DE19821335C2 - Optoelektronische Sensoreinrichtung - Google Patents
Optoelektronische SensoreinrichtungInfo
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Description
Die Erfindung geht von einer gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches
konzipierten, den Gegenstand des Hauptpatents 197 13 910 bildenden
Sensoreinrichtung zur quantitativen und/oder qualitativen Erfassung von auf
einer transparenten Scheibe vorhandenem Niederschlag aus.
Derartige Einrichtungen sind insbesondere dafür vorgesehen, um in
Abhängigkeit der auf der Windschutzscheibe des Kraftfahrzeuges befindlichen
Niederschlagsmenge ein zugeordnetes Scheibenwischsystem zu beeinflussen.
Durch die DE 42 02 121 C1 ist eine Sensoreinrichtung der im Hauptpatent
vorausgesetzten Art bekannt geworden. Bei diesem Gegenstand sind an einem
Strahlenleitkörper zwei Linsen angeordnet, von denen eine einem
Strahlensender und die andere einem Strahlenempfänger zugeordnet ist. Die
Linsen dienen zur Parallelisierung des von dem Strahlensender ausgesandten,
divergenten Strahlenbündels bzw. zur Fokussierung des an der äußeren
Oberfläche der Scheibe reflektieren, parallelen Strahlenbündels auf den
Strahlenempfänger. Um einen für die Totalreflexion an der
Scheibenaußenseite geeigneten Winkel des Parallelstrahlenbündels zu
realisieren, werden der Strahlensender und -empfänger unter einem Winkel
von 45° zur Scheibenoberfläche positioniert. Diese Art der Positionierung
macht im allgemeinen eine mechanische Halterung erforderlich und schränkt
die Auswahl der geeigneten Sender- und Empfängerbauteile ein.
Die Überwindung dieser Einschränkungen gelingt durch die im Hauptpatent
197 13 910 beschriebene Weiterbildung einer solchen Sensoreinrichtung, die
eine Strahlungseinkopplung auch unter einem Winkel von 90° zur
Scheibenoberfläche ermöglicht. Mit dieser Weiterbildung ist es möglich, unter
Beibehaltung des Strahlenverlaufes im Bereich der Reflexionsfläche an der
Scheibenaußenseite auf mechanische Halterungen für Sender- und
Empfängerbauteile zu verzichten, was zum einen den Einsatz
oberflächenmontierbarer Bauelemente (SMD) erlaubt und zum anderen zu
einer Reduzierung der Baugröße der gesamten Sensoreinrichtung führt.
Die mit dieser Ausführung des Strahlenleitkörpers einhergehende
Verlängerung des optischen Weges zwischen Strahlensender und
Parallelisierungsfläche führt aber im Vergleich zum älteren Stand der Technik
über die Verkleinerung des relevanten Raumwinkelelementes zu einer
Verringerung des Anteils der genutzten Strahlungsleistung im Verhältnis zu der
insgesamt vom Strahlensender abgestrahlten Leistung.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Vorteile beider
Ausführungsformen zu vereinigen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des
Hauptanspruches angegebenen Merkmale gelöst, indem die bei der
Abstrahlung vorgegebene Strahlungsrichtung berücksichtigt wird, und nur ein
Teil der Strahlung noch zusätzliche Umlenkungen durch Reflexionen erfährt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gegenstandes
sind in den Unteransprüchen angegeben und werden anhand der in der
Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Dabei zeigt
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Sensoreinrichtung mit ihren wesentlichen
Bestandteilen in der Seitenansicht
Fig. 2 eine Schnittdarstellung der Strahlensenderseite der
Sensoreinrichtung mit repräsentativen Strahlengängen
Fig. 3 eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Sensoreinrichtung
Fig. 4 eine abgewandelte Sensoreinrichtung mit zusätzlicher
Reflexionsfläche an der Strahlenleitkörpervorderseite.
Wie aus der Zeichnung hervorgeht, besteht eine zur Erfassung des
Benetzungsgrades einer vorzugsweise aus Glas bestehenden, transparenten
Scheibe 1 mit insbesondere tropfenförmigem Niederschlag vorgesehene,
optoelektronische Sensoreinrichtung im wesentlichen aus einem einerseits
einem Strahlensender 10 und andererseits einem Strahlenempfänger 11
zugeordneten Strahlenleitkörper 3, der mittels optischem Kleber 2 auf der nicht
dem Niederschlag ausgesetzten inneren Oberfläche 1' der Scheibe befestigt
ist. Bei der Scheibe handelt es sich insbesondere um die Windschutzscheibe
oder Heckscheibe eines Kraftfahrzeuges, an der die in einem der Einfachheit
halber nicht gezeigten Gehäuse angeordnete Sensoreinrichtung an
exponierter, d. h. die Sicht nicht beeinträchtigender, jedoch für die Erfassung
des Niederschlages prädestinierter Stelle der inneren Oberfläche vorhanden
ist. Der Strahlensender 10 und der Strahlenempfänger 11 sind dabei als
SMD-Bauteile auf einer Leiterplatte 12 angeordnet, die ihrerseits bezüglich des
Strahlenleitkörpers 3 über entsprechende Bohrungen 13 in der Leiterplatte 12
und damit kooperierende Dome 13' am Strahlenleitkörper 3 positioniert wird.
Der Strahlenleitkörper selbst besteht aus einem Basisteil 3', das der
mechanischen Anbindung an die Leiterplatte dient sowie zwei "Flügeln"
3", 3''', die die zur Ein- und Auskopplung der Strahlung sowie zu deren
Parallelisierung bzw. Fokussierung dienenden Oberflächen tragen.
Aufgrund der räumlichen Abstrahlcharakteristik des Strahlensenders 10 haben
Strahlen, die von diesem emittiert werden, grundsätzlich eine
Richtungskomponente zur Strahlenempfängerseite hin oder von dieser weg.
Diese Tatsache nutzt der erfindungsgemäße Strahlenleitkörper aus, indem er
erstere (siehe z. B. 14, 14') durch Brechung an der Linse 4 direkt parallelisiert
und in Richtung Scheibenoberfläche 1" leitet, letztere (siehe z. B. 15, 15') erst
nach Brechung an der Eintrittsfläche 5 durch Reflexion an der Parabolfläche 6
parallelisiert und gleichzeitig in Richtung Scheibenoberfläche und
Empfängerseite umlenkt. Der Verlauf der Strahlen auf der Empfängerseite
erfolgt ähnlich wie bereits im Hauptpatent 197 13 910 beschrieben: das an der
Scheibenoberfläche 1" reflektierte parallele Strahlenbündel fällt auf die
Parabolspiegelfläche 7, die es in Kooperation mit der Planspiegelfläche 8 und
der Strahlenaustrittsfläche 9 in Richtung des Strahlenempfängers 11 umlenkt
und auf diesen fokussiert, wobei allerdings im Unterschied zu der im
Hauptpatent dargestellten Ausführung hier auch die letzte Reflexion am
Planspiegel 8 innerhalb des Strahlenleitkörpers stattfindet und die Strahlung
diesen erst dann durch die Austrittsfläche 9 verläßt. Dies hat Vorteile
insbesondere hinsichtlich der Gewährleistung einer dauerhaft guten Qualität
der Reflexionsfläche sowie der weitestgehenden Vermeidung von
Betauungsproblemen.
Fig. 3 zeigt eine weitere, vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Gegenstandes, bei der die äußere Spiegelfläche 7 plan ausgeführt ist und die
Aufgabe der Fokussierung des Parallelstrahlenbündels allein der letzten, in
diesem Falle parabolisch ausgeführten Umlenkfläche 9 zufällt.
In der gegenüber der in Fig. 1 dargestellten Ausführung geänderten Zuordnung
der Aufgabe der Fokussierung auf die Reflexions- und Refraktionsflächen 7, 8
und 9 kommt ein generelles Prinzip der hier vorgestellten Erfindung zum
Ausdruck:
die beliebige Aufteilung der Umlenkungs- und Fokussierungsaufgabe auf
verschiedene Flächen; dies erlaubt z. B. auch eine so gestaltete Aufteilung auf
die Flächen, daß jeweils eine von diesen nur eine Strahlenkonvergenz in einer
Ebene bewirkt. Eine solche Maßnahme kann beispielsweise in Verbindung mit
zusätzlich in den Strahlenweg eingebrachten, eine Blendenwirkung zur
Abschottung von Fremdlicht realisierenden Mitteln vorteilhaft eingesetzt
werden.
In Fig. 4 ist neben der durch eine zusätzliche Reflexionsfläche 16 parallel zur
Scheibenoberfläche realisierten, mehrfachen Abtastung derselben die
selbstverständlich auch in jeder anderen Ausführungform gegebene
Möglichkeit einer mit der Strahleneinkopplungsseite identisch ausgebildeten
Strahlenauskopplungsseite dargestellt.
Zur Reduzierung der Baugröße gegenüber dem Stand der Technik trägt bei
alten Ausführungen wesentlich die Verwendung sog. SMD-Bauteile bei, die im
gleichen Arbeitsgang mit der übrigen Bestückung der Leiterplatte montiert
werden können und somit eine preisgünstige Ausführung bei gleichzeitig hoher
Positioniergenauigkeit ermöglichen.
Claims (10)
1. Optoelektronische Sensoreinrichtung zur Erfassung des Benetzungsgrades
einer vorzugsweise aus Glas bestehenden, transparenten Scheibe mit
insbesondere tropfenförmigem Niederschlag, wobei an die nicht dem
Niederschlag ausgesetzte, innere Oberfläche der Scheibe im Bereich des
von einer motorischen Scheibenwischeinrichtung erfaßten Wischfeldes die
vordere Oberfläche eines Strahlenleitkörpers mittels optischem Kleber
angekoppelt ist, dem ein Strahlensender und ein Strahlenempfänger, die
auf einem plattenförmigen Substrat angeordnet sind, derart zugeordnet
sind, daß von dem Strahlensender emittierte Strahlen in Abhängigkeit von
dem auf der Scheibe befindlichen Niederschlag reflektiert und zu dem
Strahlenempfänger geleitet werden, der jeweils ein von der zugeordneten
Niederschlagsmenge abhängiges Signal liefert, wobei der
Strahlenleitkörper an seiner hinteren und den seitlichen Oberflächen
Bereiche zur Strahleneinkopplung und/oder -auskopplung und/oder -
reflexion gemäß Patent 197 13 910 aufweist, dadurch gekennzeichnet,
daß die dem Strahlensender (10) nächstgelegenen hinteren und seitlichen
Oberflächenbereiche (4, 5, 6) derart ausgebildet sind, daß ein erster Teil der
von dem Strahlensender (10) ausgesandten Strahlung durch Brechung an
einem Abschnitt des ersten hinteren Oberflächenbereiches (4) parallelisiert
und direkt in Richtung der Scheibenaußenseite (1") gelenkt, ein zweiter
Teil der ausgesandten Strahlung nach Brechung an einem Abschnitt des
zweiten hinteren Oberflächenbereiches (5) an einem weiteren, diesem
nächstgelegenen, seitlichen Oberflächenbereich (6) des Strahlenleitkörpers
reflektiert, dabei parallelisiert und in Richtung der Scheibenaußenseite (1")
gelenkt wird, und daß die an der Scheibenaußenseite reflektierte Strahlung
durch die dem Strahlenempfänger (11) nächstgelegenen seitlichen und
hinteren Oberflächenbereiche (7, 8, 9) in Richtung des Strahlenempfängers
(11) umgelenkt und auf diesen fokussiert wird.
2. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
genannte Abschnitt des dem Strahlensender (10) nächstgelegenen, ersten
hinteren Oberflächenbereiches (4) als Segment einer asphärischen Linse
ausgebildet ist.
3. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die als Reflexionsflächen fungierenden, dem Strahlensender (10) bzw. dem
Strahlenempfänger (11) nächstgelegenen, seitlichen Oberflächenbereiche
(6, 7) des Strahlenleitkörpers (3) parabolisch ausgebildet sind.
4. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die als Reflexionsflächen fungierenden, dem
Strahlensender (10) bzw. dem Strahlenempfänger (11) nächstgelegenen,
seitlichen und hinteren Oberflächenbereiche (6, 7, 8) des Strahlenleitkörpers
(3) mit einer hochreflektierenden Beschichtung versehen sind.
5. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der Strahlensender (10) und der
Strahlenempfänger (11) als SMD-Bauteile ausgeführt sind.
6. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der Strahlensender (10) und der
Strahlenempfänger (11) in Chip-On-Board Technik ausgeführt sind.
7. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß das Substrat (12) als metallkaschierte Leiterplatte
ausgeführt ist.
8. Sensoreinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Leiterplatte (12) am Strahlenleitkörper (3) form- und/oder kraftschlüssig
gehalten ist.
9. Sensoreinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die
Leiterplatte (12) bezüglich des Strahlenleitkörpers (3) über Bohrungen
(13) in der Leiterplatte und damit kooperierende Dome (13') am
Strahlenleitkörper positioniert ist.
10. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß der mittlere Bereich (16) der vorderen Oberfläche
des Strahlenleitkörpers verspiegelt ausgeführt ist.
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