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专利名称：用于在机动车中检测环境光的光学传感装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种根据权利要求I的前序部分的用于检测环境光的光学传感装置，其可以耦合到玻璃板上、尤其是车辆的挡风玻璃上。
背景技术：
这些传感装置主要作为光传感器用于控制车辆照明。使用经典透镜影响光路(例如在EP1068112B1中展示的雨传感器的抵靠挡风玻璃倾斜的透镜)需要相对大的结构空间。例如由W003/026937A1已知的较小的结构形式通过使用全息结构而成为可能。这些传感器基于光衍射的原理而借助于衍射元件并因此具有与该原理相关的缺点，即相当低的可用光产出率和较高的干扰光灵敏度。
DE19608648C1建议在ー种光学传感装置中将光引导单元的光入射面或光出射面构成为菲涅尔透镜。但由于光引导器的构造有透镜的表面垂直于玻璃板面，因此该装置所需的结构空间非常大。已知光学环境光传感装置的其他基本缺点在于制造成本高且接收范围窄。在具有菲涅尔透镜的传感装置中通过将光接收器更远或更近地置于菲涅尔透镜的焦点上而产生放大的尝试失败，因为接收特性相应地分为ー个或多个其他的远超出预定接收范围的光束。増大接收面的尝试同样失败。从DE202006005665U1中已知光学的雨传感装置，其具有方形的、与机动车挡风玻璃平行设置的透镜板。透镜板的面向该装置的发射器和接收器的正面具有菲涅尔台阶，该菲涅尔台阶形成两个非球形的菲涅尔透镜，各菲涅尔透镜的光轴相对于挡风玻璃分别倾斜约45度。第一菲涅尔透镜负责将从发射器发出的光束基本上平行地定向，从而光线作为平行定向的光束射入到挡风玻璃中。第二菲涅尔透镜负责将从挡风玻璃射出的仍旧平行定向的光束聚集到接收器上。DE202007036492A1展示一种构造为这样的光学传感装置的与方向相关的日光传感器。该装置的透镜板在其面向光接收器的表面上具有菲涅尔透镜结构，并在对置的面向玻璃板的表面上具有菲涅尔反射结构。平行地射到玻璃板上的光束倾斜地穿过该玻璃板，然后通过菲涅尔反射结构射入到透镜板中，并通过透镜板垂直地引导到菲涅尔透镜结构上以及通过该菲涅尔透镜结构汇聚到光接收器上。然而原则上，基于菲涅尔透镜板技术的日光传感器除了希望的主要接收特性之外还具有在其它不希望的接收方向上的一定的灵敏度。

发明内容
本发明的目的是实现希望的接收特性，而接收特性不会对于菲涅尔棱镜技术典型地分成希望和不希望的区域。该目的通过具有权利要求I的特征的光学传感装置实现。按照发明的光学传感装置的有利的且符合目的的实施形式在从属权利要求中说明。
按照发明的光学传感装置用于检测环境光井可以耦合到玻璃板上、尤其是车辆的挡风玻璃上。该光学传感装置包括传感单元，该传感単元具有用于环境光的至少ー个光接收器和用于将环境光束从玻璃板定向地射出到光接收器上的透镜板。透镜板具有面向光接收器的表面，该表面在光学传感装置处于稱合的状态下与玻璃板基本平行地定向。该表面具有带有多个单棱镜的棱镜结构，各单棱镜被设计成使得其将通过主方向和(优选不同于O度的)孔径角限定的确定的环境光束的光线转向到光接收器上。因为按照本发明的光学传感装置为其检測定向的环境光线的功能仅需要ー个棱镜结构，所以简化生产并可实现极为紧凑的结构形式。因此，设置在透镜板的面向光接收器的表面上的棱镜结构有利地设计为，该棱镜结构对环境光束起到聚焦透镜的作用，且该 聚焦透镜的焦点在光接收器上。棱镜结构的单棱镜优选设计为各单棱镜将环境光束的以不同角度进入透镜板的光线聚焦到光接收器上。換言之，各单棱镜配设于不同的垂直光入射角。单棱镜的这种结构允许限定地扩大传感单元的接收区域，而不会导致分离为多个光束。棱镜结构可以是线性结构，其中单棱镜的行沿着平行的直线设置。但棱镜结构也可以是非线性的、优选旋转的结构，其中单棱镜的行沿着平行的曲线、尤其是圆线设置。在这种情况下，半径确定环境光束的水平孔径角。根据本发明的一个扩展方案，透镜板也可以在面向光接收器的表面上具有两个或更多个带有多个单棱镜的棱镜结构，各棱镜结构设计为使得其将至少两个具有不同主方向的环境光束的光线转向到光接收器上。特别节省空间的实施形式在于，两个或更多个棱镜结构至少部分地相互集成(也就是相互叠加)。为了保护光接收器免受不希望的外来光影响，根据光学传感装置的特别有利的实施形式，在面向接收器的表面上围绕棱镜结构设置不透环境光的光障。光障可以不同方式实现，例如作为暗印或暗塑料层。对光接收器的最佳防护通过如下实施形式实现，即就第一表面的与该光接收器相交的法线而言，光接收器定位在光障的后方。在雨/光传感器的有利实施形式中，除了根据发明的用于环境光的光学传感装置夕卜，还在玻璃板上设置用于检测湿润事件的光学的雨传感装置，其中各传感装置分享共用的透镜板，所有棱镜结构形成在该共用的透镜板中。


本发明的其他特征和优点由随后的描述和所參照的附图给出。在附图中图I示出根据本发明的光学传感装置的传感单元的示意剖视图；图2示出根据第一实施形式的棱镜结构的俯视图；以及图3示出根据第二实施形式的棱镜结构的俯视图
具体实施例方式图I中示出的用于环境光传感器的传感单元被设计使用在机动车中且装设在车辆的挡风玻璃10上。该传感単元的光学能动元件是透镜板12。通过使耦合器14的材料形锁合地且不包含气泡或类似物地安置在透镜板12的面向挡风玻璃10的第一表面16上，透镜板12通过耦合器14机械且光学地耦合到挡风玻璃10上。第一表面16基本上是平坦的且不具有反射或折射结构。在远离挡风玻璃10的第二表面18上设置具有圆形的菲涅尔棱镜结构20的透镜板12。此外，透镜板12的第二表面18与第一表面16平行地定向并面向传感单元的光接收器22。棱镜结构20具有多个特别设计的折射单棱镜24，其主要特点在后文解释。关于主方向A以锐角射到挡风玻璃10上的环境光束26在进入挡风玻璃10时倾斜地向下折射。光束26不显著折射地穿过耦合器14从挡风玻璃10中射出并射入到透镜板12中。穿过透镜板12的光束26相对于透镜板12的第二表面18倾斜地射到棱镜结构20上。棱镜结构20、确切的说其单棱镜24设计为使得各单棱镜对光束26起到聚焦透镜的作用并汇聚光束26的光线。光接收器22位于如此形成的聚焦透镜的焦点上。棱镜结构20的另ー特点在干，传感单元的接收区域不局限于以确定的角度射到 挡风玻璃10上的狭窄限制的平行光束。确切而言，棱镜结构20设计为使得接收区域扩大到相对于主方向A汇聚的光束。如图I中所示，棱镜结构20的特别设计的单棱镜24将预定的由主方向A和孔径角限定的环境光束26的光线转向到光接收器22上，也就是说单棱镜24将以不同角度射到透镜板12上的光束26的光线聚焦到光接收器22上。为了实现两个前述的功能(聚焦棱镜和接收区域扩大)，棱镜结构20的单棱镜24具有用于折射或反射光束26的光线的合适的倾斜面。图2示出棱镜结构20的第一实施方式，其中单棱镜24的行28沿着平行的直线设置。这样的结构可以称为线性棱镜结构。图3示出棱镜结构20的第二实施方式，其中单棱镜24的行28'沿着平行的曲线设置、尤其是沿着同心的圆线设置，其中半径确定可检测的环境光束26的水平孔径角。这样的结构可以称为旋转棱镜结构。光学传感装置的透镜板12也可在第二表面18上具有两个棱镜结构20，例如线性和旋转棱镜结构。两个棱镜结构20的单棱镜24此时设计为使得其将具有不同主方向A的两个环境光束26的光线转向到光接收器22上。两个棱镜结构20也可以相互集成(叠加)。围绕棱镜结构20在透镜板12的第二表面18上设置不透环境光的光障30。在图I所示的实施例中，除了棱镜结构20以外的整个第二表面18铺设光障30。光障30保护光接收器22免受不希望的外来光冲击。为此，就第二表面18的与光接收器22相交的法线N而言，光接收器22有利地定位在光障30的后方。带有棱镜结构20的透镜板12可用常规注塑技术生产。可替代地，可使用冲压技木。光障30可尤其是黑印或者暗塑料，其后续施加到透镜板12上(例如通过喷溅)或者用多部件方法或多色注塑方法与透镜板12 —起生产。在实践中需要组合的雨/光传感器。雨传感器包含多个传感単元，其如同所描述的环境光传感器那样要求能动的光学结构。环境光传感器的特殊结构允许环境光传感器和雨传感器的传感单元可以分享共用的透镜板12，以获得最小的构造空间。此外根据需求可以设置另外的传感单元，其接收不同方向的光和/或具有不同的接收特性。附图标记列表10挡风玻璃
12透镜板14耦合器16透镜板的第一表面18透镜板的第二表面20棱镜结构
22光接收器24单棱镜26光束28、28'单棱镜的行30光障
权利要求
1.用于检测环境光的光学传感装置，该光学传感装置能耦合到玻璃板(10)上、尤其是车辆的挡风玻璃上，该光学传感装置具有传感单元，所述传感单元具有用于环境光的至少一个光接收器(22)和用于将环境光束(26)从玻璃板(10)定向地射出到光接收器(22)上的透镜板(12)，该透镜板(12)具有面向光接收器(22)的表面(18)，该表面在光学传感装置处于耦合的状态下与玻璃板(10)基本平行地定向， 其特征在于，该表面(18)具有带有多个单棱镜(24)的棱镜结构(20)，各单棱镜设计成使得由主方向(A)和孔径角限定的确定的环境光束(26)的光线转向到光接收器(22)上。
2.如权利要求I所述的光学传感装置，其特征在于，设置在所述表面(18)上的棱镜结构(20)设计为使得该棱镜结构对环境光束(26)起到聚焦透镜的作用，该聚焦透镜的焦点在光接收器(22)上。
3.如权利要求I或2所述的光学传感装置，其特征在于，棱镜结构(20)的单棱镜(24)设计为使得这些单棱镜使环境光束(26)的以不同角度进入透镜板(12)的光线聚焦在光接收器(22)上。
4.如上述权利要求之一所述的光学传感装置,其特征在于,环境光束(26)的光线相对于透镜板(12)的第二表面(18)倾斜地射到棱镜结构(20)上。
5.如上述权利要求之一所述的光学传感装置，其特征在于，棱镜结构(20)是线性结构。
6.如权利要求I至4之一所述的光学传感装置，其特征在于，棱镜结构(20)是非线性结构、优选旋转结构。
7.如上述权利要求之一所述的光学传感装置，其特征在于，透镜板(12)在所述表面(18)上具有两个带有多个单棱镜(24)的棱镜结构(20)，各棱镜结构设计为其将具有不同主方向(A)的两个环境光束(26)的光线转向到光接收器(22)上。
8.如权利要求7所述的光学传感装置，其特征在于，所述两个棱镜结构(20)至少部分地相互集成。
9.如上述权利要求之一所述的光学传感装置，其特征在于，在所述表面(18)上围绕棱镜结构(20)设置不透环境光的光障(30)。
10.如权利要求8所述的光学传感装置，其特征在于，就所述表面(18)的与光接收器(22)相交的法线(N)而言，光接收器(22)定位在光障(30)的后方。
11.如上述权利要求之一所述的光学传感装置，其特征在于，透镜板(12)通过形锁合地贴靠到棱镜结构(20)上的耦合器(14)耦合到玻璃板(10)上。
12.如上述权利要求之一所述的光学传感装置，其特征在于，该光学传感装置具有多个传感单元，各传感单元具有共用的透镜板(12)。
13.雨/光传感器，其特征在于，设有与光学的雨传感装置组合的如上述权利要求之一所述的光学传感装置，其中各传感装置具有共用的透镜板(12)。
全文摘要
本发明涉及用于检测环境光的光学传感装置，其可以耦合到玻璃板(10)上、尤其是车辆的挡风玻璃上。该光学传感装置包括传感单元，该传感单元具有用于环境光的至少一个光接收器(22)和用于将环境光束(26)从玻璃板(10)定向地射出到光接收器(22)上的透镜板(12)。透镜板(12)具有面向光接收器(22)的表面(18)，该表面在光学传感装置处于耦合的状态下与玻璃板(10)基本平行地定向。该表面(18)具有带有多个单棱镜(24)的棱镜结构(20)，各单棱镜设计成使得由主方向(A)和孔径角限定的确定的环境光束(26)的光线转向到光接收器(22)上。
文档编号G01J1/04GK102667427SQ201080052195
公开日2012年9月12日 申请日期2010年11月15日 优先权日2009年11月18日
发明者U·贝克斯 申请人:Trw车辆电气与零件有限公司