(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学的な有効ビームがガラスにおいて少なくとも１回の全反射が行われるレインセンサであって、
ガラスからビームを出力結合するために着色された出力結合部が設けられていて、有効ビームが透過されかつ障害ビームが吸収されるようになっている
形式のものにおいて、
前記出力結合部と、有効ビームを検出するビーム測定装置との間に、有効ビームの波長に調整されている通過波長領域を有しかつ障害ビームを阻止する光フィルタ（２８）が配設されており、かつ
前記着色された出力結合部（２２）には分離面（２５）が設けられておりかつ前記有効ビーム（１１）のみが該分離面（２５）において全反射され，
少なくとも１つの反射面（２４）が前記分離面（２５）の前に配設されており、前記反射面において有効ビーム（１１）も障害ビーム（３１′）も反射され、かつ
前記反射面（２４）または前記分離面（２５）に対向していて、障害ビーム（３１″）のみが衝突する、前記出力結合部（２２）の縁面（３５）は、該縁面（３５）に衝突する障害ビーム（３１，３１′，３１″）が多重反射によって吸収されるように階段形状に実現されている
ことを特徴とするレインセンサ。
【請求項２】
光学的な有効ビームがガラスにおいて少なくとも１回の全反射が行われるレインセンサであって、
ガラスからビームを出力結合するために着色された出力結合部が設けられていて、有効ビームが透過されかつ障害ビームが吸収されるようになっている
形式のものにおいて、
前記出力結合部と、有効ビームを検出するビーム測定装置との間に、有効ビームの波長に調整されている通過波長領域を有しかつ障害ビームを阻止する光フィルタ（２８）が配設されており、かつ
前記着色された出力結合部（２２）には分離面（２５）が設けられておりかつ前記有効ビーム（１１）のみが該分離面（２５）において全反射され、かつ
少なくとも１つの反射面（２４）が前記分離面（２５）の前に配設されており、前記反射面において有効ビーム（１１）も障害ビーム（３１′）も反射され、かつ
前記反射面（２４）または前記分離面（２５）に対向していて、障害ビーム（３１″）のみが衝突する、前記出力結合部（２２）の縁面（３５）は、障害ビーム（３１，３１′，３１″）に関連して、該障害ビーム（３１，３１′，３１″）の全反射が生じないように、配設されている
ことを特徴とするレインセンサ。
【請求項３】
有効ビーム（１１）は前記出力結合部（２２）から集光レンズ（２７）を介して出力結合される
請求項１または２記載のレインセンサ。
【請求項４】
前記出力結合部（２２）と前記ビーム測定装置（３０）との間に、絞り（２９）が配設されている
請求項１または２記載のレインセンサ。
【請求項５】
有効ビーム（１１）を前記ガラス（１６）に入力結合するための入力結合部（１３）が設けられており、該入力結合部は前記出力結合部（２２）と同一に構成されている
請求項１または２記載のレインセンサ。
【発明の詳細な説明】
従来技術
本発明は、請求項１の上位概念に記載のレインセンサから出発している。ドイツ連邦共和国特許第２３５４１００号明細書から減衰される全反射の原理に従って動作するこの形式のレインセンサが公知である。このために、ビーム源から射出されるビームがガラス内で外面および内面において測定区間に沿って複数回全反射されかつ引き続いてビーム測定装置によって検出される。外面における汚れの粒子または雨滴は全反射を妨げかつガラスからビームの一部を結合する。ビームの出力結合の度に、ビーム測定装置が検出する信号は減衰される。前以て決められた評価方法に依存して、例えばガラスを洗浄するための手段が自動的に投入される。
この種のレインセンサでは、ビーム源から放射される光有効ビームに対して付加的に、障害ビーム成分も一緒に考慮しなければならない。障害ビームは例えば、ガラスが車両に取り付けられているときに殊に存在する太陽光線である。
本発明の課題は、障害ビームの、測定結果に対する影響が低減されているレインセンサを提供することである。
この課題は、請求項１の特徴部分に記載の構成によって解決される。
発明の利点
本発明のレインセンサでは出力結合部において、有効ビームも障害ビームもガラスからの出力結合の後に、まず反射面に衝突し、そこで両ビームは反射されかつ両ビームは漸く引き続いて、分離面に衝突する。このことは、殊に、有効ビームを、必要なビーム測定装置の有利な配設を可能にする角度領域に転向することができるという利点を有している。反射面は、有効および障害ビームに関連して、両ビームに対して全反射を招来するそれぞれの角度下に配設される。択一的に、常時入射角が射出角に等しい反射鏡が設けられている。
さらに光路で見て反射面の後ろには分離面があり、その際有効ビームのみが全反射されるように配設されている。これに対して他方のビームは、この分離面を通り抜ける。分離面によってまず有効ビームと障害ビームとの効果的な分離が実現される。この分離は、有効ビームおよび障害ビームが異なった角度領域において生じるので、難なく可能である。有効ビームはガラスを出力結合部の領域において、ガラス面に対する垂線に関連して４２°より大きな角度で離れる。角度データに対しては以下、ガラスおよび出力結合部の屈折率が少なくとも近似的に同じでありかつ約１．４９であることを前提とする。障害ビームは出力結合部の領域において基本的に、０°ないし１８０°の角度領域で衝突する。この角度領域はガラスの前の半空間全体に相応する。しかしガラスおよび出力結合部において、障害ビームの最大角度はガラス面に対する垂線に関連して４２°である。それ故に有効ビームの、障害ビームからの分離が常時可能である。このような出力結合部を使用するという本発明により設定された手段は簡単に実現可能であるという利点を有する。分離面は有利には、出力結合部の境界面である。
出力結合部のこの分離面には、有効ビームを全くまたは僅かしか吸収しないが、障害ビームを強く吸収する着色が施されている。
さらに本発明では、反射面または分離面に対向している、出力結合部の縁面の構成を規定している。即ち、この縁面には、障害ビームしか衝突しない。この縁面は該縁面に衝突する障害ビームを多重反射によって吸収することができるように階段形状に構成されているので、例えば拡散反射によって残留障害ビームとしてこの縁面から出て行く可能性がある障害ビーム成分が低減される。
縁面の択一的な構成は次の通りである。即ち、縁面は、それが衝突する障害ビームと、全反射が生じない角度を形成するように配設されている。それ故に縁面に衝突する障害ビーム成分は再び、この縁面を通ってこの出力結合部を離れる。
さらに本発明によれば、場合により未だ存在する残留障害ビームの低減作用をする目的で、通過領域における波長が有効ビームの波長に調整されているフィルタが使用される。
本発明のレインセンサの有利な実施例および構成はその他の請求項に記載されている。
別の有利な実施例によれば、有効ビームは出力結合部から集光レンズによってビーム測定装置に集光または結像されるようになっている。
１つの有利な実施例において、ビーム測定装置に絞りが前置されていて、障害ビームが一層低減されるようにしている。
本発明のレインセンサのその他の有利な実施例および構成は、以下の説明に関連しているその他の請求項に記載されている。
図面
唯一の図には、本発明のレインセンサが略示されている。
実施例の説明
ビーム源１０は、第１の集束レンズ１２を介して入力結合部１３に達する有効ビーム１１を放射する。有効ビーム１１は第１の境界面１４および第２の境界面１５においてそれぞれ全反射されかつ引き続いてガラス１６に入力結合される。有効ビーム１１と、境界面１４に対する第１の垂線１７との間に生じる、第１の境界面における入射角ａ並びに有効ビーム１１と、第２の境界面１５に対する第２の垂線１８との間に生じる角度ｂは有利にはそれぞれ、２つの境界面１４，１５において全反射が生じるように選定される。
入力結合部１３は有効ビーム１７をガラス１６に送る。有効ビーム１１はガラス１６に、一方における入力結合部１３の屈折率および他方におけるガラスの屈折率が一致するとき、直線的に入力結合される。ガラス表面２０に対する第３の垂線１９と有効ビーム１１との間の角度ｃが、ガラス１６内に全反射を招来する値に決められていることが重要である。角度ｃは、ガラスが近似的に１．４９の屈折率を有しかつガラス１６が空気によって取り囲まれていることを前提とすれば、約４２°より大きくなければならない。冒頭に述べたように、すべての角度データはこれらの条件に基づいている。
有効ビーム１１はガラス１６に測定区間２１の領域において少なくとも１回、有利には複数回全反射される。測定区間２１の一端に、ガラス１６から有効ビーム１１を出力結合する出力結合部２２が配設されている。出力結合は、ガラス面２０における第４の垂線２３と有効ビーム１１との間に生じる角度ｄにおいて行われる。この場合も出力結合部２２の屈折率が少なくとも近似的にガラス１６の屈折率と一致している限りは、移行箇所においてこれ以上の角度のずれは生じない。その場合角度ｄは角度ｃに等しい。角度ｄは約４２°より大きい。
有効ビーム１１は、図示の実施例では出力結合部２２の境界面と同一である反射面２４に達する。反射面２４において反射される有効ビーム１１は、同じく有利には出力結合部２２の境界面である分離面２５に達する。有効ビーム１１は分離面２５における第５の垂線２６とともに角度ｅを形成する。角度ｅは、全反射が生じないかまたは１回だけ生じる値に決められている。図示の実施例では、角度ｅは、分離面２５において有効ビームの１回の全反射が生じる、４２°より小さい値かまたは４２°に等しい値に決められている。有効ビーム１１は出力結合部２２を第２の集束レンズ２７を介して離れかつ１つの波長領域に調整されている光フィルタ２８を介しかつ絞り２９を通ってビーム測定装置３０に達する。
出力結合部２２の領域において有効ビーム１１の他に、所望しない障害ビーム３１が出力結合部２２に入力結合される可能性がある。障害ビーム３１は、基本的に、ガラスの１６の前の全部の半空間から入射する可能性がある。それ故に、障害ビーム３１と、ガラス表面２０に対する第６の垂線３２との間の入射角ｆは、０°と近似的に１８０°との間にある可能性がある。０°から１８０°までの角度領域は、出力結合部２２内で０°から４２°まで低減される。出力結合部２２に到来する障害ビーム３１のうち、２つの縁ビーム３１′，３１″だけが示されている。障害ビーム３１の縁ビーム３１′は、ガラス表面に対する第６の垂線３２とともに角度ｇを形成しかつ障害ビーム３１の縁ビーム３１″は第６の垂線３２とともに角度ｇ′を形成する。角度ｇ，ｇ′は０°から４２°までの領域内にありかつそれ故に４２°より大きいまたは４２°に等しい角度ｄとはオーバラップしない。そのうち縁ビーム３１′しか示されていない、出力結合部２２において延在する障害ビーム３１の一部は、反射面２４において反射されかつ引き続いて分離面２５に達する。角度ｈは、障害ビーム３１の縁ビーム３１′と分離面２５に対する第７の垂線３３との間に生じる。そこで、角度ｈが角度ｅに依存して決められていることが重要である。角度ｅが４２°より大きい値に決められている、即ち有効ビーム１１の全反射が存在する限り、角度ｈは、全反射が生じない、４２°より小さい値に決められる。角度ｅが、有効ビーム１１の全反射が生じない、４２°より小さい値に決められている限り、角度ｈは、障害ビーム３１の全反射が生じない、４２°より大きい値に決められる。全反射が行われないビーム３１′は、４２°より大きい角度ｉで出力結合部２２を離れる。角度ｉは、第７の垂線３３と出力結合されるビーム３４との間に生じる。図示の実施例において、角度ｅは、既述のように、全反射が生じる、４２°より小さい値に決められている。それ故に、角度ｈは、出力結合されるビーム３４として出力結合部２２を離れる障害ビーム３１′の出力結合が生じる、４２°より大きい値に決められている。実際の所与の条件下では、角度ｅおよび角度ｈは、相互に完全に無関係に決めることができない。しかし常時、一方のビームが全反射が行われ、一方他方のビームが出力結合される大きさの角度領域は、ガラス表面２０に関連して分離面２５を回転することによって実現される。図示の実施例において、障害ビーム３１が、可能な最大の角度ｈを来す縁ビーム３１′によって示されていることに注目されたい。比較的小さな角度ｇでは、角度ｈも比較的小さい。
反射面２４により、２つのビーム１１，３１を、ビーム測定装置３０の有利な配置を可能にする角度領域に転向させることができる。基本的に反射面２４に代わって、実施例には図示されていない別の反射面２４を設けることができる。他方において、実施例に図示されている反射面２４を完全に省略することもできる。その場合有効ビーム１１並びに障害ビーム３１は分離面２５に直接衝突する。この状況においても、有効ビーム１１と障害ビーム３１との信頼できる分離が可能である。その理由は、角度ｅ，ｈは基本的に、反射面２４での反射なしにも生じるからである。
出力結合部２２における障害ビーム３１を抑圧するための別の手段として、出力結合部２２を、有効ビーム１１が出来るだけ妨害されずに通過させることができ、一方障害ビーム３１の期待される波長領域が吸収されるように、着色することができる。ビーム源１０から放射される有効ビーム１１の波長を赤外線領域に決められている場合、出力結合部２２を暗く着色することができ、この暗い着色によって、可視光線の波長成分の高い吸収が可能になる。従って太陽が原因で生じる障害ビーム３１はこの手段によって効果的に減衰することができる。この着色に対して択一的にまたは補足的に、有効ビーム１１の波長に調整されている通過波長領域を有する光フィルタ２８を設けることができる。別の手段は、有効ビーム１１に対して少なくとも僅かな角度ずれを有しているまだ取り除くことができなかった、障害ビーム３１の成分の除去を可能にする絞り２９の配設である。
障害ビーム３１を抑圧する別の効果的な手段によれば、反射面２４または分離面２５に対向している、出力結合部２２の縁面３５が特別に構成されている。縁面３５は、そのうち縁ビーム３１″が示されている、縁面３５に衝突する障害ビーム３１多重反射によって吸収されるように、階段状に構成されている。縁面３５の階段状の構成は光溜めと表すことができる。障害ビームの吸収は、縁面３５の表面を黒く着色することによって推進される。着色が行われていない場合は、障害ビーム３１の部分、しかも全反射が行われない部分は、縁面３５を介して外部領域に出て行く。このことも、障害ビームの低減に結び付いている。
有利な実施例によれば、第２の境界面１５に対向している、入力結合部１３の縁面３６も上述したような階段状の構造を有している。この手段によって、一方において、入力結合部１３の領域において入力結合部１３に達する可能性がありかつそこに、ガラス１６への入力結合の際に近似的に有効ビーム１１の角度に相応する角度に転向される障害ビームが抑圧される。他方において、入力結合部１３の縁面３６の階段状の構成によって、入力結合部１３および出力結合部２２を同一に製作することができるようになる。この場合、合成樹脂射出成形部に対する型の製造の際に著しい簡略化が可能になる。
別の利点は、ビーム源１０の、縁面３６での障害となるビーム反射の抑圧である。
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