DE10001705A1 - Sensor zur Detektion von Feuchtigkeitstropfen und/oder Festkörperpartikeln auf einer Scheibe - Google Patents
Sensor zur Detektion von Feuchtigkeitstropfen und/oder Festkörperpartikeln auf einer ScheibeInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Sensor (3) zur Detektion von Feuchtigkeitstropfen und/oder Festkörperartikeln auf eine Scheibe (2; 13) mit mindestens einem Sendeelement, mindestens einem Empfangselement und einer Auswerteschaltung. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, in den Sensor (3) einen Lichtsensor (7) zum Erfassen der Umgebungshelligkeit zu integrieren. Bei dem erfindungsgemäßen Sensor (3) ist also ein Feuchtigkeitssensor (6) zur Detektion von Flüssigkeitstropfen oder Festkörperpartikeln, bspw. auf der Windschutzscheibe (2) eines Kraftfahrzeugs (1), und ein Lichtsensor (7) zu einem einzigen Sensor (3) zusammengefaßt. Der Sensor (3) kann besonders gut gehandhabt und einfach und schnell an dem Kraftfahrzeug (1) angeordnet und an die Kraftfahrzeugelektronik angeschlossen werden. Zudem ist der Sensor (3) kleinbauend und preiswert.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensor zur
Detektion von Feuchtigkeitstropfen und/oder
Festkörperpartikeln auf einer Scheibe aus einem
lichtdurchlässigen Material, mit mindestens einem
Sendeelement, mindestens einem Empfangselement und einer
Auswerteschaltung.
Derartige Sensoren werden bspw. als Regensensoren zur
Detektion von Flüssigkeitstropfen (z. B. Wasserdampf, Nebel,
Regen) auf einer Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs
eingesetzt. Aus dem Stand der Technik sind auch Sensoren
bekannt, die neben Flüssigkeitstropfen auch kleine
Festkörperpartikel (z. B. Staub, Sandkörner, Eiskristalle,
Schnee, Hagel) detektieren können. Dies kann durch eine
besondere Ausrichtung des Sendeelements und des
Empfangselements relativ zu der Scheibe und relativ
zueinander und durch den Einsatz besonderer
Auswertealgorithmen in der Auswerteschaltung erreicht
werden.
Die bekannten Sensoren der eingangs genannten Art sind im
Fahrzeuginnenraum angeordnet und weisen üblicherweise eine
Strahlenquelle als Sendeelement auf, die optische Strahlen
in Richtung auf die Scheibe aussendet. Zumindest ein Teil
der auf die Scheibe ausgesandten Strahlen wird von der
Scheibe reflektiert und von einem als Strahlenempfänger
ausgebildeten Empfangselement empfangen. Die
Auswerteschaltung steuert das Sendeelement an und wertet die
von dem Empfangselement empfangenen Strahlen hinsichtlich
der Detektion von Feuchtigkeitstropfen und/oder
Festkörperpartikeln auf der Scheibe aus.
Die bekannten Sensoren liegen üblicherweise bündig auf der
Windschutzscheibe im Inneren des Kraftfahrzeugs an. Der
Bereich zwischen dem Sendeelement und dem Empfangselement
des Sensors einerseits und der Innenseite der
Windschutzscheibe andererseits wird mit einem
Kontaktmaterial ausgefüllt, das eine ähnliche optische
Dichte wie das Material der Windschutzscheibe aufweist. Die
optischen Strahlen des Sendeelements werden an der
Außenseite der Windschutzscheibe auf das Empfangselement
total reflektiert oder gebrochen. Eine Änderung der
Intensität der von dem Empfangselement empfangenen
Lichtstrahlen deutet auf Flüssigkeitstropfen oder
Festkörperpartikel an der Außenseite der Windschutzscheibe
hin.
Aus dem Stand der Technik sind aber auch Sensoren der
eingangs genannten Art bekannt, die nicht bündig auf der
Windschutzscheibe, sondern in einem Abstand zu dieser
angeordnet sind. Die optischen Strahlen überwinden also auf
Ihrem Weg von dem Sendeelement zu der Windschutzscheibe und
von der Windschutzscheibe wieder zurück zu dem
Empfangselement eine Luftstrecke. Eine solche
Ausführungsform eines Sensors hat den Vorteil, dass der
Sensor außerhalb des Blickfeldes des Fahrers eines
Kraftfahrzeugs angeordnet werden kann und der
Detektionsbereich trotzdem voll im Blickfeld des Fahrers
liegt. Außerdem können durch einen solchen Sensor
Feuchtigkeitstropfen oder Festkörperpartikel auch an der
Innenseite der Windschutzscheibe detektiert werden.
In Abhängigkeit von dem oder den Ausgangssignalen des
Sensors können geeignete Maßnahmen getroffen werden, um die
Flüssigkeitstropfen bzw. die Festkörperpartikel von der
Windschutzscheibe zu entfernen. Dazu kann bspw. ein
Scheibenwischer, eine Scheibenwaschanlage, ein
Innenraumgebläse, eine Innenraumheizung oder eine
Windschutzscheibenheizung aktiviert werden.
Aus dem Stand der Technik sind seit geraumer Zeit sog.
Lichtsensoren bekannt, durch die die Helligkeit der Umgebung
eines Kraftfahrzeugs erfasst werden kann. In Abhängigkeit
von der Umgebungshelligkeit werden die Scheinwerfer des
Kraftfahrzeugs angesteuert und auf Standlicht, Abblendlicht
oder Fernlicht geschaltet. Es ist auch bekannt, die
Helligkeit der Beleuchtung von Instrumenten und Schaltern im
Innenraum des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit von der
Umgebungshelligkeit zu variieren. Die bekannten
Lichtsensoren sind üblicherweise im vorderen Bereich des
Kraftfahrzeugs, bspw. im Kühlergrill, an den Außenspiegeln
oder an dem Innenraumspiegel angeordnet.
Sensoren zur Detektion von Feuchtigkeitstropfen und/oder
Festkörperpartikeln und Lichtsensoren sind nach dem Stand
der Technik in Kraftfahrzeugen als gesonderte Sensoren,
üblicherweise sogar an verschiedenen Stellen am
Kraftfahrzeug, angeordnet. Das hat den Nachteil, dass bei
der Fertigung des Kraftfahrzeugs zwei gesonderte Sensoren
gehandhabt, in das Kraftfahrzeug eingebaut und an die
Kraftfahrzeugelektrik angeschlossen werden müssen. Zu beiden
Sensoren muss eine Energieversorgung geführt werden und von
beiden Sensoren müssen die Ausgangssignale zu einem
zentralen Kraftfahrzeugsteuergerät geführt werden.
Zur Vermeidung dieser Nachteile schlägt die Erfindung,
ausgehend von dem Sensor zur Detektion von
Feuchtigkeitstropfen und/oder Festkörperpartikeln der
eingangs genannten Art vor, dass ein Lichtsensor zum
Erfassen der Umgebungshelligkeit integraler Bestandteil des
Sensors ist.
In dem erfindungsgemäßen Sensor ist somit ein
Feuchtigkeitssensor zum Erfassen von Flüssigkeitstropfen
oder Festkörperpartikeln auf einer Scheibe eines
Kraftfahrzeugs und ein Lichtsensor zum Erfassen der
Umgebungshelligkeit zu einem einzigen Sensor
zusammengefasst. Der erfindungsgemäße Sensor kann besser
gehandhabt werden als zwei getrennte Sensoren. Es muss nur
noch eine Position zum Einbau des Sensors am Kraftfahrzeug
vorgesehen werden, und es muss nur noch ein Sensor verkabelt
werden. Eine weitere Rationalisierung des erfindungsgemäßen
Sensors lässt sich dadurch erzielen, dass der
Feuchtigkeitssensor und der Lichtsensor bestimmte Bauteile
oder zumindest Teile der Auswerteschaltung gemeinsam nutzen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden
Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Sensor unmittelbar
auf der Innenseite einer Scheibe, vorzugsweise der
Windschutzscheibe, eines Kraftfahrzeugs befestigt ist. Gemäß
dieser Weiterbildung ist der erfindungsgemäße Sensor als ein
sogenannter On-The-Glass-Sensor ausgebildet. Der Sensor ist
vorzugsweise im Wischerfeld von Scheibenwischern des
Kraftfahrzeugs angeordnet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Lichtsensor
mindestens eine Fotodiode zum Empfangen von Lichtstrahlen
aus der Umgebung und eine Optikanordnung, die die
Lichtstrahlen der Umgebung auf die Fotodiode lenkt,
aufweist. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die
Fotodiode nicht unbedingt so angeordnet werden muss, dass
Lichtstrahlen aus der Umgebung unmittelbar auf sie fallen.
Vielmehr kann die Fotodiode an einer beliebigen Stelle in
dem erfindungsgemäßen Sensor angeordnet werden, wobei die
Lichtstrahlen von der Optikanordnung auf die Fotodiode
gelenkt werden.
Die Optikanordnung weist vorteilhafterweise eine Fresnel-
Optik und mindestens einen Lichtleiter auf, der die
Lichtstrahlen der Umgebung von der Fresnel-Optik auf die
oder jede Fotodiode lenkt. Mit Hilfe der Fresnel-Optik
werden die Lichtstrahlen in den oder die Lichtleiter
eingekoppelt. Die Fresnel-Optik ist vorzugsweise in das der
Fotodiode abgewandte Ende des oder jeden Lichtleiters
integriert. Die Fresnel-Optik ist also nicht als ein
gesondertes Optik-Element, sondern als integraler
Bestandteil des oder jeden Lichtleiters ausgebildet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass das oder
jedes Sendeelement, das oder jedes Empfangselement und die
Auswerteschaltung des Feuchtigkeitssensors auf einer
Leiterplatte angeordnet sind, wobei die Optikanordnung und
die oder jede Fotodiode des Lichtsensors auf derselben
Leiterplatte angeordnet sind. Gemäß dieser Ausführungsform
nutzen der Feuchtigkeitssensor und der Lichtsensor dieselbe
Leiterplatte. Es ist denkbar, dass weitere Bauteile des
erfindungsgemäßen Sensors oder Teile der Auswerteschaltung
ebenfalls von beiden Sensoreinheiten, d. h. von dem
Feuchtigkeitssensor und von dem Lichtsensor, genutzt werden.
Dadurch kann der erfindungsgemäße Sensor besonders
kleinbauend und kompakt ausgebildet werden. Zudem lassen
sich dadurch die Herstellungskosten reduzieren.
Vorteilhafterweise sind das oder jedes Sendeelement, das
oder jedes Empfangselement und die Auswerteschaltung des
Feuchtigkeitssensors auf der Vorderseite der Leiterplatte,
ist die oder jede Fotodiode des Lichtsensors auf der
Rückseite der Leiterplatte und die Fresnel-Optik außen um
den Feuchtigkeitssensor herum angeordnet. Die Fresnel-Optik
umgibt den Feuchtigkeitssensor somit ringförmig. Die oder
jede Fresnel-Optik ist auf der Vorderseite des
erfindungsgemäßen Sensors angeordnet. Der Lichtsensor weist
mehrere Lichtleiter auf, die die Lichtstrahlen aus der
Umgebung von der oder jeder Fresnel-Optik auf die Fotodiode
auf der Rückseite der Leiterplatte leiten.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Sensor
integraler Bestandteil eines Innenraumspiegels eines
Kraftfahrzeugs ist. Vorteilhafterweise ist der Fuß des
Innenraumspiegels auf der Innenseite der Windschutzscheibe
befestigt und der Sensor in einer Vertiefung des Fußes
zwischen dem Fuß und der Windschutzscheibe angeordnet. Der
Fuß des Innenraumspiegels ist vorzugsweise im Wischerfeld
der Scheibenwischer auf der Windschutzscheibe befestigt,
damit auch der erfindungsgemäße Sensor im Wischerfeld
angeordnet ist.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen:
Fig. 1 ein Kraftfahrzeug auf dessen Windschutzscheibe an
der Innenseite ein erfindungsgemäßer Sensor gemäß
einer bevorzugten Ausführungsform befestigt ist;
Fig. 2 den Sensor aus Fig. 1 im Schnitt; und
Fig. 3 den Sensor aus Fig. 2 im Ausschnitt.
In Fig. 1 ist ein Kraftfahrzeug mit dem Bezugszeichen 1
gekennzeichnet. An der Innenseite der Windschutzscheibe 2
des Kraftfahrzeugs 1 ist ein erfindungsgemäßer Sensor 3
befestigt, der in den Fig. 2 und 3 im Schnitt vergrößert
dargestellt ist. Die übrigen Scheiben des Kraftfahrzeugs 1
sind mit dem Bezugszeichen 13 gekennzeichnet.
In Fig. 2 ist der Sensor 3 in eine Vertiefung 4 eines Fußes
5 eines Innenraumspiegels des Kraftfahrzeugs 1 eingelassen.
Die Ränder der Vertiefung 4 dienen als Gehäuse des Sensors 3
zum Schutz vor Einwirkungen von außen. Der Sensor 3 kann
jedoch auch in einem eigenen Gehäuse angeordnet sein. Der
Sensor 3 weist einen Feuchtigkeitssensor 6 zur Detektion von
Flüssigkeitstropfen und/oder Festkörperpartikeln auf der
Außenseite der Windschutzscheibe 2 und einen Lichtsensor 7
zum Erfassen der Helligkeit in der Umgebung des
Kraftfahrzeugs 1 auf.
Der Feuchtigkeitssensor 6 weist mindestens ein Sendeelement,
mindestens ein Empfangselement und eine Auswerteschaltung
auf, die jedoch in den Figuren nicht dargestellt sind. Als
Sendeelement wird bspw. eine Strahlenquelle, die optische
Strahlen auf die Windschutzscheibe 2 aussendet, und als
Empfangselement ein Strahlenempfänger, der zumindest einen
Teil der von der Windschutzscheibe 2 reflektierten Strahlen
empfängt, eingesetzt. Die Auswerteschaltung steuert das
Sendeelement und wertet die von dem Empfangselement
empfangenen Strahlen hinsichtlich der Detektion von
Feuchtigkeitstropfen und/oder Festkörperpartikeln auf der
Scheibe 2 aus.
Das Sendeelement und das Empfangselement sind auf der
Vorderseite einer Leiterplatte 8 angeordnet. Auf der
Rückseite der Leiterplatte 8 ist eine Fotodiode 9 des
Lichtsensors 7 angeordnet. Die Auswerteschaltung des Sensors
3 wird zumindest teilweise von dem Feuchtigkeitssensor 6 und
von dem Lichtsensor 7 benutzt. Sie kann auf der Vorderseite
und/oder auf der Rückseite der Leiterplatte 8 ausgebildet
sein. Die Lichtstrahlen 10 der Umgebung werden von einer
Optikanordnung auf die Fotodiode 9 gelenkt. Die
Optikanordnung umfasst mehrere Lichtleiter 11 und Fresnel-
Optiken 12, die in das der Fotodiode 9 abgewandte Ende der
Lichtleiter 11 integriert sind. Die Lichtstrahlen 10 der
Umgebung werden mit Hilfe der Fresnel-Optiken 12 in die
Lichtleiter 11 eingekoppelt.
Claims (9)
1. Sensor (3) zur Detektion von Feuchtigkeitstropfen
und/oder Festkörperpartikeln auf einer Scheibe (2; 13)
aus einem lichtdurchlässigen Material, mit mindestens
einem Sendeelement, mindestens einem Empfangselement
und einer Auswerteschaltung, dadurch gekennzeichnet,
dass ein Lichtsensor (7) zum Erfassen der
Umgebungshelligkeit integraler Bestandteil des Sensors
(3) ist.
2. Sensor (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass der Sensor (3) unmittelbar auf der Innenseite
einer Scheibe (2; 13), vorzugsweise der
Windschutzscheibe (2), eines Kraftfahrzeugs (1)
befestigt ist.
3. Sensor (3) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
dass der Lichtsensor (7) mindestens eine Fotodiode (9)
zum Empfangen von Lichtstrahlen (10) aus der Umgebung
und eine Optikanordnung, die die Lichtstrahlen (10) der
Umgebung auf die Fotodiode (9) lenkt, aufweist.
4. Sensor (3) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
dass die Optikanordnung eine Fresnel-Optik (12) und
mindestens einen Lichtleiter (11), der die
Lichtstrahlen (10) der Umgebung von der Fresnel-Optik
(12) auf die oder jede Fotodiode (9) lenkt, aufweist.
5. Sensor (3) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
dass die Fresnel-Optik (12) in das der oder jeder
Fotodiode (9) abgewandte Ende des oder jeden
Lichtleiters (11) integriert ist.
6. Sensor (3) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass das oder jedes Sendeelement, das
oder jedes Empfangselement und die Auswerteschaltung
des Feuchtigkeitssensors (6) auf einer Leiterplatte (8)
angeordnet sind, wobei die Optikanordnung und die oder
jede Fotodiode (9) des Lichtsensors (7) auf derselben
Leiterplatte (8) angeordnet sind.
7. Sensor (3) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
dass das oder jedes Sendeelement, das oder jedes
Empfangselement und die Auswerteschaltung des
Feuchtigkeitssensors (6) auf der Vorderseite der
Leiterplatte (8) angeordnet sind, die oder jede
Fotodiode (9) des Lichtsensors (7) auf der Rückseite
der Leiterplatte (8) und die Fresnel-Optik (12) außen
um den Feuchtigkeitssensor (6) herum angeordnet ist.
8. Sensor (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass der Sensor (3) integraler
Bestandteil eines Innenraumspiegels eines
Kraftfahrzeugs (1) ist.
9. Sensor (3) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
dass der Fuß (5) des Innenraumspiegels auf der
Innenseite der Windschutzscheibe (2) befestigt ist und
der Sensor (3) in einer Vertiefung (4) des Fußes (5)
zwischen dem Fuß (5) und der Windschutzscheibe (2)
angeordnet ist.
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