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Die
Erfindung betrifft eine Umgebungslichtsensorik zur Integration in
ein Kraftfahrzeug und zur Erfassung des Umgebungslichtes sowie der
Erfassung des Lichtes im Vorfeld des Kraftfahrzeuges.
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In
heutigen Kraftfahrzeugen werden mehr und mehr Sensoren eingebaut,
um die Witterungs- und
Umgebungsbedingungen im Bereich des Kraftfahrzeuges zu erfassen
und entsprechende Systeme im Kraftfahrzeug zu regeln oder zu steuern.
So ist es beispielsweise bekannt, im Bereich der Windschutzscheibe
Sensoren zu platzieren, die einen beginnenden Regen oder einen möglichen
Beschlag an der Innenseite der Scheibe detektieren. Darüber hinaus werden
Sensoren eingesetzt, die das auf das Kraftfahrzeug einfallende Licht
erfassen und das ermittelte Signal an zum Beispiel eine Regelung
einer Klimaanlage im Kraftfahrzeug weiterleiten. Ebenso gibt es Sensoren,
die das Licht im Vorfeld des Kraftfahrzeugs detektieren, um beispielsweise
bei einer Annäherung
an einen Tunnel die sich ändernden
Lichtverhältnisse
zu erfassen und geeignete Maßnahmen, wie
zum Beispiel das Einschalten des Lichtes selbstständig vorzunehmen.
Für die
Erfassung des Umgebungslichtes und das Licht im Vorfeld des Kraftfahrzeug
sind verschiedenste Sensoren und Anordnungen im Kraftfahrzeug bekannt.
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Aus
der
DE 196 30 216
A1 ist eine fahrsituationsabhängige Lichtsteuerung für ein Kraftfahrzeug mit
einer Umgebungslichtsensorik bekannt, wobei die Umgebungslichtsensorik
sowohl einen Umgebungslichtsensor mit breitem Erfassungskegel als auch
einen fahrtrichtungsspezifischen Lichtsensor mit schmaleren, in
Fahrtrichtung weisendem Erfassungskegel umfasst. Hierbei ist der
Umgebungslichtsensor aus einem Mehrquadranten-Solarpositionssensor
und der fahrtrichtungsspezifische Sensor aus einem lichtempfindlichen
Fotoelement gebildet. Der Erfassungskegel des fahrtrichtungsspezifischen,
das heißt
in Fahrtrichtung vorausschauenden Lichtsensors, besitzt einen Öffnungswinkel
von typischerweise etwa 20°.
Die Begrenzung des Öffnungswinkels wird
hierbei entweder durch eine optische Linse oder eine Loch blende
oder durch die Plazierung des lichtempfindlichen Fotoelementes im
Brennpunkt eines Parabolspiegels vorgenommen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Umgebungslichtsensorik bereitzustellen,
die es ermöglicht, dass
Umgebungslicht, sowie das Licht im Vorfeld des Kraftfahrzeuges mittels
eines Lichtleitelementes zu erfassen und separat auszuwerten. Darüber hinaus soll
die Sensoranordnung kleinstbauend und konstruktiv einfach aufgebaut
und kostengünstig
zu fertigen sein.
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Die
erfindungsgemäße Aufgabe
wird dadurch gelöst,
dass eine Umgebungslichtsensorik bereitgestellt ist, die dadurch
gekennzeichnet ist, dass die Umgebungslichtsensorik aus einem hinter
einer transparenten Fläche
des Kraftfahrzeuges angeordneten Lichtleitelement und mindestens
zwei am Lichtleitelement angeordneten Sensoren und dass in einer
der transparenten Fläche
zugeordneten Oberfläche
des Lichtleitelementes mindestens zwei Kanten vorhanden sind, wobei
eine erste Kante einen ersten Oberflächenbereich begrenzt, durch
den das Umgebungslicht und eine zweite Kante eines zweiten Oberflächenbereichs
begrenzt, durch den das Vorfeldlicht in das Lichtleitelement erfassbar
ist und dass der Bereich zwischen den beiden Kanten mit einem Werkstoff
abgedeckt ist, der für
den Spektralbereich des durch die Sensoren erfassten Lichtes undurchlässig ist.
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Durch
die erfindungsgemäße Ausbildung
der Umgebungslichtsensorik ist nun die Möglichkeit geschaffen, mit konstruktiv
einfachsten Mitteln und somit kostengünstig eine Umgebungslichtsensorik
bereit zu stellen, die es ermöglicht,
in kleinstbauender Weise das Licht im Vorfeld und das Umgebungslicht mittels
eines Lichtleitelementes zu erfassen. Die hierzu in die Oberfläche des
Lichtleitelementes eingebrachten Kanten begrenzen hierbei einen
ersten Bereich, durch den das Umgebungslicht in das Lichtleitelement
gelangt, sowie einen zweiten Bereich, durch den das Licht im Vorfeld
des Kraftfahrzeuges vornehmlich auf die dazugehörigen, hinter dem Lichtleitelement
angebrachten Sensoren fällt.
Hierbei wird das Lichtleitelement bevorzugt in einer, im Wesentlichen
als dreieckig beschreibbaren Form ausgebildet. Durch diese dreieckige
Ausbildung und die Anordnung der Kanten beziehungsweise des Licht
absorbierenden Bereiches an der der transparenten Oberfläche zugewandten
Seite des Lichtleitelementes wird vornehmlich das Licht des Vorfeldes
auf einen Schenkel des Dreiecks und andererseits das Umgebungslicht
auf den anderen Schenkel des Dreiecks geleitet.
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Das
Lichtleitelement besitzt eine als dreieckig beschreibbare Querschnittsform
und eine räumliche
Tiefe. Die Kanten verlaufen hierbei in einer bevorzugten Ausführungsform
parallel zur räumlichen Erstreckung
des Lichtleitelementes. In einer vorteilhaften Ausgestaltungsva riante
der Erfindung verlaufen die parallelen Kanten im Wesentlichen parallel zum
oberen Ende der Windschutzscheibe und damit im Wesentlichen parallel
horizontal zum Untergrund, wie beispielsweise der Fahrbahn, des
Kraftfahrzeugs. Hierbei wird das Lichtleitelement zum Beispiel auf
die Innenseite einer Windschutzscheibe aufgeklebt. Durch die parallelen
Kanten im Lichtleitelement ist somit der Lichtleiter in einen oberen
und einen unteren Bereich, die durch die Kanten begrenzt sind, unterteilt.
Das Umgebungslicht wird bevorzugt durch den ersten oberen Bereich
oberhalb der ersten und oberen Kante erfasst. Das Licht im Vorfeld
des Kraftfahrzeuges wird durch den zweiten unterhalb der zweiten
Kante angeordneten Bereich des Lichtleitelementes erfasst. In einer
vorteilhaften Ausgestaltungsvariante der Erfindung ist an das Lichtleitelement
unterhalb des ersten Bereichs zur Erfassung des Umfeldlichts eine
Verlängerung
angeformt, so dass das senkrecht auf das Kraftfahrzeug einfallende Licht
ebenfalls senkrecht durch das Lichtleitelement geleitet werden kann
und somit von einem unterhalb der Verlängerung angeordneten Sensor
als Umgebungslicht detektierbar ist.
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Das
Licht des Vorfeldes wird bevorzugt durch den unterhalb der zweiten
Kante angeordneten Bereich erfasst. Hierbei ist selbstverständlich,
dass die beiden Kanten beabstandet zueinander angeordnet sind. Das
horizontal auf das Lichtleitelement treffende Licht im Vorfeld des
Kraftfahrzeuges fällt
auf den zweiten Bereich und wird ebenfalls horizontal durch das
Lichtleitelement transportiert und gelangt auf den senkrecht angeordneten
Schenkel des Lichtleitelementes und wird hier erfasst. In einer
vorteilhaften Ausgestaltung des Lichtleitelementes, ist an diesen senkrechten
Schenkel eine kugelige, gewölbte
oder linsenförmige
Anformung angebracht, die einerseits das Vorfeldlicht fokussiert
und andererseits das senkrecht auf das Lichtleitelement einfallende
Licht der Umgebung eliminiert. Die Anformung fokussiert das Licht
in Richtung eines hinter der Anformung angebrachten fotosensitiven
Sensor.
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Das
zwischen dem ersten oberen Bereich, oberhalb der ersten Kante und
dem zweiten unteren Bereich unterhalb der zweiten Kante im Lichtleitelement
angeordneten Bereich ist mit einem Werkstoff beschichtet oder versehen,
der für
den Spektralbereich des durch die Sensoren erfassten Lichtes undurchlässig ausgewählt ist.
Hierdurch werden die beiden Bereiche des Lichteinfalls deutlich
voneinander unterscheidbar. In einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung ist der Bereich zwischen den beiden Kanten als V-förmige Nut
ausgebildet, wodurch die Lichteinfallbereiche noch stärker voneinander
abgegrenzt werden.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
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1 die
Seitenansicht auf eine Umgebungslichtsensorik gemäß der Erfindung,
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2 eine
dreidimensionale Ansicht auf eine erfindungsgemäß ausgebildete Umgebungslichtsensorik,
die teilweise geschnitten dargestellt ist und
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3 eine
prinzipielle Darstellung der Erfassung des Lichtes im Vorfeld sowie
der Umgebung des Kraftfahrzeuges.
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In
der 1 ist eine Sensoranordnung 1, die auch
als Umgebungslichtsensorik 1 bezeichenbar ist, in der Seitenansicht
dargestellt. Die Sensoranordnung 1 besteht aus einem Lichtleitelement 2,
das unmittelbar hinter einer nicht dargestellten Windschutzscheibe
eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist, aus einem ersten photosensitiven
Sensor 3 zur Erfassung des Lichtes im Vorfeld V des Kraftfahrzeuges
und einem zweiten photosensitiven Sensor 4 zur Erfassung des
Umgebungslichtes U. Das Lichtleitelement 2 besteht aus
einem üblichen
lichtleitenden Kunststoff und beschreibt in dieser Ausführungsform
im groben die Form eines Dreiecks mit einer Verlängerung 5 in Richtung
des Sensors 4. Die Schräge 6 gibt
im Wesentlichen den schrägen
Verlauf einer im Kraftfahrzeug angeordneten Windschutzscheibe wieder.
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Im
Bereich des schrägen
Verlaufs 6, der Hypotenuse des Dreiecks des Lichtleitelementes 2,
tritt das Licht, mit Ausnahme des schraffierten Bereiches der Blende 15, über die
gesamte Länge
in das Lichtleitelement ein. Das in das Lichtleitelement 2 über die Schräge 6 eintretende
Licht wird durch das Lichtleitelement 2 geleitet und fällt auf
die das Lichtleitelement 2 begrenzenden, mit einem lichtabsorbierenden
Mittel versehenen Flächen 7, 8,
die das Lichtleitelement 2 an allen äußeren Seiten umgeben, an dem
das Licht nicht eingeleitet beziehungsweise an die Sensoren 3, 4 weitergeleitet
wird, das heißt
ein- oder austritt. Diese Grenzflächen 7, 8 sind
in der Weise ausgeführt,
dass sie Licht absorbieren, sie sind beispielsweise als schwarze
Flächen
ausgeführt.
An der Grenzfläche 9 der
Verlängerung 5 oberhalb
des photosensitiven Sensors 4 tritt das über die
Schräge 6 in
den Lichtleiter 2 eintretende Licht aus dem Lichtleitelement 2 aus
und fällt
dabei auf den Sensor 4. Im Sensor 4 wird dann
das einfallende Licht ausgewertet und das entsprechende Signal an
eine Regelung oder Steuerung im Kraftfahrzeug weitergeleitet.
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Unmittelbar
vor dem photosensitiven Sensor 3 zur Auswertung des Lichtes
V im Vorfeld des Kraftfahrzeuges besitzt das Lichtleitelement 2 eine
kugelige, gewölbte
oder linsenförmige,
in Richtung des Sensors 3 weisende Anformung 10.
In diese Anformung 10 des Lichtleitele mentes 2,
die einstückig
an das Lichtleitelement 2 angeformt ist, tritt ebenfalls Licht
aus dem Lichtleitelement 2 ein. Durch die gewölbte, kugelige
oder linsenförmige
Ausbildung der Anformung 10 wird das in den Lichtleiter 2 eintretende
Licht in Richtung des Sensors 3 fokussiert. Diese Fokussierung
dient dazu ein eindeutiges Signal für die Erfassung des Vorfeldlichtes
V zu erhalten.
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In
einer bevorzugten Ausführungsvariante der
Erfindung bildet die Grenzfläche
der transparenten Oberfläche 6 zur
Windschutzscheibe eine rechteckförmige
Grundfläche.
Vorstellbar ist hierbei eine Breite des Rechtecks von etwa 3 bis
10 mm, vorzugsweise 5 bis 7 mm. Die Erstreckung der Verlängerung 5 beträgt zirka
8 bis 15 mm, vorzugsweise 12 mm. Der erfassbare Winkel des vertikal
auf die Sensoranordnung 1 einfallende Umgebungslicht U
liegt in einem Bereich α bei
etwa 50° und
die Auswertung des Vorfeldlichtes V liegt in einem Bereich β von etwa
10 bis 15°.
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Anzumerken
ist hierbei, dass die in der 1 dargestellte
Ausführungsform
der Sensoranordnung 1, die in Grenzen und Abmaßen beziehungsweise
in der Anordnung der Sensoren 3, 4 sowie der Ausbildung
des Lichtleitelementes 2 lediglich ein Ausführungsbeispiel
wiedergibt. Wesentlich bei der Erfindung ist die selektive Erfassung
und Auswertung des Vorfeldlichtes V und des Umgebungslichtes U.
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In
der 2 ist eine dreidimensionale Ansicht auf die erfindungsgemäß ausgebildete
Umgebungslichtsensorik 1 dargestellt, wobei das Lichtleitelement 2 beispielsweise
geschnitten dargestellt wiedergegeben ist. Deutlich zu erkennen,
ist die im Wesentlichen dreieckige Form des Lichtleitelementes 2 mit
der daran angeformten Verlängerung 5 und
der Anformung 10.
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Die
selektive Erfassung des auf die Umgebungslichtsensorik 1 einfallenden
Lichtes U, V erfolgt im Wesentlichen dadurch, dass die der transparenten Oberfläche zugewandte
Seite 6 des Lichtleitelementes 2 durch zwei Kanten 11, 12 in
einen oberen Bereich 13 und einen unteren Bereich 14 geteilt
ist. Der zwischen den beiden Kanten 11, 12 liegende
Bereich 15 ist für
das auf das Kraftfahrzeug einfallende Licht undurchlässig, hierbei
jedoch nur dem Spektralbereich des Lichtes, der dem Spektralbereich
entspricht, der von den Sensoren 3, 4 erfassbar
ist. Durch den Bereich 15 werden an der Oberfläche 6 zwei
Bereiche 13, 14 gebildet, die eindeutig in einem oberen
Bereich 13 zur Erfassung des Umgebungslichtes U und einen
unteren Bereich 14 zur Erfassung des Vorfeldlichtes V einsetzbar
sind. Das Licht des Vorfeldes fällt
im Wesentlichen horizontal zum Fahrzeug auf das Fahrzeug und somit
ebenfalls auf die Windschutzscheibe und den unteren Bereich 14 des Lichtleitelementes 2.
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Das
Licht des Vorfeldes V wird durch den unteren Bereich 14 in
das Lichtleitelement 2 eingeleitet und mittels der Anformung 10 in
Richtung des Sensors 3 fokussiert. Je nach Schräge der Windschutzscheibe
und Anordnung der Umgebungslichtsensorik 1 im Kraftfahrzeug
ist hierbei der Sensor 3 zur Anformung 10 positionierbar.
Unterstützt
wird die eindeutige selektive Erfassung des Vorfeldlichtes V durch eine
vorteilhafte Ausgestaltung des Bereiches 15, der in einer
vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung als V-förmige
Nut ausgebildet ist. Hierbei wird die Nut 16 vollständig mit
einem im sichtbaren Spektralbereich undurchlässigen Werkstoff gefüllt. Im sichtbaren
Spektralbereich undurchlässig
heißt
in diesem Falle, wie bereits oben beschrieben, dass der Füllwerkstoff
für die
Nut 16 lediglich den Spektralbereich aus dem auf den Umgebungslichtsensor
einfallende Licht herausfiltert, der mittels der Sensoren 3, 4 erfassbar
ist. Für
andere Spektralbereiche kann dieser Werkstoff ein Leitelement darstellen.
Von der ersten Kante 11 bis zum oberen Ende 17 des
Lichtleitelementes fällt
das Umgebungslicht U in der Weise auf das Leitelement 2,
dass es durch das Lichtleitelement 2 hindurchgeleitet und
durch die Verlängerung hindurch
zum fotosensitiven Sensor 4 gelangt, so dass es mittels
des fotosensitiven Sensors 4 erfassbar und auswertbar wird.
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Durch
die in der 2 dargestellte bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung ist eine sehr präzise,
selektive Erfassung des Lichtes im Vorfeld V des Kraftfahrzeuges
wie auch des Umgebungslichtes U möglich. Durch die V-förmige Anordnung
eines Bereichs zwischen den Kanten 11, 12 im Lichtleitelement 2 wird
eine Streustrahlung wesentlich unterbunden, so dass eine äußerst präzise Erfassung
des Lichtes im Vorfeld V des Kraftfahrzeuges wie auch des Umgebungslichtes
U durchführbar
ist. Eine präzise
Erfassung erfolgt dabei beispielsweise für das Vorfeldlicht V aus der
Anordnung des unteren Bereiches 14 am Lichtleitelement,
der unteren Kante 12, der V-förmigen Nut 16, den
Abschattungen an den Grenzflächen 7, 8,
sowie mittels der Fokussierung der Anformung 10. Ebenso
erfolgt die präzise
und erfindungsgemäße Erfassung
des Umgebungslichtes U aus dem Zusammenspiel des oberen Bereiches 13,
oberhalb der oberen Kante 11, dem Bereich 15, der
V-förmigen
Nut 16, der Verlängerung 5 und
den Abschattungen 7, 8 der das Lichtleitelement 2 umgebenden
Grenzflächen 7, 8.
Hinzuweisen bleibt darauf, dass die Ausführungsform in den 1, 2 lediglich
ein Ausführungsbeispiel
darstellt, wobei Varianten ebenfalls vorstellbar sind.
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In
der 3 ist eine Horizontale 18 und eine Vertikale 19 als
strichpunktierte Linien in Bezug auf einen Verlauf der Windschutzscheibe 6 dargestellt. Die
Horizontale 18 gibt dabei auch eine im Wesentlichen horizontale
Richtung der Fahrbahn des Kraftfahrzeuges wieder. An der Stelle 20 und
somit im Schnittpunkt der Horizontalen 18 und der Vertikalen 19,
ist hinter der nicht dargestellten Windschutzscheibe eine erfindungsgemäße Umgebungslichtsensorik 1 angeordnet.
Die 3 gibt hierbei den Winkelbereich 21 einer
Vorteldlichtsensorik 1 mit einem Sensor 3 für das Vorfeldlicht
V hinter einer Anformung 10 sowie den erfassbaren Winkelbereich 22 des
Umgebungslichtsensors 4 an. Zusätzlich ist noch eine Normale
N in Bezug auf den Verlauf 6 der Windschutzscheibe dargestellt.
Der hier dargestellte Winkelbereich der Anordnung der Windschutzscheibe
in einem Kraftfahrzeug liegt zwischen 22° und 30° zur Horizontalen 18.
Ausgehend von der Horizontalen 18 ist ein um 90° versetzter
Winkelbereich 22, der im Wesentlichen größer als
50° ist
und der das Umgebungslicht U erfasst, dargestellt.
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Der
Sensor 3 zur Erfassung des Lichtes V im Vorfeld des Kraftfahrzeuges
sind in diesem Ausführungsbeispiel
in der Weise angeordnet, dass ein Winkelbereich um einen Winkel
von ca. 12° erfassbar
ist.