DE102005060603A1 - Motor vehicle ambient light sensor has a lens made of infrared absorbing material arranged in front of the photodiode of the ambient light sensor - Google Patents

Motor vehicle ambient light sensor has a lens made of infrared absorbing material arranged in front of the photodiode of the ambient light sensor Download PDF

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Abstract

Device for determining the brightness of the ambient light around a motor vehicle has at least a light sensitive sensor and at least an optical element made from transparent plastic that is placed in the path of the light incident on the sensor. The optical element is made from infrared absorbing plastic.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung der Helligkeit der Umgebung eines Kraftfahrzeugs mit wenigstens einem lichtempfindlichen Sensor und zumindest einem aus im Wesentlichen transparentem Kunststoff gefertigten optischen Element, welches im Strahlengang des auf den lichtempfindlichen Sensor fallenden Lichts angeordnet ist.The The present invention relates to a device for determining the Brightness of the environment of a motor vehicle with at least one photosensitive sensor and at least one of substantially transparent plastic manufactured optical element which in the beam path of the incident on the photosensitive sensor Light is arranged.

Moderne Kraftfahrzeuge verfügen zur Steuerung von Funktionen des Kraftfahrzeugs über Vorrichtungen zur Ermittlung der Helligkeit der Umgebung des Kraftfahrzeugs. Beispielsweise kann in Abhängigkeit von der durch eine solche Vorrichtung bestimmten Helligkeit das Abblendlicht des Kraftfahrzeugs ein- und ausgeschaltet werden. Eine solche Steuerung wird häufig als automatische Fahrlichtsteuerung bezeichnet.modern Motor vehicles have for controlling functions of the motor vehicle via means for detection the brightness of the environment of the motor vehicle. For example, can dependent on from the brightness determined by such a device Low beam of the motor vehicle switched on and off. A such control becomes common referred to as automatic driving light control.

Die Mehrzahl der in solchen Vorrichtungen eingesetzten Lichtsensoren ist empfindlich für Infrarotlicht, insbesondere Licht des nahen Infrarotbereichs (NIR). Infrarotlicht ist insbesondere bei starker Bewölkung in erhöhtem Maße im Umgebungslicht enthalten. Für den Menschen, an dessen Helligkeitsempfinden eine Fahrlichtsteuerung idealerweise angepasst sein sollte, ist Infrarotlicht hingegen nicht sichtbar. Es besteht somit eine Diskrepanz zwischen der Messcharakteristik eines für die Ermittlung der Umgebungshelligkeit verwendeten Lichtsensors und dem menschlichen Helligkeitsempfinden. Diese Diskrepanz kann dazu führen, dass das Abblendlicht eines Kraftfahrzeugs durch eine automatische Fahrlichtsteuerung gemäß dem Stand der Technik bei schlechten Wetterverhältnissen zu selten eingeschaltet wird. Bei gutem Wetter hingegen, wenn der Infrarotanteil des Umgebungslichts gering ist, wird das Abblendlicht des Kraftfahrzeugs tendenziell zu selten eingeschaltet.The Most of the light sensors used in such devices is sensitive to Infrared light, in particular near infrared light (NIR). Infrared light is contained in the ambient light to a greater extent, in particular in the case of heavy cloud cover. For the People whose brightness perception is a driving light control Ideally, infrared light is not visible. There is thus a discrepancy between the measurement characteristic one for the determination of the ambient brightness used light sensor and the human sense of brightness. This discrepancy can cause that the low beam of a motor vehicle by an automatic Driving light control according to the state the technology rarely turned on in bad weather conditions becomes. In good weather, however, when the infrared portion of the ambient light is low, the low beam of the motor vehicle tends to be too rarely turned on.

Um dieses Problem zu lösen, erscheint die Verwendung von Lichtsensoren sinnvoll, welche nicht empfindlich für Infrarotlicht sind. Solche Lichtsensoren zeichnen sich jedoch in der Regel durch hohe Kosten und/oder eine geringe Langzeitstabilität aus. Der Einsatz im Automobil ist insbesondere aufgrund der geringen Langzeitstabilität mit erheblichen Nachteilen verbunden.Around to solve this problem, The use of light sensors makes sense, which does not sensitive to Infrared light are. However, such light sensors are characterized in usually by high cost and / or low long-term stability. Of the Use in the automobile is due in particular to the low long-term stability with considerable disadvantages connected.

Ebenfalls als Ansatz zur Lösung des Problems der hohen Infrarotempfindlichkeit ist aus der DE 103 23 560 A1 eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung bekannt, bei welcher eine Filterschicht im Strahlengang des auf den lichtempfindlichen Sensor fallenden Lichts angeordnet ist. Durch die Filterschicht wird der nahe Infrarotbereich des einfallenden Lichts unterdrückt. Eine solche Filterschicht ist jedoch mit Zusatzkosten verbunden, erschwert die Montage der Vorrichtung zur Ermittlung der Umgebungshelligkeit und mindert deren Haltbarkeit.Also as an approach to solving the problem of high infrared sensitivity is from the DE 103 23 560 A1 a device of the type mentioned, in which a filter layer is arranged in the beam path of the light incident on the photosensitive sensor. Through the filter layer, the near infrared region of the incident light is suppressed. However, such a filter layer is associated with additional costs, complicates the installation of the device for determining the ambient brightness and reduces their durability.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache Vorrichtung zur Ermittlung der Helligkeit der Umgebung eines Kraftfahrzeugs zu schaffen, bei welcher der auf einen verwendeten Lichtsensor einfallende Infrarotlichtanteil verringert wird.task The invention is a simple device for determining the Brightness of the environment of a motor vehicle to create, in which the incident on a used light sensor infrared light component is reduced.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.These The object is achieved by a device with the features of claim 1.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.Further advantageous embodiments and further developments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, dass für die Reduktion des Infrarotlichtanteils keinerlei mechanische und/oder konstruktive Maßnahmen, wie etwa die Anbringung einer Filterschicht, zu ergreifen sind. Stattdessen wird lediglich ein ohnehin im Strahlengang des auf den lichtempfindlichen Sensor fallenden Lichts angeordnetes optisches Element aus einem Material gefertigt, welches zwar für sichtbares Licht durchlässig ist, jedoch zur Absorption von Infrarotlicht geeignet ist.Of the essential advantage of the invention is that for the reduction the infrared light component no mechanical and / or constructive measures, such as the attachment of a filter layer, are to be taken. Instead, only one in the beam path of the on the light-sensitive sensor falling light arranged optical Element made of a material, which although visible Light permeable is, however, suitable for the absorption of infrared light.

Da keine dedizierte Filterschicht bzw. Filterkomponente erforderlich ist, werden durch die Erfindung die Nachteile einer solchen eigens vorzusehenden Filterschicht bzw. Filterkomponente vermieden.There no dedicated filter layer or filter component required is, are by the invention, the disadvantages of such a special to be provided filter layer or filter component avoided.

Vorzugsweise ist das optische Element in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. dessen Kunststoff so ausgeführt, dass insbesondere Licht des nahen Infrarotbereichs (NIR) absorbiert wird.Preferably is the optical element in a device according to the invention or its plastic so executed, in particular that absorbs near infrared light (NIR) becomes.

Im Idealfall wird einfallendes Infrarotlicht bzw. Licht im NIR-Bereich vollständig absorbiert. Jedoch auch durch eine anteilige Absorption des einfallenden Infrarotlichts bzw. des Lichts im NIR-Bereich ergibt sich eine wesentliche Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik.in the Ideally, incident infrared light or light in the NIR range Completely absorbed. However, also by a proportional absorption of the incident Infrared light or the light in the NIR range results in an essential Improvement over the state of the art.

Für eine vorteilhafte Umsetzung der Erfindung muss nicht notwendigerweise Licht im vollständigen Infrarotbereich bzw. NIR-Bereich absorbiert werden. Vorteilhaft kann auch bereits eine vollständige oder anteilige Absorption in einem bestimmten Wellenlängenbereich sein (beispielsweise im Bereich zwischen 780 nm und 850 nm). Entscheidend ist, dass diejenigen Infrarotlichtanteile entscheidend reduziert werden, auf welche der verwendete lichtempfindliche Sensor empfindlich reagiert.For a favorable Implementation of the invention does not necessarily require full infrared light or NIR range are absorbed. Advantageously can already a complete or proportional absorption in a certain wavelength range be (for example in the range between 780 nm and 850 nm). critical is that those infrared rays significantly reduced to which the photosensitive sensor used is sensitive responding.

Der absorbierte Wellenlängenbereich kann auch bis ins sichtbare Licht reichen (z. B. vollständige oder anteilige Absorption zwischen 600 nm und 800 nm). Entscheidend ist dann, dass ein Zusammenhang zwischen dem subjektiven Helligkeitsempfinden des Menschen und der von einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ermittelten Helligkeit bestehen bleibt. Da langwelliges sichtbares Licht (z. B. oberhalb 700 nm) nur einen begrenzten Einfluss auf das menschliche Helligkeitsempfinden hat, kann es sogar besonders vorteilhaft sein, wenn der absorbierte Wellenlängenbereich kann bis ins sichtbare Licht reicht.The absorbed wavelength range can also extend into the visible light (eg, full or proportionate absorption between 600 nm and 800 nm) nm). It is then decisive that a relationship remains between the subjective perception of brightness of the person and the brightness determined by a device according to the invention. Since long-wave visible light (eg above 700 nm) has only a limited influence on the human perception of brightness, it may even be particularly advantageous if the absorbed wavelength range can reach as far as visible light.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist dem Kunststoff des optischen Elements ein Additiv zugesetzt, durch welches Infrarotlicht bzw. Licht im NIR-Bereich absorbiert wird. Die speziellen Anforderungen, nämlich Durchlässigkeit für sichtbares Licht, jedoch Absorption von Infrarotlicht können überraschenderweise durch spezielle Additive erreicht werden, die ursprünglich nicht für den Einsatz bei Helligkeitsmessungen entwickelt wurden, sondern für die Verbesserung der Eignung heller und/oder transparenter Kunststoffe für Laserschweissverfahren.According to one preferred embodiment of Invention is an additive to the plastic of the optical element added, by which infrared light or light in the NIR range is absorbed. The special requirements, namely permeability to visible Light, however, absorption of infrared light can surprisingly by special additives to be achieved, originally not for the Use in brightness measurements were developed, but for the improvement the suitability of light and / or transparent plastics for laser welding processes.

Die gewünschten Anforderungen werden beispielsweise erfüllt durch Additive der Lumogen-Produktlinie des Herstellers BASF. Es handelt sich dabei nach Herstellerangaben um hochwertige, hocheffiziente organische NIR-Absorber auf der Basis bewährter BASF-Farbmitteltechnologie. Die beiden ersten Vertreter dieser neuartigen Additivgeneration, Lumogen 765 und Lumogen 788, bieten Photo- und Thermostabilitäten auf einem Niveau, das bisher ausschließlich anorganischen Materialien vorbehalten war, verbunden mit der einfachen Verarbeitbarkeit eines klassischen organischen Kunststoffadditivs. Die Additive zeichnen sich aus durch sehr hohe NIR-Absorptionseffizienzen, verbunden mit einer sehr geringen, leicht zu kompensierenden Eigenfarbe im Sichtbaren, durch ausgeprägte Chemikalienbeständigkeit sowie geringe Reaktivität und hohe Löslichkeiten in allen gängigen transparenten bzw. transluzenten thermoplastischen Kunststoffen.The desired Requirements are met, for example, by additives of the Lumogen product line of Manufacturer BASF. It is according to the manufacturer information to high quality, highly efficient organic NIR absorber based good BASF colorant technology. The first two representatives of this novel additive generation, Lumogen 765 and Lumogen 788, offer photo and thermal stabilities a level that was previously exclusively inorganic materials was associated with the simple processability of a classic organic plastic additive. Draw the additives characterized by very high NIR absorption efficiencies associated with a very small, easily compensated intrinsic color in the visible, by pronounced chemical resistance as well as low reactivity and high solubilities in all common transparent or translucent thermoplastic materials.

Trotz der ursprünglich völlig anders, nämlich auf Laserschweißverfahren, ausgerichteten Verwendungsbestimmung solcher Additive gelingt aufgrund der zuletzt genannten Eigenschaften solcher Additive auch der Einsatz in den Kunststoffen von optischen Elementen im Strahlengang des auf den lichtempfindlichen Sensor einer Vorrichtung zur Ermittlung der Helligkeit der Umgebung eines Kraftfahrzeugs fallenden Lichts. Durch den Zusatz eines solchen Additivs erhält der Kunststoff, aus welchem ein solches optisches Element gefertigt ist, die gewünschten Eigenschaften, nämlich Durchlässigkeit für sichtbares Licht, jedoch Absorption von Infrarotlicht.In spite of the original one completely different, namely on Laser welding process, directed use of such additives succeeds due to the last mentioned properties of such additives also the use in the plastics of optical elements in the beam path of the on the photosensitive sensor of a device for determining the Brightness of the environment of a motor vehicle falling light. By the addition of such an additive receives the plastic from which made such an optical element, the desired Properties, namely permeability for visible light, however, absorption of infrared light.

Gegebenfalls kann durch ein solches Additiv auch Licht des langwelligen sichtbaren Bereichs (z. B. oberhalb 700 nm) absorbiert werden.possibly can by such an additive also light of the long-wave visible Area (eg above 700 nm) are absorbed.

Durch die Verwendung solcher Additive ist für das optische Element in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in bestimmten Wellenlängenbereichen (z. B. im Bereich zwischen 700 nm und 800 nm) eine Absorption einfallenden Lichts von mehr als 90 Prozent technisch erreichbar. Für schmale Wellenlängenbereiche (z. B. im Bereich zwischen 770 nm und 790 nm) gelingt sogar eine nahezu vollständige Absorption.By the use of such additives is for the optical element in one Device according to the invention in certain wavelength ranges (eg in the range between 700 nm and 800 nm) an absorption incident Light of more than 90 percent technically achievable. For narrow Wavelength ranges (eg in the range between 770 nm and 790 nm) even succeeds almost complete absorption.

Je nach Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung können unterschiedliche Bestandteile der Vorrichtung als optisches Element zur Absorption von Infrarotlicht dienen.ever according to embodiment a device according to the invention can different components of the device as an optical element to absorb infrared light.

Gemäß einer ersten besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein optisches Prisma, welches in einer Vorrichtung zur Ermittlung der Helligkeit der Umgebung eines Kraftfahrzeugs im Strahlengang des auf den lichtempfindlichen Sensor fallenden Lichts angeordnet ist, aus Kunststoff gefertigt, welcher zwar für sichtbares Licht durchlässig, jedoch zur Absorption von Infrarotlicht geeignet ist. Vorzugsweise werden diese Eigenschaften erreicht, indem dem Kunststoff ein Additiv zugesetzt ist, durch welches Infrarotlicht absorbiert wird.According to one first particularly preferred embodiment of the present invention Invention is an optical prism used in a device for determining the brightness of the surroundings of a motor vehicle in the beam path of the incident on the photosensitive sensor Light is arranged, made of plastic, which although visible Light permeable, however, it is suitable for absorbing infrared light. Preferably These properties are achieved by adding an additive to the plastic is, by which infrared light is absorbed.

Gemäß einer zweiten besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine optische Linse, welche in einer Vorrichtung zur Ermittlung der Helligkeit der Umgebung eines Kraftfahrzeugs im Strahlengang des auf den lichtempfindlichen Sensor fallenden Lichts angeordnet ist, aus Kunststoff gefertigt, welcher zwar für sichtbares Licht durchlässig, jedoch zur Absorption von Infrarotlicht geeignet ist. Vorzugsweise werden diese Eigenschaften erreicht, indem dem Kunststoff ein Additiv zugesetzt ist, durch welches Infrarotlicht absorbiert wird.According to one second particularly preferred embodiment of the present invention The invention is an optical lens used in a device for detection the brightness of the surroundings of a motor vehicle in the beam path of the light incident on the photosensitive sensor is made of plastic, which although permeable to visible light, but to Absorption of infrared light is suitable. Preferably, these are Properties achieved by adding an additive to the plastic is, by which infrared light is absorbed.

Durch die Erfindung wird die Messcharakteristik eines für die Ermittlung der Umgebungshelligkeit eines Kraftfahrzeugs verwendeten Lichtsensors an das menschliche Helligkeitsempfinden angepasst. Die Funktion einer in Abhängigkeit von den Signalen eines solchen Lichtsensors betriebenen automatischen Fahrlichtsteuerung wird verbessert. Die Verkehrssicherheit wird durch das verbesserte Schaltverhalten der automatischen Fahrlichtsteuerung gesteigert.By The invention will be the measurement characteristic of one for the determination the ambient brightness of a motor vehicle used light sensor adapted the human brightness perception. The function of a dependent on operated by the signals of such a light sensor automatic Driving light control is improved. Road safety will due to the improved shifting behavior of the automatic driving light control increased.

Da für die erfindungsgemäße Veränderung der Eigenschaften des optischen Elements nur eine verhältnismäßig geringe Konzentration eines infrarotlicht-absorbierenden Additivs benötigt wird, ist die Erfindung zu minimalen Mehrkosten gegenüber herkömmlichen Vorrichtungen zur Ermittlung der Helligkeit der Umgebung eines Kraftfahrzeugs realisierbar.There for the Change of the invention Characteristics of the optical element only a relatively small Concentration of an infrared-absorbing additive is needed, the invention is at a minimum extra cost over conventional devices for Determining the brightness of the environment of a motor vehicle feasible.

Anhand der einzigen beigefügten Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert. Dabei zeigt schematischBased the only attached Drawing will illustrate the invention explained. This shows schematically

1 eine Vorrichtung zur Ermittlung der Helligkeit der Umgebung eines Kraftfahrzeugs gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. 1 a device for determining the brightness of the surroundings of a motor vehicle according to a preferred embodiment of the invention.

Eine Vorrichtung zur Ermittlung der Helligkeit der Umgebung eines Kraftfahrzeugs gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in 1 dargestellt. Die Vorrichtung 1 ist hinter der Windschutzscheibe 2 des Kraftfahrzeugs angeordnet. Die Vorrichtung 1 enthält eine Linse 3, welche einfallendes Umgebungslicht eines Winkelbereichs 5 bündelt und auf eine Photodiode 4 lenkt.A device for determining the brightness of the surroundings of a motor vehicle according to a preferred embodiment of the invention is shown in FIG 1 shown. The device 1 is behind the windshield 2 of the motor vehicle. The device 1 contains a lens 3 , which incident ambient light of an angular range 5 bundles and onto a photodiode 4 directs.

Die Linse 3 ist aus Kunststoff gefertigt. Der Kunststoff ist im Wesentlichen transparent. dem Kunststoff ist jedoch ein Additiv zugesetzt, durch welches sich ein besonderes Absorptionsverhalten des Kunststoffes bezüglich Lichts im NIR-Bereich ergibt. Durch das Additiv im Kunststoff der Linse 3 wird Licht im Wellenlängenbereich zwischen 700 nm und 800 nm zu mehr als 90 Prozent absorbiert. Auf die Photodiode 4 fällt somit nur ein sehr geringer Anteil des in die Linse 3 einfallenden Lichts in diesem Wellenlängenbereich.The Lens 3 is made of plastic. The plastic is essentially transparent. However, an additive is added to the plastic, which results in a special absorption behavior of the plastic with respect to light in the NIR range. Due to the additive in the plastic of the lens 3 In the wavelength range between 700 nm and 800 nm, more than 90 percent of light is absorbed. On the photodiode 4 Thus, only a very small proportion of the falls into the lens 3 incident light in this wavelength range.

Das auf die Photodiode 4 einfallende Licht liegt somit nahezu vollständig im für den Menschen sichtbaren Bereich, der auch für das menschliche Helligkeitsempfinden maßgeblich ist. Die Messcharakteristik der Vorrichtung 2 ist somit an das menschliche Helligkeitsempfinden angepasst.That on the photodiode 4 incident light is thus almost completely visible to humans, which is also relevant to the human sense of brightness. The measuring characteristic of the device 2 is thus adapted to the human brightness perception.

Claims (6)

Vorrichtung zur Ermittlung der Helligkeit der Umgebung eines Kraftfahrzeugs mit wenigstens einem lichtempfindlichen Sensor und zumindest einem aus im Wesentlichen transparentem Kunststoff gefertigten optischen Element, welches im Strahlengang des auf den lichtempfindlichen Sensor fallenden Lichts angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der im Wesentlichen transparente Kunststoff des optischen Elements zur Absorption von Infrarotlicht geeignet ist.Device for determining the brightness of the surroundings of a motor vehicle with at least one photosensitive sensor and at least one made of substantially transparent plastic optical element, which is arranged in the beam path of the light falling on the photosensitive sensor, characterized in that the substantially transparent plastic of the optical Element is suitable for absorbing infrared light. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der im Wesentlichen transparente Kunststoff des optischen Elements zur Absorption von Licht des nahen Infrarotbereichs (NIR) geeignet ist.Device according to claim 1, characterized in that that the substantially transparent plastic of the optical element is suitable for absorption of near infrared (NIR) light. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der im Wesentlichen transparente Kunststoff des optischen Elements zur Absorption von Licht des langwelligen sichtbaren Bereichs geeignet ist.Device according to one of claims 1 or 2, characterized that the substantially transparent plastic of the optical element suitable for absorbing light of the long-wave visible range is. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem im Wesentlichen transparenten Kunststoff ein Additiv zugesetzt ist, durch welches Infrarotlicht absorbiert wird.Device according to one of claims 1 to 3, characterized adding an additive to the substantially transparent plastic is, by which infrared light is absorbed. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element als optisches Prisma ausgebildet ist.Device according to one of claims 1 to 4, characterized the optical element is designed as an optical prism. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element als optische Linse ausgebildet ist.Device according to one of claims 1 to 4, characterized the optical element is designed as an optical lens.
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