EP3359988A1 - Linsenbauteil eines regensensors sowie baukastensystem, verfahren und werkzeug zur herstellung - Google Patents

Linsenbauteil eines regensensors sowie baukastensystem, verfahren und werkzeug zur herstellung

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Publication number
EP3359988A1
EP3359988A1 EP16778368.7A EP16778368A EP3359988A1 EP 3359988 A1 EP3359988 A1 EP 3359988A1 EP 16778368 A EP16778368 A EP 16778368A EP 3359988 A1 EP3359988 A1 EP 3359988A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
lens
edges
mold
transmitter
mold insert
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP16778368.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ulrich Backes
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BCS Automotive Interface Solutions GmbH
Original Assignee
BCS Automotive Interface Solutions GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by BCS Automotive Interface Solutions GmbH filed Critical BCS Automotive Interface Solutions GmbH
Publication of EP3359988A1 publication Critical patent/EP3359988A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/02—Simple or compound lenses with non-spherical faces
    • G02B3/08—Simple or compound lenses with non-spherical faces with discontinuous faces, e.g. Fresnel lens
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D11/00—Producing optical elements, e.g. lenses or prisms
    • B29D11/00009—Production of simple or compound lenses
    • B29D11/00269—Fresnel lenses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60S1/0874—Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive electrically driven including control systems responsive to external conditions, e.g. by detection of moisture, dirt or the like characterized by the arrangement or type of detection means characterized by the position of the sensor on the windshield
    • B60S1/0881—Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive electrically driven including control systems responsive to external conditions, e.g. by detection of moisture, dirt or the like characterized by the arrangement or type of detection means characterized by the position of the sensor on the windshield characterized by the attachment means on the windshield
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55—Specular reflectivity
    • G01N21/552—Attenuated total reflection

Definitions

  • the invention relates to a lens component of a rain sensor and a modular system, a method and a tool for producing a rain sensor.
  • a well-known design of optical rain sensors is based on the fact that light is coupled into a windshield via a first lens, totally reflected in it and coupled out again via a second lens. Depending on the degree of wetting of the windshield, the proportion of total reflected light and thus the proportion of reflected light from the receiver lens to a photosensitive receiver changes.
  • the object of the invention is to reduce the manufacturing costs for the production of a rain sensor and to make the production more flexible.
  • this object is achieved by a lens component of an optical rain sensor having a Fresnel lens formed as a transmitter lens and a Fresnel lens designed as a receiving lens, each having a rectangular contour with first edges and perpendicular thereto extending second edges in plan view.
  • the center of the transmitter lens and / or the receiver lens is located off-center with respect to the side length of at least one of the edges, and the transmitter lens and the receiver lens are juxtaposed.
  • the lens component is in one Made molding process in which a first mold insert and a second mold insert, each having a Fresnel lens shape, are arranged side by side.
  • the first and the second mold insert are optionally arranged rotated by 0 ° or by 180 °, and the mold inserts arranged in this way form a negative mold for the transmitter lens and the receiver lens of the lens component during molding.
  • the possible different combinations resulting from the rotation of the individual mold inserts result in a number of different configurations for the lens component in which the centers of the transmitter lens and the receiver lens in the finished lens component differ Have distances.
  • off-centered is used here to mean that, viewed along an edge direction, the center of the respective Fresnel lens has different distances from the edges of the rectangular contour of the respective lens that are perpendicular to this edge direction.
  • the molding can take place, for example, by injection molding, with a suitable plastic material being used which is transparent in the light wavelength range used being used for the lens component.
  • the lens component may be made entirely of this plastic, however, it may also be e.g. opaque areas may be provided from a different plastic.
  • Each of the Fresnel lens molds of the mold inserts is formed so as to form a negative mold of a functional Fresnel lens. Due to the properties of Fresnel lenses, it is not necessary for this purpose that all of the individual circles which form the Fresnel lens, circumferentially completely formed on the mold insert or on the lens. The outer circles can be cut off, for example, where the rectangular contour of the respective lens or the respective mold insert ends. Since Fresnel lenses essentially have the same beam deflection at each point, a sufficiently good deflection of the incoming or outgoing light beam also results in an eccentric arrangement of the lens center in a Fresnel lens and in a rectangular contour which cuts off parts of an actually circular lens.
  • the transmitter lens and the receiver lens and, accordingly, the first and second mold inserts are juxtaposed so that either their first or second edges are parallel.
  • the mold inserts and thus also the transmitter lens and the receiver lens are immediately adjacent to each other and touch each other.
  • the transmitter lens and the receiver lens therefore preferably directly adjoin one another in the lens component.
  • the centers of the transmitter lens and the receiver lens lie on a straight line that is parallel to one of the edge directions.
  • the light emitter and the light receiver on the associated circuit board must be offset in only one dimension in each case in order to adapt the circuit board to the respective configuration of the lens component.
  • the transmitter lens and the receiver lens are juxtaposed in the direction of the second edges and the side lengths of the first edges are the same for the transmitter lens and the receiver lens, while the side lengths of the second edges of transmitter lens and receiver lens are different.
  • the distances given here for the mold inserts are identical to the distances in the finished transmitter and receiver lenses.
  • the transmitter lens and the receiver lens are preferably filled at the locations where the rectangular shape does not allow complete circles of the Fresnel lens to the edges of the rectangular contour with circular arc portions corresponding to the respective section of the Fresnel lens.
  • the rectangular contour is a section of a larger Fresnel lens, in which the over the rectangular contour protruding sections are cut away.
  • a continuous periodic prism structure is preferably arranged on a second, opposite side of the lens component.
  • This prism structure is independent of the configuration of the combination of the receiver lens and the transmitter lens used in the specific lens component and consists for example of parallel roof-shaped prisms which are parallel to the first edges of the transmitter lens and the Receiver lens and accordingly extend to the first edges of the mold inserts.
  • the lens component may be formed overall as a rectangular plate, but may also have further geometric structures, which however are not relevant to the invention and therefore will not be described here.
  • the lens component can be realized in a number of different configurations, wherein the lens component always has a transmitter lens formed as a Fresnel lens and a receiver lens designed as a Fresnel lens, each having a rectangular contour with first edges and second edges extending at right angles in plan view.
  • the transmitter lens and the receiver lens are respectively set at 0 ° or 180 ° rotated toward one of their edges. In this way, the various configurations differ in the distance of the centers of the transmitter lens and the receiver lens from each other. For a given windscreen thickness, the lens component with the appropriate configurations is then selected.
  • a plurality of different configurations with different center spacing can thus be realized with two different rectangular contours.
  • rectangular contours which have an equal side length of the first edges and different side lengths of the second edges for transmitter and receiver lenses, up to four different distances between the center points can be realized if the centers are arranged centrally with respect to the first edges.
  • the lens component is preferably integrally formed in each of the configurations.
  • a first and a second mold insert can be provided for this purpose, wherein the mold inserts in each case have a rectangular contour with first edges and second edges running perpendicular thereto and one Fresnel lens mold each in plan view.
  • the mold inserts are each rotated by 0 ° or 180 ° in order to produce the different configurations of the lens component in the direction of one of their edges juxtaposed and then molded.
  • the above object is also achieved according to a third aspect of the invention with a method for producing a lens component of an optical rain sensor, wherein the lens component has a Fresnel lens designed as a transmitter lens and a Fresnel lens designed as a receiving lens, each having a rectangular contour with first edges and in plan view have at right angles extending second edges, in which a first and a second mold insert, which are rectangular in plan view and each having a Fresnel lens shape, arranged side by side and molded with a suitable plastic.
  • the center of the Fresnel lens shape of the first and / or the second mold insert is arranged eccentrically with respect to the side length of the first and / or the second edges of the rectangular contour.
  • the first mold insert and the second mold insert are optionally arranged rotated by 0 ° or 180 °, resulting in different distances between the centers of the transmitter lens and the receiver lens in the lens component.
  • the first mold insert may generate either the transmitter lens or the receiver lens, the second mold insert then correspondingly generates the receiver lens or the transmitter lens. Since the light path through the lens component is preferably symmetrical with respect to the centers of the two lenses, the transmitter and receiver lenses can be easily exchanged with respect to their position. As described above, the distance of the centers of the transmitter lens and the receiver lens is equal to the distance of the centers of the Fresnel lens molds of the first mold insert and the second mold insert after being juxtaposed.
  • the selection of the arrangement of the mold inserts is preferably carried out as a function of a selected windshield thickness, for which the respective rain sensor is determined.
  • the edge length of the mold inserts along the first edges is the same, and the centers of the Fresnel lens molds are centered with respect to the side length of the first edges. In this way, a rectangle with equally long outer contours always results for all possible different configurations of the juxtaposed mold inserts and the resulting lens component.
  • the transmitter lens and the receiver lens are preferably produced on a first side, and a continuous, periodic prism structure on a second, opposite side.
  • the prism structure preferably has identical dimensions to the combination of transmitter lens and receiver lens and is congruent in plan view above.
  • the molding process is advantageously an injection molding process in which the lens component is in particular produced in one piece.
  • a tool for producing a lens component of an optical rain sensor with a transmitter lens and a receiver lens, which are each designed as a Fresnel lens can be used.
  • a rectangular in plan view first mold insert and a rectangular in plan view second mold insert are provided, wherein both the first and the second mold insert have a Fresnellinsenform.
  • the first mold insert and the second mold insert each have first edges with a first side length and second edges with a second side length, wherein in particular the first side length of both mold inserts is the same.
  • the center of the Fresnel lens mold in the first mold insert and / or in the second mold insert is arranged eccentrically at least with respect to the side length of the second edge. It is a recording provided in the tool, in the the first mold insert and the second mold insert along the second edge are angioetzbar, wherein the first and / or the second mold insert in each case by 0 ° or rotated by 180 ° can be inserted into the receptacle.
  • the side lengths of the second edges of both mold inserts are preferably different so as to be able to obtain a higher number of different lens component configurations that differ in the distances of the centers of the transmitter lens and the receiver lens.
  • the recording in the tool is advantageously rectangular in shape, and the dimension of the side length of the first edge and the sum of the side lengths of the second edge of the two mold inserts then correspond substantially to the dimension of the recording.
  • an adjustment of the position of the mold inserts and a fixing of the mold inserts in the tool can be dispensed with.
  • Figures 1 and 2 are schematic representations of the operation of a rain sensor according to the invention with a lens component according to the invention in two configurations, which are designed for different windscreen thicknesses;
  • Figure 3 is a schematic perspective view of a lens component according to the invention, prepared by a method according to the invention;
  • Figure 4 is a schematic representation of mold inserts for a transmitter lens and a receiver lens of a lens component according to the invention
  • Figure 5 shows various configurations of the mold inserts of Figure 4, which simultaneously correspond to different configurations of transmitter lens and receiver lens in the lens component according to the invention
  • Figure 6 is a schematic perspective view of a tool according to the invention for producing a lens component according to the invention.
  • FIG. 7 shows a further illustration of the tool from FIG. 6.
  • Figures 1 and 2 show a rain sensor 10 and a rain sensor 10 'in the installed state.
  • a component of the optical rain sensor 10, 10 ' is a lens component 12, which carries on a side 14 on the surface a transmitter lens 16 and a receiver lens 18. Both the transmitter lens 16 and the receiver lens 18 are here Fresnel lenses and are formed as a structure in the surface of the page 14.
  • the entire lens component 12 may be made of a transparent plastic for the light used, but it can also be provided transparent and opaque areas.
  • the lens component 12 is connected to the side 14 opposite side 20 of a disc 22, e.g. the windshield of a vehicle, facing and aligned parallel thereto. Between the surface of the side 20 and the disc 22 is usually a flexible coupling layer 24 is provided, for example of a silicone, which ensures a uniform optical transition between the lens member 12 and the disc 22.
  • the transmitter lens 16 is illuminated with a light beam L emitted by a light transmitter 26.
  • the light beam L becomes a parallel beam as it passes the transmitter lens 16 and is coupled into the disk 22 via the coupling layer 24 at an angle that results in total reflection at a wetting sensitive surface 28 of the disk 22, such as the outside of the windshield.
  • the light beam L falls on the receiver lens 18, where it is focused again and directed to a light receiver 30. If the surface 28 is wetted, the reflection behavior changes since a smaller part of the light beam L is reflected back, which can be evaluated at the light receiver 30.
  • the reflection behavior in the disc 22 is dependent on the thickness d W i, d W 2 of the disc, so that the slice thickness influences the optimum distance between transmitter lens 16 and receiver lens 18.
  • the distance between the centers M s and M E of transmitter lens 16 and receiver lens 18 must be adjusted, since the necessary distance d increases with the slice thickness, as can be seen in the figures.
  • Transmitter lens 16 and receiver lens 18 are arbitrarily occupied in this example, since, as can be seen in the figures, the beam path in the rain sensor 10, 10 'between transmitter lens 16 and receiver lens 18 is symmetrical. Light transmitter 26 and light receiver 30 could therefore also be replaced without changing the function of the rain sensor 10, 10 '. In the context of this application, therefore, the transmitter lens 16 can always be exchanged with the receiver lens 18 with regard to its function and position.
  • FIGS. 1 and 2 show two lens components 12 according to a modular system comprising a number of lens components 12 in different configurations in which the distance d between the centers M s , M E of the transmitter lens 16 and the receiver lens 18 is different.
  • lens component 12 One possible configuration of a lens component 12 is shown in FIG. From the lens component 12, only the area that carries the transmitter lens 16 and the receiver lens 18 is shown in these examples.
  • the lens component 12 can have further sections and further geometric structures, but they are not relevant to the invention and are therefore not shown.
  • both the transmitter lens 16 and the receiver lens 18 have a rectangular contour, with two parallel first edges 34 and two parallel second edges 36 perpendicular to the first edges 34.
  • the transmitter lens 16 and the receiver lens 18 are arranged so that their first edges 34 directly and immediately adjoin one another.
  • the side length h of the first edges 34 is the same for each of the transmitter lens 16 and the receiver lens 18.
  • the side length of the second edges 36 may be the same for the transmitter lens 16 and the receiver lens 18, but is different in this example.
  • the lens component 12 is integrally formed, i. at the lying in Figure 3 inside, adjacent first edges 34, the transmitter lens 16 and the receiver lens 18 are integrally and continuously connected to each other.
  • the lens component 12 is made using a first mold insert 38 and a second mold insert 40 (see FIGS. 4, 6 and 7), each carrying a Fresnel lens mold 42 containing a functioning Fresnel lens, in this case the transmitter lens 16 and the receiver lens, respectively 18, in negative.
  • the first mold insert 38 is associated with the transmitter lens 16 and the second mold insert 40 is associated with the receiver lens 18, this is arbitrarily chosen and may be realized inversely at the discretion of those skilled in the art.
  • the two mold inserts 38, 40 are put together with their first edges 34 and in this example brought into direct contact with each other, and inserted into a receptacle 44 in a tool part 46 (see FIGS. 6 and 7), here the dimensions of the side length h of the first Edge 34 and the sum of the side lengths of the second edges 36 has.
  • the juxtaposed mold inserts 38, 40 can thus be used accurately in the receptacle 44.
  • the lens component 12 is then produced by means of the tool 46.
  • the Fresnel lens mold 42 of the mold inserts 38, 40 is in each case an exact negative form of the later transmitter lens 16 and the receiver lens 18.
  • the rectangular outer contour of the mold inserts 38, 40 obviously requires that the Fresnel lens mold 42 is cut off at the edges, ie that the outer, actually around the center point M s , M E concentric circles of Fresnellinsenform 42 are not completely formed. Due to the However, this is not detrimental to the function of the lenses of Fresnel lenses.
  • the position of the centers M s , M E of the transmitter lens 16 and the receiver lens 18 is uniquely determined by the position of the centers M s , M E of the mold inserts 38, 40. By molding only creates a mirror image.
  • both the center M s of the transmitter lens 16 and the center M E of the receiver list 18 are arranged eccentrically with respect to the second edge 36, ie with respect to the distance from the two first edges 34.
  • a central position is selected so that the distance to both first edges is Vfe h at a side length h of the first edges 34.
  • Both mold inserts 38, 40 can in principle be rotated by 0 ° (ie without rotation) or rotated by 180 °.
  • the distances of the center M s of the transmitter lens 16 (as well as the Fresnellinsenform 42 of the first mold insert 38) from the first side 34 along the second edge 36 are referred to here as ai, a 2
  • the distances of the center M E of the receiver lens 18 (and the Fresnel lens mold 42 of the second mold insert 40) are referred to the first edges 34 as bi, b 2
  • the second mold insert 40 is wider than the first mold insert 38 and thus also the receiver lens 18 wider than the transmitter lens 16, so for the second side lengths: ai + a 2 ⁇ bi + b 2 .
  • the first mold insert 38 is inserted in the position shown in Figure 4, while the second mold insert 40 is rotated relative to the position shown in Figure 4 by 180 ° (the orientation of the mold inserts is indicated by the position of the reference numerals in Figure 5) ,
  • FIG. 5c shows the case that both the first mold insert 38 and the second mold insert 40 are set against one another by 0 °.
  • the distance between the centers M s , M E d min + 2d off + b 2 .
  • FIG. 5 d shows the last configuration, in which the first mold insert 38 is rotated by 180 ° and the second mold insert 40 is rotated by 0 °, that is, they are placed against one another in the position shown in FIG.
  • the integrally produced lens component 12 thus has, in the region in which the transmitter lens 16 and the receiver lens 18 are arranged, the prism structure 32 lying congruently on the opposite side 20.
  • a higher number of configurations with different distances of the center points M s , M E could be produced, for example, by also making an offset with respect to the second edge 36, ie along the first edge 34. However, this would be associated with an overhead in the adaptation of the light emitter 26 and the light receiver 30 bearing board, since in this case the connecting line between the centers M s , M E of the transmitter lens 16 and the receiver lens 18 is no longer on a straight line parallel to the second Edge 36 is located.

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Abstract

Ein Linsenbauteil eines optischen Regensensors (10) hat eine als Fresnellinse ausgebildete Senderlinse (16) und eine als Fresnellinse ausgebildete Empfängerlinse (18), die jeweils in Draufsicht eine rechteckige Kontur mit ersten Kanten und dazu rechtwinklig verlaufenden zweiten Kanten aufweisen, wobei der Mittelpunkt (Ms) der Senderlinse (16) und/oder der Mittelpunkt (ME) der Empfängerlinse (18) außermittig bezüglich der Seitenlänge zumindest einer der Kanten 6) angeordnet ist und die Senderlinse (16) und die Empfängerlinse (18) nebeneinander angeordnet sind. Das Linsenbauteil (12) ist in einem Abformprozess hergestellt, bei dem ein erster und ein zweiter Formeinsatz, die jeweils eine Fresnellinsenform aufweisen, nebeneinander angeordnet werden, wobei der erste und der zweite Formeinsatz wahlweise jeweils um 0° oder um 180° gedreht angeordnet werden und die so angeordneten Formeinsätze beim Abformen eine Negativform für die Senderlinse (16) und die Empfängerlinse (18) des Linsenbauteils (12) bildet. So entsteht ein Baukastensystem zur Herstellung von optischen Regensensoren (10) mit Linsenbauteilen (12) in mehreren unterschiedlichen Konfigurationen, die sich hinsichtlich des Abstandes der Mittelpunkte (MS, ME) der Senderlinse (16) und der Empfängerlinse (18) voneinander unterscheiden. Zur Herstellung des Linsenbauteils (12) werden die Formeinsätze wahlweise jeweils um 0° oder um 180° gedreht nebeneinander angeordnet und mit einem geeigneten Kunststoff abgeformt. Dies erfolgt in einem Werkzeug zur Herstellung eines Linsenbauteils (12), das eine Aufnahme aufweist, in die die Formeinsätze entlang der zweiten Kante aneinandersetzbar sind, wobei der erste und/oder der zweite Formeinsatz jeweils um 0° oder um 180° gedreht in die Aufnahme (44) eingesetzt werden können.

Description

Linsenbauteil eines Regensensors sowie
Baukastensystem, Verfahren und Werkzeug zur Herstellung
Die Erfindung betrifft ein Linsenbauteil eines Regensensors sowie ein Baukastensystem, ein Verfahren und ein Werkzeug zur Herstellung eines Regensensors.
Ein bekanntes Design optischer Regensensoren beruht darauf, dass über eine erste Linse Licht in eine Windschutzscheibe eingekoppelt, in dieser totalreflektiert und über eine zweite Linse wieder ausgekoppelt wird. Abhängig vom Benetzungsgrad der Windschutzscheibe ändert sich der Anteil des totalreflektierten Lichts und damit der Anteil des von der Empfängerlinse zu einem lichtempfindlichen Empfänger zurückgeworfenen Lichts.
Nachteilig bei diesem Design ist, dass der Lichtweg abhängig von der Dicke der jeweils verwendeten Windschutzscheibe ist und somit auch der optimale Abstand zwischen Sender- und Empfängerlinse von dieser Windschutzscheibendicke abhängt. Da Senderlinse und Empfängerlinse meist auf einem einzigen, einstückigen Bauteil zusammengefasst sind, erfordert eine Anpassung an unterschiedlichen Scheibendicken jeweils unterschiedliche Linsenbauteile, was mit hohen Werkzeugkosten verbunden ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Herstellungskosten für die Herstellung eines Regensensors zu reduzieren und die Fertigung flexibler zu machen.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Linsenbauteil eines optischen Regensensors gelöst, der eine als Fresnellinse ausgebildete Senderlinse und eine als Fresnellinse ausgebildete Empfängerlinse hat, die jeweils in Draufsicht eine rechteckige Kontur mit ersten Kanten und dazu rechtwinklig verlaufenden zweiten Kanten aufweisen. Der Mittelpunkt der Senderlinse und/oder der Empfängerlinse liegt außermittig bezüglich der Seitenlänge zumindest einer der Kanten, und die Senderlinse und die Empfängerlinse sind nebeneinander angeordnet. Das Linsenbauteil ist in einem Abformprozess hergestellt, bei dem ein erster Formeinsatz und ein zweiter Formeinsatz, die jeweils eine Fresnellinsenform aufweisen, nebeneinander angeordnet werden. Der erste und der zweite Formeinsatz werden wahlweise jeweils um 0° oder um 180° gedreht angeordnet, und die so angeordneten Formeinsätze bilden beim Abformen eine Negativform für die Senderlinse und die Empfängerlinse des Linsenbauteils.
Aufgrund der außermittigen Anordnung des Mittelpunkts der Senderlinse und/oder der Empfängerlinse ergibt sich durch die möglichen unterschiedlichen Kombinationen, die durch Drehen der einzelnen Formeinsätze entstehen, eine Anzahl unterschiedlicher Konfigurationen für das Linsenbauteil, bei denen die Mittelpunkte der Senderlinse und der Empfängerlinse im fertigen Linsenbauteil unterschiedliche Abstände aufweisen.
Auf diese Weise lassen sich insbesondere mit nur einem Werkzeug und im Minimum zwei unterschiedlichen Formeinsätzen mehrere, insbesondere vier, Linsenbauteile mit unterschiedlichen Abständen der Mittelpunkte von Senderlinse und Empfängerlinse fertigen, die bereits ein großes Spektrum von unterschiedlichen Windschutzscheibendicken abdecken.
Mit dem Begriff „außermittig" wird hier bezeichnet, dass entlang einer Kantenrichtung betrachtet der Mittelpunkt der jeweiligen Fresnellinse von den senkrecht zu dieser Kantenrichtung stehenden Kanten der Rechteckkontur der jeweiligen Linse unterschiedliche Abstände aufweist.
Das Abformen kann beispielsweise im Spritzguss erfolgen, wobei für das Linsenbauteil ein geeigneter, im verwendeten Lichtwellenlängenbereich transparenter Kunststoff eingesetzt wird. Das Linsenbauteil kann vollständig aus diesem Kunststoff bestehen, es können jedoch auch z.B. opake Bereiche aus einem anderen Kunststoff vorgesehen sein.
Jede der Fresnellinsenformen der Formeinsätze ist so ausgebildet, dass sie für sich eine Negativform einer funktionsfähigen Fresnellinse bildet. Aufgrund der Eigenschaften von Fresnellinsen ist es hierzu nicht notwendig, dass sämtliche der einzelnen Kreise, die die Fresnellinse bilden, umfangsmäßig vollständig auf dem Formeinsatz bzw. auf der Linse ausgebildet sind. Die äußeren Kreise können beispielsweise abgeschnitten sein, dort wo die Rechteckkontur der jeweiligen Linse bzw. des jeweiligen Formeinsatzes endet. Da Fresnellinsen im Wesentlichen an jeder Stelle dieselbe Strahlumlenkung aufweisen, ergibt sich auch bei einer außermittigen Anordnung des Linsenmittelpunktes in einer Fresnellinse sowie bei einer rechteckigen Kontur, die Teile einer eigentlich kreisrunden Linse abschneidet, eine ausreichend gute Umlenkung des ein- bzw. ausfallenden Lichtstrahls.
Vorzugsweise sind die Senderlinse und die Empfängerlinse und dementsprechend der erste und der zweite Formeinsatz so aneinandergesetzt, dass entweder ihre ersten oder ihre zweiten Kanten parallel verlaufen. Insbesondere liegen die Formeinsätze und damit auch die Senderlinse und die Empfängerlinse unmittelbar nebeneinander und berühren sich. Die Senderlinse und die Empfängerlinse grenzen daher im Linsenbauteil vorzugsweise unmittelbar aneinander.
Vorzugsweise liegen die Mittelpunkte der Senderlinse und der Empfängerlinse auf einer Geraden, die parallel zu einer der Kantenrichtungen verläuft. In diesem Fall müssen auf der zugehörigen Leiterplatte der Lichtsender und der Lichtempfänger jeweils nur in einer Dimension versetzt werden, um die Leiterplatte an die jeweilige Konfiguration des Linsenbauteils anzugleichen.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind im Linsenbauteil die Senderlinse und die Empfängerlinse in Richtung der zweiten Kanten nebeneinander angeordnet und die Seitenlängen der ersten Kanten sind bei der Senderlinse und der Empfängerlinse gleich, während die Seitenlängen der zweiten Kanten von Senderlinse und Empfängerlinse unterschiedlich sind. Hierdurch ergibt sich bei der Aneinanderreihung von Senderlinse und Empfängerlinse eine kompakte, rechteckige Form für den Bereich des Linsenbauteils, der die Senderlinse und die Empfängerlinse ausmacht, die für alle möglichen Konfigurationen des Linsenbauteils unabhängig von der Drehung der Senderlinse und/oder der Empfängerlinse und 0° oder um 180° gleich ist.
Um eine lineare Abstandsstaffelung der Mittelpunkte von Senderlinse und Empfängerlinse zu erhalten, können beispielsweise die Seitenlängen der zweiten Kanten wie folgt gewählt werden: a2 = ai + d0ff
3l + b2 = d + 2 a2 + b2 = 3 d wobei ai, a2 die Abstände vom Mittelpunkt der Fresnellinsenform des ersten Formeinsatzes zu den ersten Kanten entlang der zweiten Kanten sind und ai < a2 ist und bi , b2 die Abstände vom Mittelpunkt der Fresnellinsenform des zweiten Formeinsatzes zu den ersten Kanten entlang der zweiten Kante sind und bi < b2 ist.
Die Abstände, die hier für die Formeinsätze angegeben sind, sind identisch zu den Abständen in den fertigen Sender- und Empfängerlinsen.
Um die Wirkung der Fresnellinsen zu verbessern, sind die Senderlinse und die Empfängerlinse vorzugsweise an den Stellen, wo die Rechteckform keine kompletten Kreise der Fresnellinse mehr zulässt, bis an die Kanten der Rechteckkontur mit Kreisbogenabschnitten ausgefüllt, die dem jeweiligen Abschnitt der Fresnellinse entsprechend. Anders gesagt ist die Rechteckkontur ein Ausschnitt aus einer größeren Fresnellinse, bei der die über die Rechteckkontur überstehenden Abschnitte weggeschnitten sind. Dies gilt natürlich entsprechend für die Fresnellinsenformen der Formeinsätze, aus deren Abformung die Senderlinse und die Empfängerlinse entstehen.
Während auf einer Seite des Linsenbauteils in dem Bereich, der die Senderlinse und die Empfängerlinse enthält, zwei nebeneinander angeordnete Fresnellinsen mit jeweils einer Rechteckkontur vorhanden sind, ist vorzugsweise auf einer zweiten, entgegengesetzten Seite des Linsenbauteils eine durchgehende, periodische Prismenstruktur angeordnet.
Diese Prismenstruktur ist unabhängig von der in dem spezifischen Linsenbauteil verwendeten Konfiguration der Kombination aus Empfängerlinse und Senderlinse und besteht beispielsweise aus parallelen dachförmigen Prismen, die parallel zu den ersten Kanten der Senderlinse und der Empfängerlinse und dementsprechend zu den ersten Kanten der Formeinsätze verlaufen.
Das Linsenbauteil kann insbesondere insgesamt als eine rechteckige Platte ausgebildet sein, kann aber auch weitere geometrische Strukturen aufweisen, die jedoch für die Erfindung nicht von Belang sind und daher hier nicht beschrieben werden.
Ein derartiges Linsenbauteil kann in einen optischen Regensensor eingebaut werden, sodass die Erfindung auch einen Regensensor mit einem entsprechenden Linsenbauteil betrifft. Die oben genannte Aufgabe wird gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung auch mit einem Baukastensystem zur Herstellung von optischen Regensensoren gelöst. Wie oben bereits beschrieben lässt sich das Linsenbauteil in mehreren unterschiedlichen Konfigurationen realisieren, wobei das Linsenbauteil stets eine als Fresnellinse ausgebildete Senderllinse und eine als Fresnellinse ausgebildete Empfängerlinse hat, die jeweils in Draufsicht einer Rechteckkontur mit ersten Kanten und dazu rechtwinklig verlaufenden zweiten Kanten aufweisen. In den unterschiedlichen Konfigurationen sind die Senderlinse und die Empfängerlinse jeweils um 0° oder um 180° gedreht in Richtung einer ihrer Kanten aneinandergesetzt. Auf diese Weise unterscheiden sich die verschiedenen Konfigurationen hinsichtlich des Abstands der Mittelpunkte der Senderlinse und der Empfängerlinse voneinander. Für eine vorgegebene Windschutzscheibendicke wird dann jeweils das Linsenbauteil mit der passenden Konfigurationen ausgewählt.
Je nach Ausbildung der Senderlinse und der Empfängerlinse können so mit zwei unterschiedlichen Rechteckkonturen mehrere unterschiedliche Konfigurationen mit verschiedenen Mittelpunktsabständen realisiert werden. Insbesondere lassen sich mit Rechteckkonturen, die eine gleiche Seitenlänge der ersten Kanten und unterschiedliche Seitenlängen der zweiten Kanten für Senderund Empfängerlinse aufweisen, bis zu vier unterschiedliche Abstände der Mittelpunkte realisieren, wenn die Mittelpunkte bezüglich der ersten Kanten mittig angeordnet sind. Das Linsenbauteil ist vorzugsweise in jeder der Konfigurationen einstückig ausgebildet. Wie oben bereits beschrieben ist, können hierzu insbesondere ein erster und ein zweiter Formeinsatz vorgesehen sein, wobei die Formeinsätze jeweils in Draufsicht eine Rechteckkontur mit ersten Kanten und dazu rechtwinklig verlaufenden zweiten Kanten und jeweils eine Fresnellinsenform aufweisen. Die Formeinsätze werden zur Fertigung der unterschiedlichen Konfigurationen des Linsenbauteils jeweils um 0° oder um 180° gedreht in Richtung einer ihrer Kanten aneinandergesetzt und anschließend abgeformt.
Die oben angegebene Aufgabe wird außerdem gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung mit einem Verfahren zur Herstellung eines Linsenbauteils eines optischen Regensensors gelöst, wobei das Linsenbauteil eine als Fresnellinse ausgebildeten Senderlinse und eine als Fresnellinse ausgebildeten Empfängerlinse hat, die jeweils in Draufsicht eine Rechteckkontur mit ersten Kanten und dazu rechtwinklig verlaufenden zweiten Kanten aufweisen, bei dem ein erster und ein zweiter Formeinsatz, die in Draufsicht rechteckig sind und die jeweils eine Fresnellinsenform aufweisen, nebeneinander angeordnet und mit einem geeigneten Kunststoff abgeformt werden. Der Mittelpunkt der Fresnellinsenform des ersten und/oder des zweiten Formeinsatzes ist bezüglich der Seitenlänge der ersten und/oder der zweiten Kanten der Rechteckkontur außermittig angeordnet. Der erste Formeinsatz und der zweite Formeinsatz werden wahlweise jeweils um 0° oder um 180° gedreht angeordnet, woraus unterschiedliche Abstände der Mittelunkte der Senderlinse und der Empfängerlinse im Linsenbauteil resultieren.
Der erste Formeinsatz kann entweder die Senderlinse oder die Empfängerlinse erzeugen, der zweite Formeinsatz erzeugt dann entsprechend die Empfängerlinse oder die Senderlinse. Da der Lichtweg durch das Linsenbauteil vorzugsweise symmetrisch bezüglich der Mittelpunkte der beiden Linsen ist, können Sender- und Empfängerlinse problemlos jeweils bezüglich ihrer Position getauscht werden. Wie oben bereits beschrieben ist der Abstand der Mittelpunkte der Senderlinse und der Empfängerlinse gleich dem Abstand der Mittelpunkte der Fresnellinsenformen des ersten Formeinsatzes und des zweiten Formeinsatzes, nachdem diese nebeneinander angeordnet sind. Die Auswahl der Anordnung der Formeinsätze erfolgt vorzugsweise in Abhängigkeit einer gewählten Windschutzscheibendicke, für die der jeweilige Regensensor bestimmt ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kantenlänge der Formeinsätze entlang der ersten Kanten gleich, und die Mittelpunkte der Fresnellinsenformen sind bezüglich der Seitenlänge der ersten Kanten mittig angeordnet. Auf diese Weise ergibt sich stets ein Rechteck mit gleich langen Außenkonturen für alle möglichen unterschiedlichen Konfigurationen der nebeneinander angeordneten Formeinsätze und des resultierenden Linsenbauteils. Bei der Fertigung des Linsenbauteils wird vorzugsweise auf einer ersten Seite die Senderlinse und die Empfängerlinse erzeugt, und auf einer zweiten, entgegengesetzten Seite eine durchgehende, periodische Prismenstruktur. Die Prismenstruktur hat bevorzugt identische Abmessungen zu der Kombination aus Senderlinse und Empfängerlinse und liegt in Draufsicht deckungsgleich darüber. Der Abformprozess ist vorteilhaft ein Spritzgussprozess, bei dem das Linsenbauteil insbesondere einstückig erzeugt wird. Durch das einfache Umdrehen eines oder beider Formeinsätze kann die Fertigung der spezifischen Konfiguration des Linsenbauteils schnell und ohne großen Aufwand umgestellt werden. Zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens und somit zur Herstellung des oben beschriebenen Baukastensystems von Linsenbauteilen kann gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung ein Werkzeug zur Herstellung eines Linsenbauteils eines optischen Regensensors mit einer Senderlinse und einer Empfängerlinse, die jeweils als Fresnellinse ausgebildet sind, verwendet werden. In dem Werkzeug sind ein in Draufsicht rechteckiger erster Formeinsatz und ein in Draufsicht rechteckiger zweiter Formeinsatz vorgesehen, wobei sowohl der erste als auch der zweite Formeinsatz eine Fresnellinsenform aufweisen. Der erste Formeinsatz und der zweite Formeinsatz haben jeweils erste Kanten mit einer ersten Seitenlänge und zweite Kanten mit einer zweiten Seitenlänge, wobei insbesondere die erste Seitenlänge beider Formeinsätze gleich ist. Der Mittelpunkt der Fresnellinsenform im ersten Formeinsatz und/oder im zweiten Formeinsatz ist zumindest bezüglich der Seitenlänge der zweiten Kanten außermittig angeordnet. Es ist eine Aufnahme im Werkzeug vorgesehen, in die der erste Formeinsatz und der zweite Formeinsatz entlang der zweiten Kante aneinandersetzbar sind, wobei der erste und/oder der zweite Formeinsatz jeweils um 0° oder um 180° gedreht in die Aufnahme eingesetzt werden können.
Die Seitenlänge der zweiten Kanten beider Formeinsätze sind vorzugsweise unterschiedlich, um eine höhere Anzahl an unterschiedlichen Konfigurationen des Linsenbauteils erhalten zu können, die sich bezüglich der Abstände der Mittelpunkte der Senderlinse und der Empfängerlinse unterscheiden.
Für die Abstände der Mittelpunkte der Fresnellinsenformen des ersten Formeinsatzes und des zweiten Formeinsatzes von den ersten Kanten der Formeinsätze entlang der zweiten Kante gesehen gilt vorzugsweise die oben bereits dargelegte Beziehung.
Die Aufnahme im Werkzeug ist vorteilhaft rechteckig geformt, und die Abmessung der Seitenlänge der ersten Kante sowie die Summe der Seitenlängen der zweiten Kante der beiden Formeinsätze entsprechen dann im Wesentlichen der Abmessung der Aufnahme. So kann gegebenenfalls auf eine Justierung der Position der Formeinsätze und eine Fixierung der Formeinsätze im Werkzeug verzichtet werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
Figuren 1 und 2 schematische Darstellungen der Arbeitsweise eines erfindungsgemäßen Regensensors mit einem erfindungsgemäßen Linsenbauteil in zwei Konfigurationen, die für unterschiedliche Windschutzscheibendicken ausgelegt sind; - Figur 3 eine schematische perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Linsenbauteils, hergestellt nach einem erfindungsgemäßen Verfahren;
Figur 4 eine schematische Darstellung von Formeinsätzen für eine Senderlinse und eine Empfängerlinse eines erfindungsgemäßen Linsenbauteils; Figur 5 verschiedene Konfigurationen der Formeinsätze aus Figur 4, die gleichzeitig auch verschiedenen Konfigurationen von Senderlinse und Empfängerlinse im Linsenbauteil gemäß der Erfindung entsprechen;
Figur 6 eine schematische perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Werkzeugs zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Linsenbauteils; und
Figur 7 eine weitere Darstellung des Werkzeugs aus Figur 6.
Die Figuren 1 und 2 zeigen einen Regensensor 10 und einen Regensensor 10' im eingebauten Zustand. Ein Bestandteil des optischen Regensensors 10, 10' ist ein Linsenbauteil 12, das an einer Seite 14 an der Oberfläche eine Senderlinse 16 und eine Empfängerlinse 18 trägt. Sowohl die Senderlinse 16 als auch die Empfängerlinse 18 sind hier Fresnellinsen und sind als Struktur in der Oberfläche der Seite 14 ausgebildet.
Das gesamte Linsenbauteil 12 kann aus einem für das verwendete Licht transparenten Kunststoff bestehen, es können aber auch transparente und opake Bereiche vorgesehen sein.
Das Linsenbauteil 12 ist mit der der Seite 14 entgegengesetzten Seite 20 einer Scheibe 22, z.B. der Windschutzscheibe eines Fahrzeugs, zugewandt und parallel zu dieser ausgerichtet. Zwischen der Oberfläche der Seite 20 und der Scheibe 22 ist normalerweise eine flexible Kopplungsschicht 24 vorgesehen, beispielsweise aus einem Silikon, die die für einen gleichmäßigen optischen Übergang zwischen dem Linsenbauteil 12 und der Scheibe 22 sorgt.
Die Senderlinse 16 wird mit einem Lichtstrahlenbündel L beleuchtet, das von einem Lichtsender 26 ausgesandt wird. Das Lichtstrahlenbündel L wird beim Passieren der Senderlinse 16 zu einem parallelen Strahl und wird über die Kopplungsschicht 24 in die Scheibe 22 eingekoppelt, in einem Winkel, der zur Totalreflexion an einer benetzungsempfindlichen Oberfläche 28 der Scheibe 22 führt, beispielsweise der Außenseite der Windschutzscheibe. Nach der Totalreflexion innerhalb der Scheibe 22 fällt das Lichtstrahlenbündel L auf die Empfängerlinse 18, wo es wieder fokussiert und zu einem Lichtempfänger 30 geleitet wird. Wird die Oberfläche 28 benetzt, so ändert sich das Reflexionsverhalten, da ein geringerer Teil des Lichtstrahlenbündels L zurückreflektiert wird, was am Lichtempfänger 30 ausgewertet werden kann.
Das Reflexionsverhalten in der Scheibe 22 ist abhängig von der Dicke dWi , dW2 der Scheibe, sodass die Scheibendicke den optimalen Abstand zwischen Senderlinse 16 und Empfängerlinse 18 beeinflusst. Bei einer dickeren Scheibe muss daher der Abstand zwischen den Mittelpunkten Ms und ME von Senderlinse 16 und Empfängerlinse 18 angepasst werden, da der notwendige Abstand d mit der Scheibendicke zunimmt, wie in den Figuren zu erkennen ist. Senderlinse 16 und Empfängerlinse 18 sind in diesem Beispiel willkürlich belegt, da, wie in den Figuren zu erkennen ist, der Strahlengang im Regensensor 10, 10' zwischen Senderlinse 16 und Empfängerlinse 18 symmetrisch ist. Lichtsender 26 und Lichtempfänger 30 könnten daher auch ausgetauscht werden, ohne die Funktion des Regensensors 10, 10' zu verändern. Im Rahmen dieser Anmeldung kann daher stets die Senderlinse 16 mit der Empfängerlinse 18 bezüglich ihrer Funktion und Position getauscht werden.
Zum Auskoppeln des Lichtstrahlenbündels L aus dem Linsenbauteil 12 ist an der Oberfläche der Seite 20 eine geeignete Struktur, in diesem Fall eine Prismenstruktur 32, vorgesehen, die später noch näher beschrieben wird. Die Figuren 1 und 2 zeigen zwei Linsenbauteile 12 gemäß einem Baukastensystem, das eine Anzahl von Linsenbauteilen 12 in unterschiedlichen Konfigurationen umfasst, bei denen der Abstand d zwischen den Mittelpunkten Ms, ME der Senderlinse 16 und der Empfängerlinse 18 jeweils unterschiedlich ist.
Eine mögliche Konfiguration eines Linsenbauteils 12 ist in Figur 3 gezeigt. Vom Linsenbauteil 12 ist in diesen Beispielen jeweils nur der Bereich dargestellt, der die Senderlinse 16 und die Empfängerlinse 18 trägt. Das Linsenbauteil 12 kann weitere Abschnitte und weitere geometrische Strukturen aufweisen, die aber nicht erfindungsrelevant sind und daher nicht dargestellt sind.
In Draufsicht weist sowohl die Senderlinse 16 als auch die Empfängerlinse 18 eine rechteckige Kontur auf, mit zwei parallelen ersten Kanten 34 und zwei parallelen zweiten Kanten 36, die senkrecht zu den ersten Kanten 34 stehen. Hier sind die Senderlinse 16 und die Empfängerlinse 18 so angeordnet, dass ihre ersten Kanten 34 direkt und unmittelbar aneinandergrenzen.
In diesem Beispiel ist die Seitenlänge h der ersten Kanten 34 jeweils für Senderlinse 16 und Empfängerlinse 18 gleich. Die Seitenlänge der zweiten Kanten 36 kann für die Senderlinse 16 und die Empfängerlinse 18 gleich gewählt sein, ist in diesem Beispiel aber unterschiedlich.
Das Linsenbauteil 12 ist einstückig ausgebildet, d.h. an den in Figur 3 innen liegenden, aneinandergrenzenden ersten Kanten 34 sind die Senderlinse 16 und die Empfängerlinse 18 einstückig und durchgängig miteinander verbunden. Das Linsenbauteil 12 wird hergestellt, indem ein erster Formeinsatz 38 und ein zweiter Formeinsatz 40 verwendet werden (siehe Figuren 4, 6 und 7), die jeweils eine Fresnellinsenform 42 tragen, die eine funktionsfähige Fresnellinse, in diesem Fall die Senderlinse 16 bzw. die Empfängerlinse 18, im Negativ darstellen. In diesem Beispiel ist der erste Formeinsatz 38 der Senderlinse 16 und der zweite Formeinsatz 40 der Empfängerlinse 18 zugeordnet, dies ist willkürlich gewählt und kann im Ermessen des Fachmanns auch umgekehrt realisiert werden.
Die beiden Formeinsätze 38, 40 werden mit ihren ersten Kanten 34 aneinandergesetzt und in diesem Beispiel in direkten Kontakt miteinander gebracht, und in eine Aufnahme 44 in einem Werkzeugteil 46 eingesetzt (siehe Figuren 6 und 7), die hier die Abmessungen der Seitenlänge h der ersten Kante 34 sowie der Summe der Seitenlängen der zweiten Kanten 36 aufweist. Die aneinandergesetzten Formeinsätze 38, 40 können also passgenau in die Aufnahme 44 eingesetzt werden. In einem Abformprozess, beispielsweise einem Spritzgussprozess, wird dann das Linsenbauteil 12 mittels des Werkzeugs 46 hergestellt.
Die Fresnellinsenform 42 der Formeinsätze 38, 40 ist jeweils eine exakte Negativform der späteren Senderlinse 16 und der Empfängerlinse 18. Die rechteckige Außenkontur der Formeinsätze 38, 40 bedingt offensichtlich, dass die Fresnellinsenform 42 an den Rändern abgeschnitten ist, d.h., dass die äußeren, eigentlich um den Mittelpunkt Ms, ME konzentrischen Kreise der Fresnellinsenform 42 nicht vollständig ausgebildet sind. Aufgrund der Eigenschaften von Fresnellinsen ist dies jedoch für die Funktion der Linsen nicht schädlich.
Die Lage der Mittelpunkte Ms, ME der Senderlinse 16 und der Empfängerlinse 18 ist durch die Position der Mittelpunkte Ms, ME der Formeinsätze 38, 40 eindeutig vorgegeben. Durch das Abformen entsteht lediglich eine spiegelbildliche Abbildung.
In diesem Beispiel sind sowohl der Mittelpunkt Ms der Senderlinse 16 als auch der Mittelpunkt ME der Empfängerliste 18 außermittig bezüglich der zweiten Kante 36, also bezüglich des Abstands von den beiden ersten Kanten 34, angeordnet. Bezüglich der ersten Kante 34, also bezüglich des Abstands zu den beiden zweiten Kanten 36 ist jedoch eine mittige Lage gewählt, sodass der Abstand zu beiden ersten Kanten jeweils Vfe h bei einer Seitenlänge h der ersten Kanten 34 beträgt.
Je nachdem, in welcher Orientierung die Formeinsätze 38, 40 entlang der zweiten Seiten 36 aneinandergesetzt werden, ergibt sich ein unterschiedlicher Abstand der Mittelpunkte Ms, ME. Beide Formeinsätze 38, 40 können prinzipiell um 0° gedreht (also ohne Drehung) oder um 180° gedreht ausgerichtet werden.
Bei geeigneter Wahl der Seitenlängen der zweiten Kanten 36 lässt sich eine lineare Abstufung des Abstands der Mittelpunkte Ms, ME von Senderlinse 16 und Empfängerlinse 18 im Linsenbauteil 12 erzeugen.
Die Abstände des Mittelpunkts Ms der Senderlinse 16 (sowie der Fresnellinsenform 42 des ersten Formeinsatzes 38) von den ersten Seiten 34 entlang der zweiten Kante 36 sind hier als ai , a2 bezeichnet, während die Abstände des Mittelpunkts ME der Empfängerlinse 18 (sowie der Fresnellinsenform 42 des zweiten Formeinsatzes 40) zu den ersten Kanten 34 als bi , b2 bezeichnet sind. In diesem Beispiel ist der zweite Formeinsatz 40 breiter als der erste Formeinsatz 38 und damit auch die Empfängerlinse 18 breiter als die Senderlinse 16, also gilt für die zweiten Seitenlängen: ai + a2 < bi + b2. Bei Wahl der Seitenlängen der zweiten Kanten 36 und des jeweiligen Versatzes gegenüber der Mitte der Seitenlänge von:
+ 2, doff ergeben sich die in Figur 5 gezeigten möglichen vier Konfigurationen des Baukastensystems für das Linsenbauteil 12, anhängig davon, ob der erste Formeinsatz 38 und der zweite Formeinsatz 40 um 0° oder um 180° gedreht in die Aufnahme 44 eingesetzt wird.
Figur 5a zeigt die Konfiguration, die den Minimalabstand dmin = ai + bi aufweist. In diesem Fall ist der erste Formeinsatz 38 in der in Figur 4 gezeigten Lage eingesetzt, während der zweite Formeinsatz 40 gegenüber der in Figur 4 gezeigten Lage um 180° gedreht ist (die Orientierung der Formeinsätze ist durch die Position der Bezugszeichen in Figur 5 angedeutet).
Figur 5b zeigt den Fall, dass sowohl der Formeinsatz 38 als auch der zweite Formeinsatz 40 um 180° gedreht verwendet werden, hier beträgt der Abstand der Mittelpunkte Ms, ME dmin + d0ff = a2 + bi .
Figur 5c zeigt den Fall, dass sowohl der erste Formeinsatz 38 als auch der zweite Formeinsatz 40 um 0° gedreht aneinandergesetzt werden. Hier beträgt der Abstand der Mittelpunkte Ms, ME dmin + 2doff = + b2.
Figur 5d zeigt die letzte Konfiguration, bei der der erste Formeinsatz 38 um 180° gedreht und der zweite Formeinsatz 40 um 0° gedreht, also in der in Figur 4 gezeigten Position aneinandergesetzt werden. Hier beträgt der Abstand der Mittelpunkte Ms, ME gleich dmin + 3doff = a2 + b2.
Auf diese Weise lassen sich mit einem einzigen Werkzeugteil 46 und lediglich zwei Formeinsätzen 38, 40 vier Konfigurationen eines Linsenbauteils 12 mit unterschiedlichen Abständen der Mittelpunkte Ms, ME von Senderlinse 16 und Empfängerlinse 18 herstellen, indem lediglich einer oder beide der Formeinsätze 38, 40 in der Aufnahme 44 des Werkzeugs 46 umgedreht werden. So ergibt sich ein Baukastensystem von vier verschiedenen Linsenbauteilen 12, die an unterschiedliche Scheibendicken angepasst sind, ohne dass jeweils ein eigenes Werkzeug hergestellt werden muss. Im gleichen Arbeitsschritt wie das Abformen der Senderlinse 16 und der Empfängerlinse 18 von den Formeinsätzen 38, 40 wird in diesem Beispiel auch die Prismenstruktur 32 an der Oberfläche der Seite 20 des Linsenbauteils 12 hergestellt. Hierzu ist ein zweites Werkzeugteil 48 vorgesehen (siehe Figur 7), das hier auch einen Formeinsatz 50 in einer entsprechenden Aufnahme aufweist, wobei der Formeinsatz 50 die Negativform der Prismenstruktur 32 trägt. Das einstückig hergestellte Linsenbauteil 12 weist also in dem Bereich, in dem die Senderlinse 16 und die Empfängerlinse 18 angeordnet sind, deckungsgleich auf der entgegengesetzten Seite 20 darüberliegend die Prismenstruktur 32 auf.
Anstelle der hier beschriebenen Geometrie für die Seitenlänge der ersten Kanten 34 und der zweiten Kanten 36 sowie die Aufteilung der Abstände der Mittelpunkte Ms, ME zu den Kanten 34, 36 könnten natürlich auch beliebige andere Geometrien eingesetzt werden.
Eine höhere Anzahl von Konfigurationen mit unterschiedlichen Abständen der Mittelpunkte Ms, ME ließe sich beispielsweise erzeugen, indem auch ein Versatz bezüglich der zweiten Kanten 36, also entlang der ersten Kante 34, vorgenommen wird. Dies wäre allerdings mit einem Mehraufwand bei der Anpassung der den Lichtsender 26 und den Lichtempfänger 30 tragenden Platine verbunden, da in diesem Fall die Verbindungslinie zwischen den Mittelpunkten Ms, ME der Senderlinse 16 und der Empfängerlinse 18 nicht mehr auf einer Geraden parallel zur zweiten Kante 36 liegt.

Claims

Patentansprüche
1 . Linsenbauteil eines optischen Regensensors (10, 10'), mit einer als Fresnellinse ausgebildeten Senderlinse (16) und einer als Fresnellinse ausgebildeten Empfängerlinse (18), die jeweils in Draufsicht eine rechteckige Kontur mit ersten Kanten (34) und dazu rechtwinklig verlaufenden zweiten Kanten (36) aufweisen,
wobei der Mittelpunkt (Ms) der Senderlinse (16) und/oder der Mittelpunkt (ME) der Empfängerlinse (18) außermittig bezüglich der Seitenlänge zumindest einer der Kanten (34, 36) angeordnet ist und die Senderlinse (16) und die Empfängerlinse (18) nebeneinander angeordnet sind,
wobei das Linsenbauteil (12) in einem Abformprozess hergestellt ist, bei dem ein erster Formeinsatz (38) und ein zweiter Formeinsatz (40), die jeweils eine Fresnellinsenform (42) aufweisen, nebeneinander angeordnet werden, wobei der erste und der zweite Formeinsatz (38, 40) wahlweise jeweils um 0° oder um 180° gedreht angeordnet werden und die so angeordneten Formeinsätze (38, 40) beim Abformen eine Negativform für die Senderlinse (16) und die Empfängerlinse (18) des Linsenbauteils (12) bildet.
2. Linsenbauteil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Senderlinse (16) und die Empfängerlinse (18) unmittelbar aneinandergrenzen.
3. Linsenbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelpunkte (Ms, ME) der Senderlinse (16) und der Empfängerlinse (18) auf einer Geraden liegen, die parallel zu einer der Kanten (34, 36) verläuft.
4. Linsenbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Senderlinse (16) und die Empfängerlinse (18) in Richtung der zweiten Kanten (36) nebeneinander angeordnet sind und dass die Seitenlängen (h) der ersten Kanten (36) bei der Senderlinse (16) und der Empfängerlinse (18) gleich sind und die Seitenlängen der zweiten Kanten (36) von Senderlinse (16) und Empfängerlinse (18) unterschiedlich sind.
5. Linsenbauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass für die Abstände der Mittelpunkte (Ms, ME) der Fresnellinsenformen (42) des ersten Formeinsatzes (38) und des zweiten Formeinsatzes (40) von den ersten Kanten (34) der Formeinsätze (38, 40) entlang der zweiten Kante (36) gilt:
wobei a1 ; a2 die Abstände vom Mittelpunkt (Ms) der Fresnellinsenform (42) des ersten Formeinsatzes (38) zu den ersten Kanten (34) entlang der zweiten Kanten (36) sind und < a2 ist und bi , b2 die Abstände vom Mittelpunkt (ME) der Fresnellinsenform (42) des zweiten Formeinsatzes (40) zu den ersten Kanten (34) entlang der zweiten Kante
6. Linsenbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Senderlinse ( 1 6) und die Empfängerlinse ( 1 8) an den Stellen, wo die Rechteckform keine kompletten Kreise der Fresnellinse mehr zulässt, bis an die Kanten (34, 36) der Rechteckkontur mit Kreisbogenabschnitten ausgefüllt sind.
7. Linsenbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer ersten Seite ( 1 4) die Senderlinse ( 1 6) und die Empfängerlinse ( 1 8) und auf einer zweiten, entgegengesetzten Seite (20) eine durchgehende, periodische Prismenstruktur (32) angeordnet ist.
8. Regensensor mit einem Linsenbauteil ( 1 2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
9. Baukastensystem zur Herstellung von optischen Regensensoren ( 1 0, 1 0') , mit einem Linsenbauteil ( 1 2) in mehreren unterschiedlichen Konfigurationen, wobei das Linsenbauteil ( 1 2) eine als Fresnellinse ausgebildete Senderlinse ( 1 6) und eine als Fresnellinse ausgebildete Empfängerlinse ( 1 8) hat, die jeweils in Draufsicht eine Rechteckkontur mit ersten Kanten (34) und dazu rechtwinklig verlaufenden zweiten Kanten (36) aufweisen und in den unterschiedlichen Konfigurationen die Senderlinse (16) und die Empfängerlinse (18) jeweils um 0° oder um 180° gedreht in Richtung einer ihrer Kanten (34, 36) aneinandergesetzt sind, sodass sich die unterschiedlichen Konfigurationen hinsichtlich des Abstandes der Mittelpunkte (Ms, ME) der Senderlinse (16) und der Empfängerlinse (18) voneinander unterscheiden.
10. Baukastensystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Linsenbauteil (12) jeweils einstückig ausgebildet ist, insbesondere, indem ein erster und ein zweiter Formeinsatz (38, 40) vorgesehen sind, die jeweils in Draufsicht eine Rechteckkontur mit ersten Kanten (34) und dazu rechtwinklig verlaufenden zweiten Kanten (36) und jeweils eine Fresnellinsenform aufweisen, wobei die Formeinsätze (38, 40) zur Fertigung der unterschiedlichen Konfigurationen des Linsenbauteils (12) jeweils um 0° oder um 180° gedreht in Richtung einer ihrer Kanten (34, 36) aneinandergesetzt und abgeformt werden.
1 1 . Verfahren zur Herstellung eines Linsenbauteils (12) eines optischen Regensensors (10, 10'), mit einer als Fresnellinse ausgebildeten Senderlinse (16) und einer als Fresnellinse ausgebildeten Empfängerlinse (18), die jeweils in Draufsicht eine Rechteckkontur mit ersten Kanten (34) und dazu rechtwinklig verlaufenden zweiten Kanten (36) aufweisen, bei dem:
ein erster und ein zweiter Formeinsatz (38, 40), die in Draufsicht rechteckig sind und die jeweils eine Fresnellinsenform aufweisen, nebeneinander angeordnet und mit einem geeigneten Kunststoff abgeformt werden,
wobei der Mittelpunkt (Ms, ME) der Fresnellinsenform des ersten und/oder des zweiten Formeinsatzes (38, 40) bezüglich der Seitenlänge der ersten und/oder der zweiten Kanten (34, 36) der Rechteckkontur außermittig angeordnet ist,
und der erste Formeinsatz (38) und der zweite Formeinsatz (40) wahlweise jeweils um 0° oder um 180° gedreht angeordnet werden, woraus unterschiedliche Abstände der Mittelpunkte (Ms, ME) der Senderlinse (16) und der Empfängerlinse (18) im Linsenbauteil (12) resultieren.
12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass Auswahl der Anordnung der Formeinsätze (38, 40) in Abhängigkeit < gewählten Windschutzscheibendicke (dWi , dW2) erfolgt, für die der Regensensor (10, 10') bestimmt ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenlänge (h) der Formeinsätze (38, 40) entlang der ersten Kanten (34) gleich ist und die Mittelpunkte (Ms, ME) der Fresnellinsenformen (42) bezüglich der Seitenlänge (h) der ersten Kanten (34) mittig angeordnet sind.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Linsenbauteil (12) auf einer ersten Seite (14) die Senderlinse (16) und die Empfängerlinse (18) aufweist und dass auf einer zweiten, entgegengesetzten Seite (20) bei der Fertigung des Linsenbauteils (12) eine durchgehende, periodische Prismenstruktur (32) erzeugt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Abformprozess ein Spritzgussprozess ist.
16. Werkzeug zur Herstellung eines Linsenbauteils (12) eines optischen Regensensors (10, 10') mit einer Senderlinse (16) und einer Empfängerlinse (18), die jeweils als Fresnellinse ausgebildet sind,
wobei ein in Draufsicht rechteckiger erster Formeinsatz (38) und ein in Draufsicht rechteckiger zweiter Formeinsatz (40) vorgesehen sind und sowohl der erste als auch der zweite Formeinsatz (38, 40) eine Fresnellinsenform (42) aufweist,
und der erste Formeinsatz (38) und der zweite Formeinsatz (40) jeweils erste Kanten (34) mit einer ersten Seitenlänge (h) und zweite Kanten (36) mit einer zweiten Seitenlänge haben, wobei insbesondere die erste Seitenlänge (h) beider Formeinsätze (38, 40) gleich ist,
wobei die Mittelpunkte (Ms, ME) der Fresnellinsenform (42) im ersten Formeinsatz (38) und im zweiten Formeinsatz (40) zumindest bezüglich der Seitenlänge der zweiten Kanten (36) außermittig angeordnet ist und
wobei eine Aufnahme (44) vorgesehen ist, in die der erste Formeinsatz (38) und der zweite Formeinsatz (40) entlang der zweiten Kante (36) aneinandersetzbar sind, wobei der erste und/oder der zweite Formeinsatz (38, 40) jeweils um 0° oder um 180° gedreht in die Aufnahme (44) eingesetzt werden können.
17. Werkzeug nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenlänge der zweiten Kanten (36) beider Formeinsätze (38, 40) unterschiedlich ist.
18. Werkzeug nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass für die Abstände der Mittelpunkte (Ms, ME) der Fresnellinsenformen (42) des ersten Formeinsatzes (38) und des zweiten Formeinsatzes (40) von den ersten Kanten (34) entlang der zweiten Kante (36) gilt:
wobei ai , a2 die Abstände vom Mittelpunkt (Ms) der Fresnellinsenform (42) des ersten Formeinsatzes (38) zu den ersten Kanten (34) entlang der zweiten Kante (36) sind und ai < a2, ist und bi , b2 die Abstände vom Mittelpunkt (ME) der Fresnellinsenform (42) des zweiten Formeinsatzes (40) zu den ersten Kanten 34 entlang der zweiten Kanten
19. Werkzeug nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (44) rechteckig ist und die Abmessung der Seitenlänge (h) der ersten Kante (34) sowie der Summe der Seitenlängen der zweiten Kanten (36) der beiden Formeinsätze (38, 40) aufweist.
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