用於汽車的光學雨水傳感裝置的製作方法

2023-05-14 02:19:06 2

專利名稱：用於汽車的光學雨水傳感裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種按權利要求1的前序部分所述的、用於汽車的光學雨水傳感裝置。
背景技術：
由現有技術已知用於汽車的光學的雨水傳感器或雨水傳感裝置，它在汽車駕駛室 內部通過耦合介質(例如矽樹脂)連接在擋風玻璃上。此光學雨水傳感器在此將發射器或 輻射源的射束通過透鏡系統(即發射器光學系統)射入擋風玻璃中。此光線在玻璃表面上 被全反射，並通過另一透鏡或接收器光學系統射入光探測器或接收器中。在擋風玻璃的玻 璃表面上的水越多，則反射就越弱，因此由光探測器測得的信號就越弱。光學雨水傳感器可 根據探測到的雨水量來控制汽車的雨刷裝置，並自動地選擇雨刷速度的最有效等級。例如從DE 102 61 244 Al中已知上面描述的光學雨水傳感器。光探測器應該儘可能地避開外來光(例如太陽光)，以避免幹擾。除了由大陽照射 從外面形成的外來光外，汽車駕駛室內部的溼度和汙染也是在確定雨量時的幹擾因素。在 一定的環境條件下，在擋風玻璃的內側上並在雨水傳感器中，尤其在位於雨水傳感器中的 光學的、光電的或電子元器件(即透鏡系統)中，輻射源和光線接收器會出結霧，這在雨水 傳感器中會影響輻射源和光線接收器之間的光學路徑的光學性能。結霧說明表面上有許多 不同大小的水滴，它們會影響元器件(尤其是透鏡系統)的幾何性能和反射反性能。在稜 鏡系統中出現的結霧通常會使雨水傳感器中的光學路徑的傳輸變差，因為射束通過許多小 水滴不能再以正確的角度輸入到擋風玻璃中，所述小水滴在光學上同樣也像小鏡子一樣起 作用。因此，只有一部分光線以對全反射必需的45°角牴達擋風玻璃的表面。這意味著，在 擋風玻璃的傳輸性能方面，必須為雨水傳感器的玻璃遮蓋考慮明顯更高的提前量。此外，透 鏡表面由於許多水滴還獲得了其它的自反性能。在結霧存在的情況下，由雨水傳感器發射 的光線不再只須穿過兩個光學介質(空氣_透鏡系統-空氣)，而是必須穿過三個光學介 質(空氣-水-透鏡系統-水-空氣)，在不同光學介質之間的界面的數量從兩個升至四 個，確定的一部分光線在此界面上反射。這也會降低光學系統的效率。此外，根據水滴的大 小，並結合尤其通過汽車的傳動電機或行駛活動引發的振動，既使擋風玻璃是幹的，也會發 動錯誤的雨刷循環。與輻射源比起來，光學雨水傳感器的光線接收器中幾乎不會產生功率 損耗或熱量，因此在該處優選也會出現結霧。基於所述原因，希望在光學的或光電的元器件 上，尤其在光學雨水傳感器的透鏡系統上減少結霧。從實踐中已知雨水傳感系統，在此系統中通過加熱模塊電子地減少結霧。在存在 著結霧危險時(尤其在溫度低於25°C)時，透鏡系統要稍微加熱，以便從露點方面改變雨水 傳感器中的小氣候，因而阻止或減少結霧的產生。汙染也會對光學元器件的光學性能產生不利的影響。汙染經常引起過濾效果或吸 收光線。因此在已知的系統中，為雨水傳感器使用封閉的外殼，以便把來自車內空氣中的微 粒的影響保持得儘可能小。

發明內容
按本發明的用於汽車的光學雨水傳感裝置具有多個元器件，即至少一個電磁輻射 源、至少一個接收裝置、至少一個發射器光學系統和至少一個接收器光學系統，其中藉助所 述至少一個接收裝置可接收由所述至少一個輻射源發射出的電磁射束，其中電磁射束從所 述至少一個輻射源藉助所述至少一個發射器光學系統傳導到汽車擋風玻璃與汽車外界的 界面上，並在所述界面上進行反射，並藉助所述至少一個接收器光學系統繼續傳導到所述 至少一個接收裝置上，其中所述元器件中的至少一個的表面至少局部設有納米塗層，此納 米塗層引起表面的光催化的自清潔，其優點是，可在最大程度上避免或減少光學的、光電的 或電子元器件的表面上的結霧和汙染。在此建議，光學雨水傳感器的光學元器件的尤其起光學作用的表面，尤其發射器 光學系統、接收器光學系統、電磁輻射源和/或接收裝置都設置特殊的塗層，它們可以引起 表面的光催化的自清潔。把表面的這個特性稱為「光催化的自清潔」，此表面已經塗上了納 米塗層(其具有優選由二氧化鈦(TiO2)構成的納米微粒)，並因此在用太陽光(尤其是UV 光線)進行照射時可使表面上的有機材料分解。因此使表面保持清潔。此外，這種塗層還 是抗微生物的。此外，這種塗層還使水不再會在表面上形成水滴，而只成一個薄層，因此可 在最大程度上避免表面的結霧。這種表面也被稱為超親水的。現在通過元器件的光催化的自清潔，也可為光學雨水傳感器應用敞開的外殼，這 尤其可有利地把更多功能集成在雨水傳感器中，例如露點傳感裝置(也具有溼度測量)、空 氣品質傳感器或類似物。對這兩個功能，需要與外界進行空氣交換。通過納米塗層的防結霧功能，可完全取消雨水傳感器中的加熱模塊。在出現結霧 趨勢時，光學性能只輕微地受薄水薄(幾乎看不見)的影響。具有納米微粒(由二氧化鈦 構成)的塗層可節省成本，並減少電路板上的空間需求，因為不再需要加熱模塊。從而，可 減少雨水傳感器的空間需求，或在空間需求保持不變的情況下擴展雨水感器的功能性。


下面藉助附圖按原理描述了本發明的實施例。唯一的附圖示出了按本發明的光學雨水傳感器的簡化視圖。
具體實施例方式在附圖中描述了按本發明的光學雨水傳感器，它是按下述的原理進行工作的。電磁輻射源6 (例如紅外線LED或類似物品)以確定的角度從玻璃或擋風玻璃1 的內側開始(即通常從未示出的汽車的乘客車廂開始)，朝著擋風玻璃1的方向發射出電磁 射束4(所謂的有用光線)。此射束4經過內部空間和擋風玻璃1之間的界面，並在由擋風 玻璃1和汽車外界構成的界面10上偏轉，此界面10在此區域內被稱為敏感面。光束在擋 風玻璃1中通常是平行的。電磁射束4相對於界面10的入射角在此這樣進行選擇，即在擋 風玻璃1例如沒有被雨水水滴11弄溼的情況下，電磁射束4在界面10上按光學規律在擋 風玻璃1的內側方向作為反射射束5全部反射回來，並被設置在玻璃內側附近的、例如構成 為紅外線LRD的接收器7或接收裝置探測到。在玻璃1被雨水水滴11弄溼的情況下，所述
4全反射由於界面10上的折射率的變化而被幹擾或失效(如附圖所示)，因此電磁射束4的 一部分4a朝外射出，與全反射情況相比更少的射束5到達接收器7上。由於光射入的下降 (或信號差)，從屬於輻射源6和接收器7的、例如設置在電路板上的分析單元8對現有的 潤溼程度進行分析，並相應地控制雨刷器的雨刷過程。為了實現這一基本原理，輻射源6、接 收器7和分析單元8與未示出的控制器一起安放在一個外殼9中，為了有效地進行光傳輸， 此外殼9配備了從屬於輻射源6的發射器光學系統或耦入光學裝置3a，並配備了從屬於接 收器7的接收器光學系統或耦出光學裝置3b ；並為了無幹擾地傳導光並使射束4或5射入 擋風玻璃1中或從中射出，藉助光學的耦合介質作為例如由矽樹脂構成的中間層2無氣泡 耦連在擋風玻璃1上。所述的耦入或耦出透鏡3a、3b在此通常由透鏡或透鏡系統構成，它 們在一面上是凸起的，另一面是平的。發射器光學系統3a、接收器光學系統3b、電磁輻射源 6和接收器7都屬於光學雨水傳感裝置的光學元器件3a、3b、6、7，其中電磁輻射源6和接收 器7基於它們的功能當然也可稱為光電的或電子的元器件。現在按本發明在此實施例中，電磁輻射源6、接收器7、接收器光學系統3b、發射器 光學系統3a或透鏡系統的表面都設有納米塗層12，它引起表面的光催化的自清潔。因此， 以有利的方式在最大程度上避免或減少了所述表面的結霧和汙染。納米塗層12為此具有 由二氧化鈦(TiO2)構成的納米微粒。在其它未示出的實施例中，當然也可以只有選出的光學元器件3a、3b、6、7的表 面，尤其只是部分地(例如只是表面的起光學作用的部分)設有納米塗層12，它引起表面的 光催化的自清潔。自清潔的基礎是所謂的光催化。二氧化鈦是半導體，如果光子的能量大於帶隙的 能量(內部光電效應)，則射入的光線在此半導體中產生電子_空穴對。電子或空穴可在二 氧化鈦中擴散到表面上，並在該處產生基團，它會引發有機物質的分解。空穴尤其具有較高 的氧化作用。OH基團由水形成。有機物質由此被分解。最終產物通常是CO2和水。表面的 超親水性能通過二氧化鈦表面的氧缺位而產生。在此位置上可化合OH基團，它們藉助水實 現良好的潤溼。可使用這樣的產品，即藉助這種產品由二氧化鈦形成納米塗層。為此的實施例是， 按AER0SIL方法製成的VP TiO2 P90(親水的熱解的二氧化鈦)。如果光學系統3a、3b是由多個零件組裝而成，則優選應該在安裝傳感器時，將具 有由二氧化鈦構成的納米微粒的塗層設置在光學系統3a、3b或光導體上。如果光學系統 3a、3b如同本實施例一樣是構造成整體的，則塗敷步驟也可提前進行。
權利要求
一種用於汽車的光學雨水傳感裝置，其包含多個元器件(3a、3b、6、7)，即至少一個電磁輻射源(6)、至少一個接收裝置(7)、至少一個發射器光學系統(3a)和至少一個接收器光學系統(3b)，其中藉助所述至少一個接收裝置(7)能接收由所述至少一個輻射源(6)發射出的電磁射束(4、5)，其中電磁射束(4、5)從所述至少一個輻射源(6)藉助所述至少一個發射器光學系統(3a)傳導到汽車擋風玻璃(1)與汽車外界的界面(10)上，並在所述界面上進行反射，並藉助所述至少一個接收器光學系統(3b)繼續傳導到所述至少一個接收裝置(7)上，其特徵在於，其中所述至少一個元器件(3a、3b、6、7)的表面至少局部設有納米塗層(12)，此納米塗層(12)引起所述表面的光催化的自清潔。
2.按權利要求1所述的光學雨水傳感裝置，其特徵在於，所述至少一個發射器光學系 統(3a)的表面和/或所述至少一個接收器光學系統(3b)的表面至少局部地設有納米塗層 (12)。
3.按權利要求1或2所述的光學雨水傳感裝置，其特徵在於，所述至少一個輻射源(6) 的表面和/或所述至少一個接收裝置(7)的表面至少局部地設有納米塗層(12)。
4.按權利要求1、2或3所述的光學雨水傳感裝置，其特徵在於，所述納米塗層(12)具 有由二氧化鈦(TiO2)構成的納米微粒。
全文摘要
本發明涉及一種用於汽車的光學雨水傳感裝置，其包含多個元器件(3a、3b、6、7)，即至少一個電磁輻射源(6)、至少一個接收裝置(7)、至少一個發射器光學系統(3a)和至少一個接收器光學系統(3b)，其中藉助所述至少一個接收裝置(7)能接收由所述至少一個輻射源(6)發射出的電磁射束(4、5)，其中電磁射束(4、5)從所述至少一個輻射源(6)藉助所述至少一個發射器光學系統(3a)傳導到汽車擋風玻璃(1)與汽車外界的界面(10)上，並在所述界面上進行反射，並藉助所述至少一個接收器光學系統(3b)繼續傳導到所述至少一個接收裝置(7)上，其特徵在於，其中所述至少一個元器件(3a、3b、6、7)的表面至少局部設有納米塗層(12)，此納米塗層(12)引起所述表面的光催化的自清潔。
文檔編號B60S1/08GK101896378SQ200880120920
公開日2010年11月24日 申請日期2008年10月27日 優先權日2007年12月21日
發明者R·博查特 申請人:羅伯特.博世有限公司