MX2008007166A

MX2008007166A - Dispositivo de sensor optico para detectar humedad.

Info

Publication number: MX2008007166A
Application number: MX2008007166A
Authority: MX
Inventors: Ulrich Backes
Original assignee: Trw Automotive Electron & Comp
Priority date: 2007-06-04
Filing date: 2008-06-04
Publication date: 2009-03-04
Also published as: ES2443023T3; BRPI0803028A2; JP2009010368A; BRPI0803028B1; CN101339124A; EP2000373A3; EP2000373B1; DE102007025987A1; CN101339124B; EP2000373A2; US20080297803A1; US7751054B2; JP4986936B2

Abstract

Un dispositivo de sensor óptico (10) puede acoplarse a una ventana (14), en particular el parabrisas de un vehículo motorizado. El dispositivo de sensor óptico (10) comprende una unidad de sensor (12), que incluye un emisor (26), un receptor (28) y una unidad conductora de luz (30). Por medio de la unidad conductora de luz (30), un haz de luz (34) emitido por el emisor (26) se acopla con la ventana (14), se acopla fuera de la ventana (14) y se dirige al receptor (28). La unidad conductora de luz (30) incluye regiones de lente de Fresnel y regiones asociadas reflectoras.

Description

DISPOSITIVO DE SENSOR ÓPTICO PARA DETECTAR HUMEDAD Campo de la Invención Está invención se refiere a un dispositivo de sensor óptico que puede ser acoplado a una ventana, en particular al parabrisas de un vehículo motorizado, que comprende una unidad de sensor que incluye un emisor, un receptor y una unidad conductora de luz, en donde un haz de luz emitido por el emisor llega a la ventana, se refleja de la ventana y se dirige al receptor. Antecedentes de la Invención Tales dispositivos de sensor se usan principalmente como sensores de lluvia en vehículos motorizados para accionar automáticamente los limpiadores. El uso de lentes clásicas para influenciar la vía óptica, tal como las lentes del sensor de lluvia descrito en EP 1 069 112 B1, que se inclinan contra el parabrisas, requiere un espacio de empacamiento relativamente grande. Como se conoce por ejemplo de WO 03/026937 A1, son posibles construcciones más pequeñas usando sensores holográficos. Estos sensores se basan en el principio de difracción de la luz por medio de elementos de difracción y por lo tanto tienen la principal desventaja de tener una tolerancia menor de luz utilizable y una susceptibilidad mayor a la luz externa. Para reducir la distancia entre emisor y/o receptor y la unidad conductora de luz en un dispositivo de sensor óptico, DE 19608648 C1 propone formar la entrada de luz y las superficies de salida de la unidad conductora de luz como lentes de Fresnel. Sin embargo, el espacio de empacado requerido para este dispositivo es demasiado grande debido a la unidad conductora de luz compleja, que necesita una disposición del tablero de circuito que portan emisor y receptor vertical al parabrisas. Breve Descripción de la Invención La invención provee un sensor óptico que puede explorar un área muy grande de sensor y aún así requiere únicamente un espacio de empaque muy pequeño. Para este propósito, de acuerdo con la invención, en un dispositivo de sensor óptico como se menciona inicialmente la unidad conductora de luz inicialmente mencionada incluye regiones de lente Fresnel y regiones reflectoras asociadas. En comparación con lentes clásicas, la unidad conductora de luz con las regiones de lente Fresnel de acuerdo con la invención pueden estar diseñadas con un grosor menor. Además, la unidad conductora de luz puede disponerse de manera paralela a la ventana para ahorrar espacio, ya que permite al haz de luz acoplarse hacia afuera y hacia adentro de la ventana en un ángulo. La invención se basa en la idea de que cuando un haz de luz alineado de manera paralela se acopla adecuadamente en un ángulo, un área de sensor relativamente amplia de la ventana puede ser explorada. Además, las regiones de lente Fresnel con las regiones asociadas reflectoras de acuerdo con la invención proveen un diseño aún más compacto de la unidad conductora de luz. Particularmente favorable para la producción y ensamblaje del dispositivo de sensor óptico de la invención es una modalidad en que la unidad conductora de luz se forma de una sola pieza. EN particular, la unidad conductora de luz puede estar hecha como una placa, cuyo lado frontal tiene una estructura escalonada (estructura Fresnel). La placa está dispuesta de tal modo que el lado frontal de la placa se enfrente al emisor y/o receptor. Aparte de la producción simplificada de la unidad conductora de luz, en donde solo es necesario incorporar (por ejemplo mediante grabado) los escalones requeridos de la estructura Fresnel sobre una placa rectangular de un material óptico adecuado, la disposición de la región de entrada de la unidad conductora de luz relativa a la región de salida se específica firmemente y no puede cambiar como resultado de influencias mecánicas ya sea durante el ensamblado o en su estado armado. Ventajas adicionales y aspectos convenientes del dispositivo de sensor óptico de la invención pueden obtenerse de las reivindicaciones dependientes. La invención se explicara subsecuentemente en detalle con referencia a las figuras anexas, en donde: Breve Descripción de las Figuras La figura 1 muestra una vista esquemática superior de un dispositivo de sensor óptico de acuerdo con la invención; La figura 2 muestra una vista seccional a lo largo de la línea A-A de la figura 1 ; y La figura 3 muestra de manera esquemática una vista superior de un desarrollo adicional del dispositivo de sensor óptico de acuerdo con la invención. Descripción detallada de la Invención La figura 1 muestra un dispositivo de sensor óptico de acuerdo con la invención con dos unidades de sensor idénticas para detectar humedad en una ventana. A continuación, se describirá el dispositivo de sensor 10 para uso como sensor de lluvia que se monta en el parabrisas 14 (ver figura 2) de un vehículo motorizado. En la ilustración de la figura 1, algunos componentes del dispositivo de sensor 10 se omiten, para enfatizar las superficies de impacto de luz 16, 18, 20 descritas a detalle más adelante. La configuración básica de las unidades de sensor 12 se ilustra en la ilustración seccional de la figura 12. En un alojamiento 22, que está abierto de un lado, se acomoda un tablero de circuitos 24 con un emisor 26 y un receptor 28 para cada unidad de sensor 12. En la condición montada del dispositivo de sensor 10, por ejemplo cuando el dispositivo de sensor 10 se monta en un parabrisas 14, el parabrisas 14 y el tablero de circuitos 24 se alinean sustancialmente de manera paralela el uno con el otro. Entre el tablero de de circuitos 24 y el parabrisas 14 se dispone una unidad conductora de luz 30, cuyo componente esencial es una placa de lente. El alojamiento 22 y el tablero de circuitos 24 se unen al parabrisas 14 por medio del acoplador 32. El emisor 26 emite luz en un rango específico de frecuencia, en donde el término "Luz" no se restringe a luz visible, sino que comprende particularmente radiación en un rango limitado. La luz es emitida por el emisor 26 como un haz de luz divergente 34 dirigido hacia una porción de entrada 42 de la unidad conductora de luz 30. El receptor 28 se ajusta al emisor 26 y provee señales a una unidad de evaluación (no mostrada) correspondiente al impacto detectado de la luz. La placa de lente de la unidad conductora de luz 30 tiene un lado posterior sustancialmente plano enfrentando al parabrisas 14, en donde la condición montada se alinea de manera paralela al parabrisas 14. La unidad conductora de luz 30 generalmente tiene un diseño simétrico de espejo, en donde el plano imaginario de espejo se extiende entre el emisor 26 y el receptor 28 de manera vertical al parabrisas 14 y separa la porción de entrada 42 de la porción de salida 44 simétrica. El lado frontal 38 de la placa de lente que enfrenta al emisor 26 y al receptor 28 tiene una estructura escalonada (a partir de ahora referida como estructura Fresnel), que se explicará a detalle más adelante. Los escalones 54 de la porción de entrada 42 tienen una superficie de entrada 56, a través de la cual parte del haz de luz divergente 34 emitido por el emisor 26 entra en la unidad conductora 30. Las superficies de entrada 56 tienen forma de lentes esféricas Fresnel. Además, los escalones exteriores 54 de la porción de entrada 42 (los dos escalones de la derecha como se ven en la figura 2) tienen superficies reflectoras 58, que están alineadas sustancialmente al parabrisas 14. Cada superficie reflectora 58 se asocia con la superficie de entrada 56 del escalón asociado 54, como será aparente a partir de la descripción funcional del dispositivo de sensor. Como se mencionó anteriormente, la porción de entrada 44 se forma de manera simétrica a la porción de entrada 42, en donde las superficies 56 de la porción de salida 44, que corresponden a las superficies de entrada 56 de la porción de entrada 42, son referidas como superficies de salida 56, al dejar el haz de luz 34b acoplado fuera del parabrisas 14 deja la unidad conductora 30 a través de estas superficies. En general, la estructura Fresnel de la unidad conductora de luz 30 incluye las regiones de lente Fresnel con las que se asocian las regiones asociadas, y las regiones de lente Fresnel a las que las regiones no reflectoras están asociadas. En la modalidad ilustrada, el acoplador 32 se forma mediante un medio sustancialmente plano, transparente y elástico, que no tiene propiedades refractivas pronunciadas en el rango de luz emitida por el emisor 26. En operación, el haz de luz divergente 34 emitido por el emisor 26 en la dirección de la placa de lente impacta en la porción de entrada 42 en la unidad conductora de luz 30. (Para mayor claridad, la figura 2 solo muestra aquellas partes del haz de luz 34 que se usan para explorar la superficie de sensor.) Las regiones de lente Fresnel proveen una alineación paralela de los rayos de las partes del haz de luz, las superficies de entrada 56 de los escalones exteriores 54 tienen forma de modo que los rayos de las partes del haz de luz alineadas en paralelo se dirijan sobre superficies reflectoras asociadas 58 de los escalones respectivos 54. Las superficies de entrada 56 y las superficies reflectoras 58 se ajustan una con la otra de modo que al reflejarse sobre las superficies reflectoras 58 todas las partes de haz de luz generalmente formen un haz de luz 34a uniforme con rayos alineados paralelamente, que se dirigen sobre el parabrisas 14 en un ángulo de 45°. El haz de luz 34a alineado en paralelo se acopla en el parabrisas 14 mediante el acoplador 32 sin cambio sustancial de dirección, por ejemplo el ángulo de incidencia a es de aproximadamente 45°. En el parabrisas 14, el haz de luz 34a experimenta reflexión total, con los rayos de luz permaneciendo orientados en paralelo. La superficie de impacto del haz de luz 34a acoplado en el parabrisas 14 en paralelo (superficie de impacto 18 en la figura 1) define la superficie de sensor 46, en este caso aquella superficie del parabrisas 14 que es examinada en busca de humedad por la unidad de sensor respectiva 12. Debido a la construcción simétrica del acoplador 32 y la unidad conductora de luz 30, la vía óptica del haz de luz en una reflexión total en el parabrisas 14 es simétrica a la vía óptica descrita anteriormente. Esto significa que el haz de luz paralelo reflejado 24b se acopla fuera del parabrisas 14 por el acoplador 32 en un ángulo de emergencia ß de aproximadamente 45° y se acopla con la porción de salida 44 de la unidad conductora de luz 30 (superficie 20 de impacto en la figura 1). EN una reflexión parcial de las superficies reflectoras 58, las partes de haz de luz emergen de la unidad conductora de luz 30 a través de las superficies de salida 56. Las superficies de salida 56 están formadas de modo que enfoquen las partes del haz de luz sobre el receptor 28. Para una mejor evaluación de señal, las señales provistas por los receptores 28 del par de unidades de sensor se sujetan a sustracción en la unidad de evaluación. Lo mismo es verdadero para pares futuros posibles de las unidades de sensor 12, que pertenecen al dispositivo de sensor 10. Para evitar un defecto de la unidad de sensor de humedad 12 debido a luz de entrada y/o salida no deseada, las causa posibles de las cuales se explicarán a detalle más adelante, por lo menos una parte de las regiones de la unidad conductora de luz 30 remanentes entre las regiones de lente Frenel individuales o las regiones reflectoras asociadas está provista con estructuras refractivas o reflectoras. La luz que de otra forma podría acoplarse dentro y fuera de la unidad conductora de luz 30 a través de estas regiones intermedias y podría perturbar la operación de la unidad de sensor 12, se desvía hacia direcciones "inofensivas". Por lo tanto, las regiones intermedias pueden también ser referidas como regiones desviadoras. En principio, es posible que en la modalidad descrita anteriormente además del haz de luz paralelo 34a usado para iluminar el parabrisas 14 a un ángulo de 45° además, se generan rayos de luz no deseada en las regiones de la unidad conductora de luz 30 no provistas con estructuras Fresnel debido a la refracción o reflexión. Estos rayos de luz adicionales pueden iluminar objetos tales como granos de arena, que se localizan en frente de la superficie del parabrisas 14 y por lo tanto no representan humedad. Una parte de los rayos de luz puede a su vez reflejarse por estos objetos y así posiblemente pueden pasar a través de otras regiones no estructuradas de la unidad conductora de luz 30 y finalmente hasta el receptor 28. Además, la luz ajena (por ejemplo del sol) proveniente del exterior de manera similar puede pasar a través de las regiones no estructuradas hasta la unidad conductora de luz 30 y finalmente impactar en el receptor 28. La luz del emisor 26 de manera similar puede pasar posiblemente hasta el receptor 28 de manera directa como resultado de reflexión múltiple en la región media de la unidad conductora de luz 30 (por ejemplo sin "desvío" a través del parabrisas 14). Todos estos efectos puede llevar a una detección de humedad errónea. El propósito de estructurar las regiones intermedias como regiones de desvío es por lo tanto desviar luz no deseada mediante refracción o reflexión de modo que el funcionamiento de la unidad de sensor 12 no se vea afectado. Una posibilidad para estructurar las regiones de desvío conocidas de otro campo técnico es la llamada estructura de "ojo de gato". La figura 3 muestra un desarrollo adicional de un dispositivo óptico de sensor 10'. Además de las unidades de sensor 12 para detectar la humedad del parabrisas 14, las unidades de sensor de luz de día adicionales 48 se proveen aquí. Las unidades de sensor 48 comprenden un receptor 50 y una unidad conductora de luz cada una (no visible en la figura 3). Como en una unidad de sensor de humedad 12, la unidad conductora de luz de la unidad de sensor de luz de día 48 básicamente es de forma rectangular con un lado sustancialmente plana posterior que se enfrenta al parabrisas 14 y dispuesto de manera paralela al mismo. El lado frontal de la unidad de conductor de luz que enfrenta al receptor de luz 50 tiene escalones Fresnel (sin regiones reflectoras), que forman una lente esférica de Fresnel. EL eje óptico de la lente Fresnel se inclina aproximadamente 45° con respecto al parabrisas 14. Alternativamente, la unidad conductora de una unidad de sensor de luz de día 48 puede diseñarse con regiones de lente Fresnel y con regiones reflectoras, que se forman y disponen de manera correspondiente a la estructura de Fresnel anteriormente descrita de una unidad de sensor de humedad 12 (por ejemplo la porción de entrada 42 de la porción de salida 44 de la unidad conductora de luz 30). Cada lente Fresnel o estructura Fresnel asigna luz de una región definida 52 de los alrededores del receptor de luz 50. Así se expande la funcionalidad al grado de que a parte de un accionamiento automático de los limpiadores el dispositivo de sensor compacto 10' también proporciona un control automático del sistema de iluminación de un vehículo. En principio, es posible formar varias o incluso todas las estructuras de Fresnel (y posiblemente lentes Fresnel) de un dispositivo de sensor de la invención en una sola placa de lente. Para producir una unidad conductora de luz 30 a partir de una placa de lente rectangular de un material óptico adecuado, solo se necesitan modificaciones menores en el lado frontal 38, para formar la estructura Fresnel requerida 40 (posiblemente con regiones de desviación). La unidad conductora de luz 30 puede formarse en la placa de lente en particular mediante una operación de grabado. EN la misma operación de grabado, se pueden formar unidades conductoras de luz adicionales (para unidades de sensor de luz del día o de humedad) pueden formarse al mismo tiempo.

Claims

REIVINDICACIONES 1. Un dispositivo de sensor óptico (10, 10') que puede acoplarse a una ventana (14), en particular a un parabrisas de un vehículo motorizado, que comprende una unidad de sensor (12) que incluye un emisor (26), un receptor (28) y una unidad conductora de luz (30), por la que un haz de luz (34) emitido por el emisor (26) se acopla a la ventana (14), se acopla fuera de la ventana (14) y se dirige al receptor (28), caracterizado porque la unidad conductora de luz (30) incluye regiones de lente de Fresnel y regiones reflectoras asociadas.
2. El dispositivo de sensor óptico de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la unidad conductora de luz (30) también incluye regiones de lente de Fresnel a las que no se asocian regiones reflectoras.
3. El dispositivo de sensor óptico de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque las regiones de lente de Fresnel y las regiones reflectoras se forman en una estructura escalonada (40) de la unidad conductora de luz (30).
4. El dispositivo de sensor óptico de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque la unidad conductora de luz (30) se forma por una placa cuyo lado frontal (38) incluye la estructura escalonada (40), en donde la placa se dispone de tal modo que el lado frontal (38) de la placa enfrente al emisor (26) y/o al receptor (28).
5. El dispositivo de sensor óptico de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque por lo menos algunos de los escalones (54) de la estructura escalonada (40) tienen una superficie de entrada o salida (56) formada como una lente esférica de Fresnel y una superficie reflectora (58) asociada a la superficie de entrada o salida asociada.
6. El dispositivo de sensor óptico de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque las superficies reflectoras (58) se alinean de manera sustancialmente vertical a la ventana (14).
7. El dispositivo de sensor óptico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque entre las regiones de lente de Fresnel individuales y las regiones reflectoras asociadas se proveen regiones de desviación, que tienen una estructura refractiva o reflectora de modo que la luz que impacta las regiones de desviación es desviada en una dirección que no afecta el funcionamiento del dispositivo de sensor óptico (12).
8. El dispositivo de sensor óptico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la unidad conductora de luz (30) incluye una porción de entrada (42), a través de la cual el haz de luz (34) emitido por el emisor (26) se acopla en la ventana, y una porción de salida (44), a través de la cual el haz de luz se acopla fuera de la ventana (14) y se dirige al receptor (28).
9. El dispositivo de sensor óptico de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque la unidad conductora de luz (30) tiene un diseño simétrico de espejo.
10. El dispositivo de sensor óptico de acuerdo con la reivindicación 8 o 9, caracterizado porque la unidad conductora de luz (30) se forma en una pieza.
11. El dispositivo de sensor óptico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado porque en la porción de entrada (42) de la unidad conductora de luz (30) las regiones de lente de Fresnel y las regiones reflectoras asociadas se disponen de modo que parte del haz de luz (34) emitido por ele emisor (26) se acople con la unidad conductora de luz (30) mediante la región de lente de Fresnel y subsecuentemente se refleje en la región reflectora asociada.
12. El dispositivo de sensor óptico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11, caracterizado porque en la porción de entrada (42) de la unidad conductora de luz (30) las regiones reflectoras se disponen de modo que las partes reflejadas del haz de luz 834) emitido por el emisor (26) se acoplan totalmente con la ventana (14) como haz de luz paralelo (34a).
13. El dispositivo de sensor óptico de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado porque en el ángulo abajo el cual el haz de luz (34a) se acopla con la ventana (14), es de aproximadamente 45°.
14. El dispositivo de sensor óptico de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado porque el ángulo ß bajo el que el haz de luz (34b) se acopla fuera de la ventana 814), es de aproximadamente 45°.
15. El dispositivo de sensor óptico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 14, caracterizado porque en la porción de salida (44) de la unidad conductora de luz (30) las regiones de lente de Fresnel y las regiones reflectoras asociadas se disponen de modo que parte del haz de luz (34b) acoplada fuera de la ventana (14) se refleje en una región reflectora y se acople subsecuentemente fuera de la unidad conductora de luz 830) por medio de la región de lente Fresnel asociada.
16. El dispositivo de sensor óptico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 15, caracterizado porque en la porción de salida (44) de la unidad conductora de luz (30) las regiones de lente de Fresnel y las regiones asociadas reflectoras se disponen de modo que partes del haz de luz (34b) acopladas fuera de la ventana (14) se reflejen por las regiones reflectoras sobre las regiones de lente de Fresnel asociadas y así se dirijan al receptor (28) como partes de haz de luz convergentes.
17. El dispositivo de sensor óptico d acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en un alojamiento (22) del dispositivo de sensor (10') se acomoda por lo menos una unidad de sensor de luz del día adicional (48), en donde la unidad de sensor de luz del día (48) incluye un receptor de luz (50) y una unidad conductora de luz que asigna luz de una región definida (52) de los alrededores del receptor de luz (50).
18. El dispositivo de sensor óptico de acuerdo con la reivindicación 17, caracterizado porque la unidad conductora de luz de la unidad de sensor de luz del día (48) incluye una lente Fresnel esférica.
19. El dispositivo de sensor óptico de acuerdo con la reivindicación 17, caracterizado porque la unidad conductora de luz (48) incluye regiones de lente de Fresnel y regiones reflectoras asociadas.
20. Un método para producir un dispositivo de sensor óptico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la unidad conductora de luz (30) se forma al grabar una placa.
21. El método de acuerdo con la reivindicación 20, caracterizado porque en el mismo paso de grabado en que la unidad conductora de luz (30) se forma, por lo menos una unidad conductora de luz adicional para una unidad de sensor de luz del día (48) se forma adicionalmente en la misma placa.