Dispositivo sensor óptico para la detección de luz ambiental.

Dispositivo sensor óptico para la detección de luz ambiental con un cristal (10) y con al menos un receptor de luz(26) y una unidad de sensor que presenta una placa de lentes (12),

con la que se desacopla un haz de luz ambientalintroducido en el cristal (10) desde el cristal (10) y se desvía sobre el receptor de luz (26), en el que la placa delentes (12) presenta sobre la superficie (12a) dirigida hacia el receptor de luz (26) una estructura de lentes deFresnel (16) y sobre una superficie (12b) alejada del receptor de luz (26) presenta una primera estructura de prismasde Fresnel (22) con varias estructuras individuales (24), en el que la placa de lentes (12) está acoplada en uniónpositiva por medio de un acoplador, que se apoya en unión positiva en la estructura de prismas de Fresnel (22), enel cristal (10) y en el que las estructuras individuales (24) están configuradas diferentes de tal manera que los rayosde luz de un haz de luz ambiental, acoplado de forma ligeramente convergente en la placa de lentes (12), sondesviados bajo diferentes ángulos de tal manera que atraviesan transversalmente la placa de lentes (12) como hazde luz paralela, en el que las estructuras individuales (24) están configuradas, en general, en forma de diente desierra en la sección transversal, con dos flancos (242, 243) que están constituidos por dos secciones con diferentegradiente, y en los que entra una parte del haz de luz ambiental ligeramente convergente, y con primeros flancos(241) que se extienden desde dos secciones con diferente gradiente, y en los que incide reflexión total, en el que elángulo entre los flancos (241, 242) de una estructura individual (24) se desvía del ángulo correspondiente de unaestructura individual (14) adyacente, y en el que la estructura de lentes de Fresnel (16) transforma el haz de luz queatraviesa perpendicularmente la placa de lentes (12) en un haz de luz convergente.

Dispositivo sensor óptico para la detección de luz ambiental

La invención se refiere a un dispositivo sensor óptico para la detección de luz ambiental, que se puede acoplar a un cristal, en particular a un cristal de parabrisas de un vehículo.

Tales dispositivos sensores se emplean principalmente como sensores de luz para el control de la iluminación del vehículo. La utilización de lentes clásicas para influir en la trayectoria de los rayos, como por ejemplo las lentes inclinadas con respecto al cristal del parabrisas del sensor de lluvia mostrado en el documento EP 1 068 112 B1, necesitan un espacio de construcción relativamente grande.

Son posibles formas de construcción más pequeñas, como se conocen por ejemplo a partir del documento WO 03/026937 A1, a través de la utilización de estructuras holográficas. Estos sensores e basan en el principio de la difracción de la luz con la ayuda de elementos de difracción y tienen, por lo tanto, el inconveniente condicionado por el principio de un rendimiento esencialmente más reducido de la luz útil y una elevada sensibilidad a la luz parásita.

El documento DE 196 08 648 C1 propone en un dispositivo sensor óptico, configurar las superficies de entrada y de salida de la luz de la unidad de guía de luz como lentes de Fresnel. No obstante, puesto que las superficies de la guía de luz, en las que están configuradas las lentes, están perpendicularmente a la superficie del cristal, el espacio de construcción necesario de este dispositivo es grande.

Se conoce a partir del documento US 2007/0235638 A1 un dispositivo sensor óptico de lluvia con una unidad de sensor, que presenta un emisor, un receptor así como una estructura de guía de luz con una primera lente de Fresnel asociada al emisor y con una segunda lente de Fresnel asociada al receptor. Las lentes de Fresnel están dispuestas de tal manera que un haz de luz divergente irradiado desde el emisor es alineado paralelamente a través de la primera lente de Fresnel y es desacoplado como haz de luz paralelo sin otra desviación esencial en el cristal. El haz de luz paralelo es desacoplado desde el cristal después de al menos una reflexión en el cristal como haz de luz paralelo. El haz de luz incide sobre el receptor a través de la segunda lente de Fresnel como haz de luz convergente.

El documento DE 198 30 120 A1 muestra una instalación de sensor optoelectrónico de lluvia con una instalación de paralelización y con una instalación de enfoque, que están configuradas en cada caso como lente segmentada y están dispuestas colocadas adyacentes en un plano en la zona de la superficie interior del cristal.

El documento DE 196 34 774 A1 se refiere a una instalación de climatización para un vehículo con un sensor de luz solar. El sensor de luz solar presenta un elemento de filtro, que está configurado en una sola pieza con una lente de Fresnel, que provoca la refracción de la luz solar incidente, cuando el ángulo de elevación de la luz solar es pequeño.

Un dispositivo sensor óptico con las características del preámbulo de la reivindicación 1 o bien de la reivindicación 2 se conoce a partir del documento JP 4-147019 A. En este dispositivo, se emplea una placa de lentes con una estructura de prismas de Fresnel, que está formada sobre la superficie de la placa de lentes que está alejada del receptor de luz, y con una estructura de lentes de Fresnel, que está formada sobre la superficie de la placa de lentes dirigida hacia el receptor de luz.

Otros inconvenientes básicos de dispositivos sensores ópticos de luz ambiental conocidos se pueden ver en el alto gasto de fabricación y en una zona de recepción demasiado estrecha. El intento se producir una ampliación en dispositivos sensores con lentes de Fresnel colocando el receptor de luz más lejos o más cerca del foco de la lente de Fresnel, fracasa en la disociación implicada con ello de la curva característica de recepción en otro u otros varios haces de rayos muy lejos de la zona de recepción prevista. Lo mismo se aplica para el intento de incrementar la superficie de recepción.

El cometido de la invención es incrementar la zona de recepción de la unidad de sensor evitando los inconvenientes mencionados anteriormente.

Para la solución de este cometido se propone un dispositivo sensor óptico para la detección de luz ambiental con las características de la reivindicación 1 y de la reivindicación 2, respectivamente. La solución de acuerdo con la invención posibilita ampliar de una manera definida la zona de recepción de la unidad de sensor con una sola estructura de prismas de Fresnel, sin que se produzca una disociación en varios haces de luz. Para conseguir una curva característica de recepción deseada, se puede regular, por ejemplo, el ángulo de desviación de las estructuras individuales reflectantes en torno a un ángulo de desviación medio en distancias angulares pequeñas.

Especialmente ventajoso es un desarrollo del dispositivo sensor óptico de acuerdo con la invención, en el que la primera estructura de prismas de Fresnel presenta una estructura lineal con una primera alineación y la placa de lentes presenta sobre la misma superficie una segunda estructura lineal de prismas de Fresnel con varias estructuras individuales, de manera que la segunda estructura de prismas de Fresnel tiene una segunda alineación diferente de la primera alineación. De esta manera, se puede completar la zona de recepción ensanchada a través de la solución de acuerdo con la invención con otra zona de recepción independiente de ésta en otra dirección espacial.

Con preferencia, la alineación de la segunda estructura de prismas de Fresnel está perpendicular a la alineación de la primera estructura de prismas de Fresnel. De esta manera, se puede tener en cuenta la incidencia de la luz desde dos direcciones máximas diferente, lo que es importante para la fiabilidad de la detección de la luz. Pero, en principio, también son posibles otras alineaciones.

Las estructuras individuales de la segunda estructura de prismas de Fresnel están diseñadas con preferencia como en la primera estructura de primas de Fresnel, de manera que desvían los rayos del haz de luz ambiental acoplado ligeramente convergente en la placa de lentes bajo diferentes ángulos, para ampliar de esta manera la zona de recepción.

Se consigue una unidad de sensor extraordinariamente compacta con gasto de fabricación mínimo porque la segunda estructura de prismas de Fresnel está integrada al menos parcialmente en la primera estructura de prismas de Fresnel. Las estructuras individuales tienen en este caso una doble función, realizando para ambas estructuras de prismas de Fresnel al mismo tiempo la desviación necesaria de la luz.

En una forma de realización ventajosa de un sensor de lluvia y luz, además del dispositivo sensor óptico de acuerdo con la invención para luz ambiental, también está previsto un dispositivo sensor óptico de lluvia para la detección de fenómenos de humidificación sobre el cristal, de manera que los dispositivos sensores se dividen una placa de lentes común, en la que están configuradas todas las estructuras de Fresnel (estructuras de prismas y, dado el caso, estructuras de lentes) .

Otras características y ventajas de la invención se deducen a partir de la siguiente descripción y a partir de los dibujos adjuntos, a los que se hace referencia. En los dibujos:

La figura 1 muestra una vista en sección de una unidad de sensor de un dispositivo sensor óptico de acuerdo con la invención.

La figura 2 muestra una vista en sección de una unidad de sensor de un dispositivo sensor óptico no acorde con la invención.

La figura 3a muestra una vista ampliada de la sección transversal de una estructura de prismas de Fresnel con desviación principal a través de reflexión.

La figura 3b muestra una vista ampliada de la sección transversal de una estructura de prismas de Fresnel con desviación principal a través de refracción.

Las figuras 4a a 4d muestran vistas correspondientes de la sección transversal de diferentes estructuras individuales; y

Las figuras 5a y 5b muestran vistas en perspectiva de la estructura de prismas de Fresnel de una forma de realización especial.

Una unidad de sensor para un sensor de luz ambiental para un vehículo se representa de forma esquemática en la figura 1. La unidad de sensor se coloca en un cristal de parabrisas 10 del vehículo. El elemento activo ópticamente de la unidad de sensor es una placa de lentes 12. La placa de lentes 12 está acoplada mecánica y ópticamente en el cristal de parabrisas 10 por medio de un acoplador 14.

Sobre una primera superficie 12a alejada... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo sensor óptico para la detección de luz ambiental con un cristal (10) y con al menos un receptor de luz

(26) y una unidad de sensor que presenta una placa de lentes (12) , con la que se desacopla un haz de luz ambiental introducido en el cristal (10) desde el cristal (10) y se desvía sobre el receptor de luz (26) , en el que la placa de lentes (12) presenta sobre la superficie (12a) dirigida hacia el receptor de luz (26) una estructura de lentes de Fresnel (16) y sobre una superficie (12b) alejada del receptor de luz (26) presenta una primera estructura de prismas de Fresnel (22) con varias estructuras individuales (24) , en el que la placa de lentes (12) está acoplada en unión positiva por medio de un acoplador, que se apoya en unión positiva en la estructura de prismas de Fresnel (22) , en el cristal (10) y en el que las estructuras individuales (24) están configuradas diferentes de tal manera que los rayos de luz de un haz de luz ambiental, acoplado de forma ligeramente convergente en la placa de lentes (12) , son desviados bajo diferentes ángulos de tal manera que atraviesan transversalmente la placa de lentes (12) como haz de luz paralela, en el que las estructuras individuales (24) están configuradas, en general, en forma de diente de sierra en la sección transversal, con dos flancos (242, 243) que están constituidos por dos secciones con diferente gradiente, y en los que entra una parte del haz de luz ambiental ligeramente convergente, y con primeros flancos (241) que se extienden desde dos secciones con diferente gradiente, y en los que incide reflexión total, en el que el ángulo entre los flancos (241, 242) de una estructura individual (24) se desvía del ángulo correspondiente de una estructura individual (14) adyacente, y en el que la estructura de lentes de Fresnel (16) transforma el haz de luz que atraviesa perpendicularmente la placa de lentes (12) en un haz de luz convergente.

2. Dispositivo sensor óptico para la detección de luz ambiental con un cristal (10) y con al menos un receptor de luz

(26) y una unidad de sensor que presenta una placa de lentes (12) , con la que se desacopla un haz de luz ambiental introducido en el cristal (10) desde el cristal (10) y se desvía sobre el receptor de luz (26) , en el que la placa de lentes (12) presenta sobre la superficie (12a) dirigida hacia el receptor de luz (26) una estructura de lentes de Fresnel (16) y sobre una superficie (12b) alejada del receptor de luz (26) presenta una primera estructura de prismas de Fresnel (22) puramente refringente con varias estructuras individuales (24) , en el que la placa de lentes (12) está acoplada en unión positiva por medio de un acoplador, que se apoya en unión positiva en la estructura de prismas de Fresnel (22) , en el cristal (10) y en el que las estructuras individuales (24) están configuradas diferentes de tal manera que los rayos de luz de un haz de luz ambiental, acoplado de forma ligeramente convergente en la placa de lentes (12) , son desviados bajo diferentes ángulos de tal manera que atraviesan transversalmente la placa de lentes

(12) como haz de luz paralela, en el que las estructuras individuales (24) están configuradas, en general, en forma de diente de sierra en la sección transversal, y están constituidas por primeros flancos (241) , en los que se realiza una refracción de la luz bajo diferentes ángulos, y por segundos flancos (243) , en el que el ángulo entre los flancos (241, 242) de una estructura individual (24) se desvía del ángulo correspondiente de una estructura individual (24) adyacente, y en el que la estructura de lentes de Fresnel (16) transforma el haz de luz que atraviesa perpendicularmente la placa de lentes (12) en un haz de luz convergente.

3. Dispositivo sensor óptico de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la primera estructura de primas de Fresnel es una estructura lineal con una primera alineación y porque la placa de lentes (12) presenta sobre la misma superficie (12b) una segunda estructura de prismas de Fresnel con varias estructuras individuales (24) , en el que la segunda estructura de prismas de Fresnel tiene una segunda alineación diferente de la primera alineación.

4. Dispositivo sensor óptico de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque la alineación de la segunda estructura de prismas de Fresnel está perpendicularmente a la alineación de la primera estructura de prismas de Fresnel (22) .

5. Dispositivo sensor óptico de acuerdo con la reivindicación 3 ó 4, caracterizado porque las estructuras individuales (24) de la segunda estructura de prismas de Fresnel están diseñadas de tal forma que desvían rayos del haz de luz ambiental acoplado ligeramente convergente en la placa de lentes (12) bajo diferentes ángulos.

6. Dispositivo sensor óptico de acuerdo con una de las reivindicaciones 3 a 5, caracterizado porque la segunda estructura de prismas de Fresnel está integrada al menos parcialmente en la primera estructura de prismas de Fresnel (22) .

7. Dispositivo sensor óptico de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque presenta una pluralidad de unidades de sensor, que tienen una placa de lentes común (12) .

8. Sensor de lluvia / luz, caracterizado por un dispositivo sensor óptico de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores combinado con un dispositivo sensor óptico de lluvia, en el que los dispositivos sensores tienen una placa de lentes común (12) .