(57)【要約】  ガラス内に配置される光導波体（２２）を有する雨センサ、特に自動車用の雨センサにおいて、ホログラフィック式の、光線（４）の入射及び出射のためのプレーナカップリングエレメントを、内部にボリュームホログラムが加工されているフォトポリマから成る層状の部体（３）によって形成することが提案されている。フォトポリマ部体（３）は導波体コア（１）と導波体外套（２）との間に配置されている。これにより容易な製造性とガラス内の導波体（２２）の配置のフレキシブル性の増大とがもたらされる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
雨センサ、特に自動車用の雨センサであって、ガラス内に配置可能でかつ導波体コア（１）と、導波体外套（２）と、光線（４）の入射及び出射を行なうためのホログラフィックなプレーナカップリングエレメントとを有している形式のものにおいて、カップリングエレメントがフォトポリマから成る層形の部体（３）から形成されており、該部体（３）にボリュームホログラムが埋設されており、フォトポリマ部体（３）が導波体コア（１）と導波体外套（２）との間に配置されていることを特徴とする、雨センサ。
【請求項２】
フォトポリマ部体（３）を備えた光導波体（２２）が複合ガラスにて、ガラス層（２３）と、接着する中間層（２１）との間に配置されている、請求項１記載の雨センサ。
【請求項３】
フォトポリマがポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）から成るポリママトリックス（６）を含んでいる、請求項１又は２記載の雨センサ。
【請求項４】
光導波体（２２）がガラス内に配置され、光線（４）が光導波体（２２）内を第１のフォトポリマ部体（３ｂ）まで伝播し、第１のポリマ部体（３ｂ）を通って光線（４）が光導波体（２２）から出射しかつガラスのガラス層（２３）を通ってガラスの外側における検出領域（２５）へ変向され、該検出領域（２５）から光線（４）が全反射され、第２のフォトポリマ部体（３ｃ）から再び光導波体（２２）へ入射されかつそこで引続き伝播されるようになっており、この場合、両方のフォトポリマ部体（３ｂ、３ｃ）が光導波体（２２）の伝播方向に垂直にかつガラスに対し平行に延びる線に互いに間隔をおいて配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の雨センサ。
【請求項５】
検出領域（２５）がガラスの外側に両方のフォトポリマ部体（３ｂ、３ｃ）に対しほぼ同じ間隔を有している、請求項４記載の雨センサ。
【請求項６】
光導波体（２２）がガラス内に配置され、光導波体（２２）における伝播方向で相前後してそれぞれ２つの、入射及び出射のために構成されたフォトポリマ部体（３ｄ１、３ｄ２）が配置されており、光線（４）が光導波体（２２）において第１のフォトポリマ部体（３ｄ１）まで伝播し、そこで光線（４）の１部が出射し、ガラスの外側における１つの検出領域（２５）において光線（４）が全反射しかつ第２のフォトポリマ部体（３ｄ２）により再び光導波体（２２）に入射されるのに対し、第１のフォトポリマ部体（３ｄ１）において反射された光線（４）の部分が引続き光導波体（２２）において伝播し、第２のフォトポリマ部体（３ｄ２）にて出射しかつ検出領域（２５）における全反射後に第１のフォトポリマ部体（３ｄ１）から再び光導波体（２２）へ入射される、請求項１から３までのいずれか１項記載の雨センサ。
【請求項７】
雨センサのため、特に請求項１から３のいずれか１項記載の雨センサのための、フォトポリマから成るホログラフィックなカップリングエレメントにおいてボリュームホログラムを形成する方法であって以下のステップ、つまり、
−  ポリママトリックス（６）と感光性の分子（５）とから成るフォトポリマを準備すること、
−  照射された領域と照射されていない領域（８，９）から成るあらかじめ与えられた空間的な周期的な模様（７）に応じてフォトポリマをホログラフィック式に照射し、この場合、感光性の分子の１部（１０）のポリマリゼーションによって、領域（８，９）に相応した屈折インデックスの第１のモジュレーション（１２）が形成され、該第１のモジュレーション（１２）がポリマ化されていない感光性の分子（１１）によって形成された屈折インデックスの第２のモジュレーション（１３）によって部分的に補償されること、
−  照射されたフォトポリマを加熱により現像し、この場合、感光性の分子（１１）の、照射されていない領域（９）から照射された領域（８）への空間的な均質化する拡散によって第２のモジュレーション（１３）の減少又は除去、ひいてはモジュレーション（１２，１３）によって形成された干渉模様（１４）が強化されること、
−  形成された干渉模様（１４）をフォトポリマにてボリュームホログラムを形成するために照射及び／又は熱処理によって固定すること、
を特徴とする、雨センサのための、フォトポリマから成るホログラフィックなカップリングエレメントにおいてボリュームホログラムを形成する方法。
【請求項８】
請求項１から６までのいずれか１項記載の雨センサを製造する方法において、以下のステップ、つまり、
−  平らな固定的な表面（１８）に、フォトポリマをその下にある、一定の相対速度で移動する表面（１８）の上にフォトポリマを残留させることによってフォトポリマ層（１７）を形成すること、
−  表面（１８）からフォトポリマ層（１７）を乾燥しかつ分離すること、
−  フォトポリマにボリュームホログラムを形成し、この場合、この形成の前又は後で、フォトポリマ層（１７）を個々のフォトポリマ部体（３）への分配（１９）を行なうこと、
−  光導波体（２２）の導波体コア（１）にフォトポリマ部体（３）を配置し、次いでほぼ透明であってかつ導波体コア（１）よりも小さい屈折インデックスを有する導波体外套材料（２）で被覆すること、
−  フォトポリマ部体（３）を備えた光導波体（２２）をガラスに入れること、
を特徴とする、雨センサを製造する方法。
【請求項９】
導波体外套材料（２）での被覆がフォトポリマ部体（３）を備えた導波体コア（１）をテフロン溶液に漬浸することによって行なう、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
フォトポリマ部体（３）を備えた光導波体（２２）が接着する中間層（２１）と共に、２つのガラス層（２３）の間に挿入され、これに次いでほぼ１００℃の上側の温度で複合ガラスに焼成する方法において、焼成に際しフォトポリマ部体（３）に作用する熱を請求項７の枠内で熱処理により行なわれるボリュームホログラムの形成の固定に同時に活用する、請求項８又は９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は雨センサ、特に自動車用の雨センサであって、光導波体を有し、該光導波体がガラス内に配置され、導波体コアと導波体外套と光線の入射及び出射のためのホログラフィック式のプレーナカップリングエレメントを有している形式のものに関する。さらに本発明は雨センサのための、フォトポリマから成るホログラフィック式のカップリングエレメントにボリュームホログラムを形成する方法並びに雨センサを製造する方法にも関する。
【０００２】
このような全反射の原理で働く雨センサはＤＥ１０２２９２３９Ａ１号明細書によって公知である。一般的なセンサが光線を導波体として使用された防風ガラスに入射するのに対し、前記公知の雨センサは付加的な光導波体を使用している。この光導波体においては光はガラス内に又はガラスの縁に又は外側にすら位置できる送信／受信領域からガラスワイパの払拭領域におかれた検出領域の近くまで伝播されかつ戻り伝播される。さらにこの場合にはホログラフィック式のプレーナカップリングエレメントを使用することも公知である。この場合、出射エレメントはボリュームホログラムとして構成されていることができる。公知の雨センサでは光導波体はガラスの、接着する中間層内に配置されている。導波体の外套はカップリングエレメントの領域に適当な開口を有している。これは外套層が一貫した層として構成され、該層が例えばフォトリトグラフ的なプロセスによって要求された入射もしくは出射特性を有するホログラフの特性を有することによって実現されている。
【０００３】
ＤＥ１９７０１２５８Ａ１には一般的な雨センサのためのプレーナカップリングエレメント、すなわち光導波体のない種々の構成が公知である。この場合には例えばホログラフィック式の相グリッドが特に、担体材料としてフォトポリマを有するボリュームホログラムによって形成されていることもできる。この場合には、ボリュームホログラムをフォトポリマから成るシート内に配置できることが述べられているが、ホログラムもしくは雨センサの形式又はガラスとフォトポリマ性の担体材料の結合／配置についての詳細は述べられていない。
【０００４】
請求項１による本発明の雨センサは、カップリングエレメントがポリマから成る層状の部体から形成され、これにボリュームホログラムが埋め込まれ、フォトポリマ部体が導波体コアと導波体外套との間に配置されているという利点を有している。このような形式でわずかな費用で雨センサの光導波体に統合可能である、きわめて良好なカップリング特性を有する安価なカップリング手段が得られる。さらにこのような構成によって、フォトポリマ部体を備えた光導波体をガラスに埋め込む種々の可能性が開かれる。入射と出射とのためには同じ（又は類似した）ホログラフィックなグリッドを使用することができる。ボリュームホログラムが使用されているので、リリーフ状の構造で発生する表面汚染の惧れはなくなる。
【０００５】
製作の可能性に関してはフォトポリマ部体を備えた光導波体は複合ガラス内に、ガラス層と接着する中間層との間に配置されると有利である。しかし、原理的にはフォトポリマ部体を備えた光導波体は中間層内に配置されていることもできる。
【０００６】
特に有利な実施形態ではフォトポリマはポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ＝アクリルガラス）から成るポリママトリックスを有している。この多面的でかつ安価であるプラスチックは高い光学的な品質（特に正確なホログラフィックな相グリッドの形成）と容易な加工性とを結合する。ホログラムを現像したあとでフォトポリマは透明になり、したがって運転者の視界を妨げない。
【０００７】
雨センサの有利な変化構造、Ｕタイプでは、第１と第２のフォトポリマ部体は、光導波体における伝播方向に対し垂直でかつガラスに対して平行に延びる線において互いに間隔をおいて配置されている。この場合、第１のカップリングエレメントは光線を検出領域に向かって出射するのに対し、第２のカップリングエレメントは光線を再び導波体に入射する。したがって光線は受信領域へ伝播することができる。この実施形態はきわめて正確なボリュームホログラムを前提とする。
【０００８】
択一的な変化構造、軸タイプでは、光導波体における伝播方向に沿って相前後して２つの、入射と出射とのために構成されたフォトポリマ部体が配置されている。軸タイプのセンサは、比較的に幅の広い光線を使用でき、これによって検出領域の有利な拡大が結果としてもたらされる。雨センサ、特に本発明の雨センサのための、フォトポリマから成るホログラフィックなカップリングエレメントにおけるボリュームホログラムを形成するための本発明の方法は、費用的に低い形式で、ボリュームホログラムのための正確な干渉模様を、特にアクリルガラスに形成することを可能にする。
【０００９】
この場合には、
−  ポリママトリックスと感光性の分子とから成るフォトポリマを準備すること、
−  照射された領域と照射されていない領域から成るあらかじめ与えられた空間的な周期的な模様に応じてフォトポリマをホログラフィック式に照射し、この場合、感光性の分子の１部のポリマリゼーションによって、領域に相応した屈折インデックスの第１のモジュレーションが形成され、該第１のモジュレーションがポリマ化されていない感光性の分子によって形成された屈折インデックスの第２のモジュレーションによって部分的に補償されること、
−  照射されたフォトポリマを加熱により現像し、この場合、感光性の分子の、照射されていない領域から照射された領域への空間的な均質化する伝播によって第２のモジュレーションの減少又は除去、ひいてはモジュレーションによって形成された干渉模様が強化されること、
−  形成された干渉模様をフォトポリマにてボリュームホログラムを形成するために照射及び／又は熱処理によって固定すること、
が行なわれる。
【００１０】
したがってホログラムの書込みは本発明によれば簡単でかつ安価なホログラフィックな方法で、特に通常のレーザ光線源を用いて行なわれる。ポリママトリックスと感光性のモノマとから成るフォトポリマは化学的な現像を必要としない。むしろ現像と固定は加熱によって例えばハロゲンランプを用いて行なわれる。
【００１１】
従属請求項８から１０までには本発明による雨センサを製造する方法が記載されている。
【００１２】
以下、図面の概略図に基づき本発明の実施例を詳細に説明する。
【００１３】
図１にはまだガラスに組込まれていない、雨センサのために設けられた光導波体２２が示されている。この光導波体２２は導波体コア１と理想的には透明な誘電性の材料から成る導波体外套２とを有している。コア１は例えばガラスから成り、２００μｍの領域の厚さを有しているのに対し、層２は典型的な形式で５から１０μｍの厚さを有している。雨センサの、図１には示されていない構成部分により発生された光線４は光導波体２２に入射しかつ予定された部位まで伝播し、当該部位にて光線４はカップリングエレメント３を介して出射する。つまり所定の方向に変向される。雨センサにおいて光線４は通常、ガラスの外側の表面における検出領域へ向けられる。ガラスの外側の表面においては光線４は、ガラスが雨滴によって濡らされていない限り、全反射されるので、光線４は再び光導波体２２に入射され、そこで伝播し、最終的に雨センサの受信エレメントに向かって出射させられる。湿気で濡らされた検出領域における部分的な出射に基づく光線４の弱化は自体公知の形式で、所望されるセンサ信号の発生に活用される。このような光導波体２２は例えば５ｃｍの幅と２０ｃｍ又はそれよりも大きい長さを有していることができるので、センサの送信／受信領域は、ガラス自体を光導波体として用いることなしに検出領域に対しより大きな距離を有することができる。
【００１４】
正確な入射もしくは出射のために選択されたホログラフィックなカップリングエレメント３はフォトポリマ部体３から成っている。このフォトポリマ部体３は典型的な形式で２×２ｍｍの領域の大きさ又はそれよりも大きな大きさを有し、５から１０μｍの領域の厚さを有している。このフォトポリマ部体３は光導波体２２のコア１と外套２との間にあるので、導波体の表面は図１の概略的な図示とは異なって、そこでこぶ状に隆起させられていることができる。しかしこれの与えられた寸法と材料が根本的な問題を提起することはない。さらに光導波体２２は、あとでさらに詳しく述べるように、典型的な形式で複合ガラス板に埋設されている。この場合には接着する、弾性的なＰＶＢ中間層は、導波体２２の形、特にこぶの形を受容するかもしくは補償することができる。
【００１５】
図２には自動車のフロントガラス２６が、図示されていないガラスワイパによって拭われた払拭領域２７と、ガラス２６の上縁の中央に配置されたＵタイプの雨センサと共に示されている。雨センサは運転者の視野領域の外側に配置された送信／受信領域、例えば払拭領域２７に位置する検出領域２５を有している。図２には送信／受信領域２４からの光線４が導波体２２に入射もしくは出射するベースとしての入射及び出射に適したフォトポリマ部体３ａを有するセンサのＵ字形の構造が示されている。さらに導波体２２においてフォトポリマ部体３ａから別のフォトポリマ部体３ｂに伝播する光線４と、入射した第３のフォトポリマ部体３ｃからベースへ伝播する光線４とによって形成される２つのＵ字脚が示されている。
【００１６】
図３には図２に示された雨センサの横断面がそこに示された第１の断面方向（ｖｉｅｗ１）で図示されている。送信／受信領域２４は図３の図示を簡略にするために複合ガラス２６の外側に配置されている。複合ガラス２６は接着する中間層２１、有利にはＰＶＢ（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｂｕｔｙｒａｌ）によって纏めて保持される内側と外側のガラス層２３から成っている。中間層２１とガラス層２３との間には、図１に示された、ガラスコア１と外套層２とフォトポリマから成るホログラフィックなカップリングエレメント３とから成る光導波体２２が配置されている。
【００１７】
Ｕタイプの雨センサの作用形式は図４に示されたセンサの断面（図２のｖｉｅｗ２を参照）と関連して図３から最も明確である。光線４は送信／受信領域２４から発せられて、フォトポリマ部体３ａから導波体２２へ入射し、導波体２２にて出射エレメント３ｂまで伝播する。出射エレメント３ｂから光線４はガラス２６の外側に置かれた検出領域２５に変向される。そこで光線４は全反射され、次いで光線４は出射するために構成されたフォトポリマ部体３ｃに当たり、その後、導波体２２にて再び送信／受信領域２４に伝播する。検出領域２５はカップリングエレメント３ｂと３ｃとの間に配置されている。
【００１８】
図５と図６とには軸タイプの雨センサが示されている。基礎となっている測定原理は、Ｕタイプの場合のように検出領域２５に存在する雨滴による光線４の全反射の弱化に基づいている。
【００１９】
光導波体２２はガラス２６内に配置されている。光導波体２２における伝播方向に沿って相前後して、それぞれ入射及び出射のために構成された２つのフォトポリマ部体３ｄ１と３ｄ２とが配置されているので、光線４は光導波体２２内で第１のフォトポリマ部体３ｄ１まで伝播する（図６参照）。この場合、第１のフォトポリマ部体３ｄ１では光線４の１部が出射され、ガラス２６の外側における検出領域２５にて全反射されかつ第２のフォトポリマ部体３ｄ２のグリッドから再び光導波体２２に入射される。これに対し、第１のフォトポリマ部体３ｄ１において反射する光線４の部分は引続き光導波体２２内で伝播し、第２のフォトポリマ部体３ｄ２から出射しかつ検出領域２５における全反射のあとで第１のフォトポリマ部体３ｄ１から再び入出射する。
【００２０】
軸タイプのセンサは、グリッド３ｄ１における屈折の精度と効率とが比較的に非臨界的であるという利点を有している。何故ならば光線４の屈折された部分も屈折されない部分も検出に関与させられるからである。したがって屈折の精度をグリッド３ｄ２に関して保証するかもしくは適正化することしか必要ではない。１軸線に沿った光線４の伝播によって比較的に幅広の光線４を使用することができ、これによって検出領域２５の有利な拡大がもたらされる。
【００２１】
フォトポリマにおけるボリュームホログラムの形成は図７に示されている。ホログラフィックなグリッドはフォトポリマにフォトポリメリゼーションによって書込まれている。形成は第１ステップ７ａではポリママトリックス６と感光性の分子５とからの混合物（溶液）の準備で開始される（図７における両方のコンポーネントの垂直な領域での概略的な分離は理解が容易になるように行なったものに過ぎない）。空間的に周期的な模様７によって、つまり照射された領域８と照射されていない領域９とで行なわれる感光性の分子５の照射は部分的なポリメリゼーションが図７ｂに示されている照射された領域８においてはポリママトリックス６における分子５の領域的な堆積１０として行なわれる。堆積されていない分子１１も堆積された感光性の分子１０とポリママトリックス６とから成る新たに形成されたコポリマはそれぞれ１つの空間的なグリッドを発生させる。このグリッドは空間的な、つまり領域的なモジュレーション１２（分配１０によって惹起される）とモジュレーション１３（分配１１によって惹起される）とによって特徴付けられている。図７ｂから判るようにモジュレーション１２と１３とは部分的に相互に補償するので、当初比較的に弱く構成された干渉模様１４が結果として形成される。堆積されていない分子１１により惹起されるモジュレーション１３は例えば加熱（照射）によって誘発される拡散（屈折）によって零線まで移動される。
【００２２】
拡散によって堆積されない分子１１が照射された領域８と照射されない領域９における分配に関して均等化される（図７ｃ参照）。前記均等化は対応する屈折インデックスの第２のモジュレーション１３の減少もしくは除去で現われるので、干渉模様１４、つまり所望のグリッドはより強く出現する。
【００２３】
干渉模様１４を固定するためには（図７ｄを参照）、現像されたフォトポリマはハロゲンランプ１５で均等に照射される。この場合にはフォトポリマの硬化、つまり、これまで堆積していなかった感光性の分子５もしくは１１の、フォトマトリックス６への（空間的に均等な）堆積が生じる。この場合にはもちろん、図７ｂと図７ｃとにおいて現像された干渉模様１４は維持されかつ所望のボリュームホログラムを形成する。
【００２４】
図８ａからｇまではフォトポリマから成るカップリングエレメントを有する雨センサを製造する場合に可能な方法経過が示されている。ステップ８ａではまずフォトポリマ層１７が平らな硬い表面１８の上に、貯蔵容器１６からその下にある、一定の相対速度で移動する表面１８にフォトポリマを吹き付けることで、付与される。そのあとで表面１８からのフォトポリマ層１７の乾燥と分離とが行なわれる（図８ｃ）。フォトポリマにおけるボリュームホログラムの形成は干渉する光波２０で行なわれる（ステップ８ｅ）。この場合、有利にはこの形成の前にフォトポリマ層１７のせん断１９によって個々のフォトポリマ部体３に対する分配が行なわれる（図８ｄを参照）。
【００２５】
ステップ８ｆにおいては、フォトポリマ部体３は光導波体２２の導波体コア１に配置、例えば接着され、次いでほぼ透明であって導波体コア１よりもわずかな屈折インデックスを有する導波体外套２で被覆される。ステップ８ｇにおいては最後にフォトポリマ部体３を備えた光導波体２２がガラス層２３と中間層２１とを有するガラス内に配置される。ステップ８ｆにおける導波体外套材料での被覆は有利にはフォトポリマ部体３を備えた導波体コア１をテフロン溶液に漬浸させることで行なわれる。
【００２６】
フォトポリマ部体３を備えた光導波体２２が、接着する中間層２１と一緒にガラス層２３の間に挿入されると、通常はほぼ１００℃の上側の温度で複合ガラスに焼成される。その際、焼成に際してフォトポリマ部体３に作用する熱は図７、特に図７ｄの枠内での熱処理によって行なわれるボリュームホログラムの形成の固定に同時に活用されることができる。製造方法の前記構成ではガラスの焼成プロセスは時間的に（例えば３０分に）制限され、ボリュームホログラムの長すぎる加熱に際して行なわれる消去がまだ発生しないようにコントロールされる。この構成では特に比較的に融点の低いポリママトリックス６、例えばＰＭＭＡが有利であるのに対し、高い融点を有するポリママトリックス６、例えばＰＭＭＩを使用することもできる。これはボリュームホログラムを損なうことなくスタンダード焼成プロセスで複合ガラスとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明による雨センサのために使用可能で、フォトポリマ部体を有する光導波体の横断面図。
【図２】Ｕタイプの本発明による雨センサを有するガラスの平面図。
【図３】図２に示された配置を断面して第１の方向から見た図。
【図４】図２に示された配置を断面して第２の方向から見た図。
【図５】軸タイプの本発明による雨センサを有するガラスの平面図。
【図６】図５に示された配置の横断面図。
【図７】雨センサのための、フォトポリマから成るホログラフィック的なカップリングエレメントにおけるボリュームホログラムを形成するための本発明による方法のステップ（ａ）から（ｄ）までを示した図。
【図８】本発明による雨センサを製造する方法のステップ（ａ）から（ｇ）までを示した図。
【符号の説明】
【００２８】
１  コア、  ２  外套、  ３  カップリングエレメント、  ４  光線、  ５  感光的な分子、  ６  ポリママトリックス、  ７  模様、  ８  照射された領域、  ９  照射されていない領域、  １０  堆積、  １１  分子、  １２  モジュレーション、  １３  モジュレーション、  １４  干渉模様、  １５  ハロゲンランプ、  １６  貯蔵容器、  １７  フォトポリマ層、  １８  表面、  １９  せん断、  ２０  光波、  ２１  中間層、  ２２  光導波体、  ２３  ガラス層、  ２４  送信／受信領域、  ２５  検出領域、  ２６  フロントガラス、  ２７  払拭領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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2009522540.tif 000012
2009522540.tif 000013
2009522540.tif 000014
2009522540.tif 000015
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2009522540.tif 000018
2009522540.tif 000019
2009522540.tif 000020