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Die Erfindung betrifft einen Regensensor, insbesondere
für ein
Kraftfahrzeug nach Gattung des unabhängigen Anspruchs.
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Stand der
Technik
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Es sind Regensensoren in zahlreichen
unterschiedlichen Ausführungsformen
bekannt. Üblicherweise
besteht ein solcher Sensor aus einer optischen Sende-Empfangsstrecke.
Ein unter einem Winkel von ca. 45 Grad in die Fahrzeugscheibe eingekoppeltes
Licht wird unter Totalreflexion an der trockenen äußeren Grenzfläche reflektiert
und trifft in einen in passendem Winkel ausgerichteten optischen
Empfänger.
Stehen Wassertropfen oder steht ein Wasserfilm auf der Außenfläche der
Scheibe, so tritt keine Totalreflexion mehr auf, sondern es wird
ein erheblicher Teil des Lichts nach außen abgestrahlt. Das Empfangssignal
wird dadurch deutlich geschwächt. Der
Grad dieser Abschwächung
kann als Maß für die Benetzung
der Scheibe mit Wasser verwendet werden. Das gewonnene Signal kann
bspw. als Eingangssignal einer Einschaltsteuerung einer Scheibenwischvorrichtung
dienen. Gattungsgemäße Regensensoren
mit optischen Sende-Empfangsstrecken sind bspw. aus der
DE 100 41 776 A1 und
aus der
DE 100 60
964 A1 bekannt.
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Die bekannten Regensensoren unterscheiden
sich hinsichtlich ihrer Befestigung an der Windschutzscheibe und
hinsichtlich ihres Aufbaus. So sind einteilige und zweiteilige Ausführungen
bekannt. Ein einteiliger Regensensor wird üblicherweise über ein
zusätzlich
an der Scheibe anzubringendes Befestigungselement an die Scheibe
gepresst, was auch als Anpresskoppelung bezeichnet wird. Bei der
sog. Klebekoppelung wird meist ein zweiteiliger Regensensor verwendet.
Ein Teil davon wird dabei direkt an die Scheibe geklebt. Dieses
Teil wird meist als Trägerplatte
bezeichnet, in die ein Linsensystem integriert ist. Die Klebeverbindung
kann hierbei über
ein sog. Koppelkissen hergestellt werden, das typischerweise eine
ca. 1,5 bis 2 mm dicke und optisch transparente Haftklebefolie aus
Polyacrylat o. dgl. ist. Die elektronische Einheit mit dem Sender
und dem Empfänger
wird nach der Klebung des optischen Teils mit diesem verbunden,
bspw. mittels Schnapphaken oder mittels eines Schiebemechanismus.
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Vorteile der
Erfindung
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Bei einem Regensensor, der eine Messstrecke
mit wenigstens einem Sender und wenigstens einem Empfänger für elektromagnetische
Wellen aufweist, ist in der Messstrecke eine die Wellenausbreitung
zwischen dem Sender und dem Empfänger
beeinflussende Glasscheibe angeordnet. Die Beeinflussung erfolgt
derart, dass sich bei Ausbildung eines Belages auf der Scheibe ein
vom Empfänger
detektiertes Ausgangssi gnal ändert.
Der Regensensor weist weiterhin Strukturen zur Ein- und Auskoppelung
der elektromagnetischen Wellen auf, die strahlungsbündelnde
Eigenschaften aufweisen. Gemäß der Erfindung
ist der Regensensor aus wenigstens zwei miteinander verbindbaren
Moduleinheiten aufgebaut.
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Die elektromagnetischen Wellen sind
bei einer bevorzugten Ausgestaltung bzw. Anwendung des Regensensors
Lichtwellen. Diese können
im Wesentlichen Wellenlängenanteile
im sichtbaren Bereich als auch im nicht sichtbaren Bereich aufweisen. Insbesondere
Infrarotlicht eignet sich gut für
die vorliegende Anwendung. Bei der Glasscheibe handelt es sich vorzugsweise
um eine Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeuges, bei dem der Regensensor
vorzugsweise zum Einsatz kommt. Der Belag auf der Windschutzscheibe
kann insbesondere ein feuchter Niederschlag, bspw. Regen oder Nebel
sein.
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Eine erste Moduleinheit kann mittels
einer lösbaren
Rast- oder Steckverbindung mit einer zweiten Moduleinheit verbunden
werden. Die zweite Moduleinheit weist vorzugsweise eine mit der
Windschutzscheibe verbindbare Fügefläche auf.
Diese Fügefläche kann
mittels einer transparenten Klebstoffschicht auf der Windschutzscheibe
befestigt werden. Mit einer solchen Anordnung kann in vorteilhafter
Weise ein zweiteiliger Regensensor-Aufbau realisiert werden, der
ein an die Scheibe klebbares Trägerteil
umfasst, dass sehr robust und einfach aufgebaut und damit auch sehr
kostengünstig
realisierbar ist. Zusätzlich
kann mit der erfindungsgemäßen Anordnung
eine sehr geringe Baugröße des Sensors, sowohl
hin sichtlich der Sensorhöhe
als auch der lateralen Ausdehnung erreicht werden.
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Die Trägerplatte ist zumindest partiell
transparent und kann mittels einer transparenten Haftfolie o. dgl.
an die Windschutzscheibe geklebt werden. Für die haftende Verbindung kann
wahlweise auch ein transparenter Reaktions- bzw. Schmelzklebstoff
eingesetzt werden. Die erste Moduleinheit umfasst im Wesentlichen
ein Oberteil mit einem Gehäusedeckel sowie
darin befindlichen elektronischen Komponenten. Im Gehäusedeckel
ist eine Leiterplatte sowie der optische Sender und Empfänger befestigt.
Die erste Moduleinheit beinhaltet somit das eigentliche Sensorteil
und ist getrennt vom Trägerteil
auf diesem zu montieren.
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Das Trägerteil bzw. die Trägerplatte
enthält keine
Linsen oder andere, den Strahlungsgang ablenkende optische Komponenten.
Das Trägerteil weist
somit keine komplexe Linsengeometrie auf. Der Strahlengang bis zum
Eintreten in das Trägerteil bzw.
nach dem Austreten aus dem Trägerteil
kann durch lichtbeeinflussende Komponenten wie Linsen, Lichtleiter
und Spiegel gestaltet werden, die mit der Sensoreinheit und damit
eng mit den Licht emittierenden und Licht detektierenden Bauelementen
auf der Leiterplatte der Sensoreinheit verbunden sind. Hierdurch
lässt sich
eine erhöhte
Lichtausbeute aufgrund von geringen Streuverlusten innerhalb des
Sensors sowie eine bessere Trennung des emittierten Strahls vom
empfangenen Strahl innerhalb des Sensors erreichen.
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Die Trägerplatte kann an einer der
Fügefläche abgewandten
Seite Raststege zur lösbaren Rastverbindung
mit der ersten Moduleinheit aufweisen. Alternativ kann die Trägerplatte
mit dem Oberteil auch durch eine Schiebeverrastung o. dgl. verbunden
werden.
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Der erfindungsgemäße Regensensor weist weiterhin
vorzugsweise eine Fremdlichtsperre auf, die als formstabile oder
nicht formstabile Komponente auf die Strukturen zur Ein- und Auskoppelung
der elektromagnetischen Wellen aufgebracht sein kann und für eine Verbesserung
der Signalgüte
durch Abschirmung von Fremdlichtanteilen sorgt. Die Strukturen zur
Ein- und Auskoppelung der elektromagnetischen Wellen bestehen vorzugsweise
im Wesentlichen aus transparentem Kunststoff, insbesondere aus spritzgegossenem
Kunststoff. Die Strukturen lassen sich besonders vorteilhaft als
integriertes Strukturbauteil herstellen. Hierauf lässt sich
die Fremdlichtsperre in einfacher Weise aufbringen, bspw. als Kunststoffschicht,
die nur in den Bereichen der Messstrecke für die elektromagnetischen Wellen
durchlässig
bzw. transparent ist. In Bereichen der Messstrecke kann diese Kunststoffschicht
vorzugsweise mit Öffnungen
versehen sein, die sich insbesondere durch Ausstanzen an den vorgesehenen
Stellen herstellen lassen.
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Weiterhin kann in einer bevorzugten
Ausgestaltung der Erfindung zwischen den optischen Komponenten der
Trägerplatte
und dem Sender bzw. dem Empfänger
ein optisch transparentes Koppelkissen angeordnet sein. Dieses Koppelkissen
besteht aus einem elastomeren und transparenten Kunststoff und kann
die luftgefüllten
Räume innerhalb
des Sensors ausfüllen.
Mittels diesem zusätzlichen
Elastomerkissen auf den Lichteintritts- bzw. -austrittsflächen auf der
Oberseite des Trägerteils
kann eine direkte Koppelung zu den Lichtleiterstrukturen der Sensoreinheit ermöglicht werden.
Hierdurch werden im Übergang von
der Sensoreinheit zum Trägerteil
Grenzflächen zu
Luft vermieden und damit Streu- und Reflexionsverluste vermieden
bzw. reduziert. Dieses Koppelkissen kann bspw. aus SEBS oder Silikon
bestehen, das entweder bereits auf das Trägerteil aufgebracht sein kann,
bspw. mittels Spritzguss, bei der Montage eingelegt wird oder bereits
auf die Linsen aufgebracht sein kann, bspw. mittels Spritzguss.
Das Elastomerkissen ist im montierten Zustand vorzugsweise leicht komprimiert,
um bei allen auftretenden Toleranzfällen des Trägerteils, der Sensoreinheit
und deren Verbindung eine flächige
gegenseitige Ankoppelung zu gewährleisten.
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Die optischen lichtbeeinflussenden
Komponenten wie Linsen und Lichtleiter sind bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform
in unmittelbarer Nähe
zu lichtemittierenden und lichtdetektierenden Bauelementen angeordnet
und können
diese ggf. auch seitlich umschließen. Hierdurch wird eine erhöhte Lichtausbeute
durch weniger Streuverluste und eine bessere Trennung des emittierten
Strahls vom empfangenen Strahl innerhalb des Sensors erreicht.
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Der erfindungsgemäße Regensensor weist eine optimierte
Linsen- bzw. Lichtleitergeometrie auf, so dass diese möglichst
nahe an das Trägerteil
heran reichen. Je näher
sich die Linsen bzw. Lichtleiter am Trägerteil befinden, desto kleiner
kann die Sensoreinheit und der gesamte Regensensor gebaut werden.
D.h. aufgrund des verkleinerten bzw. verkürzten Strahlengangs kann die
Sensorhöhe,
-länge
und Sensorbreite verringert werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend in
bevorzugten Ausführungsbeispielen
anhand der zugehörigen Zeichnungen
näher erläutert. Dabei
zeigt:
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1 ein
Oberteil eines erfindungsgemäßen Regensensors
in schematischer Darstellung,
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2 eine
Trägerplatte
des Regensensors in schematischer Darstellung,
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3 den
Regensensor in zusammen gebautem Zustand und schematischer Darstellung,
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4 ein
Oberteil einer alternativen Variante des erfindungsgemäßen Regensensors
in schematischer Darstellung,
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5 eine
Trägerplatte
der alternativen Variante des Regensensors in schematischer Darstellung
und
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6 die
alternative Variante des Regensensors in zusammen gebautem Zustand.
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In den 1 bis 6 ist ein Regensensor 2 in schematischen
Darstellungen und in zwei alternativen Varianten gezeigt. Gleiche
Teile in den Figuren sind grundsätzlich
mit gleichen Bezugszeichen ver sehen und werden teilweise nicht mehrfach
erläutert. Der
Regensensor 2 umfasst eine erste Moduleinheit 7,
die im Wesentlichen die elektronischen und optischen Komponenten
umfasst (vgl. 1). Die
erste Moduleinheit 7 besteht im gezeigten Ausführungsbeispiel
aus einem Oberteil 4 mit einem Gehäusedeckel 6. Die erste
Moduleinheit 7 beinhaltet somit die eigentlichen Komponenten
des Regensensors. Mit der ersten Moduleinheit 7 ist eine
zweite Moduleinheit 19 verbindbar (vgl. 2). Die zweite Moduleinheit 19 umfasst
im Wesentlichen eine Trägerplatte 20,
die über
eine Klebeverbindung auf einer Windschutzscheibe 34 befestigbar
ist und auf die die erste Moduleinheit 7 über eine
lösbare
Rastverbindung aufsteckbar ist. Der zusammen gebaute Regensensor 2 ist anhand
der 3 verdeutlicht.
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Im Gehäusedeckel 6 des Oberteils 4 ist
eine Leiterplatte 10 befestigt, auf der ein Sender 12 sowie ein
Empfänger 14 angeordnet
ist. Der Sender 12 kann insbesondere eine LED sein. Der
Empfänger 14 kann
insbesondere eine Photodiode o. dgl. sein. Die Wellenlängenbereiche
von Sender 12 und Empfänger 14 sind
zweckmäßigerweise
so aufeinander abgestimmt, dass der Sender 12 einen relativ
schmalen Wellenlängenbereich
abstrahlt und der Empfänger 14 im
Wesentlichen nur für
diesen Wellenlängenbereich
empfindlich ist. Sender 12 und Empfänger 14 befinden sich
an gegenüber
liegenden Enden der Leiterplatte 10, so dass ein Strahlengang 36 mit schräg ausfallendem
und schräg
einfallendem Licht gebildet werden kann. Der Ein- und Ausfallswinkel
ist gleich und kann in einem sinnvollen Bereich von 42 bis 65 Grad
liegen.
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Unterhalb der Leiterplatte 10 ist
ein Lichtleiterträger 8 angeordnet,
der mit Linsen 16 versehen ist. In jedem Strahlengang 36 des
Senders 12 wie auch des Empfängers 14 ist eine
derartige Linse 16 angeordnet, die für eine Strahlbündelung
sorgt.
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Die Leiterplatte 10 weist
vorzugsweise eine Schaltung mit der erforderlichen Sende- und Auswerteelektronik
auf und ist über
einen Stecker (nicht dargestellt) mit dem Fahrzeugbordnetz verbunden.
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Der Gehäusedeckel 6 weist
eine zylindrische oder quaderförmige
Kontur mit herunter gezogenen Seitenteilen 18 auf. Diese
dienen zur Verbindung mit seitlichen Raststegen 22 der
Trägerplatte 20,
die das Unterteil bzw. die zweite Moduleinheit 19 des Regensensors 2 bildet.
Die Trägerplatte 20 weist
vorzugsweise eine runde oder rechteckförmige Kontur auf, die der Kontur
des Gehäusedeckels 6 angepasst
ist und ist mit einer Unterseite auf einer Windschutzscheibe 34 aufgebracht.
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Die Verbindung zur Windschutzscheibe 34 erfolgt
zweckmäßigerweise über eine
Klebstoffschicht 32, mit der eine Fügefläche 31 an der Unterseite
der Trägerplatte 20 mit
der Windschutzscheibe verbunden werden kann. Damit ist der Regensensor 2 bündig und
fest auf der Oberfläche
der Glasscheibe 34 aufgebracht. Als Klebstoffschicht 32 kommt
insbesondere eine transparente Haftfolie, ein Reaktions- oder Schmelzklebstoff
o. dgl. in Frage.
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Die Verbindung zum Gehäusedeckel 6 erfolgt über seitlich
aus den senkrecht nach oben gezogenen Raststegen 22 ragende
Rastnasen 24, die in entsprechende Vertiefungen (nicht
dargestellt) an den Innenseiten der Seitenteile 18 einrasten
und auf diese Weise für
eine feste, jedoch im Bedarfsfall lösbare Verbindung des Oberteils 4 mit
dem Unterteil der Trägerplatte
sorgen können.
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Die Trägerplatte 20 ist weiterhin
mit einem transparenten Strukturbauteil 26 zur Ein- und
Auskoppelung der Lichtstrahlen aus dem Regensensor 2 und
in die Glasscheibe 34 versehen. An der Außenseite
der Windschutzscheibe 34 ist ein Wassertropfen 40 angedeutet,
der für
eine Veränderung
der Brechungsverhältnisse
an der Grenzfläche
zur Luft sorgt. Diese veränderte
Lichtbrechung resultiert in einer variablen Signalabschwächung des
vom Empfänger
detektierten Lichtanteils und ist ein Maß für die Benetzung der Windschutzscheibe 34 mit
feuchtem Niederschlag.
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Das Strukturbauteil 26 der
Trägerplatte 20 weist
eine erste Fremdlichtsperre 28 auf, die einen zwischen
einer Auskoppelstelle für
vom Sender 12 ausgestrahltes Licht und einer Einkoppelstelle
für vom
Empfänger 14 detektiertes
Licht liegenden inneren Bereich abdeckt und die für das vom
Sender 12 und Empfänger 14 verarbeitete
Licht undurchlässig ist.
Die erste Fremdlichtsperre 28 kann dafür sorgen, dass im auf den Empfänger 14 treffenden
Licht weitest gehend alle Umgebungslichtanteile ausgefiltert bleiben,
wodurch die Zuverlässigkeit
der vom Regensensor 2 gelieferten Signale erhöht werden
kann.
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Eine zweite Fremdlichtsperre 30 befindet sich
an der Unterseite der Trägerplatte 20 in
einem Bereich außerhalb
der Ein- und Auskoppelstelle und damit in einem Bereich um die erste
Fremdlichtsperre 28. Die zweite Fremdlichtsperre 30 kann
aus dem gleichen Material bestehen wie die erste Fremdlichtsperre 28.
Für die
zweite Fremdlichtsperre eignet sich jedoch insbesondere auch ein
Aluminiumblech o. dgl., das mit den erforderlichen Durchbrüchen versehen
ist.
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Die erste Fremdlichtsperre 28 kann
bspw. mit einer Lackschicht oder mit einer Kunststoffschicht realisiert
werden, die vorzugsweise mittels eines sog. IMD-Verfahrens (In-Mold-Decoration-Verfahren)
auf das Strukturbauteil 26 aufgebracht sind. Hierbei wird die
Lack- oder Kunststoffschicht bereits in die Spritzgussform eingebracht,
bevor diese unter Druck mit Kunststoff befüllt wird. Auf dem fertigen
Kunststoffbauteil befindet sich dann die damit fest verbundene Lack-
oder Kunststoffschicht. Die Kunststoffschicht kann insbesondere
einen zweischichtigen Aufbau mit einer ersten Schicht aus einer
Kunststoffmaske und einer zweiten Schicht aus einer optisch aktiven Kunststofffolie
aufweisen. Das Aluminiumblech der zweiten Fremdlichtsperre 30 kann
wahlweise auf die Trägerplatte 20 aufgeklebt
oder mittels des Spritzgießprozesses
mit dieser verbunden werden.
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Die Kunststoffmaske kann vorzugsweise ausgestanzte
Durchbrüche
an den Ein- und Auskoppelstellen des Strahlengangs 36 aufweisen,
wodurch die Lichtaustritts- und die Lichteintrittsbereiche der Maskenfolie
definiert sind. Die Farbfolie kann insbesondere eine Filterwirkung
für Fremdlicht
mit anderem Wellenlängenbereich
aufweisen. Auf diese Weise kann die Signalgüte des Regensensors 2 weiter verbessert
werden.
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Die erste Fremdlichtsperre 28 kann
wahlweise an der dem Sender 12 und Empfänger 14 zugewandten
Innenseite der Trägerplatte 20 aufgebracht sein.
Sie kann jedoch ebenso an der der Glasscheibe 34 zugewandten
Unterseite angebracht sein. Auch die zweite Fremdlichtsperre 30 kann
wahlweise außen
oder innen aufgebracht sein.
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In den 4 bis 6 ist eine Variante des erfindungsgemäßen Regensensors 2 dargestellt,
bei der im Strahlengang 36 auf das Strukturbauteil 26 aufgebrachte
Koppelkissen 38 vorgesehen ist. Diese transparenten und
flexiblen Koppelkissen 38 können dafür sorgen, dass der Strahlengang 36 im
Inneren des Regensensors 2 ausschließlich in transparenten Festkörpern verläuft und
nicht mehr in Luft. Die vorzugsweise aus transparentem und elastomerem Kunststoff
bestehenden Koppelkissen 38 können wahlweise ebenfalls mit
einem Hinterspritzverfahren eingebracht und mit dem Strukturbauteil 26 der
Trägerplatte 20 fest
verbunden werden. Die im Lichtleiterträger 8 montierten Linsen 16 sind
entsprechend weit in Richtung zum Strukturbauteil 26 verlängert (vgl. 4) und weisen bei dieser
Vari ante einen zylindrischen Fortsatz auf, der dem Strahlengang 36 folgt.
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Die Koppelkissen 38 füllen jeweils
den gesamten Zwischenraum zwischen Linsen 16 und Strukturbauteil 26 aus
(vgl. 6). Nur auf diese Weise
kann der gesamte Strahlengang 36 mit dem Koppelkissen 38 ausgefüllt werden.
Hierdurch werden im Übergang
von der Sensoreinheit zum Trägerteil
Grenzflächen
zu Luft vermieden und somit Streu- und Reflexionsverluste vermieden
bzw. gemindert.
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Eine weitere alternative Variante
kann vorsehen, dass auch die Zwischenräume zwischen Sender 12 und
zugehöriger
Linse 16 und/oder zwischen Empfänger 14 und zugehöriger Linse
jeweils mit Koppelkissen (nicht dargestellt) versehen sind. Diese
Variante schließt
jeden möglichen
weiteren Grenzschichtübergang
des Strahlengangs zwischen Luft und transparenten Strukturen aus.
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- 2
- Regensensor
- 4
- Oberteil
- 6
- Gehäusedeckel
- 7
- erste
Moduleinheit
- 8
- Lichtleiterträger
- 10
- Leiterplatte
- 12
- Sender
- 14
- Empfänger
- 16
- Linse
- 18
- Seitenteil
- 19
- zweite
Moduleinheit
- 20
- Trägerplatte
- 22
- Raststeg
- 24
- Rastnase
- 26
- Strukturbauteil
- 28
- erste
Fremdlichtsperre
- 30
- zweite
Fremdlichtsperre
- 31
- Fügefläche
- 32
- Klebstoffschicht
- 34
- Windschutzscheibe
- 36
- Strahlengang
- 38
- Koppelkissen
- 40
- Wassertropfen