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專(zhuān)利名稱(chēng)：用于檢測(cè)環(huán)境光的光傳感器器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于檢測(cè)環(huán)境光的光傳感器器件，其適于耦接到
窗格玻璃(pane)上，尤其是機(jī)動(dòng)車(chē)輛的擋風(fēng)玻璃上。
背景技術(shù)：
這種類(lèi)型的傳感器器件主要用作控制車(chē)輛照明的光傳感器。使用 傳統(tǒng)的影響光路的透鏡，例如，EP1068112B1中所示的雨傳感器的朝 著擋風(fēng)玻璃傾斜的透鏡，需要比較大的空間。
從例如WO03/026937A1可知，全息結(jié)構(gòu)的使用容許實(shí)現(xiàn)更小的 設(shè)計(jì)。借助于衍射元件，這些傳感器基于光衍射的原理，因此具有原 理本身導(dǎo)致的缺陷，即相當(dāng)?shù)偷挠行Оl(fā)光效率和較高的雜散光敏感性。
關(guān)于光傳感器器件，DE19608648C1提出以菲涅耳透鏡的形式配 置光波導(dǎo)單元的進(jìn)光面和出光面。但是由于配置了透鏡的光波導(dǎo)的表 面垂直于窗格玻璃的表面，所以這個(gè)器件需要非常大的空間。
已知光學(xué)環(huán)境光傳感器器件的更多的基本缺陷存在于高生產(chǎn)成本 和太小的接收范圍。在關(guān)于具有菲涅耳透鏡的傳感器器件的用以擴(kuò)展 接收范圍的嘗試中，光接收器被放置為更遠(yuǎn)離或更靠近菲涅耳透鏡的 焦點(diǎn)，這種嘗試并不成功，因?yàn)槠浒橐越邮仗匦苑譃檫h(yuǎn)超出所提供的 接收范圍的一個(gè)或多個(gè)其他的光束。這也適用于增大接收器面積的嘗 試。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的在于增大傳感器單元的接收范圍，同時(shí)避免上 述缺陷。
為達(dá)到這個(gè)目的，提出了 一種用于檢測(cè)環(huán)境光的光傳感器器件， 該光傳感器器件適合耦接到窗格玻璃上，尤其是機(jī)動(dòng)車(chē)輛的擋風(fēng)玻璃上。依照本發(fā)明，該光傳感器器件包括具有至少一個(gè)光接收器和一個(gè) 透鏡片的傳感器單元。依靠該傳感器單元，已進(jìn)入該窗格玻璃的環(huán)境 光束被耦合出該窗格玻璃，并被引導(dǎo)到在該光接收器上。在面向該窗 格玻璃的表面上，該透鏡片包括具有多個(gè)獨(dú)立結(jié)構(gòu)的第一菲涅耳棱鏡 結(jié)構(gòu)。該第 一菲涅耳棱鏡結(jié)構(gòu)的獨(dú)立結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)為使得其以不同角度 偏轉(zhuǎn)該光束的光線。依照本發(fā)明的解決方法允許以一種規(guī)定的方式， 利用僅僅一個(gè)菲涅耳棱鏡結(jié)構(gòu)而不會(huì)分成多個(gè)光束地，擴(kuò)展該傳感器 單元的接收范圍。為得到期望的接收特性，例如可以在平均偏轉(zhuǎn)角周 圍、在小的角距離上調(diào)整反射獨(dú)立結(jié)構(gòu)的偏轉(zhuǎn)角。
依照本發(fā)明的一個(gè)特別有利的實(shí)施例，該第一菲涅耳棱鏡結(jié)構(gòu)包 括具有第一取向的線性結(jié)構(gòu)，并且在同一表面上該透鏡片包括具有多 個(gè)獨(dú)立結(jié)構(gòu)的第二線性菲涅耳棱鏡結(jié)構(gòu)，該第二菲浬耳棱鏡結(jié)構(gòu)具有 不同于該第一取向的第二取向。這樣，使用依照本發(fā)明的解決方案擴(kuò) 展的接收范圍可被完成為在空間上的不同方向彼此獨(dú)立的更大的接收 范圍。
該第二菲涅耳棱鏡結(jié)構(gòu)的取向優(yōu)選為垂直于該第一菲涅耳棱鏡結(jié) 構(gòu)的取向。因此可以考慮從兩個(gè)最大不同的方向入射的光，這對(duì)光檢 測(cè)的可靠性是重要的。然而，更多的取向也是基本上可能的。
與在第一菲涅耳棱鏡結(jié)構(gòu)中一樣，該第二菲涅耳棱鏡結(jié)構(gòu)的獨(dú)立 結(jié)構(gòu)優(yōu)選設(shè)計(jì)為以不同角度偏轉(zhuǎn)該光束的光線，由此增大了接收范圍。
具有最低生產(chǎn)成本的特別緊湊的傳感器單元這樣獲得，其中該第 二菲涅耳棱鏡結(jié)構(gòu)至少部分集成到該第一菲涅耳棱鏡結(jié)構(gòu)中。在這種 情況中，獨(dú)立結(jié)構(gòu)具有同時(shí)為兩個(gè)菲涅耳棱鏡結(jié)構(gòu)引導(dǎo)必需的光偏轉(zhuǎn) 的雙重作用。
在雨/光傳感器的一個(gè)有利實(shí)施例中，除了依照本發(fā)明的用于環(huán)境 光的光學(xué)傳感器器件之外，提供了一種光學(xué)雨傳感器器件，用于檢測(cè) 窗格玻璃上的潤(rùn)濕事件，這些傳感器器件共用一個(gè)其中形成有所有的 菲涅耳結(jié)構(gòu)(棱鏡結(jié)構(gòu)和可能的透鏡結(jié)構(gòu))的公共透鏡片。


從下面的描述和所參照附圖中，本發(fā)明的更多的特征和優(yōu)點(diǎn)將變
得顯見(jiàn)。在附圖中
圖1示出依照本發(fā)明的光學(xué)傳感器器件的傳感器單元的剖面圖； 圖2示出未依照本發(fā)明的光學(xué)傳感器器件的傳感器單元的剖面
圖3a示出 一菲涅耳棱鏡結(jié)構(gòu)的放大的橫截面圖，其中偏轉(zhuǎn)主要靠 反射來(lái)發(fā)生；
圖3b示出一菲涅耳棱鏡結(jié)構(gòu)的放大的橫截面圖，其中偏轉(zhuǎn)主要靠 折射來(lái)發(fā)生；
圖4a到4d示出不同獨(dú)立結(jié)構(gòu)的相應(yīng)的橫截面圖；以及
圖5a和5b示出 一個(gè)特定實(shí)施例的菲涅耳棱鏡結(jié)構(gòu)的立體圖。
具體實(shí)施例方式
用于車(chē)輛的環(huán)境光傳感器的傳感器單元在圖1中被示意性示出。
該傳感器單元安裝于車(chē)輛的擋風(fēng)玻璃10上。該傳感器單元的光學(xué)有效 元件是透鏡片12。借助于耦合器14,該透鏡片12機(jī)械并光學(xué)地耦接 到擋風(fēng)玻璃10。
在背離擋風(fēng)玻璃10的第一表面12a上，該透鏡片12設(shè)置有菲涅 耳透鏡結(jié)構(gòu)16。在該菲涅耳透鏡結(jié)構(gòu)的焦點(diǎn)處放置有光接收器26。
在面向擋風(fēng)玻璃10的第二表面12b上，該透鏡片12i殳置有與該 菲涅耳透鏡結(jié)構(gòu)16相對(duì)放置的菲涅耳棱鏡結(jié)構(gòu)22。該第二表面12b 的該菲涅耳棱鏡結(jié)構(gòu)22由多個(gè)棱鏡狀的獨(dú)立結(jié)構(gòu)24組成，稍后對(duì)所 述獨(dú)立結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
基本上水平地入射在該傾斜的擋風(fēng)玻璃10上的光束在進(jìn)入該窗 格玻璃10時(shí)被以一角度向下折射。該光束沒(méi)有明顯折射地被耦合器 14耦合出該窗格玻璃10,并與透鏡片12的平面傾斜地入射到菲涅耳 棱鏡結(jié)構(gòu)22上。該菲涅耳棱鏡結(jié)構(gòu)22偏轉(zhuǎn)該光束，從而使其以平行 光束的形式垂直通過(guò)該透鏡片12。菲涅耳透鏡結(jié)構(gòu)16使該光束在射 出透鏡片12時(shí)聚焦到光接收器26上。
與圖2中示出的未依照本發(fā)明的菲涅耳棱鏡結(jié)構(gòu)的實(shí)施例相比，上述菲涅耳棱鏡結(jié)構(gòu)22的一個(gè)特別的特征在于傳感器單元的接收范 圍被擴(kuò)展了。而在圖2中所示的傳感器單元中，菲涅爾棱鏡結(jié)構(gòu)22 的獨(dú)立結(jié)構(gòu)24，都具有相同的設(shè)計(jì)，因而僅僅狹窄的有限的水平撞擊 擋風(fēng)玻璃10的平行光束聚焦到光接收器26上。與之相對(duì)的是，依照 本發(fā)明的菲涅爾棱鏡結(jié)構(gòu)22的實(shí)施例中的獨(dú)立結(jié)構(gòu)24設(shè)計(jì)為以不同 的角度偏轉(zhuǎn)該光束，如下面參照?qǐng)D3a和3b以及4a到4c所說(shuō)明的。 因此，由圖l顯然可見(jiàn)，接收范圍不僅僅限于平行光束，而是擴(kuò)展到 關(guān)于入射方向稍微會(huì)聚的光束。
由圖3a顯然可見(jiàn)，菲涅爾棱鏡結(jié)構(gòu)22的棱鏡狀的獨(dú)立結(jié)構(gòu)24 在橫截面上具有第一側(cè)面24p其從底部連續(xù)筆直延伸到頂點(diǎn)；第二 側(cè)面包括兩部分，即242和243。該第二側(cè)面(在圖3a中的右邊)中 的部分242沒(méi)有第二部分243陡峭，該第二部分243也比側(cè)面陡峭。 制造透鏡片12和耦合器14的材料的折射率nl和n2被仔細(xì)地相對(duì)彼 此調(diào)整(它們彼此僅有細(xì)微的不同)。
為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，下面分別考慮基本上水平取向的環(huán)境光束中的單 個(gè)光線，該光線已經(jīng)進(jìn)入該擋風(fēng)玻璃10,并且在穿過(guò)耦合器14后入 射在透鏡片12上。
依照?qǐng)D3a的左半邊，以a-90。的入射角入射在部分242的光線無(wú) 折射地進(jìn)入該獨(dú)立結(jié)構(gòu)24，且在該獨(dú)立結(jié)構(gòu)24中被側(cè)面2A全反射。 該光線在側(cè)面全反射的條件是入射角大于折射率比值的反正 弦。因?yàn)樵撜凵渎时戎德晕⒉煌?，所以該入射角(V必須相對(duì)較大 (光的平入射(flat incidence)),該獨(dú)立結(jié)構(gòu)24的側(cè)面的角度彼此配 合，使得反射角p2 (依照全反射定律，該反射角等于入射角PJ恰好 大到令光線垂直穿過(guò)該透鏡片12 (參見(jiàn)圖1)。
依照?qǐng)D3a的右半邊，也以01=90。的入射角入射在相鄰獨(dú)立結(jié)構(gòu)24 的部分242上的光線具有與上述光線基本上相同的路線。該光線也被 偏轉(zhuǎn)，從而垂直穿過(guò)該透鏡片12。然而，這個(gè)獨(dú)立結(jié)構(gòu)24以及特別 是它的側(cè)面2^和側(cè)面242的設(shè)計(jì)被選擇為使得，用于該偏轉(zhuǎn)的上述條 件應(yīng)用于在入射到擋風(fēng)玻璃IO之前未完全平行于圖3a中左半邊示出 的光線延伸的光線。因此獨(dú)立結(jié)構(gòu)24關(guān)于一角度彼此不同，該角度是射出耦合器14的光線部分和垂直穿過(guò)透鏡片12的光線部分之間的角 度，在依照?qǐng)D3a的獨(dú)立結(jié)構(gòu)24的設(shè)計(jì)中，該角度分別等于入射角和 反射角之和，即P!+卩2和^+Y2。然而，這并不意味著^f^"獨(dú)立結(jié)構(gòu)24 的偏轉(zhuǎn)角必須不同。
圖3b示出了具有純折射菲涅耳棱鏡結(jié)構(gòu)的配置。該菲涅耳棱鏡結(jié) 構(gòu)22的棱鏡狀的獨(dú)立結(jié)構(gòu)24在橫截面具有第一側(cè)面2415在該側(cè)面 上入射光線僅通過(guò)折射(而無(wú)進(jìn)一步反射地)被偏轉(zhuǎn)。關(guān)于第二側(cè)面， 中間部分242被略去，這在折射率有較大不同的情況中尤為有利。上 述定義的偏轉(zhuǎn)角這里分別(根據(jù)圖3b所示)計(jì)為180。+Pr^和 180。+YrYi，其中^和n是入射角，以及卩2和Y2是折射角。
獨(dú)立結(jié)構(gòu)24的更多配置基本上也是可能的，如圖4a到4d舉例示 出的。與圖4a的實(shí)施例相比，在依照?qǐng)D4b和4c的實(shí)施例中，光的折 射發(fā)生在一進(jìn)入獨(dú)立結(jié)構(gòu)24 (在側(cè)面部分242 )時(shí)，這可能是有利的。 在依照?qǐng)D4c和4d的實(shí)施例中，沒(méi)有第二側(cè)面的部分242。依照?qǐng)D4c， 該光線在第二側(cè)面被折射，且在第一側(cè)面24i被反射，然而，在圖4d 中光線僅僅在第一側(cè)面2^處被折射。直側(cè)面的基本上對(duì)稱(chēng)的配置也 是可能的(關(guān)于擋風(fēng)玻璃IO或透鏡片12的平面具有相同的、在容差 的通常范圍內(nèi)的傾角，并考慮透鏡片12和耦合器14的折射率差值)， 在菲涅耳棱鏡結(jié)構(gòu)22中的不同獨(dú)立結(jié)構(gòu)24的組合也是可能的。無(wú)論 如何，重要的是先前稍微會(huì)聚的光束通常被該菲涅耳棱鏡結(jié)構(gòu)22轉(zhuǎn)換 為平行光束。
已經(jīng)示出的是，由于關(guān)于平均偏轉(zhuǎn)角的變化導(dǎo)致水平入射在該擋 風(fēng)玻璃IO上的光線垂直穿過(guò)透鏡片12，因此獲得了有利的接收特性。 圖1示出了以此方式被光接收器26檢測(cè)到的、在被該菲涅耳棱鏡結(jié)構(gòu) 22偏轉(zhuǎn)之前不完全平行的環(huán)境光束。依靠菲涅耳透鏡結(jié)構(gòu)16的設(shè)計(jì)， 也可能設(shè)置平行光束穿過(guò)透鏡片12的非垂直路線。
按照?qǐng)D1所示，該菲涅耳棱鏡結(jié)構(gòu)22是具有特殊取向的線性結(jié)構(gòu)， 該取向由光接收器26上再現(xiàn)的光束的基本方向決定。然而從圖5a和 5b所示顯然可見(jiàn)，菲涅耳棱鏡結(jié)構(gòu)22不僅包括具有第一取向的第一 線性結(jié)構(gòu)，另外還包括具有不同于第一取向的第二取向的第二線性結(jié)構(gòu)。在圖示的該實(shí)施例中，該第二菲涅耳棱鏡與第一菲涅耳棱鏡結(jié)構(gòu)
相集成，也就是說(shuō)，獨(dú)立結(jié)構(gòu)24配置為三維形式，從而它們也偏轉(zhuǎn)空 間上從不同方向入射在擋風(fēng)玻璃IO上的光束，以使得光束垂直穿過(guò)透 鏡片12，且在射出透鏡片12時(shí)被菲涅耳透鏡結(jié)構(gòu)16聚焦在接收器26 上。該第二菲涅耳棱鏡結(jié)構(gòu)的取向垂直于第一菲涅耳棱鏡結(jié)構(gòu)的取向， 但是其它取向基本上也是可能的。關(guān)于獨(dú)立結(jié)構(gòu)24，第二菲涅耳棱鏡 結(jié)構(gòu)也優(yōu)選地設(shè)計(jì)為使得獨(dú)立結(jié)構(gòu)偏轉(zhuǎn)稍微不同角度的光束光線。
為得到傳感器單元的理想功能，必要的是耦合器14的材料以形狀 匹配的方式與棱鏡結(jié)構(gòu)22表面接觸，且不包含氣泡或類(lèi)似物。
實(shí)際上，需要組合的雨/光傳感器。 一種雨傳感器包括多個(gè)象記載 的環(huán)境光傳感器的傳感器單元一樣的需要光學(xué)有效結(jié)構(gòu)的傳感器單 元。由于該環(huán)境光傳感器的特別結(jié)構(gòu)，可能使環(huán)境光傳感器和雨傳感 器的傳感器單元共享公共的透鏡片12,從而得到最小的空間。如果需 要，能夠另外提供更多的傳感器單元，其接收來(lái)自不同方向的光，和/ 或具有不同的接收特性。
該透鏡片12可以用傳統(tǒng)的注模技術(shù)制備。可選的是，可以使用壓 印(stamping)技術(shù)。
為避免光線以一種不期望的方式耦合所導(dǎo)致的故障(雜散光比如 可以通過(guò)迂回路入射在光接收器26上)，透鏡片12的非光學(xué)有效表面 的至少一部分可以設(shè)置有折射或反射結(jié)構(gòu)，例如，回射元件(所謂的"貓 目艮，，)。這導(dǎo)致沒(méi)有入射在光學(xué)有效表面的光沿"無(wú)害的"方向被偏轉(zhuǎn)。 可選的是，或者另外地，非光學(xué)有效區(qū)域可以設(shè)置在具有不透光的印 刷物的一側(cè)或兩側(cè)上。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測(cè)環(huán)境光的光傳感器器件，該光傳感器器件適于耦接到窗格玻璃(10)上，尤其是機(jī)動(dòng)車(chē)輛的擋風(fēng)玻璃上，該器件具有包括至少一個(gè)光接收器(26)和一個(gè)透鏡片(12)的傳感器單元，已進(jìn)入所述窗格玻璃(10)的環(huán)境光束通過(guò)該傳感器單元被耦合出該窗格玻璃(10)，并被引導(dǎo)到所述光接收器(26)，所述光傳感器器件的特征在于，在面向所述窗格玻璃(10)的表面(12b)上，透鏡片(12)包括具有多個(gè)獨(dú)立結(jié)構(gòu)(24)的第一菲涅耳棱鏡結(jié)構(gòu)(22)，該第一菲涅耳棱鏡結(jié)構(gòu)(22)的獨(dú)立結(jié)構(gòu)(24)被設(shè)計(jì)為以不同角度偏轉(zhuǎn)該光束。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的光傳感器器件，其特征在于，所述第一菲涅 耳棱鏡結(jié)構(gòu)(22 )包括具有第一取向的線性結(jié)構(gòu)，并且在同 一表面(12b ) 上，所述透鏡片(12)包括具有多個(gè)獨(dú)立結(jié)構(gòu)(24)的線性的第二菲 涅耳棱鏡結(jié)構(gòu)，該第二菲涅耳棱鏡結(jié)構(gòu)具有不同于所述第一取向的第 二取向。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的光傳感器器件，其特征在于，所述第二菲涅 耳棱鏡結(jié)構(gòu)的取向垂直于所述第一菲涅耳棱鏡結(jié)構(gòu)(22)的取向。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2的光傳感器器件，其特征在于，所述第二菲涅 耳棱鏡結(jié)構(gòu)的獨(dú)立結(jié)構(gòu)(24 )被設(shè)計(jì)為以不同角度偏轉(zhuǎn)該光束的光線。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2的光傳感器器件，其特征在于，所述第二菲涅 耳棱鏡結(jié)構(gòu)至少部分與所述第一菲涅耳棱鏡結(jié)構(gòu)(22)相集成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1的光傳感器器件，其特征在于，所述透鏡片(12 ) 被耦合器(14 )耦接到所述窗格玻璃(10 ),所述耦合器以形狀匹配的 方式與所述菲涅耳棱鏡結(jié)構(gòu)(22)接觸。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l的光傳感器器件，其特征在于，獨(dú)立結(jié)構(gòu)(24) 具有光束的光線在其上被反射的內(nèi)表面。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l的光傳感器器件，其特征在于，獨(dú)立結(jié)構(gòu)(24) 在橫截面上大體是鋸齒狀，具有部分光束入射在其上的第二側(cè)面(242, 243 )和發(fā)生反射的第一側(cè)面(24》。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8的光傳感器器件，其特征在于，光的不同角度 的折射發(fā)生在獨(dú)立結(jié)構(gòu)(24)的第二側(cè)面(242, 243 )處。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1的光傳感器器件，其特征在于，獨(dú)立結(jié)構(gòu)(24) 在橫截面上大體是鋸齒狀，具有光的不同角度的折射發(fā)生在其上的第 一側(cè)面(24,)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1的光傳感器器件，其特征在于，在面向光接 收器(26)的表面(12a)上，透鏡片(12)具有菲涅耳透鏡結(jié)構(gòu)(16)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll的光傳感器器件，其特征在于，所述菲涅耳 透鏡結(jié)構(gòu)(16)將耦合出窗格玻璃(10)并穿過(guò)透鏡片(12)的平行 光束整形成會(huì)聚光束。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12的光傳感器器件，其特征在于，平行光束垂 直穿過(guò)透鏡片(12)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1的光傳感器器件，其特征在于，該光傳感器 器件具有包括公共透鏡片(12)的多個(gè)傳感器單元。
15. —種雨/光傳感器，其特征在于，將前面任何一個(gè)權(quán)利要求的 光傳感器器件與光學(xué)雨傳感器器件組合，所述光傳感器器件和所述光 學(xué)雨傳感器器件具有公共的透鏡片(12)。
全文摘要
一種用于檢測(cè)環(huán)境光的光傳感器器件適于耦接到窗格玻璃(10)，尤其是機(jī)動(dòng)車(chē)輛的擋風(fēng)玻璃。該光傳感器器件具有包括至少一個(gè)光接收器(26)和一個(gè)透鏡片(12)的傳感器單元。借助于該傳感器單元，已進(jìn)入窗格玻璃(10)的環(huán)境光束被耦合出窗格玻璃(10)，并被引導(dǎo)到光接收器(26)。在面向窗格玻璃(10)的表面(12b)上，透鏡片(12)包括具有多個(gè)獨(dú)立結(jié)構(gòu)(24)的第一菲涅耳棱鏡結(jié)構(gòu)(22)。該第一菲涅耳棱鏡結(jié)構(gòu)(22)的獨(dú)立結(jié)構(gòu)(24)被設(shè)計(jì)為以不同角度偏轉(zhuǎn)該光束。
文檔編號(hào)G01J1/04GK101581603SQ200910203959
公開(kāi)日2009年11月18日 申請(qǐng)日期2009年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月16日
發(fā)明者烏里奇·貝克斯 申請(qǐng)人:Trw車(chē)輛電氣與零件有限公司