DE10034555A1 - Light sensitive sensor unit, especially for automatically switching lights, has light conducting elements associated with sensors connected in one piece to light conducting body - Google Patents
Light sensitive sensor unit, especially for automatically switching lights, has light conducting elements associated with sensors connected in one piece to light conducting bodyInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung geht aus von einer lichtempfindlichen Sensoreinheit, insbesondere zum automatischen Schalten von Beleuchtungseinrichtungen bei Fahrzeugen, nach Gattung des Anspruchs 1.The invention is based on a photosensitive Sensor unit, in particular for the automatic switching of Lighting devices in vehicles, according to the genus Claim 1.
Eine solche Sensoreinheit ist durch die DE 195 23 262 bekannt, die einen Globalsensor und einen Richtungssensor umfaßt, durch welche die Lichtverhältnisse außerhalb des Fahrzeugs erfaßt werden. Die Sensoreinheit ist mit der Auswerteeinrichtung verbunden, in der aus den Signalen der Sensoreinheit ermittelt wird, ob bei den aktuell vorliegenden Lichtverhältnissen in der Umgebung des Fahrzeugs eine Änderung des Schaltzustandes der Beleuchtungseinrichtungen erforderlich ist. Diese bekannte Sensoreinheit läßt zwar eine automatische Schaltung der Beleuchtungseinrichtungen zu, jedoch umfaßt sie durch die Global- und Richtungssensorik relativ viele Teile, was erhebliche Kosten sowie eine aufwendige Justage verursacht. Such a sensor unit is described in DE 195 23 262 known that a global sensor and a direction sensor includes through which the lighting conditions outside the Vehicle can be detected. The sensor unit is with the Evaluation device connected in which from the signals of Sensor unit is determined whether the current existing lighting conditions in the vicinity of the Vehicle a change in the switching state of the Lighting equipment is required. This well-known Sensor unit allows automatic switching of the Lighting devices too, however, it includes through the Global and directional sensors relatively many parts what causes considerable costs and a complex adjustment.
Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß durch die Integration von Global- und Richtungssensorik eine einfache, kompakte, robuste, leicht zu montierende und praktisch justagefreie Sensoreinheit zur Verfügung steht. Dazu umfaßt die Einrichtung nur eine minimale Anzahl von Bauteilen was eine einfache und kostengünstige Produktion bei erweiterter Funktionalität ermöglicht. Da auf Windschutzscheiben von Kraftfahrzeugen die Größe sichtbehindernder Komponenten gering gehalten werden soll, erweisen sich die geringen Abmessungen welche durch die Integration von Global- und Richtungssensorik möglich sind, als weiterer großer Vorteil. Durch die Integration des Lichtleitkörpers der Sensoreinheit in einen Lichtleitkörper einer Regensensoreinrichtung können weitere Bauteile eingespart werden und die Anzahl der sichtbehindernden Komponenten auf der Windschutzscheibe noch weiter reduziert werden.The inventive device with the features of Claim 1 has the advantage that by integrating Global and direction sensors a simple, compact, robust, easy to install and practically adjustment-free Sensor unit is available. To this end, the Set up a minimal number of components what a simple and inexpensive production with advanced Functionality enables. Because on windshields from Motor vehicles the size of obstructing components should be kept low, the low prove Dimensions resulting from the integration of global and Direction sensors are possible as another great advantage. By integrating the light guide body of the sensor unit can in a light guide body of a rain sensor device additional components can be saved and the number of components obstructing the view on the windshield can be further reduced.
Insbesondere dann, wenn der Lichtleitkörper in einem mehrkomponentigen Spritzgußverfahren zusammen mit dem Lichtleitkörper des Regensensors und dem Koppelmedium hergestellt ist können weitere Arbeitsschritte eingespart werden.Especially when the light guide body in one multi-component injection molding process together with the Light guide body of the rain sensor and the coupling medium further steps can be saved become.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen der Sensoreinheit nach dem Hauptanspruch möglich.By the features listed in the subclaims advantageous developments of the sensor unit according to Main claim possible.
Dadurch, daß mindestens drei Sensoren Licht aus vorbestimmten Richtungen detektieren, wird ein weiter Bereich vor dem Fahrzeug erfaßt.Because at least three sensors light off Detect predetermined directions will continue Area recorded in front of the vehicle.
Wenn mindestens ein Sensor in Fahrtrichtung sowie die beiden weiteren Sensoren beidseitig um einen Winkel α aus der Fahrtrichtung herausgeschwenkten Winkel angeordnet sind ergibt sich vor dem Fahrzeug ein breiter Erfassungskegel, so daß auch Tunneleinfahrten, die noch nicht in Fahrtrichtung liegen, erfaßt werden und die Beleuchtungseinrichtung entsprechend gesteuert werden kann.If at least one sensor in the direction of travel as well as the two other sensors on both sides by an angle α from the Swiveled out direction are arranged there is a wide detection cone in front of the vehicle, so that even tunnel entrances that are not yet in the direction of travel lie, are detected and the lighting device can be controlled accordingly.
Weisen die Richtungssensoren linsenartige Elemente auf, welche auch ineinander übergehen können, kann der Erfassungskegel individuell auf die Wünsche des Fahrzeugherstellers abgestimmt werden.If the direction sensors have lens-like elements, which can also merge into one another Acquisition cone individually to the wishes of the Vehicle manufacturer to be matched.
Gehen die Lichtleitelemente ineinander über, so kann weiter Bauraum gespart werden und die Sensoreinheit weiter minimiert werden.If the light-guiding elements merge into one another, it can continue Space is saved and the sensor unit continues be minimized.
Können die Sensorelemente Tages- und Kunstlicht unterscheiden, kann verhindert werden, daß die Beleuchtungseinrichtungen bei Tunnelfahrten in heller Beleuchtung abgeschaltet werden.Can the sensor elements use daylight and artificial light distinguish can be prevented that the Lighting devices when driving in tunnels in brighter Lighting can be switched off.
Vorteilhaft in der erfindungsgemäßen Sensoreinheit ist ausserdem eine wesentliche Verbesserung des Ansprechverhaltens der Regensensoreinrichtung welche sich durch die Erhöhung des Verhältnisses von sensitiver Fläche zur Auflagefläche im Vergleich zu üblichen Regensensoren einstellt. Dies wird durch die trapezförmige Anordung der Sender und Empfänger erreicht. Durch die länglich zusammenhängende sensitive Fläche, wird die Wahrscheinlichkeit, daß ein auf der Scheibe befindlicher Regentropfen durch den Fahrtwind auf die sensitive Fläche driftet erhöht, was eine deutliche Verbesserung des Ansprechverhaltens zur Folge hat.It is advantageous in the sensor unit according to the invention also a significant improvement in Response behavior of the rain sensor device which itself by increasing the ratio of sensitive area to the contact surface in comparison to conventional rain sensors established. This is due to the trapezoidal arrangement of the Sender and receiver reached. By the elongated contiguous sensitive area, the Probability that one on the disc Raindrops through the wind on the sensitive surface drifts increased, which is a significant improvement in Response behavior.
Durch die Verwendung mehrerer Empfänger pro Sender wird die Anzahl der Meßstrecken und damit die Anzahl der sensitiven Flächen erhöht, was einen weiteren Kostenvorteil ergibt. By using several receivers per transmitter, the Number of measuring sections and thus the number of sensitive Areas increased, which results in a further cost advantage.
Derselbe Effekt tritt auf, wenn mehrere Sender und nur ein Empfänger verwendet werden. Werden zwei Sender und zwei Empfänger eingesetzt, können vier Meßstrecken und damit vier sensitive Flächen erzielt werden. Ist der Abstand der zwei Sender von dem Abstand der zwei Empfänger etwa doppelt so groß, ergibt sich eine besonders gleichmäßige Anordnung der sensitiven Flächen.The same effect occurs when multiple stations and only one Receiver can be used. Become two transmitters and two Used receivers, four measuring sections and thus four sensitive areas can be achieved. Is the distance between the two Transmitter about twice the distance of the two receivers large, there is a particularly uniform arrangement of the sensitive areas.
Weiter erweist es sich als vorteilhaft, die Regensensoreinrichtung so auf der Scheibe zu befestigen, daß die Sender in Einbaulage auf der unteren Parallelen und die Empfänger auf der oberen Parallelen des Trapezes angeordnet sind. Sonneneinstrahlung, die vorzugsweise von oben erfolgt und störendes Fremdlicht darstellt, kann so auf den Empfängern minimiert werden.It also proves to be advantageous that Fix rain sensor device on the pane so that the transmitters in the installation position on the lower parallel and the Receiver arranged on the upper parallel of the trapezoid are. Sun exposure, which is preferably from above and represents disturbing extraneous light, can thus on the Be minimized.
Durch die verbesserten Eigenschaften, insbesondere durch das verbesserte Verhältnis zwischen sensitiver Fläche und Auflagefläche, kann die Auflagefläche des Sensors verringert werden, wodurch sich die äußeren Abmessungen des Sensors auf der Scheibe reduzieren. Besonders vorteilhaft ist dabei, daß durch die trapezförmige Anordnung der Sender und Empfänger die äußeren Abmessungen des Sensorgehäuses trotzdem rechteckig gewählt werden können, so daß die Grundfläche unter optimaler Ausnutzung der Auflagefläche des Lichtleitkörpers in diese angeordnet werden kann. Eine rechteckige Auflagefläche bzw. Gehäuse wirkt sich darüber hinaus kostenreduzierend bei der Fertigung aus. Außerdem stellt die kleinere Auflagefläche des Lichtleitkörpers einen wesentlichen Montagevorteil dar, da bei konstanter Anpreßkraft der Anpreßdruck steigt und damit eine störende Blasenbildung zwischen dem Koppelmedium und der Scheibe vermieden werden kann. Hier ist es auch möglich, durch eine leichte Wölbung der der Scheibe zugewandten Fläche des Lichtleitkörpers an den Lichtein- und/oder Lichtaustrittsflächen gezielt den Flächendruck partiell zu erhöhen.Due to the improved properties, especially through the improved ratio between sensitive area and Contact surface, the contact surface of the sensor can be reduced be, which affects the outer dimensions of the sensor reduce the disc. It is particularly advantageous that due to the trapezoidal arrangement of the transmitters and receivers the outer dimensions of the sensor housing anyway can be chosen rectangular, so that the base with optimal use of the contact surface of the Light guide body can be arranged in this. A rectangular contact surface or housing affects it also reduce costs in manufacturing. Moreover represents the smaller contact surface of the light guide body essential assembly advantage, since at constant Contact pressure increases the contact pressure and thus a disruptive Bubble formation between the coupling medium and the disk can be avoided. Here it is also possible to use a slight curvature of the surface of the disc facing Lichtleitkörper on the light inputs and / or Light exit areas partially target the surface pressure increase.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, daß in der Anordnung jeweils zwei Sender bzw. zwei Empfänger auf den sich gegenüberliegenden parallelen Seiten angeordnet sind. Da nun vier Meßstrecken, d. h. vier sensitive Flächen des Sensors mit lediglich je zwei Sendern und Empfängern realisiert sind, ergibt sich ein wesentlicher Kostenvorteil.Furthermore, it proves advantageous that in the Arrangement of two transmitters or two receivers on each opposite parallel sides are arranged. Now that four measuring sections, i.e. H. four sensitive areas of the Sensors with only two transmitters and receivers each realized, there is a significant cost advantage.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Fig. 1 und 2 dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:An embodiment of the invention is shown in FIGS. 1 and 2 and explained in more detail in the following description. Show it:
Fig. 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Sensoreinheit, Fig. 1 shows a section through an inventive sensor unit,
Fig. 2 eine Darstellung der Sensoreinheit integriert in einen Lichtleitkörper eines Regensensors in perspektivischer Darstellung, Fig. 2 integrates an illustration of the sensor unit in a light-guiding body of a rain sensor in a perspective view;
Fig. 3 zeigt eine schematische Zeichnung der Konturen einer möglichen Ausführungsform der Regensensoreinrichtung. Fig. 3 is a schematic drawing of the contours shows a possible embodiment of the rain sensor device.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Sensoreinheit 10, welche auf einer Scheibe 11, insbesondere einer Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeuges angebracht ist. Die Sensoreinheit 10 besteht aus mehreren Sensoren 12, wobei jeder Sensor 12 ein Sensorelement 13 und ein Lichtleitelement 14, 14a umfaßt. Hier jedoch benutzen zwei Lichtleitelemente 14 gemeinsam ein Sensorelement 13, so daß sich drei lichtempfindliche Sensorelemente 13 mit vier Lichtleitelementen 14 und 14a ergeben. Der Lichtleitkörper, auf dem die Lichtleitelemente 14, 14a auf gebracht sind besteht aus einer zumindest teilweise lichtdurchlässigen Platte die zylindrische Ausformungen aufweist, welche mit linsenförmigen Rundungen abgeschlossen sind. Diese zylindrischen Ausformungen bilden mit den linsenförmigen Rundungen jeweils ein Lichtleitelement 14, 14a. Tritt paralleles Licht entlang der Mittelachse der zylindrischen Ausformungen durch die linsenförmigen Rundungen, ergibt sich ein Brennpunkt f der eine Brennweite des Lichtleitelements 14, 14a charakterisiert. Fig. 1 shows an inventive sensor unit 10 which is mounted on a disc 11, in particular a windshield of a motor vehicle. The sensor unit 10 consists of several sensors 12 , each sensor 12 comprising a sensor element 13 and a light guide element 14 , 14 a. Here, however, two light-guiding elements 14 use a sensor element 13 together , so that there are three light-sensitive sensor elements 13 with four light-guiding elements 14 and 14 a. The light-guiding body, on which the light-guiding elements 14 , 14 a are brought up, consists of an at least partially translucent plate which has cylindrical shapes which are finished with lenticular curves. These cylindrical shapes each form a light-guiding element 14 , 14 a with the lenticular curves. If parallel light passes through the lenticular curves along the central axis of the cylindrical formations, there is a focal point f which characterizes a focal length of the light guide element 14 , 14 a.
Die Sensorelemente 13 sind jeweils zwischen den Brennpunkten f der Lichtleitelemente 14 sowie den Lichtleitelementen 14 selbst angeordnet. Dadurch ergeben sich in Fahrtrichtung nach vorne gerichtete Lichterfassungskegel welche eine Detektion in vorbestimmten Richtungen zulassen. Über den Abstand zwischen den Brennpunkten f des jeweils zugehörigen Lichtleitelements 14 und den lichtempfindlichen Sensorelementen 13 kann der Öffnungswinkel des Lichterfassungskegels eingestellt werden.The sensor elements 13 are each arranged between the focal points f of the light guide elements 14 and the light guide elements 14 themselves. This results in light detection cones pointing forward in the direction of travel, which permit detection in predetermined directions. The opening angle of the light detection cone can be set via the distance between the focal points f of the respectively associated light-guiding element 14 and the light-sensitive sensor elements 13 .
Eine Auswerteeinrichtung 15 steuert das Schalten einer Beleuchtungseinrichtung 16 in Abhängigkeit der Signale von den Sensorelementen 13. Die Sensorelemente 13 können gemeinsam auf einer Platine 17 aufgebracht sein und sind vorzugsweise so ausgelegt, daß sie Tageslicht und Kunstlicht unterscheiden können, um ein Abschalten durch die Kunstlichtbeleuchtung, beispielsweise in einem Tunnel, zu verhindern. Dies kann durch geeignete Wahl des Sensitivitätsbereichs der Sensorelemente 13 bewirkt werden. Es ist auch möglich den Sensitivitätsbereich so zu wählen, daß bestimmte Spektralbereiche oder charakteristische Linien, beispielsweise von Gasentladungslampen, erkannt werden und so eine Steuerung von Fern- und Abblendlicht bei einem Kraftfahrzeug ermöglicht wird. An evaluation device 15 controls the switching of an illumination device 16 as a function of the signals from the sensor elements 13 . The sensor elements 13 can be applied together on a circuit board 17 and are preferably designed such that they can distinguish between daylight and artificial light in order to prevent switching off by the artificial light illumination, for example in a tunnel. This can be achieved by a suitable choice of the sensitivity range of the sensor elements 13 . It is also possible to select the sensitivity range in such a way that certain spectral ranges or characteristic lines, for example of gas discharge lamps, are recognized and thus a control of high and low beam in a motor vehicle is made possible.
Neben dieser Richtungssensorik ist mindestens ein Lichtleitelement 14a nicht notwendigerweise in Fahrtrichtung nach vorne ausgerichtet. Der Lichterfassungskegel dieses mindestens einen Lichtleitelements 14a weist einen sehr großen Öffnungswinkel auf und erfaßt die globalen Lichtverhältnisse außerhalb des Fahrzeugs.In addition to this direction sensor is a light guide at least a not necessarily aligned in the direction of travel 14 to the front. The light detection cone of this at least one light guide element 14 a has a very large opening angle and detects the global light conditions outside the vehicle.
Sämtliche Lichtleitelemente 14, 14a, insbesondere auch die Sensoren die der Richtungssensorik und der Globalsensorik, sind zu einem Lichtleitkörper 18 einstückig verbunden. Dieser Lichtleitkörper 18 kann beispielsweise als Spritzgußteil aus einem klarsichtigen oder UV durchlässigen Kunststoff hergestellt sein. Ebenso ist es möglich den Lichtleitkörper 18 aus einem gefärbten oder beschichteten Kunststoff herzustellen, welcher eine eventuell gewünschte Filterwirkung zur Beeinflussung des Sensitivitätsbereichs des Sensors beinhaltet. Dieser Lichtleitkörper wird über ein Koppelmedium 19, beispielsweise ein Silikonkissen, auf die Scheibe gedrückt. Das Koppelmedium 19 verhindert Lufteinschlüsse zwischen Scheibe 11 und Lichtleitkörper 18, die eine unerwünschte Streuung verursachen würden. Es ist ferner möglich das Koppelmedium 19 in einem Mehrkomponenten- Spritzgußverfahren direkt bei der Herstellung des Lichtleitkörpers 18 auf demselben aufzubringen.All light guide elements 14 , 14 a, in particular also the sensors of the direction sensor and the global sensor system, are integrally connected to form a light guide body 18 . This light guide body 18 can be made, for example, as an injection molded part from a transparent or UV-transparent plastic. It is also possible to produce the light guide body 18 from a colored or coated plastic, which may contain a desired filter effect to influence the sensitivity range of the sensor. This light guide body is pressed onto the pane via a coupling medium 19 , for example a silicone cushion. The coupling medium 19 prevents air pockets between the pane 11 and the light guide body 18 , which would cause undesirable scattering. It is also possible to apply the coupling medium 19 to the same in a multi-component injection molding process during the manufacture of the light guide body 18 .
Dieser Lichtleitkörper 18 ist integraler Bestandteil eines Lichtleitkörpers 110 einer Regensensoreinrichtung.This light guide body 18 is an integral part of a light guide body 110 of a rain sensor device.
Fig. 2 zeigt einen Lichtleitkörper 110 einer im Schnitt dargestellten Regensensoreinrichtung mit einem Sensorgehäuse 111. Die Auflagefläche des Lichtleitkörpers 110 ist beispielsweise durch den Kontakt desselben über das Koppelmedium 19, z. B. ein Silikonkissen mit der Scheibe 11 gegeben. Allgemein entsprechen die äußeren Abmessungen des Lichtleitkörpers 110 etwa den Längen- und Breiten- Abmessungen der Sensoreinheit, dabei kann das Sensorgehäuse 111 auch bauchig über die kontaktierte Auflagefläche des Lichtleitkörpers 110 auf der Scheibe 11 überstehen und darin verschiedene Elemente der Sensoreinheit, insbesondere Sender 114 und Empfänger 115, sowie eine Schaltungsplatine 124 aufnehmen. FIG. 2 shows a light guide body 110 of a rain sensor device shown in section with a sensor housing 111 . The bearing surface of the light guide body 110 is, for example, by the contact thereof via the coupling medium 19 , for. B. given a silicone cushion with the disc 11 . In general, the outer dimensions of the light guide body 110 correspond approximately to the length and width dimensions of the sensor unit, and the sensor housing 111 can also protrude from the contact surface of the light guide body 110 on the pane 11 and various elements of the sensor unit, in particular transmitter 114 and receiver, therein 115 , as well as a circuit board 124 .
Die Sensoreinheit ist beispielsweise auf der Innenseite der Scheibe 11, beispielsweise einer Frontscheibe eines Kraftfahrzeugs, befestigt. Nicht dargestellt ist die Befestigung des Sensorgehäuses 111 mit der Scheibe 11. Vorzugsweise ist der Lichtleitkörper 110 oder das Sensorgehäuse 111 durch Pressung auf der Scheibe 11 befestigt, wobei der Lichtleitkörper 110 die Funktion innehat, ein von einem Sender 114 abgestrahltes Senderlicht 117 in die Scheibe 11 einzukoppeln und das in der Scheibe 11 durch Totalreflektion oder Reflektion umgelenkte Senderlicht 120 an einer anderen vorbestimmten Stelle auf einen Empfänger 115 auszukoppeln. Dies geschieht hier an optischen Elementen 116, die als Linsen am Lichtleitkörper befestigt, vorzugsweise angeformt sind und die Strahlen des Senderlichtes 117, 120 in die gewünschte Richtung bündeln, ab- oder umlenken.The sensor unit is fastened, for example, on the inside of the window 11 , for example a front window of a motor vehicle. The fastening of the sensor housing 111 to the disk 11 is not shown. The light guide body 110 or the sensor housing 111 is preferably attached to the pane 11 by pressing, the light guide body 110 having the function of coupling a transmitter light 117 emitted by a transmitter 114 into the pane 11 and the transmitter light deflected in the pane 11 by total reflection or reflection 120 decouple at another predetermined location on a receiver 115th This is done here on optical elements 116 , which are attached to the light guide body as lenses, preferably formed on them, and which bundle, deflect or deflect the rays of the transmitter light 117 , 120 in the desired direction.
Oberhalb des Lichtleitkörpers 110 ist in der dargestellten Schnittebene mindestens ein Licht ausstrahlender Sender 114 und ein Licht detektierende Empfänger 115 innerhalb des Sensorgehäuses 111 befestigt. Als Sender sind vorzugsweise Licht-emitierende-Dioden (LED) als Empfänger vorzugsweise Licht-detektierende-Dioden (LRD) zu verwenden, wobei die Senderstrahlung des Lichtes im infraroten (IR) oder im visuellen Bereich (VIS) liegt, jedoch sind auch beliebig andere Frequenzbereiche möglich. Als Empfänger kann auch ein in seinem Aufbau einer Leuchtdiode entsprechendes Empfängerelement verwendet werden, wodurch eine optimale Frequenzanpassung zwischen Sender 114 und Empfänger 115 erreicht werden kann. Als Material des Lichtleitkörpers 110 wird ein Werkstoff, hier ein Kunststoff gewählt, der für die Sendefrequenz der lichtemittierenden Dioden (LED) zwar transparent, für störendes Fremdlicht jedoch opak ist.At least one light-emitting transmitter 114 and one light-detecting receiver 115 are fastened within the sensor housing 111 above the light-guiding body 110 in the sectional plane shown. Light-emitting diodes (LED) are preferably used as transmitters and light-detecting diodes (LRD) are preferably used as receivers, the transmitter radiation of the light being in the infrared (IR) or in the visual range (VIS), but any number of others are also Frequency ranges possible. A receiver element corresponding in its construction to a light-emitting diode can also be used as the receiver, as a result of which an optimal frequency adaptation between transmitter 114 and receiver 115 can be achieved. A material, here a plastic, is selected as the material of the light-guiding body 110 , which is transparent for the transmission frequency of the light-emitting diodes (LED) but opaque for interfering external light.
In Fig. 3 ist eine mögliche Anordnung der Sender 114 und Empfänger 115 zu sehen. Die Sender 114 und Empfänger 115 der Sensoreinheit, sind nahe den optischen Elementen 116 aus Fig. 2 plaziert. Sender 114, Empfänger 115 und die jeweils dazugehörigen optischen Elemente 116 spannen eine gestrichelt angedeutete Grundfläche 118 auf, welche einem Trapez entspricht.A possible arrangement of the transmitters 114 and receivers 115 can be seen in FIG. 3. The transmitters 114 and receivers 115 of the sensor unit are placed near the optical elements 116 from FIG. 2. Transmitter 114 , receiver 115 and the associated optical elements 116 span a base area 118 , indicated by dashed lines, which corresponds to a trapezoid.
Auf einer ersten Parallelen des Trapezes sind zwei optische Elemente 116 nahe jeweils eines Senders 114 angeordnet. Dadurch, daß die optischen Elemente 116 hier als jeweils zwei nebeneinander angeordnete Linsen ausgebildet sind, ergeben sich für jeden Sender 114 zwei Meßstrecken in zwei Richtungen. Analog dazu sind die Empfänger 115 angeordnet. Die optischen Elemente 116 bestehen beispielsweise aus Linsen oder Spiegeln, welche auch ineinander übergehen können. Auch eine Lösung mit nur jeweils einer Linse ist möglich, da durch entsprechende Wahl der Abstände a und b der trapezförmigen Grundfläche 118 die entstehenden Fehlwinkel gering gehalten werden können.On a first parallel of the trapezoid, two optical elements 116 are arranged near a transmitter 114 each. Because the optical elements 116 are each formed as two lenses arranged next to one another, there are two measuring paths in two directions for each transmitter 114 . Analogously to this, the receivers 115 are arranged. The optical elements 116 consist, for example, of lenses or mirrors, which can also merge into one another. A solution with only one lens at a time is also possible since the resulting misalignments can be kept small by appropriately selecting the distances a and b of the trapezoidal base area 118 .
Die Abstände a bzw. b zwischen den Sendern 114 und den Empfängern 115 sind durch die Wellenlänge der emittierenden Strahlung der Sender 114, die Dicke der Scheibe 11 und des Lichtleitkörpers 110, dem Brechungsindex der Scheibe 11, dem Eintrittswinkel und der Eintrittsstelle des Senderlichtes 117 in die Scheibe 11 bestimmt. Die Abstände sind derart gewählt, daß die in der Scheibe 11 eingekoppelte Strahlung des Senderlichts 117 je Meßstrecke ein einziges Mal an der außenliegenden Oberfläche der Scheibe 11 totalreflektiert wird und anschließend aus der Scheibe 11 ausgekoppelt und zum Empfänger 115 geleitet wird. The distances a and b between the transmitters 114 and the receivers 115 are determined by the wavelength of the emitting radiation from the transmitters 114 , the thickness of the pane 11 and the light guide body 110 , the refractive index of the pane 11 , the entry angle and the entry point of the transmitter light 117 in the disc 11 determines. The distances are selected such that the radiation of the transmitter light 117 coupled into the disk 11 is totally reflected once per measurement section on the outer surface of the disk 11 and is then coupled out of the disk 11 and directed to the receiver 115 .
Die skizzierte sensitive Fläche 119 entspricht den Bereichen auf der benetzbaren Seite der Scheibe 11, an denen die Totalreflektion der Strahlung des Senderlichtes 117 bei unbenetzter Scheibe 11 erfolgt. Je nach Anordnung der Sender 114 und Empfänger 115 zur Scheibe 11, der Dicke der Scheibe 113 und der Form der optischen Elemente 116 haben die Reflexionsflächen des Senderlichtes 117 einen bestimmten Durchmesser. Die benannten Parameter sollen erfindungsgemäß jedoch so groß sein, daß aus den einzelnen Reflexionsflächen eine annähernd zusammenhängende sensitive Fläche 119 entsteht. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Schnittpunkte der Mittelachsen der Strahlungskegel 120 der Sender 114 mit der benetzbaren Seite der Scheibe 11 auf einer Geraden liegen und etwa gleichen Abstand haben.The sketched sensitive surface 119 corresponds to the areas on the wettable side of the pane 11 where the total reflection of the radiation from the transmitter light 117 takes place when the pane 11 is not wetted. Depending on the arrangement of the transmitters 114 and receivers 115 relative to the pane 11 , the thickness of the pane 113 and the shape of the optical elements 116 , the reflection surfaces of the transmitter light 117 have a specific diameter. According to the invention, however, the named parameters should be so large that an approximately coherent sensitive surface 119 arises from the individual reflection surfaces. This is achieved according to the invention in that the points of intersection of the central axes of the radiation cones 120 of the transmitters 114 lie on a straight line with the wettable side of the pane 11 and are at approximately the same distance.
Bei mehr als einer gewünschten Totalreflektion an der benetzbaren Außenseite der Scheibe 11 ist der Abstand a bzw. b der Sender 114 und Empfänger 115 bzw. der jeweils zugehörigen optischen Elemente 116 entsprechend größer zu wählen und das Koppelmedium 19 nur an den Ein- und Auskoppelbereichen des Lichtes an der Scheibe 11 anzubringen.If there is more than one desired total reflection on the wettable outside of the pane 11 , the distance a or b between the transmitter 114 and receiver 115 or the respectively associated optical elements 116 should be chosen correspondingly larger and the coupling medium 19 only at the coupling-in and coupling-out areas of the To attach light to the disc 11 .
In Fig. 4 ist der Lichtleitkörper 110 der erfindungsgemäßen Sensoreinheit nach Fig. 2 dargestellt. Da das Trapez aus Sendern 114 und Empfängern 115 eine kürzere und eine längere Parallele umfaßt, ist - etwas aus dem Zentrum in Richtung der längeren Parallelen hin verschoben - der Lichtleitkörper 18 der Sensoreinheit 10 für eine automatische Lichtsteuerung des Kraftfahrzeugs angeordnet. Dieser Lichtleitkörper 18 ist aus einem lichtdurchlässigem Material gefertigt, dessen Transparenzbereich im visuellen Bereich liegt. FIG. 4 shows the light guide body 110 of the sensor unit according to the invention according to FIG. 2. Since the trapezoid of transmitters 114 and receivers 115 comprises a shorter and a longer parallel, the light guide body 18 of the sensor unit 10 is arranged for an automatic light control of the motor vehicle — shifted somewhat from the center towards the longer parallel lines. This light guide body 18 is made of a translucent material, the transparency area of which lies in the visual area.
Der Lichtleitkörper 110 und die Lichtleitkörper 18 sind einteilig, beispielsweise in einem Mehrkomponenten- Spritzgußverfahren hergestellt, jedoch ist auch eine Ausbildung aus mehreren Einzelteilen möglich, wobei in diesem Fall der Lichtleitkörper 18 in eine entsprechende Aussparung des Lichtleitkörpers 110 eingesetzt ist.The light guide body 110 and the light guide body 18 are made in one piece, for example in a multi-component injection molding process, but it is also possible to form a plurality of individual parts, in which case the light guide body 18 is inserted into a corresponding recess in the light guide body 110 .
Als Material für den Lichtleitkörper 110 dient häufig Plexiglas (PMMA), da es kostengünstig und gut zu verarbeiten ist. Da jedoch Transparenz nur im Bereich des Senderlichts benötigt wird, ist auch ein anderer Kunststoff denkbar. Besonders geeignet ist auch ein Lichtleitkörpermaterial welches sich beispielsweise durch ein chemisches oder physikalisches Verfahren auf der der Scheibe 11 zugewandten Seite weichere und elastischere Eigenschaften aufweist als auf der der Scheibe 11 abgewandten Seite, da so das Koppelmedium 19 eingespart werden kann.Plexiglass (PMMA) is often used as the material for the light guide body 110 , since it is inexpensive and easy to process. However, since transparency is only required in the area of the transmitter light, another plastic is also conceivable. A light guide body material is also particularly suitable which, for example by a chemical or physical process, has softer and more elastic properties on the side facing the disk 11 than on the side facing away from the disk 11 , since the coupling medium 19 can thus be saved.
Um die Filtereigenschaften des Lichtleitkörpers 110 zu erreichen, können dem Material während des Herstellungsprozesses des Lichtleitkörpers 110 bestimmte Stoffe, insbesondere Rußpartikel, räumlich selektiv zugesetzt werden. So können beispielsweise nur die zur Funktion benötigten Bereiche für das Senderlicht 117 durchlässig sein. Eine analoge Vorgehensweise ist auch für das Koppelmedium 19 möglich.To the filter characteristics of the light guide to reach 110, the material 110 may be certain substances, in particular soot particles, are spatially selectively added during the manufacturing process of the optical waveguide. For example, only the areas required for the function can be transparent to the transmitter light 117 . An analogous procedure is also possible for the coupling medium 19 .
In weiteren Varianten werden an jedem Eckpunkt des Trapezes ein Sender 114 und ein Empfänger 115 plaziert oder nur ein Sender 114 für das gesamte Trapez zu verwendet, wobei dann die optischen Elemente 116 reflektierende Eigenschaften aufweisen um trotzdem an mehreren Eckpunkten des Trapezes Senderlicht 117 in die Scheibe 11 einkoppeln zu können. Sinnvoll ist es auch, für den integrierten Lichtleitkörper 18, 110 eine spezielle Heizung vorzusehen um die Meßstrecke und/oder den Lichtleitkörper 18, 110 zu beheizen. Diese Heizung kann beispielsweise als Heizelement auf dem Lichtleitkörper angeordnet sein oder aber mittels in den Lichtleitkörper 18 und/oder 110 integrierten Heizwendeln, Heizdrähten oder ähnlichem realisiert sein. Unproblematisch ist dies, wenn der Lichtleitkörper 18, 110 homogen ausgebildet ist. Werden dagegen verschiedene Kunststoffe beispielsweise in einem mehrkomponenten Spritzgußverfahren verwendet, müssen die Ausdehnungskoeffizienten der verschiedenen Kunststoffe entsprechend ausgewählt werden um Spannungen oder gar Risse im Lichtleitkörper 18, 110 zu vermeiden. Dazu können auch andere Maßnahmen, wie beispielsweise eine vorteilhafte Anordnung der Heizelemente oder -drähte, ergriffen werden.In further variants, a transmitter 114 and a receiver 115 are placed at each corner point of the trapezoid or only one transmitter 114 is used for the entire trapezoid, in which case the optical elements 116 then have reflective properties in order to nevertheless emit transmitter light 117 into the pane at several corner points of the trapezoid 11 to be able to couple. It also makes sense to provide a special heater for the integrated light guide body 18 , 110 in order to heat the measuring section and / or the light guide body 18 , 110 . This heater can be arranged, for example, as a heating element on the light guide body or else can be realized by means of heating coils, heating wires or the like integrated in the light guide body 18 and / or 110 . This is not a problem if the light guide body 18 , 110 is formed homogeneously. If, on the other hand, different plastics are used, for example, in a multi-component injection molding process, the expansion coefficients of the different plastics must be selected accordingly in order to avoid stresses or even cracks in the light guide body 18 , 110 . For this purpose, other measures, such as, for example, an advantageous arrangement of the heating elements or wires, can also be taken.
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