DE102015001800A1

DE102015001800A1 - Sensorvorrichtung

Info

Publication number: DE102015001800A1
Application number: DE102015001800.0A
Authority: DE
Inventors: Alexander Göhmann; Carsten THUN
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2015-02-12
Filing date: 2015-02-12
Publication date: 2016-08-18

Abstract

Bei einer Sensorvorrichtung mit einem Sensor, der zum Empfang von Licht im sichtbaren Bereich vorgesehen und ausgelegt ist, und einem Diffusor, der dem Sensor vorgeschaltet ist, weist die Sensorvorrichtung eine IR-LED aufweist die zum Aussenden von elektromagnetischen Wellen im Infrarotbereich vorgesehen und ausgelegt ist. Weiterhin weist die Sensorvorrichtung einen IR-Sensor auf, der zum Empfang von elektromagnetischen Wellen im Infrarotbereich vorgesehen und ausgelegt ist. Die IR-LED, der Diffusor und der IR-Sensor sind so positioniert, dass die von der IR-LED ausgesandten elektromagnetischen Wellen in einem Messbereich reflektiert werden und von dem IR-Sensor empfangen werden und auf dem Strahlengang mindestens einmal durch den Diffusor treten. Dadurch wird eine kompakte Sensorvorrichtung geschaffen, mit der Umgebungslicht detektieren wird und eine Regendetektion möglich ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung mit einem Sensor, der zum Empfang von Licht im sichtbaren Bereich vorgesehen und ausgelegt ist, und mit einem Diffusor, der dem Sensor vorgeschaltet ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, mit einer Scheibe und einer solchen Sensorvorrichtung.
Derartige Sensorvorrichtungen sind aus der EP 0606400 B1 und der EP 0693175 B1 bekannt. In diesen Druckschriften sind Fotosensoranordnungen beschrieben, die Eingangslicht in ein elektrisches Signal umwandeln, wobei das Eingangslicht zunächst in den Diffusor tritt, in diesem verteilt wird und dann von dem Sensor empfangen wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders kompakte und einfach aufgebaute Sensorvorrichtung zu schaffen. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einer Sensorvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Hinsichtlich des Fahrzeugs erfolgt die Lösung der Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Bei einer Sensorvorrichtung mit einem Sensor, der zum Empfang von Licht im sichtbaren Bereich vorgesehen und ausgelegt ist, und einen Diffusor, der dem Sensor vorgeschaltet ist, ist erfindungswesentlich vorgesehen, dass die Sensorvorrichtung eine IR-LED (Infrared-Light Emitting Diode) aufweist, die zum Aussenden von elektromagnetischen Wellen im Infrarotbereich vorgesehen und ausgelegt ist, dass die Sensorvorrichtung einen IR-Sensor aufweist, der zum Empfang von elektromagnetischen Wellen im Infrarotbereich vorgesehen und ausgelegt ist und dass die IR-LED, der Diffusor und der IR-Sensor so positioniert sind, dass die von der IR-LED ausgesandte Strahlung in einem Messbereich reflektiert wird und vom IR-Sensor empfangen wird und auf dem Strahlungsweg mindestens einmal durch den Diffusor tritt.
Mit der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung wird dadurch die Erfassung von Umgebungslicht und eine Detektion von Regen kombiniert. Mit dem ersten Sensor, der im Bereich des sichtbaren Lichts arbeitet, wird das Umgebungslicht detektiert. Mit der IR-LED (Infrared-Light Emitting Diode) wird Regen detektiert. Hierzu wird das Nah-Infrarotspektrum verwendet. Von der Diode ausgesandte elektromagnetische Wellen werden in Abhängigkeit von der Anwesenheit von Wasser auf der Scheibe an der Scheibenoberfläche reflektiert und von dem IR-Sensor empfangen. Durch die Verwendung des Diffusors ist der Empfangswinkel für den Sensor bzw. für beide Sensoren besonders groß und die verschiedenen Bauteile können alle dicht beieinander angeordnet werden. Die Erfindung reduziert die Anzahl der notwendigen Bauteile und reduziert wesentlich den Bauraum, der für die Umsetzung beider Funktionen benötigt wird. Außerdem wird die optische Geometrie erheblich vereinfacht.
Besonders bevorzugt ist die Sensorvorrichtung zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug im Bereich der Windschutzscheibe vorgesehen und ausgelegt. Der erste Sensor, der zum Empfang von sichtbarem Licht vorgesehen und ausgelegt ist, ist auf die Windschutzscheibe gerichtet und empfängt durch die Windschutzscheibe und den Diffusor hindurch Umgebungslicht. Auf diese Weise wird Umgebungslicht mit einem Empfangswinkel von nahezu 180° detektiert und kann besonders einfach ausgewertet werden. In derselben Sensorvorrichtung wird gleichzeitig Regen, insbesondere Wassertropfen auf der Windschutzscheibe, detektiert. Mit der IR-LED wird die Windschutzscheibe angeleuchtet und im Idealfall bei trockener Windschutzscheibe durchleuchtet. Anders als bei einem schrägen Lichteinfall erfolgt hier nämlich keine Totalreflektion, sondern das Licht bzw. die elektromagnetischen Wellen treten durch die Scheibe hindurch. Nur falls Wassertropfen oder ähnliches auf der Windschutzscheibe liegen, werden elektromagnetische Wellen reflektiert und gelangen zurück in die Sensorvorrichtung. Dies wird mit der IR-Diode detektiert. Durch den Diffusor, der im Strahlengang zwischen IR-Diode und IR-Sensor vorhanden ist und zweimal durchlaufen wird, wird der Empfangsbereich der IR-Diode besonders groß. Es wird insofern eine besonders einfache Optik geschaffen. Bei trockener Scheibe ist daher das Grundniveau der detektierten Strahlung relativ niedrig und steigt durch eine Benetzung der Windschutzscheibe an.
Der Diffusor ist bevorzugt als Beschichtung ausgebildet. Insbesondere ist der Diffusor also als plane Schicht mit einer streuenden Oberfläche ausgebildet. Besonders bevorzugt ist der Diffusor als innenliegende Beschichtung der Windschutzscheibe ausgebildet. In einer alternativen Ausgestaltung ist die Sensorvorrichtung als eigenständiges Gehäuse ausgebildet, das eine windschutzscheibenseitige Sensoroptik aufweist. Diese Sensoroptik ist innenseitig mit dem Diffusor mit einer entsprechenden Oberfläche ausgestattet. Die Sensoroptik ist dann insoweit transparent für sichtbares Licht und Infrarotlicht und dient im wesentlichen zur Ankopplung an die Windschutzscheibe. Dadurch wird ebenfalls ein sehr einfaches System geschaffen.
In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind der Sensor für das sichtbare Licht und der IR-Sensor als Kombi-Fotodiode ausgebildet. In dieser Kombi-Fotodiode werden sowohl das Umgebungslicht als auch das nah-infrarote Licht detektiert. Zur Unterscheidung der beiden Messungen muss entweder in einer Schaltung berücksichtigt werden, zu welchem Zeitpunkt von der IR-LED Licht ausgesandt wird, so dass dann zu diesem Zeitpunkt die Messung für den Infrarotbereich und damit für evtl. auf der Windschutzscheibe vorhandene Wassertropfen oder Verschmutzungen vorgenommen wird. Von diesem Messergebnis müssten dann noch Ergebnisse aus dem Umgebungslichtbereich abgezogen werden. Besonders bevorzugt handelt es sich jedoch um eine schaltbare Kombi-Fotodiode, die also derart umschaltbar ist, dass sie einmal Umgebungslicht detektiert und einmal Licht im nah-infraroten Bereich detektiert. Mit einer zugehörigen Schaltung müssen dann die Kombi-Fotodiode und die IR-LED so aufeinander abgestimmt werden, dass diese gleichzeitig im IR-Bereich aktiv sind.
Bevorzugt ist die Sensorvorrichtung derart ausgebildet, dass auf einer Leiterplatte hinter dem Diffusor als aktive Elemente ausschließlich die Kombi-Fotodiode und die IR-LED vorhanden sind. Zusätzlich ist natürlich noch eine Verschaltung und Betriebs- und Auswertelogik vorhanden. Als aktive Elemente werden jedoch nur diese beiden Elemente benötigt. Auf diese Weise ist eine besonders einfache Sensorvorrichtung geschaffen, mit der zwei Funktionen, nämlich die Detektion von sichtbarem Licht und eine Regendetektion durchgeführt werden kann. Die Sensorvorrichtung ist bevorzugt in einem Gehäuse angeordnet. Die Leiterplatte bildet bevorzugt den Boden des Gehäuses aus. Wie oben beschrieben, kann das Gehäuse entweder zur Windschutzscheibe offen sein und eine auf der Windschutzscheibe oder einem Teilbereich der Windschutzscheibe angeordnete Diffusorschicht nutzen. Alternativ kann das Gehäuse auch windschutzscheibenseitig mit einer Sensoroptik geschlossen sein, die dann bevorzugt innenseitig den Diffusor aufweist.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einer Scheibe, an der die oben beschriebene Sensorvorrichtung vorhanden ist. Bevorzugt ist die Scheibe, insbesondere die Windschutzscheibe innenseitig zumindest in einem Teilbereich mit einer streuenden Oberfläche ausgestattet, die als Diffusor wirkt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels weiter erläutert. Im Einzelnen zeigen die schematischen Darstellungen in:
1: die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung bei der Messung des Umgebungslichts; und
2: die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung bei der Regendetektion.
In 1 ist die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung 1 dargestellt. Eine Windschutzscheibe 2 ist innenseitig mit einer Sensoroptik 3 und einem Diffusor 4 ausgestattet, der hier als streuende Oberfläche ausgebildet ist. Die Scheibe 2 ist dadurch zumindest im Bereich der Sensorvorrichtung 1 mit dem Diffusor 4 ausgerüstet. Hinter der Windschutzscheibe 2 ist in einem Gehäuse 5 eine IR-LED (Infrared-Light Emitting Diode) 6 angeordnet. Weiterhin ist in dem Gehäuse 5 eine Kombi-Fotodiode 9 angeordnet, die insbesondere einen Sensor 7 enthält, der zum Empfang von sichtbarem Licht ausgelegt und vorgesehen ist. Durch die Windschutzscheibe 2 tritt Umgebungslicht 10 in die Sensorvorrichtung 1 ein und wird dabei an dem Diffusor 4 gestreut, so dass in dem Gehäuse 5 gestreutes Umgebungslicht 11 vorliegt, das zumindest teilweise auf die Kombi-Fotodiode 9 bzw. den Sensor 7 trifft und dort detektiert wird. Durch den Diffusor 4 bzw. die innenseitig liegende streuende Oberfläche ist hier eine Detektion mit einem Empfangswinkel von nahezu 180° möglich.
In 2 ist erneut die Sensorvorrichtung 1 dargestellt, wobei hier jedoch die Funktion der Regendetektion dargestellt ist. Die IR-LED 6 sendet IR-Strahlung 12 als Anregungslicht zur Regendetektion aus. Dieses tritt durch die Windschutzscheibe 2 hindurch und wird zum Teil an der Oberfläche der Windschutzscheibe 2 totalreflektiert. Trifft die IR-Strahlung 12 auf einen Tropfen 13 oder Verschmutzungen oder ähnliches, die auf der Windschutzscheibe 2 liegen, so wird ein Teil des Lichtes ausgekoppelt, und ein Teil des Lichts, bzw. der IR-Strahlung 12 reflektiert. Die reflektierte Infrarotstrahlung ist hier im Strahlengang mit 14 dargestellt. Diese wird dann durch den Diffusor 4, der hier als streuende Oberfläche ausgebildet ist, gestreut und tritt dann als gestreute Infrarotstrahlung 15 in das Gehäuse ein und wird dort von der Kombi-Fotodiode 9 empfangen, die zu diesem Zeitpunkt dann als IR-Sensor 8 arbeitet, der zum Empfang von Infrarotstrahlung vorgesehen und ausgelegt ist. Die Kombi-Fotodiode 9 ist bevorzugt schaltbar und empfängt also zu einem Zeitpunkt nur das sichtbare Licht und arbeitet dann in dem Modus gemäß 1. In dem anderen Modus gemäß 2 arbeitet die Kombi-Fotodiode 9 nur im Infrarotbereich und dient zur Detektion von Regen.
Alle in der vorstehenden Beschreibung und in den Ansprüchen genannten Merkmale sind in einer beliebigen Auswahl mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs kombinierbar. Die Offenbarung der Erfindung ist somit nicht auf die beschriebenen bzw. beanspruchten Merkmalskombinationen beschränkt, vielmehr sind alle im Rahmen der Erfindung sinnvollen Merkmalskombinationen als offenbart zu betrachten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0606400 B1 [0002]
EP 0693175 B1 [0002]

Claims

Sensorvorrichtung mit einem Sensor (7), der zum Empfang von Licht im sichtbaren Bereich vorgesehen und ausgelegt ist, und einem Diffusor (4), der dem Sensor (7) vorgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (1) eine IR-LED (6) aufweist, die zum Aussenden von elektromagnetischen Wellen im Infrarotbereich vorgesehen und ausgelegt ist, dass die Sensorvorrichtung (1) einen IR-Sensor (8) aufweist, der zum Empfang von elektromagnetischen Wellen im Infrarotbereich vorgesehen und ausgelegt ist, und dass die IR-LED (6), der Diffusor (4) und der IR-Sensor (8) so positioniert sind, dass die von der IR-LED (6) ausgesandten elektromagnetischen Wellen in einem Messbereich reflektiert werden und von dem IR-Sensor (8) empfangen werden und auf dem Strahlengang mindestens einmal durch den Diffusor (4) treten.
Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (1) zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug im Bereich der Scheibe (2) vorgesehen ist.
Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (1) ein Gehäuse mit einer transparenten Sensoroptik (3) aufweist und dass die Sensoroptik (3) innenseitig einen Diffusor (4) aufweist.
Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusor (4) als Beschichtung ausgebildet ist.
Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (7) für das sichtbare Licht und der IR-Sensor (8) als Kombi-Fotodiode (9) ausgebildet sind.
Sensorvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kombi-Fotodiode (9) schaltbar ist.
Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (1) auf einer Leiterplatte (5) hinter dem Diffusor (4) als aktive Elemente ausschließlich die Kombi-Fotodiode (9) und die IR-LED (6) aufweist.
Fahrzeug mit einer Scheibe (2), dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug eine Sensorvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
Fahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (2) innenseitig, zumindest in einem Teilbereich mit einer streuenden Oberfläche als Diffusor (4) beschichtet ist.