本發(fā)明涉及用于記錄窗上的濕度的傳感器設(shè)備，其帶有發(fā)射器和接收器及布置在發(fā)射器和接收器之間的光學(xué)單元，其中，光學(xué)單元包括面朝發(fā)射器的光學(xué)輸入單元、面朝接收器的光學(xué)輸出單元和在窗玻璃的側(cè)部上的耦入和耦出區(qū)域。

這種傳感器設(shè)備用于記錄窗玻璃上，尤其是機(jī)動車輛的擋風(fēng)玻璃上的濕度。它們被用于確定是否有液滴或水存在于窗玻璃上，且然后基于該信息控制擋風(fēng)玻璃刮水器。車頭燈控制也是可行的。

背景技術(shù)：

通用型傳感器設(shè)備從DE 40 06 174 C1中公知。擋風(fēng)玻璃具有布置在其上的光學(xué)單位，其中，輻射（尤其是光）從發(fā)射器發(fā)射到光學(xué)單元一端中。輻射在光學(xué)單元中和在與光學(xué)單元的表面接觸的窗玻璃中反射若干次。取決于窗玻璃的濕潤程度，射線被耦出玻璃。光學(xué)器件的另一端具有布置在其上的接收器，其供應(yīng)與降水量成反比的信號。傳感器設(shè)備根據(jù)全反射的光學(xué)原理操作。

另外的類似傳感器設(shè)備從DE 10 2013 009 126 A1中公知。

本發(fā)明基于需求提出在開頭提及的類型的傳感器設(shè)備，該設(shè)備要求非常小的結(jié)構(gòu)空間。

該需求通過帶有專利權(quán)利要求1的特征的傳感器設(shè)備和帶有專利權(quán)利要求8的特征的機(jī)動車輛滿足。本發(fā)明的有利改進(jìn)在從屬權(quán)利要求中提出。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

一種用于記錄窗玻璃上的濕度的傳感器設(shè)備，其帶有發(fā)射器和接收器及布置在發(fā)射器和接收器之間的光學(xué)單元，其中，光學(xué)單元包括面朝發(fā)射器的光學(xué)輸入單元、面朝接收器的光學(xué)輸出單元和在窗玻璃的側(cè)部上的耦入和耦出區(qū)域，根據(jù)本發(fā)明，規(guī)定耦入和耦出區(qū)域之間的氣隙，規(guī)定耦入和耦出區(qū)域以如下方式與光學(xué)輸入單元或光學(xué)輸出單元光學(xué)分離，即使得由發(fā)射器發(fā)射的電磁波發(fā)生折射，規(guī)定耦入和耦出區(qū)域包括不同于光學(xué)輸入單元的幾何形狀，規(guī)定光學(xué)輸入單元面朝耦入和耦出區(qū)域的側(cè)部包括當(dāng)在橫截面中看時(shí)沿接收器的方向逐漸升高的若干斜坡，規(guī)定耦入和耦出區(qū)域包括橫截面為三角形的表面結(jié)構(gòu)，以及規(guī)定光學(xué)輸入單元的每個斜坡均與耦入和耦出區(qū)域的三角形結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)。

根據(jù)本發(fā)明，整個光學(xué)器件被分成若干區(qū)域，以便電磁波在光學(xué)器件內(nèi)發(fā)生折射。因此，導(dǎo)引光的幾何形狀可有利地被影響，從而使得有可能構(gòu)造尤其緊湊的傳感器設(shè)備，其中，通過發(fā)射器發(fā)射的電磁波同時(shí)以最優(yōu)方式被利用，使得接收器的容量能夠被利用且相應(yīng)地能區(qū)別的強(qiáng)度能夠被接收器接收。優(yōu)選地發(fā)射器是LED，即發(fā)光二極管，且接收器優(yōu)選地是光電二極管。

優(yōu)選地，不僅僅是光學(xué)輸入單元或光學(xué)輸出單元與耦入和耦出區(qū)域光學(xué)分離，而是優(yōu)選地，光學(xué)輸入單元和光學(xué)輸出單元兩者都與耦入和耦出區(qū)域光學(xué)分離，以便在傳感器設(shè)備中，折射在光束路徑內(nèi)發(fā)生至少兩次，即，一次在光學(xué)輸入單元和所述耦入和耦出區(qū)域之間，且然后第二次在所述耦入和耦出區(qū)域和光學(xué)輸出單元之間。具體地，事實(shí)上存在四次折射操作，因?yàn)榈谝徽凵湎鄳?yīng)地發(fā)生在光學(xué)輸入/輸出單元和中間媒介之間的過渡處，且第二折射發(fā)生在中間媒介和耦入和耦出區(qū)域之間的過渡處。尤其方便的是，如果在所述耦入和耦出區(qū)域和光學(xué)輸入單元和/或光學(xué)輸出單元之間存在氣隙，從而相應(yīng)地產(chǎn)生折射（事實(shí)上產(chǎn)生兩次折射）。

光學(xué)單元優(yōu)選地由帶有對應(yīng)折射率的玻璃或透明塑料構(gòu)成。在到空氣中的過渡處，折射不僅在從光學(xué)輸入單元離開進(jìn)到氣隙期間發(fā)生，而且還在從氣隙到耦入和耦出區(qū)域中的過渡期間發(fā)生。以同樣的方式，折射在從耦入和耦出區(qū)域離開進(jìn)到氣隙期間發(fā)生，且更新的折射在從氣隙重新進(jìn)入光學(xué)輸出單元中時(shí)發(fā)生。還可行的是，從不同的材料構(gòu)造光學(xué)單元，即，提供塑料或具有不同折射率的不同材料代替氣隙，以便折射在由第一塑料材料制成的光學(xué)輸入單元和具有與第一塑料材料不同的折射率的第二材料之間發(fā)生。

光學(xué)輸入單元優(yōu)選地包括在發(fā)射器的側(cè)部上的聚焦表面。優(yōu)選地，發(fā)射器，尤其是LED，關(guān)于發(fā)射器-側(cè)表面居中且對稱地布置，且所述表面以對應(yīng)方式被構(gòu)造，即，對稱且凸出。光學(xué)輸入單元優(yōu)選地關(guān)于耦入和耦出區(qū)域且因此還尤其關(guān)于其后面的窗玻璃基本上垂直地對準(zhǔn)。光學(xué)輸入單元和其后面的LED相對于耦入和耦出區(qū)域的該垂直對準(zhǔn)是可能的，因?yàn)楣鈱W(xué)輸入單元及耦入和耦出區(qū)域的分離以及在其過程中發(fā)生的射線的折射?？偠灾?，這導(dǎo)致對于傳感器設(shè)備減少的結(jié)構(gòu)空間要求。

根據(jù)本發(fā)明，光學(xué)輸入單元在其面朝耦入和耦出區(qū)域的側(cè)部上包括當(dāng)在橫截面中看時(shí)沿著接收器的方向逐漸升高的若干斜坡。這引起對于分離材料（尤其是空氣）的對應(yīng)折射率，射線折射到目標(biāo)折射。方便地，斜坡關(guān)于水平成大約38°±10°且優(yōu)選地±5°的角度。

根據(jù)本發(fā)明，耦入和耦出區(qū)域包括橫截面為三角形的表面結(jié)構(gòu)。該表面結(jié)構(gòu)被定尺寸和定位成使得，光學(xué)輸入單元的每個斜坡均與耦入和耦出區(qū)域的三角形結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)。尤其，該表面結(jié)構(gòu)被定位成使得，在斜坡處折射的電磁波入射到三角形的一個側(cè)部上，其中，三角形的所述側(cè)部是當(dāng)沿著從底到尖端的方向看時(shí)指向接收器/耦出區(qū)域的方向的側(cè)部。三角形結(jié)構(gòu)具有關(guān)于水平成50°的角度且為此目的，具有±10°，優(yōu)選地±5°的偏差。

優(yōu)選地，光學(xué)輸入單元包括在兩個和五個之間的斜坡。在該范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)尤其有意義。然而理論上以及取決于生產(chǎn)可能性，其他設(shè)計(jì)也是可能的，即，光學(xué)輸入單元帶有因此對應(yīng)地更小的眾多斜坡。僅僅傾斜逐漸上升的表面也將是可行的，但是這將因此要求光學(xué)輸入單元與耦入和耦出區(qū)域相距更大的距離。優(yōu)選地，斜坡和三角形結(jié)構(gòu)具有平坦表面。但是還可能方便的是設(shè)計(jì)凹入或凸出表面，以便滿足用于引導(dǎo)光束路徑的另外變量。

對于光學(xué)輸入單元的以上陳述類似地還應(yīng)用于光學(xué)輸出單元。光學(xué)輸出單元優(yōu)選地包括當(dāng)在橫截面中看時(shí)沿發(fā)射器/光學(xué)輸出單元的方向逐漸升高的若干斜坡。光學(xué)輸入單元和光學(xué)輸出單元的斜坡優(yōu)選地包括相同的尺寸。僅斜坡的方向是不同的，即，它們指向相對的方向。優(yōu)選地，光學(xué)輸出單元還包括面朝接收器的聚焦表面。光學(xué)輸入單元和光學(xué)輸出單元優(yōu)選地被構(gòu)造成關(guān)于在光學(xué)輸入單元和光學(xué)輸出單元之間的假想垂線鏡像對稱。與光學(xué)輸出單元相對的耦入和耦出區(qū)域還包括當(dāng)在橫截面中看時(shí)三角形的表面結(jié)構(gòu)。在光學(xué)輸出單元的范圍中三角形表面結(jié)構(gòu)的角度適宜地不同于在光學(xué)輸入單元的范圍中三角形表面結(jié)構(gòu)的耦入和耦出區(qū)域的角度。此處，相對于水平的角度優(yōu)選地是30°±10°、優(yōu)選地±5°。

替代地，可能的是使耦入?yún)^(qū)域和耦出區(qū)域兩者具有相同大小的角度。

斜坡的高度及耦入和耦出區(qū)域的三角形表面結(jié)構(gòu)的高度具有大約相同的量級，且優(yōu)選地相差最大兩倍。

在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例中，光學(xué)輸入單元和光學(xué)輸出單元彼此機(jī)械地連接。因此，其關(guān)于彼此的位置是固定的。生產(chǎn)和調(diào)整容差因此能夠被最小化。優(yōu)選地，光學(xué)輸入單元和光學(xué)輸出單元還被機(jī)械地連接到耦入和耦出區(qū)域。為此目的，優(yōu)選地設(shè)有連接支柱。如果光學(xué)反射不在氣隙而是在帶有對應(yīng)折射率的塑料中發(fā)生，則在光學(xué)輸入單元、光學(xué)輸出單元及耦入和耦出區(qū)域之間的連接已經(jīng)存在且從而確保調(diào)整。

本發(fā)明的另一方面在于提供帶有窗玻璃，尤其是擋風(fēng)玻璃和上述傳感器設(shè)備的機(jī)動車輛。

附圖說明

現(xiàn)在將參考在圖中示出的示例性實(shí)施例描述本發(fā)明。附圖中唯一的圖以示意性繪制的視圖示出通過窗玻璃上的傳感器設(shè)備的橫截面。

具體實(shí)施方式

該圖示出傳感器設(shè)備1。傳感器設(shè)備1包括發(fā)射器2（此處是LED），接收器3（此處是光電二極管），和光學(xué)單元4。光學(xué)單元4由光學(xué)輸入單元5、耦入和耦出區(qū)域7及光學(xué)輸出單元6組成。帶有耦入和耦出區(qū)域7的傳感器設(shè)備1平坦布置且與窗玻璃8（尤其是機(jī)動車輛的擋風(fēng)玻璃）齊平。

主要操作模式是使得通過發(fā)射器2發(fā)射的電磁波，尤其是光，通過光學(xué)輸入單元5被接收和集束，且然后從光學(xué)輸入單元到達(dá)耦入和耦出區(qū)域7并因此到達(dá)窗玻璃8。必須注意，電磁波以下述角度入射到窗玻璃8，尤其是玻璃的外側(cè)31，即所述角度使得電磁波撞擊玻璃平面成獲得全反射。全反射的電磁波經(jīng)由耦入和耦出區(qū)域7進(jìn)入光學(xué)輸出單元6中，且從那里進(jìn)入接收器3。然而，如果水滴存在于窗玻璃8上，則電磁波中的一些被耦出，且光的比例或全反射電磁波的比例變小，且相應(yīng)地在接收器3處所測量的強(qiáng)度降低。

發(fā)射器2被布置在光學(xué)輸入單元5下方。關(guān)于玻璃8，發(fā)射器2和光學(xué)輸入單元5被布置在玻璃8下方，且與其垂直地對準(zhǔn)。光學(xué)輸入單元5包括指向發(fā)射器2的聚焦表面10，其中，表面10被對準(zhǔn)且設(shè)計(jì)成使得通過發(fā)射器2發(fā)射的電磁波在光學(xué)輸入單元5內(nèi)彼此平行且垂直于玻璃8前進(jìn)。電磁波從光學(xué)輸入單元5的離開在光學(xué)輸入單元5面朝玻璃的側(cè)部上發(fā)生。此處，若干斜坡11、12、13被布置，或換言之形成表面。斜坡11、12、13包括相對于水平的角度α，其在此處以14標(biāo)記且其為大約38°。此處，某些變型和偏差當(dāng)然是可能的。在斜坡11和斜坡12之間存在斜坡邊緣26，其關(guān)于玻璃8垂直地對準(zhǔn)。在圖中的斜坡11、12、13從左往右升高。該升高因此沿光束路徑的方向，即，還沿接收器3的方向?qū)?zhǔn)。電磁波然后傳遞通過斜坡，在那發(fā)生折射，因?yàn)橐呀?jīng)在光學(xué)輸入單元5和所述耦入和耦出區(qū)域7之間設(shè)有氣隙9，以便在光學(xué)輸入單元5和氣隙9之間存在光學(xué)界面，折射在光學(xué)界面處發(fā)生。在重新進(jìn)入光學(xué)單元時(shí)，即，從氣隙9進(jìn)入到耦入和耦出區(qū)域7中，存在另一個光學(xué)界面，從而得到更新的折射。耦入和耦出區(qū)域7包括三角形結(jié)構(gòu)15，其中，三角形結(jié)構(gòu)15被對準(zhǔn)和定尺寸成使得每個斜坡11、12、13均與在耦入?yún)^(qū)域中的三角形結(jié)構(gòu)15的有效側(cè)（active side）29相關(guān)聯(lián)。有效側(cè)21關(guān)于水平具有大約45°的角度γ。該有效側(cè)從底到尖端看沿接收器3的方向被對準(zhǔn)。斜坡11、12、13的數(shù)目和三角形結(jié)構(gòu)15的有效側(cè)的數(shù)目彼此對應(yīng)。優(yōu)選地，斜坡的數(shù)目并且因此同樣在輸入?yún)^(qū)域中的三角形結(jié)構(gòu)的數(shù)目是從二個到五個。這是關(guān)于生產(chǎn)能實(shí)現(xiàn)的高度及可能性的良好平衡。然而原則上，幾乎任何其他數(shù)目都是可能的。對于適當(dāng)?shù)匦〉脑O(shè)計(jì)，可設(shè)置多達(dá)100個斜坡。電磁波然后傳遞通過耦入和耦出區(qū)域7，且通過玻璃8反射。耦入和耦出區(qū)域7同時(shí)形成傳感器殼體，且當(dāng)然被設(shè)計(jì)成以便對于電磁波是透明的。電磁波在玻璃的外側(cè)31上發(fā)生反射，且然后入射到耦出區(qū)域中的三角形結(jié)構(gòu)17。在耦出區(qū)域中的三角形結(jié)構(gòu)17被設(shè)計(jì)成具有關(guān)于水平成30°的角度γ。在耦出區(qū)域中的三角形結(jié)構(gòu)17的有效側(cè)30是從底到尖端看沿發(fā)射器2的方向?qū)?zhǔn)的側(cè)部。在玻璃的外側(cè)31處發(fā)生反射的電磁波入射到的該有效側(cè)，電磁波然后在到其他媒介中的過渡期間發(fā)生折射，此處通過氣隙9實(shí)現(xiàn)，且在傳遞通過氣隙9之后撞擊光學(xué)輸出單元6，在此處，更新的折射在光學(xué)界面處發(fā)生。光學(xué)輸出單元6此處被設(shè)計(jì)為帶有斜坡20、21、22，其被構(gòu)造成以便沿發(fā)射器2/耦入?yún)^(qū)域的方向升高。在其他方面，光學(xué)輸出單元6對應(yīng)于光學(xué)輸入單元5，且以關(guān)于其成鏡像對稱的方式被設(shè)計(jì)。在耦出區(qū)域中的三角形結(jié)構(gòu)17和光學(xué)輸出單元6的斜坡20、21、22被選擇和布置成使得，在光學(xué)輸出單元6內(nèi)的電磁波彼此平行且關(guān)于耦入和耦出區(qū)域7，尤其是關(guān)于玻璃8成直角地前進(jìn)。耦出區(qū)域的三角形結(jié)構(gòu)17被設(shè)計(jì)和定尺寸使得，三角形結(jié)構(gòu)的每個有效側(cè)30均與斜坡20、21、22精確地相關(guān)聯(lián)，以便光束路徑通過有效側(cè)30前進(jìn)到光學(xué)輸出單元6的關(guān)聯(lián)斜坡20、21、22。平行前進(jìn)通過光學(xué)輸出單元6的電磁波經(jīng)由聚焦表面11聚焦到接收器3（此處被實(shí)現(xiàn)為光電二極管）上。這確保輸入的光束功率被完全利用，且最優(yōu)化強(qiáng)度測量。

光學(xué)輸入單元5和光學(xué)輸出單元6經(jīng)由連接支柱27彼此機(jī)械地連接。而且，規(guī)定連接支柱28連接到耦入和耦出區(qū)域7。自然地，可使用另外和額外的連接支柱或其他機(jī)械連接，利用其，光學(xué)單元相對于彼此的精確對準(zhǔn)和調(diào)整是可能的。由于光學(xué)輸入單元5相對于耦入和耦出區(qū)域7，尤其是相對于耦入?yún)^(qū)域的三角形結(jié)構(gòu)15的對準(zhǔn)和耦出區(qū)域的三角形結(jié)構(gòu)17相對于光學(xué)輸出單元6的對準(zhǔn)是決定性的，所以這種機(jī)械連接是優(yōu)選的。

在以上描述中和在權(quán)利要求中提及的所有特征都能夠與獨(dú)立權(quán)利要求的特征隨機(jī)且選擇性地組合。本發(fā)明的公開因此不受限于所描述或要求保護(hù)的特征組合，而是依據(jù)本發(fā)明有意義的所有特征組合都被認(rèn)為已經(jīng)公開。