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Die Erfindung betrifft einen Regensensor für ein Fahrzeug, welcher zumindest einen Sender und einen Empfänger aufweist, wobei der Sender eine Sendeeinheit und eine im Strahlengang der Sendeeinheit angeordnete Sendeoptik umfasst. Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch eine Regendetektionsvorrichtung mit zumindest einem Regensensor.
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Mittels derartigen Regensensoren, die insbesondere an einer Windschutzscheibe eines Fahrzeugs angeordnet sind, wird auftreffender Regen detektiert und abhängig davon beispielsweise eine Scheibenwischeranlage des Fahrzeugs gesteuert.
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In 1 ist in einer schematischen Explosionsdarstellung ein bekannter Regensensor gezeigt. Dieser umfasst ein Gehäuse mit einem Oberteil 1 und einem Unterteil 2. In dem Gehäuse 3, gebildet durch das Oberteil 1 und das Unterteil 2, ist eine Leiterplatte 4 angeordnet. Auf dieser sind 6 Sendeeinheiten 5a, 5b, 5c, 5d, 5e und 5f angeordnet. Mittig ist eine Empfängereinheit 6 positioniert. Die Empfängereinheit 6 ist einem Empfänger des Regensensors 7 zugeordnet.
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Jeder Sender des Regensensor 7 umfasst neben einer Sendeeinheit 5a–5f eine Sendeoptik 8a, 8b, 8c, 8d, 8e und 8f. Diese Sendeoptiken 8a–8f sind in dem Oberteil 1 angeordnet. Ebenso ist dort eine Empfangsoptik 9 angeordnet, die der Empfangseinheit 6 zugehörig ist.
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Wie darüber hinaus in der Darstellung gemäß 2 zu erkennen ist, sind im zusammengesetzten Zustand des Regensensors 7 auf den Sendeoptiken 8a–8f und den Empfangsoptiken 9 Lichtleiter 10 angeordnet. Diese Lichtleiter 10 sind spinnenartig aufgebaut. An einer Außenseite einer Windschutzscheibe 11 (3) werden dadurch sensitive Flächen ausgebildet und an diesen kann der auftreffende Regen detektiert werden. Wie in der Schnittdarstellung in 3 zu erkennen ist, wird das von der Sendeeinheit 5a emittierte Licht über einen einzigen Lichtweg bis zu einer einzigen gemeinsamen sensitiven Fläche gleitet und dann über einen einzigen Lichtweg zurück zum Empfänger und insbesondere zur Empfangseinheit 6 geleitet.
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Auf Grund dieser Ausgestaltung sind bei den bekannten Sensoren eine große Anzahl von Sendern, hier 6 Sender, erforderlich, um eine ausreichende Detektionssicherheit zu gewährleisten. Andererseits sind jedoch die sensitiven Flächen in ihrer Anzahl im Vergleich zu der Anzahl der Sendeeinheiten 5a bis 5f klein. Denn es sind auch hier nur 6 derartige sensitive Fläche möglich.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Regensensor sowie eine Regendetektionsvorrichtung für ein Fahrzeug zu schaffen, welcher bzw. welche bei hoher und sicherer Detektionssicherheit bauteilreduziert ausgebildet ist.
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Diese Aufgabe wird durch einen Regensensor, welcher die Merkmale nach Anspruch 1 aufweist, und eine Regendetektionsvorrichtung, welche die Merkmale nach Anspruch 12 aufweist, gelöst.
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Ein erfindungsgemäßer Regensensor für ein Fahrzeug umfasst zumindest einen Sender und einen Empfänger, wobei der Sender eine Sendeeinheit und eine im Strahlengang der Sendeeinheit angeordnete Sendeoptik umfasst. Die Sendeoptik weist zumindest zwei separate Signalauskoppelstrukturen auf, die derart ausgebildet sind, dass die aus der Sendeoptik austretenden Signale zumindest zwei separate und beabstandete Signalbündel bilden. Durch eine derartige Ausgestaltung des Regensensors kann eine sehr präzise und sichere Detektionsmöglichkeit geschaffen werden, wobei darüber hinaus eine bauteilreduzierte Ausgestaltung des Regensensors gewährleistet ist. Insbesondere die Anzahl der Sendeeinheiten und somit auch die Anzahl der Sender kann deutlich reduziert werden.
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Vorzugsweise sind die Signalauskoppelstrukturen auf der der Sendeeinheit zugewandten Seite beabstandet zueinander angeordnet. Die sich gegenseitig nicht beeinflussende Einkopplung von Signalen in die Signalauskopplungsstrukturen kann dadurch gewährleistet werden.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass eine erste Signalauskoppelstruktur auf der der Sendeeinheit zugewandten Seite eine konvexe erste Außenfläche aufweist, über welche Signale der Sendeeinheit einkoppelbar sind und an einer Reflektionsfläche der ersten Signalauskoppelstruktur reflektierbar sind. Es wird diesbezüglich eine Signalauskoppelstruktur geschaffen, bei der die eingekoppelten Signale quasi zumindest einmal reflektiert und somit umgelenkt werden. Die Erzeugung des ersten Signalbündels ist dadurch insbesondere im Hinblick auf eine gewünschte Richtung vorteilhaft realisierbar.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Reflektionsfläche so angeordnet ist, dass die reflektierten Signale an einer ersten Stelle einer der Sendeeinheit abgewandten zweiten Außenfläche der Sendeoptik austreten. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass eine zweite Signalauskoppelstruktur auf der der Sendeeinheit zugewandten Seite eine konvexe erste Außenfläche aufweist, über welche Signal der Sendeeinheit einkoppelbar sind. Es kann hier somit ein optisches Element in Form einer Sammellinse ermöglicht werden, so dass ein möglichst paralleler Strahlenverlauf der in die zweite Signalauskoppelstruktur eingekoppelten Signale ermöglicht ist.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die erste Außenfläche so angeordnet ist, dass die eingekoppelten Signale an einer zweiten Stelle einer der Sendeeinheit abgewandten zweiten Außenfläche der Sendeoptik austreten. Es wird somit durch die ganz spezifischen Anordnungen und Ausgestaltungen der beiden Signalauskopplungsstrukturen einer Sendeeinheit gewährleistet, dass auch an der Signalaustrittsfläche und somit der zweiten Außenfläche an zwei verschiedenen Stellen die Auskopplung der Signalbündel erfolgt. Dies hat den Vorteil, dass sie bereits ganz gezielt und separiert voneinander jeweils an eine gewünschte Stelle der Scheiben, insbesondere der Windschutzscheibe, des Fahrzeugs leitbar sind.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Signalauskoppelstruktur so ausgebildet sind, dass ein erstes Strahlenbündel in der ersten Signalauskoppelstruktur nach dem Austritt an einer ersten Stelle einer der Sendeeinheit abgewandten zweiten Außenfläche der Sendeoptik parallel zu dem zweiten Strahlenbündel in der zweiten Signalauskoppelstruktur nach dem Austritt an einer zweiten Stelle der zweiten Außenfläche verläuft. Die oben genannten Vorteile können dabei in besonders hervorzuhebender Weise realisiert werden.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass eine Sendeoptik mit den beiden Signalauskoppelstrukturen einstückig ausgebildet ist. Dadurch können unerwünschte Positionstoleranzen zwischen den Signalauskoppelstrukturen vermieden werden. Dies trägt dann ebenfalls positiv zum Verlauf der Strahlenbündel bzw. Signalbündel relativ zueinander bei.
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Vorzugsweise ist die Sendeoptik aus einem für Signale im infraroten Spektralbereich durchlässigen Kunststoff ausgebildet.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Sendeoptik in einem lichtundurchlässigen Träger angeordnet ist. Unerwünschte Lichtaustritte und Streuungen können dadurch vermieden werden. Darüber hinaus kann die Sendeoptik mit diesem Träger auch mechanisch stabile und sicher positioniert werden. Das Einbetten der Sendeoptik in den Träger ist selbstverständlich dahingehend realisiert, dass das eingekoppelte Licht auch an der der Sendeeinheit abgewandten Außenfläche wieder austreten und weitergeleitet werden kann.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Regendetektionsvorrichtung für ein Fahrzeug mit zumindest einem erfindungsgemäßen Regensensor oder einer vorteilhaften Ausgestaltung davon. Darüber hinaus umfasst die Regendetektionsvorrichtung eine durchsichtige Scheibe des Fahrzeugs, an der die Regendetektion mit dem Regensensor durchführbar ist. Insbesondere ist die Scheibe eine Frontscheibe bzw. Windschutzscheibe des Fahrzeugs. Der Regensensor kann dabei an der Innenseite und somit an der dem Fahrzeuginnenraum zugewandten Seite der Scheibe angeordnet sein. Er kann auch zumindest teilweise integriert in der Scheibe angeordnet sein.
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Vorzugsweise ist der Regensensor so angeordnet, dass die beiden aus der zweiten Außenfläche austretenden Strahlenbündel bzw. Signalbündel an zwei separaten Stellen an der Außenseite der Scheibe auftreffen und dadurch zwei separate sensitive Detektionsflächen pro Sendeeinheit ausgebildet sind. Dies ist eine besonders hervorzuhebende Ausführung, da damit eine sehr bauteilreduzierte Ausgestaltung der Vorrichtung und somit auch des Regensensors geschaffen werden kann, die dadurch eine größtmögliche Anzahl an Detektionsflächen gewährleistet. Insbesondere kann somit vorgesehen sein, dass die Anzahl der Detektionsflächen stets doppelt so groß ist als die Anzahl der Sendeeinheiten und somit auch der Sender.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Sendeeinheit und der Empfänger des Regensensors so angeordnet sind, dass die von den beiden sensitiven Detektionsflächen reflektierten Strahlenbündel bzw. Signalbündel parallel an zwei Stellen einer zweiten, der Empfangseinheit abgewandten Außenfläche einer Empfangsoptik eines Empfängers einkoppeln und über zwei separate Signaleinkoppelstrukturen zur Empfangseinheit leitbar sind.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass der Empfänger eine im Strahlengang zu einer Empfangseinheit angeordnete Empfangsoptik mit zwei Signaleinkoppelstrukturen aufweist, mittels welcher zwei separate, in die Empfangsoptik eingekoppelte Strahlenbündel bzw. Signalbündel zur Empfangseinheit leitbar sind.
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Insbesondere ist eine Signaleinkoppelstruktur zum direkten Leiten eines ersten Signalbündels zur Empfangseinheit und die zweite Signaleinkoppelstruktur zum indirekten Leiten des eingekoppelten zweiten Signalbündels über eine Reflektionsfläche der zweiten Signaleinkoppelstruktur zur Empfangseinheit ausgebildet.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Explosionsdarstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten Regensensors;
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2 eine perspektivische Darstellung des zusammengesetzten Zustands des Regensensors gemäß 1;
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3 eine Schnittdarstellung durch einen Teilbereich des Regensensors gemäß 1 und 2;
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4 eine perspektivische Darstellung der Leiterplatte mit zwei Sendern und einem Empfänger eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Regensensors;
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5 eine perspektivische Darstellung eines Oberteils eines Gehäuses des erfindungsgemäßen Regensensors;
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6 eine perspektivische Schnittdarstellung der Ausführung in 4;
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7 eine Schnittdarstellung durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Regendetektionsvorrichtung mit gezeigtem Verlauf der Strahlenbündel; und
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8 eine Draufsicht auf die Regendetektionsvorrichtung gemäß 7.
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In 4 ist eine perspektivische Darstellung von Teilkomponenten eines Regensensors 12 gezeigt. Der Regensensor 12 umfasst ein nicht dargestelltes Gehäuse, welches insbesondere auch aus einem Oberteil 13 (5) und einem damit verbindbaren Unterteil, wie es beispielsweise auch das Unterteil 2 in 1 sein kann, ausgebildet ist. In dem Gehäuse, welches durch das Oberteil 13 und das Unterteil gebildet wird, ist eine in etwa dreieckförmige Leiterplatte 14 angeordnet. Auf einer Oberseite 15 der Leiterplatte 14 ist ein erster Sender 16 und ein zweiter Sender 17 angeordnet. Darüber hinaus ist ein einziger Empfänger 18 darauf positioniert. Der Regensensor 12 umfasst somit lediglich zwei Sender 16 und 17 und einen Empfänger 18. Der Sender 16 umfasst eine Sendeeinheit 16a, welche zur Aussendung von IR(Infrarot)-Strahlen ausgebildet ist. Im Strahlengang der Sendeeinheit 16a ist eine Sendeoptik 16b angeordnet. Analog ist der Sender 17 aufgebaut, der ebenfalls eine Sendeeinheit 17a und eine Sendeoptik 17b aufweist.
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Der Empfänger 18 umfasst eine Empfangseinheit 18a und eine im Strahlengang bis zur Empfangseinheit 18a angeordnete Empfangsoptik 18b. Die Sendeoptiken 16b und 17b als auch die Empfangsoptik 18b sind aus einem im Infrarotbereich durchlässigen Kunststoff ausgebildet. Dies insbesondere im Hinblick auf die spektrale Verteilung der Sender 16 und 17 und des Empfängers 18.
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Darüber hinaus ist vorgesehen, dass insbesondere die Sendeoptiken 16b und 17b und die Empfangsoptik 18b in einem nicht dargestellten lichtundurchlässigen Kunststoff eingebettet sind, wobei dieser als Träger 31 (5) ausgebildet ist.
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In 5 ist das Oberteil 13 gezeigt, wobei hier explizit auch der Träger 31 dargestellt ist, in dem die genannten Sendeoptiken 16b und 17b und die Empfangsoptik 18b eingebettet sind.
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In 6 ist eine Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie VI-VI in 4 gezeigt. Nachfolgend wird der Aufbau des Senders 17 und des Empfängers 18 näher erläutert. Der Sender 16 ist analog zum Sender 17 aufgebaut.
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Wie zu erkennen ist, weist die Sendeeinheit 17a zentral mittig eine Sendequelle 17c auf. Diese ist in einem topfförmigen Bereich 17d der Sendeeinheit 17a angeordnet. Dadurch kann der gezielte Austritt der IR-Signale aus der Signalquelle 17c erreicht werden.
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Diese werden dann in Richtung der Sendeoptik 17b ausgestrahlt. Die Sendeoptik 17b ist ein einstöckiges Bauteil. Sie umfasst eine erste Signalauskoppelstruktur 17e. Diese weist auf der der Sendeeinheit 17a zugewandten Seite eine konvexe Außenfläche 17f auf. Darüber hinaus ist anschließend an diese konvexe erste Außenfläche 17f eine vertikal orientierte Reflektionsfläche 17g geschaffen. Auf der der Sendeeinheit 17a gegenüberliegenden Seite der ersten Signalauskoppelstruktur 17e ist eine zweite Außenfläche 17h ausgebildet, die horizontal verläuft.
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Darüber hinaus umfasst die Sendeoptik 17b eine zweite Signalauskoppelstruktur 17i. Diese ist auf der der Sendeeinheit 17a zugewandten Seite beabstandet zur ersten Signalauskoppelstruktur 17e ausgebildet. Die zweite Signalauskoppelstruktur 17i umfasst auf der der Sendeeinheit 17a zugewandten Seite ebenfalls eine konvexe erste Außenfläche 17j. Darüber hinaus umfasst die zweite Signalauskoppelstruktur 17i auf der der Sendeeinheit 17a abgewandten Seite eine zweite Außenfläche 17k.
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Die von der Signalquelle 17c abgestrahlten Signale bzw. Strahlen werden einerseits in die erste Signalauskoppelstruktur 17e und andererseits in die zweite Signalauskoppelstruktur 17i jeweils über die konvexen ersten Außenflächen 17f und 17j eingekoppelt und dann über die zweiten Außenflächen 17h und 17k aus der Sendeoptik 17b ausgekoppelt. Sie werden dabei an zwei beabstandeten separaten Stellen auf der zweiten Außenfläche ausgekoppelt. Wie in der Darstellung gemäß 4 und 6 zu erkennen ist, sind die beiden zweiten Außenflächen 17h und 17k als eine gemeinsame zusammenhängende Außenfläche ausgebildet. Sie stellen somit quasi die Oberseite der Sendeoptik 17b dar.
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Darüber hinaus ist zu erkennen, dass die Empfangseinheit 18a zum Empfangen von über die Empfangsoptik 18b eingekoppelten Strahlenbündel ausgebildet ist. Die Empfangsoptik 18b umfasst eine erste Signaleinkoppelstruktur 18c. Diese erste Signaleinkoppelstruktur 18c umfasst auf der der Empfangseinheit 18a zugewandten Seite eine erste konvexe Außenfläche 18d. Sie umfasst darüber hinaus auf der der Empfangseinheit 18a abgewandten Seite eine zweite Außenfläche 18e.
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Darüber hinaus umfasst die Empfangsoptik 18b eine beabstandet zur ersten Signaleinkoppelstruktur 18c angeordnete zweite Signaleinkoppelstruktur 18f. Auch diese weist auf der der Empfangseinheit 18a zugewandten Seite eine erste konvexe Außenfläche 18g auf. Auf der der Empfangseinheit 18a abgewandten Seite ist eine zweite Außenfläche 18h ausgebildet. Auch hier sind die beiden zweiten Außenfläche 18e und 18h als gemeinsame Ebene und somit horizontal orientierte Fläche ausgebildet, die somit den oberen Abschluss der Empfangsoptik 18b bilden. Die von dem Sender 17 abgestrahlten beiden und in 6 nicht gezeigten separaten Strahlenbündel bzw. Signalbündel werden an der Windschutzscheibe abhängig von sich auf der Außenseite der Windschutzscheibe befindlichen Regentropfen mehr oder weniger reflektiert und treten dann als separate beabstandete Strahlenbündel in die Empfangsoptik 18b an zwei verschiedenen Stellen der zweiten Außenflächen 18e, 18h ein und werden dann über die Signaleinkoppelstrukturen 18c und 18f individuell zur Empfangseinheit 18a geleitet.
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In 7 ist in einer Schnittdarstellung eine Regendetektionsvorrichtung 19 für ein Fahrzeug gezeigt. Diese Regendetektionsvorrichtung 19 umfasst zumindest einen Regensensor 12. Der Regensensor 12 ist an einer Windschutzscheibe 20 des Fahrzeugs angeordnet. In der Darstellung gemäß 7 ist dabei eine Schnittdarstellung gezeigt, bei der die Ausgestaltung gemäß 4 entlang der Schnittlinie VII-VII gezeigt ist und somit genau von der entgegengesetzten Seite betrachtet wird als die Darstellung in 6.
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Wie zu erkennen ist, wird dabei von der Signalquelle 17c eine Signalemission durchgeführt, wobei dabei eine Signaleinkopplung sowohl über die erste Signalauskoppelstruktur 17e als auch über die zweite Signalauskoppelstruktur 17i erfolgt. Die in die erste Signalauskoppelstruktur 17e eingeleiteten Strahlen werden an der Reflektionsfläche 17g reflektiert und ein Strahlenbündel bzw. Signalbündel 21 an einer spezifischen Stelle 22 der zweiten Außenfläche 17h ausgekoppelt. Dieses Signalbündel 21 gelangt dann an einer Außenseite 23 der Windschutzscheibe 20 an eine erste sensitive Fläche 24 bzw. erzeugt eine derartige erste sensitive Fläche 24 und wird dort abhängig von mehr oder weniger Regen auf der Außenseite 23 der Windschutzscheibe 20 reflektiert. Dieses dann reflektierte Signalbündel 21a wird dann über eine spezifische Stelle 25 auf der zweiten Außenfläche 18h der Empfangsoptik 18b eingekoppelt und über die Signaleinkoppelstruktur 18f zur Empfangseinheit 18a geleitet.
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Darüber hinaus wird über die Signalquelle 17c auch in die Signalauskoppelstruktur 17i ein Einkoppeln von Strahlen durchgeführt, die dann direkt von einer spezifischen separaten Stelle 26 der zweiten Außenfläche 17k ausgekoppelt werden. Diesbezüglich ist ein weiteres Strahlenbündel bzw. Signalbündel 27 erzeugt, welches parallel und beabstandet zum Signalbündel 21 verläuft. Dieses Signalbündel 21 trifft dann an einer weiteren separaten sensitiven Fläche 28, welche beabstandet zur Fläche 24 ist, auf der Außenseite 23 der Windschutzscheibe 20 auf und wird dort ebenfalls entsprechend reflektiert. Durch den einen Sender 17 werden somit auf Grund der Ausgestaltung zwei separate Signalbündel 21 und 27 ausgekoppelt und dadurch zwei separate und beabstandet zueinander angeordnete sensitiven Flächen 24 und 28 generiert.
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Der an der sensitiven Fläche 28 reflektierte Strahlengang bzw. das reflektierte Signalbündel 27a wird dann über eine auf der Außenfläche 18a befindliche Stelle 32 welche beabstandet zur Stelle 25 ist, in die Signaleinkoppelstruktur 18c zur Empfangseinheit 18a geleitet, wobei hier eine indirekte Leitung über eine Reflektion an der Reflektionsfläche 18i erfolgt.
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In 8 ist eine schematische Draufsicht auf die Windschutzscheibe 20 gezeigt, wobei insbesondere die positionelle Anordnung der vier erzeugten sensitiven Flächen 24, 28 sowie die über die Sender 16 erzeugten weiteren sensitiven Flächen 29 und 30 gezeigt sind.
