DE19757821C2 - Optoelektronische Sensoreinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Sensoreinrichtung zur Erfassung von auf der Ober­ fläche einer transparenten Kraftfahrzeugscheibe vorhandenem Niederschlag und von durch dieselbe ein­ fallendem, extern auftretendem Licht, wobei an die innere Oberfläche der Scheibe ein mehrere optisch zumindest größtenteils voneinander getrennte Meßstrecken aufweisender Strahlenleitaufbau mit seinem sich parallel zur Scheibe erstreckenden vorderen Oberflächenbereich zumindest partiell angekoppelt ist und wobei vom vorderen Oberflächenbereich abgewandte, parallel dazu verlautende Abschnitte eines hinteren Oberflächenbereichs auf einen Leiterbahnträger ausgerichtet sind, auf dem an die Leiterbahnen amgeschlossene, dem Strahlenleitaufbau zugeordnete Strahlensender und Strahlenempfänger für internes Licht angeordnet sind.

Die DE 196 34 774 A1 beschreibt eine Sensoreinrichtung zur Erfassung einfallenden Lichts, bei der durch zwei horizontal nebeneinander angeordnete Sensoren das von der rechten Seite und von der linken Seite auf die Kraftfahrzeugfrontscheibe einfallende Sonnenlicht getrennt erfaßt wird, um die Luftzufuhr in den rechten Teil und in den linken Teil des Fahrzeuginnenraums gesondert zu steuern. Die Anordnung der Strahlenleitkörper und der Strahlenempfänger ist recht aufwendig, vor allem hinsichtlich der geson­ derten Befestigung auf der Kraftfahrzeugscheibe.

Aufgabe der Erfindung ist die komprimierte Anordnung mehrerer Sensoren in einer kompakten Baueinheit, die sicher auf der Kraftfahrzeugscheibe montiert werden kann.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß im Strahlenleitaufbau angrenzend an zumindest eine der zur Niederschlagserfassung vorgesehenen, materiegebunden vorhandenen Meßstrec­ ken mehrere das extern auftretende Licht aus zumindest zwei Richtungen unter vorgegebenen Raumwin­ kelbereichen gerichtet erfassende, jeweils einem Strahlenempfänger zugeordnete, ebenfalls materiege­ bunden ausgeführte Meßstrecken vorhanden sind.

Die Erfindung unterscheidet sich insofern vom Stand der Technik, als der Regensensor zur Vergrö­ ßerung der statischen Meßfläche aus zwei parallelen Strahlenleitkörpern aufgebaut ist. Die Spalte zwi­ schen den Strahlenleitkörpern lassen in einem monolithischen Strahlenleitaufbau den Einbau weiterer Strahlenleitkörper zur differenzierten Erfassung des externen Lichteinfalls und der externen Helligkeit zu. Die zugehörigen Strahlenempfänger und Strahlensender sind auf einem Leiterbahnträger in einem kom­ pakten, weitgehend integrierten Aufbau angeordnet. Die komprimierte Anordnung mehrerer Sensoren ermöglicht die Erfassung wechselseitiger Korrekturgrößen der Regenmessung, Helligkeitsmessung und Lichtintensitätsmessung.

Einen kompakten und stabilen Aufbau erhält man derart, daß der Strahlenleitaufbau einerseits zwei zur Erfassung des Niederschlags vorgesehene, in horizontaler Ausrichtung, parallel zueinander angeordnete, durch einen Längsspalt zumindest größtenteils optisch voneinander getrennte und jeweils im Mittenbereich eine Ausnehmung in Form eines Querspalts aufweisende Strahlenleitkörper umfaßt sowie andererseits zur Erfassung von extern auftretendem Licht sowohl in jedem an den Mittenbereich anschließenden Teilbereich des Längsspaltes einen ersten und einen zweiten etwa trapezförmig ausgebil­ deten, jeweils einer Meßstrecke zugehörigen Strahlenleitkörper, dessen jeweils größere Grundfläche als Strahleneintrittsfläche sich über einen Großteil des betreffenden Teilbereichs des Längsspaltes erstreckt und dessen kleinere Grundfläche als Strahlenaustrittsfläche im dem jeweiligen an den Querspalt angren­ zenden Endbereich des Längsspaltes angeordnet und mit je einem Strahlenempfänger gekoppelt ist, als auch in dem Querspalt einen einer dritten Meßstrecke zugehörigen dritten trapezförmigen Strahlenleit­ körper aufweist, dessen größere Grundfläche als Strahleneintrittsfläche im Mittenbereich des Querspaltes und dessen Strahlenaustrittsfläche in einem Teilbereich des Querspaltes angeordnet und mit einem Strahlenempfänger gekoppelt ist. So kann man in einem monolithischen Strahlenleitaufbau fünf weitge­ hend voneinander unabhängige Meßstrecken unterbringen. Durch Verknüpfung der zahlreichen Meß­ signale kann man auch Korrekturgrößen gewinnen und somit die Meßwerte optimieren.

Ein kompakter Aufbau wird dadurch erreicht, daß der Strahlenleitaufbau als monolithischer trans­ parenter Körper ausgebildet ist, der hinsichtlich der vorhandenen Strahlenleitkörper durch Freischnitte - soweit mechanisch vertretbar - getrennt ist. Dadurch ergibt sich auch eine hohe Stabilität.

Eine sichere Funktion wird dadurch erzielt, daß der Strahlenleitaufbau bis auf die für die Funktion erforderlichen Strahlendurchtrittsflächen mit einer optisch wirksamen Schutzschicht versehen ist.

Die Empfindlichkeit wird dadurch verbessert, daß die Schutzschicht partiell absorbierend und/oder reflektierend ausgebildet ist. Dadurch werden Störungen durch Fremdlicht unterdrückt.

Die Auswertung der Meßsignale läßt sich dadurch optimieren, daß die auf dem dem Strahlen­ leitaufbau zugeordneten Leiterbahnträger vorhandenen Strahlensender und Strahlenempfänger als SMD- Bauelemente ausgebildet sind.

Eine sichere elektrische Funktion wird dadurch erzielt, daß der Leiterbahnträger als Leiterplatte, insbesondere als metallkaschierte Isolierstoffplatte ausgebildet ist.

Eine Fixierung und Zentrierung der Bauteile wird dadurch sichergestellt, daß die Leiterplatte mit Durchbrüchen versehen ist, die die Leiterplatte mit Ansätzen des Strahlenleitaufbaus form- und/oder kraftschlüssig verbinden. Dadurch wird eine Halterung und genaue Ausrichtung der Leiterplatte sicher­ gestellt.

Ein Ausführungsbeispiel wird anhand der Zeichnung erläutert, in der darstellen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Strahlenleitaufbau auf einer Kraftfahrzeugscheibe,

Fig. 2 einen Schnitt A-A in Fig. 1,

Fig. 3 eine Seitenansicht zu Fig. 2 und

Fig. 4 eine Darstellung der Empfangskeulen der Strahlenleitkörper.

Das Ausführungsbeispiel der Sensoreinrichtung umfaßt einen Strahlenleitaufbau aus zwei Strah­ lenleitkörpern oder Meßstrecken 1, 2 eines Regensensors zum Nachweis von Niederschlag auf der Kraft­ fahrzeugscheibe, zwei Strahlenleitkörper 3, 4 für den seitlichen Lichteinfall von rechts und links und einen Strahlenleitkörper 5 für den Lichteinfall von vorn, also im wesentlichen die Helligkeit. Die Meß­ strecken bzw. Strahlenleitkörper sind mit ihren vorderen Oberflächenbereichen durch einen optischen Kleber 20 auf die Kraftfahrzeugscheibe 6 aufgeklebt. Mit Ausnahme der Strahleneintrittsflächen und Strahlenaustrittsflächen ist der Strahlenleitaufbau mit einer optischen Schutzschicht, insbesondere einer Absorptionsschicht versehen, damit kein Fremdlicht in den Strahlenleitaufbau eindringen kann.

Die beiden durch Vergrößerung der statistischen Meßfläche zur Erhöhung der Meßempfindlich­ keit vorgesehenen Strahlenleitkörper 1, 2 des Regensensors sind parallel zueinander angeordnet, so daß zwischen den Strahlenleitkörpern 1 ein Längsspalt 7 freibleibt. Jeweils im Mittenbereich eines jeden Strahlenleitkörpers 1, 2 befindet sich ein Querspalt 8. In dem Längsspalt 7 sind die trapezförmigen Strahlenleitkörper 3, 4 und in dem Querspalt 8 der Strahlenleitkörper 5 in der dargestellten Weise ange­ ordnet. Alle Strahlenleitkörper bilden zweckmäßigerweise einen integrierten, monolithischen Formteil. Mit Ausnahme der Strahlendurchtrittsfenster ist der Formteil durch eine absorbierende und/oder reflektie­ rende optische Schutzschicht abgedeckt.

Die Strahlenleitkörper 3, 4, 5 haben jeweils etwa trapezförmige Seitenflächen. Die jeweils länge­ ren Grundflächen als vordere Oberflächenbereiche des Strahlenleitaufbaus der Strahlenleitkörper 3, 4 sind in einer Ebene in paralleler Ausrichtung zu der Kraftfahrzeugscheibe 6 angeordnet und durch den optischen Kleber 20 mit derselben verbunden. Die jeweils benachbarten Schenkel 9 der Strahlenleitkör­ per 3, 4 sind etwa senkrecht zu der längeren Grundfläche ausgerichtet. Die kürzere Grundfläche 10 ist jeweils parallel zu der längeren Grundfläche und auf einem Strahlenempfänger 11, 12 ausgerichtet, der auf einem plattenförmigen Leiterbahnträger 13 angeordnet ist. Der Leiterbahnträger 13 greift mit Durch­ brüchen 15 kraft- und/oder formschlüssig über Zapfen oder Ansätze 15 des Strahlenleitaufbaus und ist dadurch fixiert und ausgerichtet. Der Leiterbahnträger 13 ist als Leiterplatte ausgebildet und nimmt neben den Strahlensendern und Strahlenempfängern in SMD-Technik auch elektronische Bauelemente auf.

Der Strahlenleitkörper 5 ist innerhalb des Querspalts 8 senkrecht zu den Strahlenleitkörpern 3, 4 angeordnet. Die längere Grundfläche ist in gleicher Ebene wie die längeren Grundflächen der Strahlen­ leitkörper 3, 4 ausgerichtet. Die kürzere Grundfläche oder Strahlenaustrittsfläche 17 des Strahlenleitkör­ pers 5 ist auf den Strahlenempfänger 13 auf dem Leiterplattenträger 14 ausgerichtet. Der Leiterplattenträ­ ger 14 trägt ferner je einen Strahlensender und einen Strahlenempfänger für jeden Strahlenleitkörper 1, 2.

Der gesamte Strahlenleitaufbau ist durch den transparenten Kleber 20 mit der Kraftfahrzeugschei­ be 6 verbunden. Die Strahlenleitkörper 2, 3 sind mit ihren Längsseiten horizontal ausgerichtet. Aufgrund dieser Ausrichtung erfassen die Strahlenleitkörper 2, 3 den Lichteinfall von der linken Seite bzw. von der rechten Seite des Kraftfahrzeugs in einem horizontalen Winkelbereich α (alpha). Aus den Meßwerten kann man den Gesamtbetrag der Wärmestrahlung und die Differenz zwischen der linken und der rechten Seite bestimmen. Entsprechend kann die Kraftfahrzeugklimatisierung geregelt werden.

Der Strahlenleitabschnitt 5 ist horizontal in Fahrtrichtung ausgerichtet und erfaßt den Lichteinfall in Fahrtrichtung in einem vertikalen Winkelbereich β (beta). Dieser Lichteinfall ist ein Maß für die Hel­ ligkeit von vorn und ermöglicht die Einschaltung und Steuerung des Fahrlichts.

Fig. 4 zeigt die zusammengesetzte Empfangskeule für den Lichteinfall der Sensoren 3, 4, 5. Durch Kombination der Signale der Regensensoren und der Helligkeitssensoren kann man Korrekturgrößen ableiten und so die Meßsicherheit und Genauigkeit erhöhen.

Claims (10)

1. Optoelektronische Sensoreinrichtung zur Erfassung von auf der Oberfläche einer transparenten Kraftfahrzeugscheibe vorhandenem Niederschlag und von durch dieselbe einfallendem, extern auftreten­ dem Licht, wobei an die innere Oberfläche der Scheibe ein mehrere optisch zumindest größtenteils von­ einander getrennte Meßstrecken aufweisender Strahlenleitaufbau mit seinem sich parallel zur Scheibe erstreckenden vorderen Oberflächenbereich zumindest partiell angekoppelt ist und wobei vom vorderen Oberflächenbereich abgewandte, parallel dazu verlaufende Abschnitte eines hinteren Oberflächenbe­ reichs auf einen Leiterbahnträger ausgerichtet sind, auf dem an Leiterbahnen angeschlossene, dem Strahlenleitaufbau zugeordnete Strahlensender und Strahlenempfänger für internes Licht angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlenleitaufbau angrenzend an zumindest eine der zur Niederschlags­ erfassung vorgesehenen, materiegebunden ausgeführten Meßstrecken (1, 2) mehrere das extern auftre­ tende Licht aus zumindest zwei Richtungen unter vorgegebenen Raumwinkelbereichen gerichtet erfas­ sende, jeweils einem Strahlenempfänger (11, 12, 13) zugeordnete, ebenfalls materiegebunden ausgeführ­ te, weitere Meßstrecken (3, 4, 5) vorhanden sind.

2. Optoelektronische Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlenleitaufbau einerseits zwei zur Erfassung des Niederschlags vorgesehene, in horizontaler Ausrich­ tung, parallel zueinander angeordnete, durch einen Längsspalt (7) zumindest größtenteils optisch vonein­ ander getrennte und jeweils im Mittenbereich eine Ausnehmung in Form eines Querspalts (8) aufweisen­ de Strahlenleitkörper (1, 2) umfaßt sowie andererseits zur Erfassung von extern auftretendem Licht so­ wohl in jedem an den Mittenbereich anschließenden Teilbereich des Längsspaltes (7) einen ersten und einen zweiten etwa trapezförmig ausgebildeten, jeweils einer Meßstrecke (3, 4) zugehörigen Strahlenleit­ körper, dessen jeweils größere Grundfläche als Strahleneintrittsfläche sich über einen Großteil des betref­ fenden Teilbereichs des Längsspaltes erstreckt und dessen kleinere Grundfläche (10) als Strahlenaus­ trittsfläche im dem jeweiligen an den Querspalt (8) angrenzenden Endbereich des Längsspaltes (7) ange­ ordnet und mit je einem Strahlenempfänger (11, 12) gekoppelt ist, als auch in dem Querspalt (8) einen einer dritten Meßstrecke zugehörigen dritten trapezförmigen Strahlenleitkörper (5) aufweist, dessen grö­ ßere Grundfläche als Strahleneintrittsfläche im Mittenbereich des Querspaltes (8) und dessen Strahlen­ austrittsfläche (17) in einem Teilbereich des Querspaltes (8) angeordnet und mit einem Strahlenempfän­ ger (13) gekoppelt ist.

3. Optoelektronische Sensoreinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlenleitaufbau als monolithischer transparenter Körper ausgebildet ist, der hinsichtlich der vorhande­ nen Strahlenleitkörper (1, 2, 3, 4, 5) durch Freischnitte getrennt ist.

4. Optoelektronische Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der Strahlenleitaufbau bis auf die für die Funktion erforderlichen Strahlendurchtrittsflächen mit einer optisch wirksamen Schutzschicht versehen ist.

5. Optoelektronische Sensoreinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht partiell absorbierend ausgebildet ist.

6. Optoelektronische Sensoreinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht partiell reflektierend ausgeführt ist.

7. Optoelektronische Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die auf dem dem Strahlenleitaufbau zugeordneten Leiterbahnträger (14) vorhandenen Strahlen­ sender und Strahlenempfänger als SMD-Bauelemente ausgebildet sind.

8. Optoelektronische Sensoreinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Lei­ terbahnträger (14) als Leiterplatte ausgebildet ist.

9. Optoelektronische Sensoreinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lei­ terplatte als metallkaschierte Isolierstoffplatte ausgebildet ist.

10. Optoelektronische Sensoreinrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (14) mit Durchbrüchen (16) versehen ist, die die Leiterplatte (14) mit Ansätzen (15) des Strahlenleitaufbaus form- und/oder kraftschlüssig verbinden.