專利名稱：用于在機(jī)動(dòng)車中檢測(cè)環(huán)境光的光學(xué)傳感裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種根據(jù)權(quán)利要求I的前序部分的用于檢測(cè)環(huán)境光的光學(xué)傳感裝置，其可以耦合到玻璃板上、尤其是車輛的擋風(fēng)玻璃上。
背景技術(shù)：
這些傳感裝置主要作為光傳感器用于控制車輛照明。使用經(jīng)典透鏡影響光路(例如在EP1068112B1中展示的雨傳感器的抵靠擋風(fēng)玻璃傾斜的透鏡)需要相對(duì)大的結(jié)構(gòu)空間。例如由W003/026937A1已知的較小的結(jié)構(gòu)形式通過使用全息結(jié)構(gòu)而成為可能。這些傳感器基于光衍射的原理而借助于衍射元件并因此具有與該原理相關(guān)的缺點(diǎn)，即相當(dāng)?shù)偷目捎霉猱a(chǎn)出率和較高的干擾光靈敏度。
DE19608648C1建議在ー種光學(xué)傳感裝置中將光引導(dǎo)單元的光入射面或光出射面構(gòu)成為菲涅爾透鏡。但由于光引導(dǎo)器的構(gòu)造有透鏡的表面垂直于玻璃板面，因此該裝置所需的結(jié)構(gòu)空間非常大。已知光學(xué)環(huán)境光傳感裝置的其他基本缺點(diǎn)在于制造成本高且接收范圍窄。在具有菲涅爾透鏡的傳感裝置中通過將光接收器更遠(yuǎn)或更近地置于菲涅爾透鏡的焦點(diǎn)上而產(chǎn)生放大的嘗試失敗，因?yàn)榻邮仗匦韵鄳?yīng)地分為ー個(gè)或多個(gè)其他的遠(yuǎn)超出預(yù)定接收范圍的光束。増大接收面的嘗試同樣失敗。從DE202006005665U1中已知光學(xué)的雨傳感裝置，其具有方形的、與機(jī)動(dòng)車擋風(fēng)玻璃平行設(shè)置的透鏡板。透鏡板的面向該裝置的發(fā)射器和接收器的正面具有菲涅爾臺(tái)階，該菲涅爾臺(tái)階形成兩個(gè)非球形的菲涅爾透鏡，各菲涅爾透鏡的光軸相對(duì)于擋風(fēng)玻璃分別傾斜約45度。第一菲涅爾透鏡負(fù)責(zé)將從發(fā)射器發(fā)出的光束基本上平行地定向，從而光線作為平行定向的光束射入到擋風(fēng)玻璃中。第二菲涅爾透鏡負(fù)責(zé)將從擋風(fēng)玻璃射出的仍舊平行定向的光束聚集到接收器上。DE202007036492A1展示一種構(gòu)造為這樣的光學(xué)傳感裝置的與方向相關(guān)的日光傳感器。該裝置的透鏡板在其面向光接收器的表面上具有菲涅爾透鏡結(jié)構(gòu)，并在對(duì)置的面向玻璃板的表面上具有菲涅爾反射結(jié)構(gòu)。平行地射到玻璃板上的光束傾斜地穿過該玻璃板，然后通過菲涅爾反射結(jié)構(gòu)射入到透鏡板中，并通過透鏡板垂直地引導(dǎo)到菲涅爾透鏡結(jié)構(gòu)上以及通過該菲涅爾透鏡結(jié)構(gòu)匯聚到光接收器上。然而原則上，基于菲涅爾透鏡板技術(shù)的日光傳感器除了希望的主要接收特性之外還具有在其它不希望的接收方向上的一定的靈敏度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是實(shí)現(xiàn)希望的接收特性，而接收特性不會(huì)對(duì)于菲涅爾棱鏡技術(shù)典型地分成希望和不希望的區(qū)域。該目的通過具有權(quán)利要求I的特征的光學(xué)傳感裝置實(shí)現(xiàn)。按照發(fā)明的光學(xué)傳感裝置的有利的且符合目的的實(shí)施形式在從屬權(quán)利要求中說明。
按照發(fā)明的光學(xué)傳感裝置用于檢測(cè)環(huán)境光井可以耦合到玻璃板上、尤其是車輛的擋風(fēng)玻璃上。該光學(xué)傳感裝置包括傳感單元，該傳感単元具有用于環(huán)境光的至少ー個(gè)光接收器和用于將環(huán)境光束從玻璃板定向地射出到光接收器上的透鏡板。透鏡板具有面向光接收器的表面，該表面在光學(xué)傳感裝置處于稱合的狀態(tài)下與玻璃板基本平行地定向。該表面具有帶有多個(gè)單棱鏡的棱鏡結(jié)構(gòu)，各單棱鏡被設(shè)計(jì)成使得其將通過主方向和(優(yōu)選不同于O度的)孔徑角限定的確定的環(huán)境光束的光線轉(zhuǎn)向到光接收器上。因?yàn)榘凑毡景l(fā)明的光學(xué)傳感裝置為其檢測(cè)定向的環(huán)境光線的功能僅需要ー個(gè)棱鏡結(jié)構(gòu)，所以簡(jiǎn)化生產(chǎn)并可實(shí)現(xiàn)極為緊湊的結(jié)構(gòu)形式。因此，設(shè)置在透鏡板的面向光接收器的表面上的棱鏡結(jié)構(gòu)有利地設(shè)計(jì)為，該棱鏡結(jié)構(gòu)對(duì)環(huán)境光束起到聚焦透鏡的作用，且該 聚焦透鏡的焦點(diǎn)在光接收器上。棱鏡結(jié)構(gòu)的單棱鏡優(yōu)選設(shè)計(jì)為各單棱鏡將環(huán)境光束的以不同角度進(jìn)入透鏡板的光線聚焦到光接收器上。換言之，各單棱鏡配設(shè)于不同的垂直光入射角。單棱鏡的這種結(jié)構(gòu)允許限定地?cái)U(kuò)大傳感單元的接收區(qū)域，而不會(huì)導(dǎo)致分離為多個(gè)光束。棱鏡結(jié)構(gòu)可以是線性結(jié)構(gòu)，其中單棱鏡的行沿著平行的直線設(shè)置。但棱鏡結(jié)構(gòu)也可以是非線性的、優(yōu)選旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)，其中單棱鏡的行沿著平行的曲線、尤其是圓線設(shè)置。在這種情況下，半徑確定環(huán)境光束的水平孔徑角。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)擴(kuò)展方案，透鏡板也可以在面向光接收器的表面上具有兩個(gè)或更多個(gè)帶有多個(gè)單棱鏡的棱鏡結(jié)構(gòu)，各棱鏡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為使得其將至少兩個(gè)具有不同主方向的環(huán)境光束的光線轉(zhuǎn)向到光接收器上。特別節(jié)省空間的實(shí)施形式在于，兩個(gè)或更多個(gè)棱鏡結(jié)構(gòu)至少部分地相互集成(也就是相互疊加)。為了保護(hù)光接收器免受不希望的外來光影響，根據(jù)光學(xué)傳感裝置的特別有利的實(shí)施形式，在面向接收器的表面上圍繞棱鏡結(jié)構(gòu)設(shè)置不透環(huán)境光的光障。光障可以不同方式實(shí)現(xiàn)，例如作為暗印或暗塑料層。對(duì)光接收器的最佳防護(hù)通過如下實(shí)施形式實(shí)現(xiàn)，即就第一表面的與該光接收器相交的法線而言，光接收器定位在光障的后方。在雨/光傳感器的有利實(shí)施形式中，除了根據(jù)發(fā)明的用于環(huán)境光的光學(xué)傳感裝置夕卜，還在玻璃板上設(shè)置用于檢測(cè)濕潤(rùn)事件的光學(xué)的雨傳感裝置，其中各傳感裝置分享共用的透鏡板，所有棱鏡結(jié)構(gòu)形成在該共用的透鏡板中。


本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)由隨后的描述和所參照的附圖給出。在附圖中圖I示出根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)傳感裝置的傳感單元的示意剖視圖；圖2示出根據(jù)第一實(shí)施形式的棱鏡結(jié)構(gòu)的俯視圖；以及圖3示出根據(jù)第二實(shí)施形式的棱鏡結(jié)構(gòu)的俯視圖
具體實(shí)施例方式圖I中示出的用于環(huán)境光傳感器的傳感單元被設(shè)計(jì)使用在機(jī)動(dòng)車中且裝設(shè)在車輛的擋風(fēng)玻璃10上。該傳感単元的光學(xué)能動(dòng)元件是透鏡板12。通過使耦合器14的材料形鎖合地且不包含氣泡或類似物地安置在透鏡板12的面向擋風(fēng)玻璃10的第一表面16上，透鏡板12通過耦合器14機(jī)械且光學(xué)地耦合到擋風(fēng)玻璃10上。第一表面16基本上是平坦的且不具有反射或折射結(jié)構(gòu)。在遠(yuǎn)離擋風(fēng)玻璃10的第二表面18上設(shè)置具有圓形的菲涅爾棱鏡結(jié)構(gòu)20的透鏡板12。此外，透鏡板12的第二表面18與第一表面16平行地定向并面向傳感單元的光接收器22。棱鏡結(jié)構(gòu)20具有多個(gè)特別設(shè)計(jì)的折射單棱鏡24，其主要特點(diǎn)在后文解釋。關(guān)于主方向A以銳角射到擋風(fēng)玻璃10上的環(huán)境光束26在進(jìn)入擋風(fēng)玻璃10時(shí)傾斜地向下折射。光束26不顯著折射地穿過耦合器14從擋風(fēng)玻璃10中射出并射入到透鏡板12中。穿過透鏡板12的光束26相對(duì)于透鏡板12的第二表面18傾斜地射到棱鏡結(jié)構(gòu)20上。棱鏡結(jié)構(gòu)20、確切的說其單棱鏡24設(shè)計(jì)為使得各單棱鏡對(duì)光束26起到聚焦透鏡的作用并匯聚光束26的光線。光接收器22位于如此形成的聚焦透鏡的焦點(diǎn)上。棱鏡結(jié)構(gòu)20的另ー特點(diǎn)在干，傳感單元的接收區(qū)域不局限于以確定的角度射到 擋風(fēng)玻璃10上的狹窄限制的平行光束。確切而言，棱鏡結(jié)構(gòu)20設(shè)計(jì)為使得接收區(qū)域擴(kuò)大到相對(duì)于主方向A匯聚的光束。如圖I中所示，棱鏡結(jié)構(gòu)20的特別設(shè)計(jì)的單棱鏡24將預(yù)定的由主方向A和孔徑角限定的環(huán)境光束26的光線轉(zhuǎn)向到光接收器22上，也就是說單棱鏡24將以不同角度射到透鏡板12上的光束26的光線聚焦到光接收器22上。為了實(shí)現(xiàn)兩個(gè)前述的功能(聚焦棱鏡和接收區(qū)域擴(kuò)大)，棱鏡結(jié)構(gòu)20的單棱鏡24具有用于折射或反射光束26的光線的合適的傾斜面。圖2示出棱鏡結(jié)構(gòu)20的第一實(shí)施方式，其中單棱鏡24的行28沿著平行的直線設(shè)置。這樣的結(jié)構(gòu)可以稱為線性棱鏡結(jié)構(gòu)。圖3示出棱鏡結(jié)構(gòu)20的第二實(shí)施方式，其中單棱鏡24的行28'沿著平行的曲線設(shè)置、尤其是沿著同心的圓線設(shè)置，其中半徑確定可檢測(cè)的環(huán)境光束26的水平孔徑角。這樣的結(jié)構(gòu)可以稱為旋轉(zhuǎn)棱鏡結(jié)構(gòu)。光學(xué)傳感裝置的透鏡板12也可在第二表面18上具有兩個(gè)棱鏡結(jié)構(gòu)20，例如線性和旋轉(zhuǎn)棱鏡結(jié)構(gòu)。兩個(gè)棱鏡結(jié)構(gòu)20的單棱鏡24此時(shí)設(shè)計(jì)為使得其將具有不同主方向A的兩個(gè)環(huán)境光束26的光線轉(zhuǎn)向到光接收器22上。兩個(gè)棱鏡結(jié)構(gòu)20也可以相互集成(疊加)。圍繞棱鏡結(jié)構(gòu)20在透鏡板12的第二表面18上設(shè)置不透環(huán)境光的光障30。在圖I所示的實(shí)施例中，除了棱鏡結(jié)構(gòu)20以外的整個(gè)第二表面18鋪設(shè)光障30。光障30保護(hù)光接收器22免受不希望的外來光沖擊。為此，就第二表面18的與光接收器22相交的法線N而言，光接收器22有利地定位在光障30的后方。帶有棱鏡結(jié)構(gòu)20的透鏡板12可用常規(guī)注塑技術(shù)生產(chǎn)?？商娲?，可使用沖壓技木。光障30可尤其是黑印或者暗塑料，其后續(xù)施加到透鏡板12上(例如通過噴濺)或者用多部件方法或多色注塑方法與透鏡板12 —起生產(chǎn)。在實(shí)踐中需要組合的雨/光傳感器。雨傳感器包含多個(gè)傳感単元，其如同所描述的環(huán)境光傳感器那樣要求能動(dòng)的光學(xué)結(jié)構(gòu)。環(huán)境光傳感器的特殊結(jié)構(gòu)允許環(huán)境光傳感器和雨傳感器的傳感單元可以分享共用的透鏡板12，以獲得最小的構(gòu)造空間。此外根據(jù)需求可以設(shè)置另外的傳感單元，其接收不同方向的光和/或具有不同的接收特性。附圖標(biāo)記列表10擋風(fēng)玻璃
12透鏡板14耦合器16透鏡板的第一表面18透鏡板的第二表面20棱鏡結(jié)構(gòu)
22光接收器24單棱鏡26光束28、28'單棱鏡的行30光障
權(quán)利要求
1.用于檢測(cè)環(huán)境光的光學(xué)傳感裝置，該光學(xué)傳感裝置能耦合到玻璃板(10)上、尤其是車輛的擋風(fēng)玻璃上，該光學(xué)傳感裝置具有傳感單元，所述傳感單元具有用于環(huán)境光的至少一個(gè)光接收器(22)和用于將環(huán)境光束(26)從玻璃板(10)定向地射出到光接收器(22)上的透鏡板(12)，該透鏡板(12)具有面向光接收器(22)的表面(18)，該表面在光學(xué)傳感裝置處于耦合的狀態(tài)下與玻璃板(10)基本平行地定向， 其特征在于，該表面(18)具有帶有多個(gè)單棱鏡(24)的棱鏡結(jié)構(gòu)(20)，各單棱鏡設(shè)計(jì)成使得由主方向(A)和孔徑角限定的確定的環(huán)境光束(26)的光線轉(zhuǎn)向到光接收器(22)上。
2.如權(quán)利要求I所述的光學(xué)傳感裝置，其特征在于，設(shè)置在所述表面(18)上的棱鏡結(jié)構(gòu)(20)設(shè)計(jì)為使得該棱鏡結(jié)構(gòu)對(duì)環(huán)境光束(26)起到聚焦透鏡的作用，該聚焦透鏡的焦點(diǎn)在光接收器(22)上。
3.如權(quán)利要求I或2所述的光學(xué)傳感裝置，其特征在于，棱鏡結(jié)構(gòu)(20)的單棱鏡(24)設(shè)計(jì)為使得這些單棱鏡使環(huán)境光束(26)的以不同角度進(jìn)入透鏡板(12)的光線聚焦在光接收器(22)上。
4.如上述權(quán)利要求之一所述的光學(xué)傳感裝置,其特征在于,環(huán)境光束(26)的光線相對(duì)于透鏡板(12)的第二表面(18)傾斜地射到棱鏡結(jié)構(gòu)(20)上。
5.如上述權(quán)利要求之一所述的光學(xué)傳感裝置，其特征在于，棱鏡結(jié)構(gòu)(20)是線性結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求I至4之一所述的光學(xué)傳感裝置，其特征在于，棱鏡結(jié)構(gòu)(20)是非線性結(jié)構(gòu)、優(yōu)選旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。
7.如上述權(quán)利要求之一所述的光學(xué)傳感裝置，其特征在于，透鏡板(12)在所述表面(18)上具有兩個(gè)帶有多個(gè)單棱鏡(24)的棱鏡結(jié)構(gòu)(20)，各棱鏡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為其將具有不同主方向(A)的兩個(gè)環(huán)境光束(26)的光線轉(zhuǎn)向到光接收器(22)上。
8.如權(quán)利要求7所述的光學(xué)傳感裝置，其特征在于，所述兩個(gè)棱鏡結(jié)構(gòu)(20)至少部分地相互集成。
9.如上述權(quán)利要求之一所述的光學(xué)傳感裝置，其特征在于，在所述表面(18)上圍繞棱鏡結(jié)構(gòu)(20)設(shè)置不透環(huán)境光的光障(30)。
10.如權(quán)利要求8所述的光學(xué)傳感裝置，其特征在于，就所述表面(18)的與光接收器(22)相交的法線(N)而言，光接收器(22)定位在光障(30)的后方。
11.如上述權(quán)利要求之一所述的光學(xué)傳感裝置，其特征在于，透鏡板(12)通過形鎖合地貼靠到棱鏡結(jié)構(gòu)(20)上的耦合器(14)耦合到玻璃板(10)上。
12.如上述權(quán)利要求之一所述的光學(xué)傳感裝置，其特征在于，該光學(xué)傳感裝置具有多個(gè)傳感單元，各傳感單元具有共用的透鏡板(12)。
13.雨/光傳感器，其特征在于，設(shè)有與光學(xué)的雨傳感裝置組合的如上述權(quán)利要求之一所述的光學(xué)傳感裝置，其中各傳感裝置具有共用的透鏡板(12)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于檢測(cè)環(huán)境光的光學(xué)傳感裝置，其可以耦合到玻璃板(10)上、尤其是車輛的擋風(fēng)玻璃上。該光學(xué)傳感裝置包括傳感單元，該傳感單元具有用于環(huán)境光的至少一個(gè)光接收器(22)和用于將環(huán)境光束(26)從玻璃板(10)定向地射出到光接收器(22)上的透鏡板(12)。透鏡板(12)具有面向光接收器(22)的表面(18)，該表面在光學(xué)傳感裝置處于耦合的狀態(tài)下與玻璃板(10)基本平行地定向。該表面(18)具有帶有多個(gè)單棱鏡(24)的棱鏡結(jié)構(gòu)(20)，各單棱鏡設(shè)計(jì)成使得由主方向(A)和孔徑角限定的確定的環(huán)境光束(26)的光線轉(zhuǎn)向到光接收器(22)上。
文檔編號(hào)G01J1/04GK102667427SQ201080052195
公開日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2010年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月18日
發(fā)明者U·貝克斯 申請(qǐng)人:Trw車輛電氣與零件有限公司