BRPI0513117B1 - Automobile optical sensor device - Google Patents

Description

"DISPOSITIVO SENSOR OPTOELETRÔNICO DE AUTOMÓVEL" [001] A presente invenção refere-se a um dispositivo sensor optoeletrônico para veiculo automotor para a detecção de umidade em uma janela de veiculo automotor, provido de um emissor e de um receptor de radiação óptica, que reflete da janela do veiculo automotor em direção ao receptor, e de um elemento acoplador para o desacoplamento e acoplamento da radiação óptica para dentro da janela de veiculo automotor, sendo que o elemento acoplador é projetado como estrutura prismática, composta de uma multiplicidade de prismas individuais, sendo que os prismas individuais apresentam em uma área de acoplamento áreas prismáticas dispostas perpendicularmente na direção de incidência e que em uma área de desacoplamento apresentam áreas prismáticas dispostas perpendicularmente na direção de reflexão da radiação óptica.

[002] Um sensor de umidade desse tipo é conhecido a partir do documento DE 197 20 874 C2 e se baseia no principio funcional da reflexão total atenuada de luz infravermelha, que é acoplada sob um ângulo de 45° através de um sistema óptico dentro de um pára-brisa. Quando o vidro está seco e limpo a luz é refletida totalmente no lado externo do vidro e é detectada por um receptor sob um ângulo de 45° através de um segundo sistema óptico. Uma molhagem do pára-brisa desacopla a luz da trajetória dos raios, já que nesse ponto a reflexão total não mais se realiza.

[003] O ponto problemático é a interferência de luz externa que não pode ser totalmente excluída no caso de um arranjo sensor desse tipo. A luz externa pode reduzir a sensibilidade do sensor de umidade ou também provocar disparos errôneos, de modo que uma redução de luz externa significa uma melhoria técnica.

[004] Conforme considerações teóricas e experimentais mostram, existe um atalho óptico especial, pelo qual a luz de fora bate no receptor através do corpo acoplador e um elemento lenticular focalizador. A luz externa que incide sob determinados ângulos próxima à linha perpendicular do vidro, pode bater no flanco dos prismas que fica paralelo à luz útil propriamente dita e sair rasante nesse flanco. Como a lente no lado do receptor que coleta a luz útil refletida pelo vidro e foca no receptor, apresenta uma aceitação angular não desvanecente e que o receptor é composto de uma área estendida, essa luz externa poder chegar até o receptor.

[005] Por essa razão, é tarefa da presente invenção criar um dispositivo sensor optoeletrônico para um veiculo automotor no qual a interferência de luz externa incidente sobre o receptor através do vidro da janela é bastante reduzida.

[006] Essa tarefa é solucionada, de acordo com a invenção, primeiramente, pelo fato de pelo menos na faixa de desacoplamento das outras áreas prismáticas, que não ficam dispostas perpendicularmente em relação à direção de radiação, pelo menos algumas se tornarem rugosas ou impenetráveis à radiação.

[007] A tarefa é solucionada, de acordo com a invenção, em segundo lugar pelo fato de pelo menos na faixa de desacoplamento das outras áreas, não dispostas perpendicularmente à direção de radiação, pelo menos algumas estarem dispostas não paralelamente à direção de reflexão da radiação óptica.

[008] A tarefa da presente invenção é solucionada, em terceiro lugar pelo fato de pelo menos na faixa de desacoplamento das outras áreas prismáticas, não dispostas perpendicularmente à direção de radiação, pelo menos algumas ficarem sobrepostas com prismas adicionais.

[009] A presente invenção propõe, portanto, medidas para reduzir a porcentagem da luz externa que emerge de forma rasante por arestas prismáticas do elemento acoplador. Isso ocorre através do enrugamento ou pela cobertura dos flancos do corpo acoplador paralelos em relação à luz útil, através da inclinação dos flancos do corpo acoplador paralelos à luz útil ou também através do desvio adicional da luz externa emergentes em forma rasante por estruturas prismáticas sobrepostas ao elemento acoplador.

[0010] Arranjos vantajosos e aperfeiçoamentos da presente invenção estão descritos nas reivindicações dependentes.

[0011] Três possíveis variantes da invenção são a seguir ilustradas por do desenho e mais detalhadamente esclarecidas, onde [0012] A figura 1 mostra um primeiro arranjo e um segundo arranjo de um sensor de umidade, [0013] A figura 2 mostra um terceiro arranjo de um sensor de umidade, [0014] A figura 3 mostra o princípio de funcionamento de um dispositivo sensor optoeletrônico.

[0015] A figura 3 mostra esquematicamente a trajetória dos raios em um dispositivo sensor optoeletrônico sendo que o arranjo ilustrado corresponde ao estado da técnica conhecido. Para identificar chuva ou impurezas sobre um vidro da janela (4) de um automóvel, um diodo emissor atuante como emissor de luz (5) emite uma radiação óptica, preferivelmente na área próxima infra-vermelha em um comprimento de onda de aproximadamente 880 nm, através de uma primeira estrutura lenticular (2) para a paralelização do feixe de luz e de um elemento acoplador (1) sob um ângulo de 45° no vidro da janela (4) do automóvel. Na área externa do vidro da janela (4) do automóvel o raio luminoso incidente é totalmente refletido sob um ângulo de 45° e incide através do elemento acoplador (1) e através de uma segunda estrutura lenticular (3) de ação focalizadora sobre um fotodiodo atuante como receptor de luz (6).

[0016] Se gotas de chuva ou partículas de sujeira se encontrarem no lado externo do vidro da janela (4) do automóvel, então nesse local uma parte da radiação incidente será desacoplada do vidro da janela (4) do automóvel ou absorvida, o que provocará uma diminuição da intensidade de radiação recebida pelo fotodiodo (6) . Essa alteração de intensidade pode ser facilmente registrada através de um sistema eletrônico conectado ao fotodiodo, o qual não aparece ilustrado na figura.

[0017] O estado da técnica ilustrado soluciona sobretudo o problema do acoplamento de luz livre de refração no vidro da janela (4) do automóvel. O elemento de acoplamento (1) utilizado neste caso pode ser formado vantajosamente através de uma lâmina ou de um corpo plástico ou de vidro, o qual apresenta uma estrutura prismática, sendo que as superfícies dos prismas ficam dispostas bem perpendicularmente ao feixe de raios luminosos acoplados ou desacoplados, obtendo-se assim uma passagem da radiação livre de refração para o elemento acoplador (1) assim como para fora do elemento acoplador (1) . Nas figuras 1 e 2 são apresentadas em uma ilustração esquemática três possibilidades, de acordo com a invenção, para reduzir a sensibilidade à luz externa de um sensor de umidade. Aparecem ilustrados respectivamente a estrutura prismática do elemento acoplador, a área externa do vidro da janela do automóvel, assim como respectivamente a parte da trajetória de raios no lado do receptor.

[0018] A figura 1 mostra em uma ilustração duas concretizações da invenção, que apresentam respectivamente um sistema óptico receptor focalizador. O sistema óptico receptor possui tal como toda lente a propriedade de transformar o ângulo da radiação incidente em um local no plano focal. A radiação procedente do emissor de luz, que é refletida sob um ângulo de reflexão de 45° do vidro da janela do automóvel, portanto, luz útil, é neste caso é projetada em um ponto pré-determinado do receptor, e a luz externa vinda de outros ângulos é, ao contrário, projetada em outras posições.

[0019] Certamente a luz externa, que incide sob determinados ângulos próxima à linha perpendicular do vidro da janela do automóvel, pode bater no flanco dos prismas paralelo à luz útil propriamente dita e sair rasante nesse flanco. Como a lente no lado do receptor que coleta a luz útil refletida pelo vidro e foca no receptor, possui uma aceitação angular não evanescente, e visto que o receptor é composto de uma área estendida, essa luz externa pode atingir o receptor.

[0020] A sensibilidade do sistema sensor contra luz externa emergente de forma rasante da estrutura prismática pode ser reduzida se o flanco da estrutura prismática paralelo à luz útil for enrugado ou for coberto. Se for coberto, por exemplo, por aplicação de pintura ou revestimento, a luz externa emergente de forma rasante será absorvida. Se for por enrugamento na superfície, talvez por estruturas de erosão ou corrosão que são colocadas na ferramenta de moldagem por injeção, a radiação que sai do flanco é dispersa em todas as direções espaciais de tal maneira que a parte situada dentro da aceitação angular da lente e, portanto, na área do receptor, é reduzida. Essa modificação da superfície somente é necessária no lado do receptor.

[0021] A sensibilidade à luz externa também pode ser reduzida se o flanco da estrutura prismática, da qual a luz externa sai, for inclinado em poucos graus (máximo em 5o aproximadamente) em relação ao ângulo nominal de 45°. Desse modo a luz que sai dessa área recebe esse ângulo em relação à direção de aceitação principal do sistema óptico receptor. A característica de recepção do sistema óptico receptor prioriza a direção principal de 45° e amortece a radiação que incide sob outros ângulos. Portanto obtém-se também um amortecimento da luz externa.

[0022] Naturalmente pode ser prevista também uma combinação das duas possibilidades.

[0023] Uma outra possibilidade de reduzir a luz externa que é refratada pelos prismas do elemento acoplador em direção ao receptor, reside no fato de juntar á estrutura prismática do elemento acoplador outras arestas prismáticas que desviam a luz externa emergente em forma rasante advinda da direção de recepção do receptor de radiação. Ao elemento acoplador podem ser sobrepostas neste caso tanto algumas arestas prismáticas adicionais grandes ou várias arestas prismáticas adicionais menores. Os prismas adicionais podem ser moldados em praticamente qualquer formato e não podem ser principalmente de arestas vivas. Os prismas adicionais poderão ser projetados, por exemplo, vantajosamente como semi-cilindros.

REIVINDICAÇÕES

Claims (12)

1. Dispositivo sensor optoeletrônico de automóvel, para detectar umidade em um vidro de janela (4) de um automóvel, provido de um emissor (5) e de um receptor (6) de radiação óptica, que é refletida pelo vidro da janela (4) do automóvel em direção ao receptor (6) , e de um elemento acoplador (1) para o acoplamento e desacoplamento da radiação óptica no vidro da janela (4) do automóvel, sendo que o elemento acoplador (1) é projetado como estrutura prismática composta de uma multiplicidade de prismas individuais, sendo que os prismas individuais apresentam em uma área de acoplamento áreas prismáticas, dispostas perpendicularmente na direção de incidência, e que em uma área de desacoplamento apresentam áreas prismáticas dispostas perpendicularmente na direção de reflexão da radiação óptica, caracterizado pelo fato de pelo menos nas áreas de desacoplamento das outras áreas prismáticas, que não ficam dispostas perpendicularmente na direção de radiação, pelo menos algumas serem tornadas rugosas ou tornadas impenetráveis à radiação.

2. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o elemento acoplador (1) ser feito de material plástico e de pelo menos algumas áreas prismáticas serem rugosas por jateamento de areia.

3. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o elemento acoplador (1) ser composto por um material plástico injetado e de pelo menos algumas áreas prismáticas serem rugosas por estruturação na ferramenta de moldagem por injeção.

4. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de pelo menos algumas áreas prismáticas receberem pintura impermeável à luz.

5. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de pelo menos algumas áreas prismáticas serem coladas com um material impermeável à luz.

6. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de pelo menos algumas áreas prismáticas serem metalizadas.

7. Dispositivo sensor optoeletrônico de automóvel, para detectar umidade em um vidro de janela (4) de um automóvel, provido de um emissor (5) e de um receptor (6) de radiação óptica, que é refletida pelo vidro da janela (4) do automóvel na direção do receptor (6), e de um elemento acoplador (1) para o acoplamento e desacoplamento da radiação óptica no vidro da janela (4) do automóvel, sendo que o elemento acoplador (1) é projetado como estrutura prismática composta de uma multiplicidade de prismas individuais, sendo que os prismas individuais apresentam em uma área de acoplamento áreas prismáticas dispostas perpendicularmente na direção de incidência e que em uma área de desacoplamento apresentam áreas prismáticas dispostas perpendicularmente na direção de reflexão da radiação óptica, caracterizado pelo fato de pelo menos uma área de desacoplamento das outras áreas prismáticas não dispostas perpendicularmente na direção de radiação, pelo menos algumas estarem dispostas não paralelamente à direção de reflexão da radiação óptica.

8. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de o desvio de direção das áreas prismáticas dispostas não paralelamente à direção de reflexão da radiação óptica, em relação à direção de reflexão da radiação óptica ser no máximo de 5o.

9. Dispositivo sensor optoeletrônico de automóvel, para detectar umidade em um vidro de janela (4) de um automóvel, provido de um emissor (5) e de um receptor (6) de radiação óptica que é refletida pelo vidro da janela (4) do automóvel em direção ao receptor (6), e de um elemento acoplador (1) para o acoplamento e desacoplamento da radiação óptica no vidro da janela (4) do automóvel, sendo que o elemento acoplador (1) é projetado como estrutura prismática composta de uma multiplicidade de prismas individuais, sendo que os prismas individuais apresentam em uma área de acoplamento áreas prismáticas dispostas perpendicularmente na direção de incidência, e que em uma área de desacoplamento apresentam áreas prismáticas dispostas perpendicularmente na direção de reflexão da radiação óptica, caracterizado pelo fato de pelo menos na área de desacoplamento das outras áreas prismáticas não dispostas perpendicularmente à direção de radiação, pelo menos algumas estarem sobrepostas com prismas adicionais.

10. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de pelo menos algumas áreas prismáticas estarem sobrepostas com respectivamente um prisma adicional.

11. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de pelo menos algumas áreas prismáticas estarem sobrepostas com respectivamente vários prismas adicionais.

12. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de o dispositivo sensor formar um sensor de chuva ou sensor de embaçamento conectado ao vidro da janela (4) do automóvel.