, die sich unter einem Winkel von fünfundvierzig Grad mit Bezug auf die innere Oberfläche der Windschutzscheibe 30 durch den Kollimationskörper 38 erstreckt. Der Koppler 24 enthält weiterhin einen Fokussierer 42 mit einem Fokussierungskörper 43, der sich von dem Koppler weg erstreckt, und einer Fokussierungslinse 44, die sich angrenzend an den Fokussierungskörper befindet. Die Fokussierungslinse 44 hat eine optische Achse 45, die sich unter einem Winkel von fünfundvierzig Grad mit Bezug auf die innere Oberfläche der Windschutzscheibe 30 durch den Fokussierungskörper 43 erstreckt. Der Koppler 24, der Kollimationskörper 38, die Kollimationslinse 40, der Fokussierungskörper 43 und die Fokussierungslinse 44 sind vorzugsweise integral aus einem einzigen Materialstück gebildet. Die Kollimationslinse 40 ist durch Formen der Oberfläche des Kollimationskörpers 38 gebildet, und die Fokussierungslinse 44 ist durch Formen der Oberfläche des Fokussierungskörpers 43 in einer nachfolgend beschriebenen Weise gebildet. Alternativ kann eine getrennte Kollimationslinse 40 angrenzend an den Kollimationskörper 38 angeordnet sein, und eine getrennte Fokussierungslinse 44 kann angrenzend an den Fokussierungskörper 43 angeordnet.
Der Koppler ist aus einem lichtbrechenden Material wie Polykarbonat oder Polyesterharz gebildet, obgleich jedes geeignete Material verwendet werden kann, das einen weiten Bereich von Temperaturen, denen ein Automobil ausgesetzt werden kann, widerstehen kann. Der Koppler 24 koppelt optisch Lichtstrahlen in die und aus der Windschutzscheibe 18, so dass die Lichtstrahlen nicht abgelenkt werden, wenn sie von dem Kollimationskörper 38 in die Windschutzscheibe und aus der Windschutzscheibe in den Fokussierungskörper 43 übergehen. Zusätzlich schafft der Koppler 24 eine sichere Basis zum Befestigen der Kollimationslinse 40, der Fokussierungslinse 44 und des Gehäuses 28 an der Windschutzscheibe 18.
Die Dicke des Kopplers 24 ist ein wichtiger Faktor für den Gesichtspunkt des Verpackens, wenn die Windschutzscheibe von dem Glashersteller zu der Automobilmontagelinie transportiert wird. Spezielle Gestelle und Verpackungsmaterial wurden entworfen, um die individuellen Windschutzscheiben so nahe wie möglich zur Erhöhung des Transportwirkungsgrads zu verpacken, während die Windschutzscheiben während des Transports geschützt sind, um ein Verkratzen oder eine andere Beschädigung der Windschutzscheiben zu vermeiden. Die Automobil-Windschutzscheiben enthalten typischerweise einen Befestigungsknopf (nicht gezeigt) auf der Windschutzscheibe zum Befestigen des Rückspiegels derart, dass die Transportgestelle einen derartigen Befestigungsknopf aufnehmen können. Der Koppler 24 ist weniger als 5 mm dick, wodurch er dünner als der typische Spiegelbefestigungsknopf ist. Folglich ermöglicht der dünne Koppler 24 dem Glashersteller, den Koppler 24 in der Windschutzscheiben-Produktionslinie zu befestigen, ohne dass die Verpackung und Materialhandhabungsvorgänge, die zum Befördern der Windschutzscheiben zu der Automobilmontagelinie durchgeführt werden, geändert werden müssen. Die Fähigkeit, den Koppler während der Windschutzscheiben-Herstellvorgänge zu befestigen, ohne die Verpackung und Materialhandhabungsmerkmale zu ändern, ist ein wichtiger Gesichtspunkt, um eine verstärkte Verwendung des Feuchtigkeitssensors und des Wischersteuersystems durch die Automobilfirmen zu erzielen.
Es wird nun auf die 2 und 3 Bezug genommen, in denen das Sensorgehäuse 28 aus hartem Kunststoff oder anderem starrem Material besteht und undurchsichtig ist, um unerwünschtes Licht abzublocken. Aus Gründen der Klarheit zeigt 3 den Koppler 24, ohne den Kollimator oder Fokussierer zu zeigen. Das Gehäuse 28 enthält eine Basis 46 und vier Seitenwände 48, die sich von der Basis weg erstrecken, wobei sie vorzugsweise ein kastenförmiges Gehäuse bilden. Das Gehäuse 28 ist so bemessen, dass es über die Manschette 36 des Kopplers 24 passt, nachdem der Koppler an der Windschutzscheibe 18 befestigt wurde. Nuten 50 sind auf der Innenseite der Gehäusewände 48 ausgebildet, um die Kopplerstreifen 37 aufzunehmen und das Gehäuse 28 lösbar an dem Koppler 24 zu halten. Die Seitenwände 48 des Gehäuses 28 sowie die Manschette 36 des Kopplers 24 sind jeweils leicht verformbar, um das Einschnappen des Gehäuses in seiner Lage über dem Koppler zu erleichtern, so dass die Kopplerstreifen 37 in die Nuten 50 eintreten. Wahlweise können Kerben in die Manschette 36 des Kopplers 24 geschnitten sein, um die Verformung zu erhöhen.
Nachdem das Gehäuse 28 in seiner Lage über der Kopp lermanschette 36 eingeschnappt ist, werden seitliche Kräfte, die auf den Koppler 24 ausgeübt werden, durch die Gehäusewände 48 auf die Manschette 36 übertragen. Die Gehäusewände 48 und die Kopplermanschette 36 haben eine große Oberfläche und haben keine Tendenz, Kräfte zu konzentrieren, die zu einem Bruch führen. Weiterhin absorbiert die nichtkreisförmige Gestalt der Kopplermanschette 36 Torsionskräfte, die auf das Gehäuse 28 ausgeübt werden. Der vorliegende Feuchtigkeitssensor hat somit die Tendenz, im Falle eine Kollision an der Windschutzscheibe befestigt zu bleiben, oder wenn er durch einen neugierigen Fahrgast unsachgerecht gehandhabt wird. Eine Kerbe 21 in einer Seitenwand 48 des Gehäuses 28 erleichtert seine Entfernung mit einer Münze oder einem Schraubendreher. Vorzugsweise ist der Koppler 24 auf die Windschutzscheibe mit Hilfe eines Silikons sehr hoher Klebkraft autoklaviert, obgleich jedes geeignete Material verwendet werden kann. Die geringe Tiefe des Kopplerbefestigungsverfahrens ermöglicht die Durchführung einer derartigen Installierung bei dem Windschutzscheiben-Hersteller, ohne die Verpackungsdichte der Windschutzscheiben zu beeinträchtigen, wie vorstehend beschrieben ist. Fahrzeughersteller möchten jeden Vorgang, bei dem Klebstoffe oder andere Chemikalien gehandhabt werden, vermeiden, und sie bevorzugen, dass ihnen der Feuchtigkeitssensorkoppler an der Windschutzscheibe befestigt geliefert wird.
Zusätzlich zu der stoßfesten Ausbildung des Feuchtigkeitssensors ist die umfangsgesicherte Ausbildung einfach zu installieren. Im Gegensatz zu Feuchtigkeitssensor-Befestigungsverfahren mit getrennten Klammern oder anderen Befestigungsmerkmalen kann das vorliegende Feuchtigkeitssensorgehäuse mit einer einhändigen Betätigung auf dem Koppler eingeschnappt werden. Dies verkürzt die Zeit, die der Fahrzeughersteller zum Installieren des Feuchtigkeitssensors benötigt, wodurch die Kosten des Systems herabgesetzt werden.
Eine einzelne ebene Schaltungsplatte 26 wird in dem Gehäuse durch Streifen 52, die sich von der Innenfläche der Gehäusewände nach innen erstrecken, gehalten. Die Schaltungsplatte 26 enthält eine Vorrichtungsoberfläche 54, auf der die elektronischen Komponenten 27 befestigt sind. Die Schaltungsplatte 26 ist so in dem Gehäuse 28 befestigt, dass die Vorrichtungsoberfläche 54 im Wesentlichen parallel zu der inneren Oberfläche 30 der Windschutzscheibe 18 verläuft, wenn das Gehäuse 28 an dem Koppler 24 befestigt ist und der Koppler an der Windschutzscheibe befestigt ist. Die elektronischen Komponenten 27 sind so auf der Vorrichtungsoberfläche 54 der Schaltungsplatte 26 befestigt, dass die oberen Oberflächen der elektronischen Komponenten im Wesentlichen parallel zu der Vorrichtungsoberfläche 54 sind. Herkömmliche Oberflächenbefestigungstechniken können angewendet werden, um die Komponenten auf der Schaltungsplatte 26 zu befestigen.
Die elektronischen Komponenten 27 enthalten einen Emitter 56, einen Detektor 58 und eine Signalverarbeitungsschaltung 59. Obgleich ein einziger Emitter 56 und Detektor 58 gezeigt sind, können mehrere Emitter und Detektoren verwendet werden, wie nachfolgend beschrieben ist. Der Emitter 56 ist vorzugsweise eine Infrarotlicht emittierende Diode, obgleich jeder geeignete Emitter verwendet werden kann, und der Detektor 58 ist vorzugsweise eine Fotodiode, obgleich jeder geeignete Detektor verwendet werden kann. Der Emitter 56 und der Detektor 58 sind oberflächenbefes tigte Vorrichtungen, wie die Siemens-Teile Nummern SFH-421 bzw. BPW-34FAS. Der Emitter 56 und der Detektor 58 können auch durch Verwendung eines Siliziumwürfels implementiert werden, der direkt auf die Schaltungsplatte 26 in einer Chip-auf-Platte-Anordnung geklebt ist.
Die Signalverarbeitungsschaltung enthält herkömmliche Komponenten 59, die auf der Schaltungsplatte 26 befestigt sind. Zusätzlich können Lichtsperren 61 auf der Schaltungsplatte befestigt sein, um Umgebungslicht von dem Detektor 58 auszuschließen und eine nicht ordnungsgemäße optische Kommunikation oder ein Übersprechen zwischen dem Emitter 56 und dem Detektor 58 in dem Gehäuse 28 zu verhindern. Der Emitter 56 und der Detektor 58 sind elektrisch mit der Signalverarbeitung verbunden.
Wie in 4 gezeigt ist, besteht der Emitter 56 typischerweise aus einem Kunststoffgehäuse 60, einem Infrarotstrahlen emittierenden Würfel 62, der in einer Vertiefung in dem Gehäuse befestigt ist, und einem mit durchsichtigem Epoxid gefüllten Bereich 64. Der Emitter 56 sendet Lichtstrahlen 65 aus, typischerweise mit einer spezifischen Wellenlänge wie Infrarotenergie bei 880 nm, obgleich andere Wellenlängen verwendet werden können. Die Lichtstrahlen 65 werden als ein divergierender Strahlenfächer emittiert, der symmetrisch zu einer Emissionsachse 66 ist, die sich von dem Emitter primär in einer Richtung senkrecht zu der Vorrichtungsoberfläche 54 der Schaltungsplatte 26 erstreckt. Die Lichtstrahlen 65 treten aus dem Emitter 56 über eine schiefwinkelige Fläche aus, wobei sich jeder Strahl unter einem Winkel θ_E mit Bezug auf die Emissionsachse 66 fortpflanzt. Die Intensität jedes der Strahlen 65, die von dem Emitter 56 divergieren, ist im Wesentlichen der Kosinus von θ_E. somit sind die Strahlen 65 von dem Emitter 56 entlang der Emissionsachse 66 am stärksten. In dem nahen Feld, in welchem die Erfindung arbeitet, sind die Strahlen mit einem Emitterwinkel θ_E, der größer als etwa fünfzig Grad ist, durch das Emittergehäuse 60 abgeschattet und somit weniger intensiv.
Wie in 2 gezeigt ist, enthält der Detektor 58 eine Erfassungsfläche 67, die sich im Wesentlichen parallel zu der Vorrichtungsoberfläche 54 erstreckt. Eine Erfassungsachse 68 mit der höchsten Erfassungsempfindlichkeit erstreckt sich von der Erfassungsfläche 67 in einer Richtung, die primär senkrecht zu der Erfassungsfläche 67 und der Vorrichtungsoberfläche 54 der Schaltungsplatte 26 ist. Der Detektor 58 hat ebenfalls einen Annahmewinkel (nicht gezeigt), der sich symmetrisch um die Erfassungsachse 68 so erstreckt, dass auf dem Detektor innerhalb des Annahmewinkels treffende Lichtstrahlen bewirken, dass der Detektor 58 ein Steuersignal erzeugt. Der spezifische Emitter 56 und der Detektor 58, die jeweils zu verwenden sind, werden so gewählt, dass der Detektor empfindlich ist für die Wellenlänge des von dem Emitter emittierten Lichts.
Wenn das Gehäuse 28 an dem Koppler 24 wie in 2 gezeigt befestigt ist, erstrecken sich der Kollimationskörper 38 und die Kollimationslinse 40 zu dem Emitter 56 hin, und der Fokussierungskörper 43 und die Fokussierungslinse 44 erstrecken sich zu dem Detektor hin. Ein Teil der Lichtstrahlen 65, die von dem Emitter 56 ausgehen, trifft auf die Kollimationslinse 40 und wird in einen Strahl 72 kollimiert, der den Kollimationskörper 38 hindurch entlang der optischen Achse 41 der Kollimationslinse geht. Die Lichtstrahlen, die auf die Kollimationslinse 40 auftreffen, liegen vorzugsweise im Bereich von angenähert 10 bis angenähert 10 bis angenähert fünfzig Grad mit Bezug auf die Emissionsachse 66, obgleich die Linse so ausgebildet sein kann, dass sie Lichtstrahlen von kleineren oder größeren Winkeln annimmt. Die Kollimationslinse 40 ist relativ zu dem Emitter 56 so angeordnet, dass die optische Achse 41 einen schiefen Winkel 69 mit Bezug auf die Emissionsachse 66 bildet. Der schiefe Winkel 69 liegt vorzugsweise zwischen 39 und 51 Grad, obgleich er kleiner oder größer sein kann. Die Oberfläche der Kollimationslinse muss, wie nachfolgend beschrieben ist, so geformt sein, dass sie einen kollimierten Strahl mit ausreichender Intensität bildet, so dass der Detektor 58 ein brauchbares Signal erzeugen kann.
In gleicher Weise befindet sich die Fokussierungslinse 44 relativ zu dem Detektor 58 derart, dass die optische Achse 45 der Fokussierungslinse 44 einen schiefen Winkel 71 mit Bezug auf die Erfassungsachse 68 bildet. Der schiefe Winkel 71 liegt vorzugsweise zwischen 39 und 51 Grad. Die Oberfläche der Fokussierungslinse 44 ist, wie nachfolgend beschrieben wird, so geformt, dass sie den kollimierten Strahl 72 auf die Erfassungsfläche des Detektors fokussiert. Der kollimierte Strahl 72 wird in einen Fächer von konvergierenden Strahlen mit ausreichender Intensität an der Erfassungsfläche 67 so fokussiert, dass der Detektor ein brauchbares Signal erzeugen kann. Der Fächer aus auf die Erfassungsfläche konvergierenden Lichtstrahlen liegt vorzugsweise im Bereich von angenähert 10 bis angenähert fünfzig Grad mit Bezug auf die Erfassungsachse, obgleich der Strahlenfächer kleinere oder größere Winkel mit Bezug auf die Erfas sungsachse bilden kann.
Das Licht pflanzt sich von dem Emitter 56 zu dem Detektor 58 entlang eines optischen Pfads 73 fort. Die Lichtstrahlen von dem Emitter, die in dem kollimierten Strahl 72 kollimiert sind, pflanzen sich entlang des optischen Pfads unter einem Winkel von fünfundvierzig Grad mit Bezug auf die innere Oberfläche 30 in die Windschutzscheibe 18 fort. Der kollimierte Lichtstrahl 72 trifft in einem Erfassungsbereich 74 auf die äußere Oberfläche 32 und wird entlang des optischen Pfads 73 zurück durch die Windschutzscheibe und in den Fokussierungskörper 43 unter einem Winkel von fünfundvierzig Grad mit Bezug auf die innere Oberfläche 30 reflektiert. Die optische Achse 45 der Fokussierungslinse 44 ist gegenüber der optischen Achse 41 der Kollimationslinse 40 an der Oberfläche des Kopplers 24 um einen Abstand T versetzt. Kein einzelner Lichtstrahl pflanzt sich seitlich entlang dieser Parallelverschiebung fort; vielmehr ist es ein Kunstgriff, der anzeigt, dass die optische Mitte des Systems auf der Oberfläche des Kopplers 24 verschoben wird. Der Abstand T ist so gewählt, dass die Fokussierungslinse 44 die volle Breite des Strahls 72 einsammelt. Die Kollimationsfläche 40 ist eine kegelstumpfförmige Drehfläche, die um die optische Achse 41 symmetrisch ist. Die Parallelverschiebung T der optischen Achse 41 zu der optischen Achse 45 ergibt sich aus der Natur der Asymmetrie der Kollimations- und Fokussieröffnungen. Die Außenfläche des Glases wirkt wie ein Faltungsspiegel. Aufgrund der Wirkungen dieses Faltungsspiegels treffen Strahlen nahe der Emissionsachse den Detektor unter einem Winkel, der weit von der Erfassungsachse entfernt ist. Somit geht ein Strahl, der durch die optische Mitte des Kollimators hindurchgeht, nicht durch die optische Mitte der Fokussiererlinse hindurch, die von der Erfassungsachse weg verschoben ist.
Es wird nun auf die 5 und 6 Bezug genommen, in denen die Kollimationslinse 40 eine durch den Umfang 80 definierte lichtempfangende Öffnung 82 hat. Der Umfang 80 kann durch die körperlichen Kanten der Kollimationslinse 40 gebildet sein, oder der Umfang 80 kann den Bereich der Linsenoberfläche definieren, der direkt von dem Emitter 56 emittiertes Licht empfängt und der dieses Licht wie vorstehend beschrieben kollimiert. Lichtstrahlen, die die Linsenoberfläche außerhalb der Öffnung 82 treffen, werden nicht kollimiert und nicht effektiv zu dem Detektor 58 übertragen. Die lichtempfangende Öffnung 82 hat eine Breite W, wie gezeigt ist, gemessen in der Richtung der Bezugslinie 5-5. Die lichtempfangende Öffnung 82 hat eine körperliche Mitte 84, die in der Mitte des Umfangs 80 positioniert ist.
Die optische Mitte einer Linse ist definiert als der Punkt, an dem eine optische Achse die Linsenoberfläche schneidet. Auch geht definitionsgemäß ein Lichtstrahl, der sich entlang der optischen Achse fortpflanzt die in die Linsenöffnung durch die optische Mitte eintritt, gerade hindurch, während alle anderen Strahlen, die in die Linsenöffnung eintreten, durch die Linse entlang eines zu der optischen Achse parallelen Pfades abgelenkt werden. Die Kollimationslinse 40 hat eine außermittige optische Mitte 86, die einen Abstand von der körperlichen Mitte 84 aufweist, und daher eine außermittige optische Achse 41. Vorzugsweise ist die optische Mitte 86 gegenüber der körperlichen Mitte 84 um etwa 22% der Breite W versetzt, obgleich jedes geeignete Versetzung verwendet werden kann. Die Oberfläche des Kollimationskörpers 38 des Kopplers 24 kann wahlweise mit einem undurchsichtigen Material bedeckt sein, um Strahlen auszuschließen, die nicht auf die Öffnung 82 auftreffen, oder solche Strahlen können ungehindert durch den Koppler hindurchgehen. Zusätzlich kann die Oberfläche der Kollimationslinse außerhalb des Umfangs 80, der die Öffnung 82 definiert, wahlweise mit einem undurchsichtigen Material bedeckt sein, um solche Strahlen auszuschließen, die nicht auf die Öffnung 82 treffen, oder derartige Strahlen können ungehindert durch den Koppler hindurchgehen. Nur solche Emitterstrahlen, die durch die Öffnung 82 hindurchgehen, sind nützlich für die Erfassung von Regen.
Es wird nun auf 7 Bezug genommen, in der die Fokussierungslinse 44 eine durch den Umfang 88 definierte lichtdurchlassende Öffnung 90 hat. Der Umfang 88 kann durch die körperlichen Kanten der Fokussierungslinse 44 gebildet sein oder der Umfang 88 kann den Bereich der Linsenoberfläche definieren, der den kollimierten Lichtstrahl 72 in einem fokussierten Strahl zu der Erfassungsfläche 67 des Detektors 58 überträgt. Lichtstrahlen, die die Fokussierungslinse außerhalb der Öffnung 90 verlassen, werden nicht auf den Detektor 58 fokussiert. Die Öffnung 90 hat eine Breit W, wie gezeigt ist. Die Fokussierungslinse 44 hat eine körperliche Mitte 82, die in der Mitte des Umfangs 88 angeordnet ist. Die optische Mitte 94 der Linse 44 ist außermittig, d.h., sie weist einen Abstand zu der körperlichen Mitte 92 auf, und daher ist die optische Achse 45 der Fokussierungslinse ebenfalls außermittig. Vorzugsweise ist die optische Mitte 94 gegenüber der körperlichen Mitte 92 um etwa 22% der Breite W versetzt, obgleich jede geeignete Versetzung verwendet werden kann. Die Oberfläche des Fokussierungskörpers 43 des Kopplers 24 kann wahlweise mit einem undurchsichtigen Material bedeckt sein, um Strahlen auszuschließen, die nicht auf die Öffnung 90 fallen, oder derartige Strahlen können ungehindert durch den Koppler hindurchgehen. Zusätzlich kann die Oberfläche der Fokussierungslinse 44 außerhalb des die Öffnung 90 definierenden Umfangs 88 wahlweise mit einem undurchsichtigen Material bedeckt sein, um Strahlen auszuschließen, die nicht auf die Öffnung 90 auftreffen, oder derartigen Strahlen können ungehindert durch den Koppler hindurchgehen.
Wenn der Feuchtigkeitssensor in Betrieb sind, signalisiert die Steuervorrichtung (nicht gezeigt) den Emitter 56, der bewirkt, dass Lichtstrahlen 65 symmetrisch um die Emissionsachse emittiert werden. Die Lichtstrahlen 65, die auf die Öffnung 82 der Kollimationslinse auftreffen, werden in einen Strahl 72 kollimiert, der sich entlang des optischen Pfades 73, der parallel zu der optischen Achse 41 der Kollimationslinse ist, fortpflanzt. Der Lichtstrahl 72 wird entlang des optischen Pfades 73 optisch in die Zwischenschicht 34 gekoppelt und dann in die Windschutzscheibe 18. Der Lichtstrahl 72 pflanzt sich durch die Windschutzscheibe 18 fort, fortsetzend unter einem Winkel von angenähert fünfundvierzig Grad, und wird durch die äußere Oberfläche 32 der Windschutzscheibe 18 in dem Erfassungsbereich 74 reflektiert. Der reflektierte Strahl geht durch die Windschutzscheibe 18 hindurch zurück entlang des optischen Pfades 73 unter einem Winkel von fünfundvierzig Grad mit Bezug auf die Oberfläche der Windschutzscheibe. Der kollimierte Lichtstrahl 72 geht durch den Fokussierungskörper 43 und die Fokussierungslinse 44 hindurch. Die Fokussierungslinse fokussiert den kollimierten Strahl 72 auf die Oberfläche des Detektors 58. Wenn sich Feuchtigkeit 76 in dem Erfassungsbereich 74 der Windschutz scheibe angesammelt hat, wird nicht der gesamte kollimierte Lichtstrahl 72 zu dem Fokussierungskörper 43 zurück reflektiert, und der Detektor 58 erzeugt ein Signal, das für die erfasste Lichtmenge repräsentativ ist. Obgleich der Detektor im Allgemeinen die höchste Empfindlichkeit hat, wenn die Lichtstrahlen senkrecht zu der Schaltungsplatte 26 sind, wird jeder Lichtstrahl 72 innerhalb des Annahmewinkels des Detektors 58 erfasst. die Signalverarbeitungsschaltung 59 empfängt das Detektorsignal und interpretiert die Änderung in dem Signal als die Anwesenheit von Feuchtigkeit und steuert die Wischer entsprechend.
Für eine ordnungsgemäße Operation muss die Kollimationslinse 40 mit Bezug auf den Emitter 56 so positioniert sein, dass eine ausreichende Menge der Lichtstrahlen 65, die auf die Linsenöffnung 82 auftreffen, kollimiert wird. Es wird wieder auf 4 Bezug genommen, in der der Winkel einer Linie, die die Oberfläche der Kollimationslinse 40 mit Bezug auf die Windschutzscheibe schneidet, bei θ_X gezeigt ist. Werte von θ_X variieren über die Oberfläche der Kollimationslinse. Wie vorstehend erwähnt ist, ist es bevorzugt, dass die Strahlen des kollimierten Lichtstrahls 72 sich innerhalb der Windschutzscheibe 18 unter einem Winkel θ_G von fünfundvierzig Grad mit Bezug auf die Oberfläche 30 der Windschutzscheibe fortpflanzen. Damit die Kollimationslinse die Emitterstrahlen in den geforderten Winkel von fünfundvierzig Grad bricht, kann durch Handhaben des Snell'schen Gesetzes gezeigt werden, dass: θX = arctan [(sin(θE) – n·sin(θG))/(cos(θE) – n·cos(θG))]
Hierin ist n der Brechungsindex des Kopplers 24. Der Koppler 24 ist vorzugsweise aus Polykarbonat geformt, das einen Brechungsindex von n = 1,57 bei 880 nm hat. Alternativ kann der Koppler aus Glas, Acryl oder irgendeinem anderen durchsichtigen Material hergestellt sein. Anhand dieser Gleichung kann beispielsweise gezeigt werden, dass für einen Emitterwinkel θ_E von 10 Grad ein Winkel der Kollimationslinsen-Oberfläche von 76 Grad erforderlich ist. Bei einem derart steilen Winkel wird etwa die Hälfte der Intensität des Strahls von dem Emitter von der Kollimationslinsen-Oberfläche weg reflektiert und tritt daher nicht in die Windschutzscheibe 18 ein. Die Reflexion nimmt dramatisch zu bei selbst kleineren Emitterwinkeln. Daher stellt diese Beziehung zwischen dem Emitterwinkel und dem Winkel der Kollimationslinsen-Oberfläche eine untere Grenze für den Abstand zwischen der Kollimatorlinse 40 und der Emissionsachse 66 her. In gleicher Weise ist dieselbe untere Grenze auf dem Abstand zwischen der Fokussierungslinse 44 und der Erfassungsachse 68 gesetzt. Lichtstrahlen, die durch die Fokussierungslinse 44 näher als etwa 10 Grad zu der Erfassungsachse 68 hindurchgehen, werden intern von der innenseitigen Oberfläche der Fokussierungslinse 44 weg reflektiert und reduzieren die Intensität des fokussierten Strahls, der die Erfassungsfläche 67 erreicht.
Andere Effekte stellen eine obere Grenze für den Abstand zwischen der Emissionsachse 66 und der Kollimationslinse 40 her. Wenn θ_E zunimmt, verringert die Schrägheit die Stärke des Emitterstrahls, die gemäß cos θ_E variiert, wie vorstehend beschrieben ist. Auch werden bei Werten von θ_E von etwa fünfzig Grad die emittierten Lichtstrahlen durch das Emittergehäuse 60 verschattet. Somit ist der Winkelbereich, bei dem nützlich in die Windschutzscheibe 18 eingekoppelt wird, auf Emitterwinkel zwischen etwa 10 und etwa fünfzig Grad begrenzt. Bei kleineren Winkeln wieder wird ein zu großer Bruchteil des Strahls von der Oberfläche der Kollimationslinse weg reflektiert. Bei größeren Winkeln reduziert die Schrägheit die Stärke des emittierten Lichts, und das Licht wird durch das Gehäuse des Emitters verschattet. Innerhalb dieses Bereichs von Emitterwinkeln werden Wirkungen der Reflexion und der Schrägheit grob ausgelöscht. Somit sind die emittierten Lichtstrahlen angemessen gleichförmig innerhalb des vorgeschriebenen Bereichs von Emitterwinkeln. Diese Beschränkung des Emitterstrahls trägt einen weiteren Vorteil dahingehend, dass sie eine Ausbildung ermöglicht, bei der dem Erfordernis der Höhe des Kopplers von 5 mm entspricht. Ein weiterer Bereich von Emitterstrahlen würde einen größeren Koppler erfordern. In gleicher Weise werden Lichtstrahlen, die sich außerhalb von etwa fünfzig Grad gegenüber der Erfassungsachse 68 fortpflanzen, aufgrund der hohen Schrägheit kaum von dem Detektor 58 empfangen. Wie bei dem Kollimator 37 ermöglicht die Beschränkung der Winkel der von der Fokussierungslinse 44 empfangenen Strahlen durch den Detektor 58 die Ausbildung eines flachen Kopplers 24.
Die Oberfläche der Kollimationslinse 40 ist so geformt, dass sie ermöglicht, dass die Kollimationslinse einen großen Teil der Lichtstrahlen, die von dem Emitter kommen, kollimiert, wenn die Emissionsachse 66 einen schiefen Winkel mit Bezug auf die optische Achse 41 bildet. Vorzugsweise ist die Oberfläche der Kollimationslinse eine kontinuierliche, konvex brechende Oberfläche, obgleich die Oberfläche segmentiert sein kann, wie nachfolgend beschrieben ist. Die zweckmäßige Gestalt der Linsenoberfläche kann unter Verwendung eines optischen Entwurfssoftwaresystems bestimmt werden, wie des Zemax-Systems von Focus Software in Tucson, AZ. Die sich ergebende Oberflächengestalt wird am besten durch ein asphärisches Polynom dargestellt. Die Oberfläche ist durch eine Durchhangfunktion gegeben, die den Abstand z zwischen der Oberfläche und dem Radius von der optischen Achse erzeugt. Diese Oberfläche kann zum Zwecke der Illustration sein: z = (cr2)/(1 + √1 – (1 + k)c²r²) + α1r2 + α2r4 + α3r6 + α4r8 + ...
Hierin sind:
Dieses Verfahren der Beschreibung einer asphärischen Linse ist dem Fachmann auf dem Gebiet des Entwerfens optischer Systeme vertraut. Alternativ kann eine sphärische Linse mit dem Radius von 3,163 mm eingesetzt werden, jedoch ist eine Abberation induziert, die die Intensität des von der Linse übertragenen Lichts verringern kann. Die gegebenen Werte ermöglichen eine leichte Divergenz des kollimierten Strahls, was die Toleranzanforderungen der Anordnung des Emitters erleichtert.
Obgleich nur ein optischer Pfad erforderlich ist, um einen funktionierenden Feuchtigkeitssensor zu erhalten, kann ein einzelner optischer Pfad einen Erfassungsbereich mit ungenügender Oberfläche für einen glatten Betrieb der Wischer vorsehen. Es wird nun auf 8 Bezug genommen, in der ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einer verschiedenen Anordnung von optischen Komponenten, die mehrere optische Pfade vorsehen, gezeigt ist. Der Sensor 100 des alternativen Ausführungsbeispiels enthält einen ersten und einen zweiten Emitter 156a und 156b sowie einen ersten und einen zweiten Detektor 158a und 158b, die auf einer Vorrichtungsoberfläche einer Schaltungsplatte (nicht gezeigt) in einer ähnlichen Weise wie der vorstehend beschriebenen befestigt sind. Der erste Emitter 156a befindet sich auf der Schaltungsplatte (nicht gezeigt) in einer ersten Ecke 102a eines Quadrats 104, und der zweite Emitter 156b befindet sich auf der Schaltungsplatte in einer zweiten Ecke 102b entgegengesetzt zu der ersten Ecke 102a. Der erste und der zweite Emitter 156a und 156b enthalten Emissionsachse (nicht gezeigt) ähnlich der Emissionsachse 69 des in 4 gezeigten Emitters 56. Der erste Detektor 158a befindet sich auf der Schaltungsplatte in einer dritten Ecke 102c des Quadrats 104, und der zweite Detektor 158b befindet sich auf der Schaltungsplatte in einer vierten Ecke 102d gegenüber der dritten Ecke 102c. Der erste und der zweiten Detektor 158a und 158b enthalten Erfassungsachsen (nicht gezeigt) ähnlich der Erfassungsachse 68 des in 4 gezeigten Detektors 56. Die Schaltungsplatte ist in einem in 3 gezeigten Gehäuse 28 in einer Weise ähnlich der vorstehend beschriebenen Schaltungsplatte 26 befestigt.
Der Sensor 100 enthält einen Koppler 106 mit einer Befestigungsfläche (nicht gezeigt), die an der Windschutzscheibe in einer Weise ähnlich dem vorbeschriebenen Koppler 24 befestigt ist. Das Gehäuse 28 wird an dem Koppler 106 in einer dem vorbeschriebenen Koppler 24 ähnlichen Weise befestigt. Der Koppler 106 enthält einen ersten Kollimator 108a, der sich angrenzend an den ersten Emitter 156a in der ersten Ecke 102a befindet, wenn das Gehäuse 28 an dem Koppler 106 befestigt ist. Der Koppler 106 enthält auch einen zweiten Kollimator 108b, der sich angrenzend an den zweiten Emitter 156b in der zweiten Ecke 102b befindet, wenn das Gehäuse 28 an dem Koppler 106 befestigt ist. Jeder Kollimator 108a und 108b enthält zwei Kollimationskörper 109 und zwei Kollimationslinsen 110. Die beiden Kollimationslinsen 110 liegen aneinander an, so dass ihre optischen Achsen 111 einen Winkel von angenähert neunzig Grad bilden, wenn sie wie in 8 gezeigt betrachtet werden. Die Kollimationslinsen 110 sind vorzugsweise integral mit den Kollimationskörpern 109 ausgebildet, obgleich getrennte Linsen angrenzend an jeden Kollimationskörper angeordnet sein können, wie vorstehend beschrieben ist.
Jede der Kollimationslinsen 110 ist ähnlich der vorstehend beschriebenen Kollimationslinse 40, und um eine Wiederholung zu vermeiden, wird sie nicht in dieser Einzelheit beschrieben. Jede Kollimationslinse 110 hat eine körperliche Mitte, eine optische Mitte und eine optische Achse ähnlich der körperlichen Mitte 84, der optischen Mitte 86 und der optischen Achse 41 der in den 4, 5 und 6 gezeigten Kollimationslinse, die Kollimationslinsen 110 des ersten Kollimators 108a befinden sich angrenzend an den ersten Emitter 156a derart, dass jede der optischen Achsen einen schiefen Winkel mit Bezug auf die vorbeschriebene Emitterachse bildet. Die Kollimationslinsen 110 des zweiten Kollimators 108b befinden sich angrenzend an den zweiten Emitter 156b derart, dass jede der optischen Achsen einen schiefen Winkel mit Bezug auf die vorbeschriebene Emitterachse bildet. Die Oberfläche der Kollimationslinsen 110 ist ähnlich wie die der vorbeschriebenen Kollimationslinse 40 ausgebildet, derart, dass die optische Mitte aus den vorbeschriebenen Gründen gegenüber der körperlichen Mitte versetzt ist.
Der Koppler 106 enthält auch einen ersten Fokussierer 114a, der sich angrenzend an den ersten Detektor 158a in der dritten Ecke 102c befindet, wenn das Gehäuse 28 an dem Koppler 106 befestigt ist. Der Koppler 106 enthält weiterhin einen zweiten Fokussierer 114b, der sich angrenzend an den zweiten Detektor 158b in der vierten Ecke 102d befindet, wenn das Gehäuse 28 an dem Koppler 106 befestigt ist. Jeder Fokussierer 114a und 114b enthält zwei Fokussierungskörper 115 und zwei Fokussierungslinsen 116. Die beiden Fokussierungslinsen 116 liegen so aneinander an, dass ihre optischen Achse 117 einen Winkel von angenähert neunzig Grad bilden, wenn sie wie in 8 gezeigt betrachtet werden. Die Fokussierungslinsen 116 sind vorzugsweise integral mit den Fokussierungskörpern 115 ausgebildet, obgleich getrennte Linsen angrenzend an jeden Fokussierungskörper angeordnet sein können, wie vorstehend beschrieben ist. Eine Ecke jeder Kollimationslinse 110 und Fokussierungslinse 116 ist entfernt, um das Nebeneinanderliegen zu ermöglichen, aber das Leistungsvermögen der Linsen wird nicht nachteilig beeinflusst.
Jede der Fokussierungslinsen 116 ist ähnlich der vorbeschriebenen Fokussierungslinse 44, und um eine Wiederholung zu vermeiden werden sie nicht in dieser Einzelheit beschrieben. Jede Fokussierungslinse 116 hat eine körperliche Mitte, eine optische Mitte und eine optische Achse ähnlich der körperlichen Mitte 92, der optischen Mitte 94 und der optischen Achse 45 der in den 2 und 7 gezeigten Fokussierungslinse 44. Die Fokussierungslinsen 116 des ersten Fokussierers 114a befinden sich angrenzend an den ersten Detektor 158a in der Weise, dass jede der optischen Achsen einen schiefen Winkel mit Bezug auf die vorbeschriebene Emitterachse bildet. Die Fokussierungslinsen 116 des zweiten Fokussierers 114b befinden sich angrenzend an den zweiten Detektor 158b in einer solchen Weise, dass jede der optischen Achsen einen schiefen Winkel mit Bezug auf die vorbeschriebene Emitterachse bildet. Die Oberfläche der Fokussierungslinsen 116 ist ähnlich wie die der vorbeschriebenen Fokussierungslinse 44 derart ausgebildet, dass die optische Mitte gegenüber der körperlichen Mitte aus den vorbeschriebenen Gründen versetzt ist.
Vier optische Pfade 173, 173b, 173c und 173d sind vorgesehen. Der erste optische Pfad 173a erstreckt sich von dem ersten Emitter 156a durch eine Kollimatorlinse 110 und einen Kollimatorkörper 109 des ersten Kollimators 108a in die Windschutzscheibe unter einem Winkel von fünfundvierzig Grad mit Bezug auf die innere Oberfläche eines ersten Erfassungsbereichs 174a, zurück durch die Windschutzscheibe unter einem Winkel von fünfundvierzig Grad mit Bezug auf die innere Oberfläche der Windschutzscheibe, durch einen Fokussierungskörper 115 und eine Fokussierungslinse 116 des ersten Fokussierers 114a zu dem ersten Detektor 158a. Der zweite optische Pfad 173b erstreckt sich von dem zweiten Emitter 156b durch eine Kollimatorlinse 110 und einem Kollimatorkörper 109 des zweiten Kollimators 108b, in die Windschutzscheibe hinein unter einem Winkel von fünfundvierzig Grad mit Bezug auf die innere Oberfläche eines zweiten Erfassungsbereichs 174b, zurück durch die Windschutzscheibe unter einem Winkel von fünfundvierzig Grad mit Bezug auf die innere Oberfläche der Windschutzscheibe, durch den Fokussierungskörper 115 und die Fokussierungslinse 116 des ersten Fokussierers 114a bis zu dem ersten Detektor 158a.
Der dritte optische Pfad 173c erstreckt sich von dem ersten Emitter 156a durch eine Kollimatorlinse 110 und einen Kollimatorkörper 109 des ersten Kollimators 108a in die Windschutzscheibe hinein unter einem Winkel von fünfundvierzig Grad mit Bezug auf die innere Oberfläche zu einem zweiten Erfassungsbereich 104c, zurück durch die Windschutzscheibe unter einem Winkel von fünfundvierzig Grad mit Bezug auf die innere Oberfläche der Windschutzscheibe, durch den Fokussierungskörper 115 und die Fokussierungslinse 116 des zweiten Fokussierers 114b bis zu dem zweiten Detektor 158b. Der vierte optische Pfad 173b erstreckt sich von dem zweiten Emitter 156b durch die Kollimatorlinse 110 und den Kollimatorkörper 109 des zweiten Kollimators 108b in die Windschutzscheibe unter einem Winkel von fünfundvierzig Grad mit Bezug auf die innere Oberfläche hinein bis zu einem vierten Erfassungsbereich 174d, zurück durch die Windschutzscheibe unter einem Winkel von fünfundvierzig Grad mit Bezug auf die innere Oberfläche der Windschutzscheibe, durch den Fokussierungskörpers 115 und die Fokussierungslinse 116 des zweiten Fokussierers 114b bis zu dem zweiten Detektor 158b.
Im Betrieb emittierend die Emitter 156a und 156b divergierende Lichtstrahlen in eine Halbkugel derart, dass jede der angrenzenden Kollimatorlinsen 110 eine gleiche Lichtmenge empfängt. Die beiden Kollimationskörper 109 und -linsen 110 des ersten Kollimators 108a erzeugen einen ersten und einen zweiten kollimierten Lichtstrahl 172a und 172b, ähnlich dem vorbeschriebenen kollimierten Strahl 72. Der erste und der zweite kollimierte Lichtstrahl 172a und 172b werden unter rechten Winkel zueinander, wenn sie wie in 8 gezeigt betrachtet werden, gespleißt, und jeder Lichtstrahl pflanzt sich entlang des ersten bzw. des dritten optischen Pfades 173a und 173c fort. Die beiden Kollimationskörper 109 -linsen 110 des zweiten Kollimators 108b erzeugen einen dritten und einen vierten kollimierten Lichtstrahl 172c und 172d ähnlich dem vorbeschriebenen kollimierten Strahl 72. Der dritte und der vierte kollimierte Lichtstrahl 172c und 172d werden unter rechten Winkeln zueinander gespleißt und jeder Lichtstrahl pflanzt sich entlang des zweiten bzw. vierten optischen Pfads 173b und 173d fort.
Der erste kollimierte Lichtstrahl 172a wird durch die äußere Oberfläche der Windschutzscheibe in dem ersten Erfassungsbereich 174a zurück durch den Fokussierungskörper 115 und die Fokussierungslinsen 116 zu dem ersten Detektor 158a reflektiert. Wenn Feuchtigkeit in dem ersten Erfassungsbereich auf der äußeren Oberfläche der Windschutzscheibe vorhanden ist, wird ein Teil des kollimierten Lichtstrahls nicht zurück in den Fokussierer 114 reflektiert und der erste Detektor 158a emittiert ein Signal entsprechend der Änderung in dem erfassten Licht. Das Signal wird durch die Signalverarbeitungsschaltung (nicht gezeigt) ähnlich der in 2 gezeigten Signalverarbeitungsschaltung 59 verarbeitet und die Wischer werden entsprechend gesteuert. In gleicher Weise werden der zweite, dritte und vierte kollimierte Lichtstrahl von den entsprechenden Erfassungsbereichen weg reflektiert und der erste oder zweite Detektor erfassen jede Änderung in dem empfangenen Licht. Durch Verwendung von vier Erfassungsbereichen kann der Feuchtigkeitssensor 100 eine verbesserte Wischersteuerung und erhöhte Sichtbarkeit erhalten.
Die Anordnung der optischen Komponenten in dem Feuchtigkeitssensor 100 nach dem alternativen Ausführungsbeispiel ergibt ein ausgeglichenes optisches System, da die vier optischen Pfade 102 gleiche Länge und einen gleichen optischen Wirkgrad haben. Diese Anordnung kompensiert Differenzen im Wirkungsgrad zwischen den Emittern 56, die beträchtlich variieren können. Beide Detektoren 58 empfangen die gleiche Lichtmenge von einem bestimmten Emitter, und die Summe des von beiden Emittern empfangenen Lichts ist für jeden Detektor dieselbe.
Es wird auf 9 Bezug genommen, in der ein ausgeglichenes elektrisches System 190 zur Verwendung in Verbindung mit dem vorbeschriebenen ausgeglichen optischen System gezeigt ist, um ein ausgeglichenes Feuchtigkeitssensorsystem zu erhalten. Eine gepulste Stromquelle treibt die Emitter 156a und 156b, die vorzugsweise durch die Leitung 191 in Reihe geschaltet sind. Ein Lichtstrahl (durch gestrichelte Linien 172a, 172b, 172c, 172d), der sich entlang eines optischen Pfades fortpflanzt, koppelt jeden Emitter 156a, 156b mit jedem Detektor 158a, 158b. Jeder optische Pfad hat die gleiche Länge und einen ähnlichen optischen Wirkungsgrad. Die Detektoren 158a, 158b arbeiten im Strommodus und sind zusammen in einem gemeinsamen Stromsummierungsknoten 192 verbunden. Die Signalverarbeitungs- und Steuerschaltung, die mit dem Knoten 192 verbunden ist, erfasst die Anwesenheit von Regen. Bei einem perfekt ausgeglichenen Feuchtigkeitssensorsystem fließt bei Abwesenheit von Regen kein Strom von dem Knoten 192 zu der Signalverarbeitungs- und Steuerschaltung. Ein ausgeglichenes Feuchtigkeitssensorsystem ist wünschenswert, da es einen geringeren dynamischen Bereich von der Signalverarbeitungsschaltung erfordert und es die Fähigkeit des Systems zur Zurückweisung von Umgebungslicht erhöht.
Moderne solargesteuerte Windschutzscheiben wie Windschutzscheiben, die unter der Marke "EZ-KOOL" verkauft werden, die kommerziell von Libby Owens Ford, Co. erhältlich sind, reduzieren den Durchgang von Infrarotlicht durch die Windschutzscheibe. Optische Feuchtigkeitssensoren, die bei derartigen Windschutzscheiben verwendet werden, müssen einen hohen Wirkungsgrad haben, da die Windschutzscheibe die Durchlässigkeit für den Infrarotstrahl von dem Emitter zu dem Detektor herabsetzt. Der vorstehend beschriebene Feuchtigkeitssensor 100 ergibt einen effizienten Sensor, der in der Lage ist, bei diesen solargesteuerten Windschutzscheiben verwendet zu werden. Feuchtigkeitssensoren wie vorbeschrieben wurden bei solargesteuerten Windschutzscheiben der Marke "EZ-KOOL" unter Verwendung Kopplern geprüft, die aus Polyester-Gießharz zusammengesetzt waren, die 17 Mikroampere pro Ampere Emitterstrom erzeugen, was für eine typische Signalverarbeitungsschaltung ausreichend ist. Der Feuchtigkeitssensor besitzt eine kombinierte Erfassungsfläche von 57 Quadratmillimetern bei Verwendung von nur zwei Emittern und zwei Detektoren, und Produktionsversionen haben wahrscheinlich eine noch größere Erfassungsfläche.
Es wird nun auf 10 Bezug genommen, in der ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Kollimatorlinse gezeigt ist, die eine segmentierte Linse oder Fresnel-Linse 202 anstelle der kontinuierlichen konvexen Linse 40, die vorstehend diskutiert wurde, verwendet. Die Fresnel-Linse 202 kann auch als die Fokussierungslinse anstelle der kontinuierlichen konve xen Fokussierungslinse 44, die vorstehend diskutiert wurde, verwendet werden. Aufgrund der Ähnlichkeit zwischen der Kollimationslinse und der Fokussierungslinse, die vorstehend beschrieben sind, wird nur ein Kollimator mit einer Fresnel-Linse diskutiert. Eine ähnliche Fresnel-Linse kann für den Fokussierer verwendet werden, der ähnlich wie der vorbeschriebene kontinuierliche konvexe Linsenfokussierer 40 arbeitet.
Die Fresnel-Kollimatorlinse 202 hat den Vorteil, dass der Linsenbereich und somit der Feuchtigkeitssensor insgesamt noch dünner ausgebildet sein können. Der sich ergebende dünnere Koppler 24 kommt auf Kosten eines Teils des optisches Wirkungsgrades und einer etwas komplexeren Form, die zur Herstellung des Kopplers und der Linsen 202 benötigt wird. Eine derartige Linse kann konstruiert werden durch Projizieren der Oberfläche der Kollimatorlinse nach den 4 und 6 auf die innere Oberfläche des Kopplers 24, zugelassen zur Erstreckung bis zu einer Tiefe D in einer Modulo-Operation. Dies ergibt eine Kollimatorlinse 202, die aus einer Anzahl von Brechungssegmenten 204 besteht. Es ist festzustellen, dass im Gegensatz zu der allgemeinen Konstruktion einer Fresnel-Linse die Projektionsebene der Lichtstrahlen nicht orthogonal zu der optischen Achse ist, sondern vielmehr abgewinkelt ist, um eine Reflexion an der äußeren Oberfläche des Glases zu erhalten, wie vorstehend beschrieben ist. Alternativ können optische Entwurfsprogramme wie das vorgenannte Zemax verwendet werden, um die erforderliche Oberfläche direkt zu erzeugen, die geeignete Neigungsbefehle verwenden, um die gewünschte Projektionsebene zu erzielen. Als ein weiteres Verfahren zum Erzeugen der Oberfläche kann die Formel, die von dem vorstehenden Snell'schen Gesetz abgeleitet ist, verwendet werden, um die erforderlichen Winkel zu erzeugen.
Der Nachteil der Segmentierung besteht darin, dass sie Okklusionsbereiche schafft, wie bei 206 gezeigt ist. Okklusionsbereiche 206 treten auf, wenn Lichtstrahlen auf ein unnützes Rückkehrsegment 208 treffen. Derartige Segmente werden benötigt, um die Geometrie der Linse innerhalb der Tiefe D zu halten. Die Okklusionsbereiche 206 sind jedoch nicht in der Lage, Licht in die gewünschte Richtung zu lenken, und verschlechtern den optischen Wirkungsgrad des Systems. Die Mehrpfadkonfiguration nach der Erfindung, die in 8 gezeigt ist, wird nicht modifiziert. In gleicher Weise bleibt das Befestigungsverfahren unverändert. Die Fresnel-Anwendung kann mit vielen Segmenten hergestellt sein, wie gezeigt ist, oder mit nur zwei. Auch kann, während es bevorzugt ist, dass die Projektion auf die Ebene der Innenwand des Kopplers erfolgt, die Projektionsebene etwas zu den optischen Vorrichtungen hin geneigt sein. Eine derartige Implementierung erfordert weniger Okklusionsbereiche.
Zusätzlich zu der vorderen Windschutzscheibe eines Motorfahrzeugs kann der Feuchtigkeitssensor nach der vorliegenden Erfindung auch auf anderen Glasoberflächen für die Erfassung von Feuchtigkeit verwendet werden.

Claims

Feuchtigkeitssensor (100) zum Befestigen auf einer ersten Oberfläche (30) einer Glasscheibe (18), um Feuchtigkeit in einer Mehrzahl von Erfassungsbereichen (174a, 174b, 174c, 174d) auf einer zweiten Oberfläche (32) der Glasscheibe (18) zu detektieren, wobei der Feuchtigkeitssensor (100) umfasst: a) ein Gehäuse (28); b) erste und zweite, in dem Gehäuse (28) angeordnete Emitter (256a, 256b) zum Emittieren von Lichtstrahlen; c) einen ersten in dem Gehäuse (28) angeordneten Detektor (158a) zum Detektieren von Lichtstrahlen, die sich längs eines ersten Strahlengangs (173a) ausbreiten, der sich von dem ersten Emitter (156a) zu der zweiten Oberfläche (32) des Glases (18) an einem der Erfassungsbereiche (174a) und zurück zu dem ersten Detektor (158a) erstreckt, und zum Detektieren von Lichtstrahlen, die sich längs eines zweiten Strahlengangs (173b) ausbreiten, der sich von dem zweiten Emitter (156b) zu der zweiten Oberfläche (32) des Glases (18) an einem der Erfassungsbereiche (174b) und zurück zu dem ersten Detektor (158a) erstreckt, und d) einen zweiten, in dem Gehäuse (28) angeordneten Detektor (158b) zum Detektieren von Lichtstrahlen, die sich längs eines dritten Strahlenganges (173c) ausbreiten, der sich von dem ersten Emitter (156a) zu der zweiten Oberfläche (32) des Glases (18) an einem der Erfassungsbereiche (174c) und zurück zu dem zweiten Detektor (158b) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass die Längen des zweiten, dritten und vierten Strahlenganges (173b, 173c, 173d) im Wesentlichen gleich der Länge des ersten Strahlenganges (173a) sind.
Feuchtigkeitssensor (100) nach Anspruch 1, weiter umfassend einen Koppler (106) mit Kollimatoren (108a, 108b) zum Kollimieren eines Teils der Lichtstrahlen, die von den Emittern (156a, 156b) um senkrecht zu der ersten Oberfläche (30) der Glasscheibe (18) liegende Abstrahlungsachsen emittiert werden, die senkrecht zu der ersten Oberfläche (30) der Glasscheibe (18) liegende in kollimierte Lichtbündel (172a, 172b), die sich entlang der Strahlengänge (173a, 173b, 173c, 173d) ausbreiten, und Fokussierelemente (114a, 114b) zum Fokussieren der kollimierten Lichtbündel (172a, 172b) in konvergierende Strahlen auf die Detektoren (158a, 158b), die sich senkrecht zu der ersten Fläche (30) der Glasscheibe (18) erstreckende Detektionsachsen aufweisen.
Feuchtigkeitssensor (100) nach Anspruch 2, bei dem die Kollimatoren (108a, 108b) eine Lichtempfangsapertur (82) mit einem physikalischen Zentrum (84) und einem optischen Zentrum (86) einschließen, derart, dass eine optische Achse (41) sich durch das optische Zentrum (86) er streckt und das optische Zentrum (86) von dem physikalischen Zentrum (84) beabstandet ist, wobei die Kollimatoren (108a, 108b) derart angeordnet sind, dass die optischen Achsen (41) erste schräge Winkel in Bezug auf die Emissionsachsen bilden und wobei die Fokussierelemente (114a, 114b) eine Licht transmittierende Apertur (90) mit einem physikalischen Zentrum (92) und einem optischen Zentrum (94) einschließen, derart, dass eine optische Achse sich durch das optische Zentrum (94) erstreckt und das optische Zentrum (94) von dem physikalischen Zentrum (96) beabstandet ist, wobei die Fokussierelemente (114a, 114b) derart positioniert sind, dass die optischen Achsen zweite schräge Winkel in Bezug auf die Detektionsachsen bilden.