DE102019206352B4

DE102019206352B4 - Detection device with a holographic-optical element for determining a light intensity and motor vehicle

Info

Publication number: DE102019206352B4
Application number: DE102019206352.7A
Authority: DE
Inventors: Markus KLUG; Tobias Scheu; Johannes Scheuchenpflug
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2019-05-03
Filing date: 2019-05-03
Publication date: 2022-11-03
Anticipated expiration: 2039-05-04
Also published as: DE102019206352A1

Abstract

Detektionsvorrichtung (D) zum Bestimmen einer Lichtintensität, umfassend eine Sensoreinrichtung (S), bei welcher eine elektrische Eigenschaft von einer Lichtintensität eines einfallenden Lichts (L) abhängig ist und welche ausgebildet ist, ein elektrisches Signal auf def Grundlage der elektrischen Eigenschaft zu modulieren, sodass das Signal mit der Lichtintensität des einfallenden Lichts (L) korreliert ist, wobei die Detektionsvorrichtung (D) ein Trägermedium (T), welches als Lichtleiter ausgebildet ist, umfasst, an welchem ein Einkoppelbereich (E) und ein Auskoppelbereich (A) angeordnet sind, wobei- der Einkoppelbereich (E) durch ein holografisch-optisches Element (H) bereitgestellt ist, welches eine einkoppelnde Ablenkstruktur (AS) aufweist, die dazu ausgebildet ist, Licht (L), das aus einer Umgebung (U) auf den Einkoppelbereich (E) fällt, in das Trägermedium (T) einzukoppeln, und- das Trägermedium (T) ausgebildet ist, das eingekoppelte Licht (L) mittels interner Reflexion von dem Einkoppelbereich (E) an den Auskoppelbereich (A) zu übertragen, wobei an dem Auskoppelbereich (A) die Sensoreinrichtung (S) anliegt, die ausgebildet ist, das übertragene Licht (L), welches über den Auskoppelbereich (A) aus dem Trägermedium (T) auskoppelt, als das einfallende Licht zu erfassen, und- die Detektionsvorrichtung (D) zumindest in einem Bereich des Einkoppelbereichs (E) transparent ausgebildet ist, wobei der Einkoppelbereich (E) an einer jeweiligen Breitseite (BS) und die Sensoreinrichtung (S) an einer jeweiligen Schmalseite (NS) des Trägermediums (T) angeordnet sind, unddie Sensoreinrichtung (S) mehrere Helligkeitssensoren umfasst, welche gleichverteilt an der jeweiligen Schmalseite (NS) des Trägermediums (T) angebracht sind, wobeidie einkoppelnde Ablenkstruktur (AS) unterschiedliche Ablenkbereiche aufweist, sodass das Licht (L) aus der Umgebung (U) in Abhängigkeit von einem Einfallsort auf dem Trägermedium (T) zu einem nächstgelegenen Helligkeitssensor der Sensoreinrichtung (S) umgelenkt wird, dadurch gekennzeichnet, dassdass das Trägermedium (T) transparent als Fensterscheibe oder als Deckplatte eines Bildschirms ausgebildet ist.Detection device (D) for determining a light intensity, comprising a sensor device (S), in which an electrical property is dependent on a light intensity of an incident light (L) and which is designed to modulate an electrical signal on the basis of the electrical property, so that the signal is correlated with the light intensity of the incident light (L), the detection device (D) comprising a carrier medium (T), which is designed as a light guide, on which a coupling-in area (E) and a coupling-out area (A) are arranged, wherein- the coupling-in area (E) is provided by a holographic-optical element (H) which has a coupling-in deflection structure (AS) which is designed to deflect light (L) coming from an environment (U) onto the coupling-in area (E ) falls, in the carrier medium (T) to couple, and- the carrier medium (T) is formed, the coupled light (L) by means of internal reflection from the egg decoupling area (E) to the decoupling area (A), wherein the sensor device (S) rests against the decoupling area (A) and is designed to transmit the transmitted light (L) which escapes via the decoupling area (A) from the carrier medium (T ) decouples than to detect the incident light, and- the detection device (D) is designed to be transparent at least in one area of the coupling-in area (E), the coupling-in area (E) being on a respective broad side (BS) and the sensor device (S) being on are arranged on a respective narrow side (NS) of the carrier medium (T), and the sensor device (S) comprises a plurality of brightness sensors which are uniformly distributed on the respective narrow side (NS) of the carrier medium (T), the coupling-in deflection structure (AS) having different deflection areas, so that the light (L) from the environment (U) depending on a point of incidence on the carrier medium (T) to a nearest brightness sensor of the sensor device ( S) is deflected, characterized in that the carrier medium (T) is transparent as a window pane or as a cover plate of a screen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Detektionsvorrichtung zum Bestimmen einer Lichtintensität. Es geht dabei insbesondere um einen Helligkeitssensor, mit dem beispielsweise die Helligkeit in einem Innenraum gemessen werden kann.The invention relates to a detection device for determining a light intensity. In particular, this involves a brightness sensor with which, for example, the brightness in an interior can be measured.

Die Detektionsvorrichtung umfasst dazu eine Sensoreinrichtung, welche den besagten Helligkeitssensor und bevorzugt auch eine Auswerteelektronik für dessen Betrieb umfasst. Der Helligkeitssensor kann wenigstens eine Photodiode, das heißt eine oder mehrere Photodioden umfassen. Die wenigstens eine Photodiode kann einfallendes Licht durch den sogenannten inneren Photoeffekt in ein elektrisches Signal, also beispielsweise in einen elektrischen Strom oder eine elektrische Spannung, umwandeln, wobei die resultierende Strom- oder Spannungsstärke von einer Intensität des einfallenden Lichts abhängt. Durch Lichteinfall, das heißt durch Auftreffen von Lichtphotonen auf den Helligkeitssensor, ändert der Helligkeitssensor nämlich beispielsweise seine Leitfähigkeit. Die Leitfähigkeit erhöht sich dabei insbesondere proportional mit der Anzahl an einfallenden Lichtphotonen. Der resultierende Photostrom, das heißt die resultierende Stromstärke, ist damit ebenfalls proportional zum Lichteinfall. Somit weist die genannte Sensoreinrichtung eine elektrische Eigenschaft, also beispielsweise die genannte Stromstärke oder Spannung oder einen elektrischen Widerstand, auf, welche von einer Lichtintensität des einfallenden Lichts abhängig ist. Auf Grundlage der elektrischen Eigenschaft kann die Sensoreinrichtung anschließend ein elektrisches Signal, das heißt einen Spannungsverlauf oder einen Stromverlauf, kontinuierlich modulieren, sodass das resultierende elektrische Signal mit dem zeitlichen Verlauf der Lichtintensität des einfallenden Lichts korreliert ist.For this purpose, the detection device comprises a sensor device, which comprises said brightness sensor and preferably also evaluation electronics for its operation. The brightness sensor can include at least one photodiode, ie one or more photodiodes. The at least one photodiode can convert incident light into an electrical signal, for example into an electrical current or an electrical voltage, using the so-called inner photo effect, with the resulting current or voltage strength depending on an intensity of the incident light. The brightness sensor changes its conductivity, for example, as a result of the incidence of light, that is to say the impingement of light photons on the brightness sensor. The conductivity increases in particular in proportion to the number of incident light photons. The resulting photocurrent, i.e. the resulting current intensity, is therefore also proportional to the incidence of light. The named sensor device thus has an electrical property, ie for example the named current strength or voltage or an electrical resistance, which is dependent on a light intensity of the incident light. On the basis of the electrical property, the sensor device can then continuously modulate an electrical signal, ie a voltage profile or a current profile, so that the resulting electrical signal is correlated with the time profile of the light intensity of the incident light.

Ein Nachteil derartiger Sensoreinrichtungen oder Helligkeitssensoren zum Messen einer Helligkeit ist es, dass die strahlungsempfindliche Fläche derartiger Helligkeitssensoren in der Regel sehr klein, das heißt insbesondere kleiner als ein 1 Quadratzentimeter ist. Somit ist mit regulären Helligkeitssensoren nur eine nahezu punktuelle Messung der Helligkeit möglich. Wird stattdessen hingegen eine Anordnung von Helligkeitssensoren, das heißt eine Matrix oder ein Array von Helligkeitssensoren, zur großflächigen Helligkeitsmessung genutzt, ergibt sich der Nachteil, dass diese Anordnungen von Helligkeitssensoren in der Regel intransparent und in ihrer Herstellung kostenintensiver und aufwändiger sind als Einzelsensoren. Bei Anbringen einer derartigen Helligkeitssensoranordnung beispielsweise an einer Fensterscheibe zur Helligkeitsmessung kann somit ein Sichtbereich einer Person aus dem Fenster eingeschränkt werden.A disadvantage of such sensor devices or brightness sensors for measuring brightness is that the radiation-sensitive area of such brightness sensors is generally very small, that is to say in particular less than 1 square centimeter. Thus, only an almost selective measurement of the brightness is possible with regular brightness sensors. If, on the other hand, an arrangement of brightness sensors, i.e. a matrix or an array of brightness sensors, is used for large-area brightness measurement instead, the disadvantage arises that these arrangements of brightness sensors are generally opaque and are more expensive and complex to produce than individual sensors. When attaching such a brightness sensor arrangement, for example, to a window pane for brightness measurement, a person's field of vision from the window can thus be restricted.

Im Zusammenhang mit Photodioden zur Messung einer Lichtintensität ist aus der US 6 212 150 B1 ein optisches Abtastgerät und optisches Aufzeichnungsmedium, welches das optische Abtastgerät nutzt, bekannt. Das optische Abtastgerät umfasst einen Laser durch den ein Lichtstrahl zum Abtasten einer Oberfläche an das Aufzeichnungsmedium bereitgestellt wird. Weiterhin umfasst das optische Abtastgerät noch erstes Fotoempfangselement zum Erfassen eines Zustands eines Lichtstrahls das von dem Aufzeichnungsmedium anschließend reflektiert wird und ein zweites Fotoempfangselement zum Wiedergeben von Informationen auf Basis des reflektierten Lichts. Die Fotoempfangselemente sind bevorzugt als Photodioden ausgebildet. Um das reflektierte Licht von dem Aufzeichnungsmedium an die beiden Photodioden bereitzustellen, ist ein Transmissionhologramm zwischen dem Laser und dem Aufzeichnungsmedium angeordnet, welches den reflektierten Lichtstrahl auftrennt.In connection with photodiodes for measuring a light intensity is from U.S. 6,212,150 B1 an optical pickup and optical recording medium using the optical pickup are known. The optical scanning device includes a laser by which a beam of light is provided for scanning a surface of the recording medium. Furthermore, the optical scanning device further comprises a first photoreceptor element for detecting a state of a light beam which is then reflected by the recording medium and a second photoreceptor element for reproducing information on the basis of the reflected light. The photo-receiving elements are preferably in the form of photodiodes. In order to provide the reflected light from the recording medium to the two photodiodes, a transmission hologram is arranged between the laser and the recording medium, which splits the reflected light beam.

Weiterhin ist aus der JP 2002 - 298 426 A eine optischen Abtastvorrichtung bekannt. Bei der Abtastvorrichtung emittiert ein Laserelement einen Lichtstrahl, um die Oberfläche einer optischen Platte abzutasten und gespeicherte Informationen auf der Platte zu erfassen. Der von der optischen Platte reflektierte Lichtstrahl wird durch ein Transmissionshologramm aufgetrennt und an Photodioden übertragen.Furthermore, from the JP 2002 - 298 426 A an optical scanning device is known. In the scanning device, a laser element emits a beam of light to scan the surface of an optical disk and detect information stored on the disk. The light beam reflected from the optical disk is separated by a transmission hologram and transmitted to photodiodes.

Zudem ist in der DE 10 2016 206 290 A1 ein Kamerasystem mit einem Kameramodul und einer Streulichtfalle offenbart. Durch die Streulichtfalle wird ein Erfassen von Streulicht durch ein Objektiv des Kameramoduls vermieden. Die Streulichtfalle umfasst bevorzugt ein holografisch-optisches Element, um Licht von dem Objektiv weg, hin zu einem Absorber zu lenken. Der Absorber kann beispielsweise als schwarzer Stoff, eine Solarzelle oder eine Photodiode ausgebildet sein und das umgelenkte Streulicht erfassen.In addition, in the DE 10 2016 206 290 A1 discloses a camera system with a camera module and a scattered light trap. The stray light trap prevents stray light from being detected by a lens of the camera module. The stray light trap preferably comprises a holographic optical element in order to direct light away from the lens towards an absorber. The absorber can be designed, for example, as a black material, a solar cell or a photodiode and can capture the deflected scattered light.

Aus der DE 199 13 013 A1 ist außerdem eine Vorrichtung zur ortsaufgelösten Erfassung eines Lichteinfalls mit einem Ablenkkörper bekannt. Der Ablenkkörper lenkt dabei Licht teilweise auf seitlich an dem Ablenkkörper angeordnete Lichtsensoren ab. Zum Ablenken kann der Ablenkkörper zum Beispiel ein holografisch-optisches Element nutzen.From the DE 199 13 013 A1 a device for spatially resolved detection of incident light with a deflection body is also known. The deflection body partially deflects light onto light sensors arranged laterally on the deflection body. For deflection, the deflection body can use a holographic-optical element, for example.

Die DE 195 12 864 C1 offenbart einen Regensensor für eine Autoglasscheibe. Der Regensensor ist dabei durch einen an der Autoglasscheibe angebrachten Lichtleitkörper realisiert, über welchen Licht eines Lichtsenders zum Übertragen an einen Lichtempfänger in die Glasscheibe ein- und ausgekoppelt wird. Der Lichtleitkörper ist bevorzugt als Volumenhologramm ausgebildet.the DE 195 12 864 C1 discloses a rain sensor for an automobile glass pane. The rain sensor is implemented by a light-conducting body attached to the car glass pane, via which light from a light transmitter is coupled into and out of the glass pane for transmission to a light receiver. The light-guiding body is preferably designed as a volume hologram.

Die DE 197 01 258 A1 offenbart einen Regensensor, bei dem über Koppelmittel eine definierte Strahlung in eine Kraftfahrzeugscheibe eingekoppelt und zu Messzwecken an einer anderen Stelle wieder ausgekoppelt wird. Als Koppelmittel werden asymmetrische Mikroprismen, asymmetrische beugende Reliefstrukturen oder Phasengitter vorgeschlagen.the DE 197 01 258 A1 discloses a rain sensor in which a defined radiation is coupled into a motor vehicle window via coupling means and coupled out again at another location for measurement purposes. Asymmetrical microprisms, asymmetrical diffractive relief structures or phase gratings are proposed as coupling means.

Die US 4 733 065 A offenbart eine Auslesevorrichtung zum Beispiel für einen CD-Player. Dabei wird von einem Auslesemedium reflektiertes Licht mittels eines Strahlteilers zu Photodetektoren umgelenkt. Der Strahlteiler umfasst dazu eine Beugungsgitterstruktur durch die das Licht senkrecht zur Einfallrichtung in einem Substrat des Strahlteilers mittels Totalreflexion zu den Phototdetektoren weitertransportiert wird.the U.S. 4,733,065 A discloses a reading device, for example for a CD player. In this case, light reflected from a readout medium is deflected by means of a beam splitter to photodetectors. For this purpose, the beam splitter comprises a diffraction grating structure through which the light is transported further perpendicularly to the direction of incidence in a substrate of the beam splitter to the photodetectors by means of total reflection.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen großflächigen Helligkeitssensor bereitzustellen.The object of the invention is to provide a large-area brightness sensor.

Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich durch die abhängigen Ansprüche, die Beschreibung sowie die Figuren.The object is solved by the independent claims. Advantageous developments of the invention result from the dependent claims, the description and the figures.

Die Erfindung betrifft eine Detektionsvorrichtung zum Bestimmen einer Lichtintensität. Mit der Detektionsvorrichtung kann somit eine Helligkeit beispielsweise in einem Innenraum einer Wohnung oder eines Kraftfahrzeugs oder eine Außenhelligkeit in einer Fahrzeugumgebung oder Geräteumgebung gemessen werden. Die Detektionsvorrichtung umfasst dazu eine zuvor beschriebene Sensoreinrichtung mit wenigstens einem Helligkeitssensor, der insbesondere als Photodiode ausgebildet ist. Wie bei Helligkeitssensoren üblich, ist dabei eine elektrische Eigenschaft, zum Beispiel eine elektrische Leitfähigkeit der Sensoreinrichtung, von einer Lichtintensität des einfallenden Lichts abhängig. Die elektrische Eigenschaft, das heißt insbesondere die elektrische Leitfähigkeit der Sensoreinrichtung, verändert sich insbesondere proportional zu der Anzahl an einfallenden Lichtphotonen pro Zeiteinheit, und somit zur Lichtintensität. Auf Grundlage dieser elektrischen Eigenschaft ist die Sensoreinrichtung ausgebildet, ein elektrisches Signal, das heißt, beispielsweise einen Stromstärkenverlauf oder einen Spannungsverlauf, insbesondere kontinuierlich zu modulieren, sodass das resultierende elektrische Signal mit dem zeitlichen Verlauf der Lichtintensität des einfallenden Lichts korreliert ist. Somit ist beispielsweise der Photostrom, welcher von der Sensoreinrichtung erzeugt wird, proportional zum Lichteinfall des Lichts.The invention relates to a detection device for determining a light intensity. The detection device can thus be used to measure a brightness, for example, in an interior of an apartment or a motor vehicle, or an external brightness in a vehicle environment or device environment. For this purpose, the detection device comprises a previously described sensor device with at least one brightness sensor, which is designed in particular as a photodiode. As is usual with brightness sensors, an electrical property, for example an electrical conductivity of the sensor device, is dependent on the light intensity of the incident light. The electrical property, that is to say in particular the electrical conductivity of the sensor device, changes in particular in proportion to the number of incident light photons per unit of time, and thus to the light intensity. On the basis of this electrical property, the sensor device is designed to modulate an electrical signal, that is, for example, a current strength curve or a voltage curve, in particular continuously, so that the resulting electrical signal is correlated with the time curve of the light intensity of the incident light. Thus, for example, the photocurrent generated by the sensor device is proportional to the incidence of the light.

Um einen großflächigen Helligkeitssensor realisieren zu können, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Sensoreinrichtung mit einem holographisch-optischen Element (HOE) zu koppeln. Ein HOE ist ein bekanntes optisches Bauelement, welches den physikalischen Effekt der Beugung nutzt, um eine Lichtlenkung, ähnlich wie z.B. bei Linsen, Prismen oder Spiegeln, herbeizuführen. HOEs werden dabei in der Regel durch Belichten eines fotosensitiven Substrats, wie beispielsweise einer Glasplatte oder einer Folie, mit einem diskreten Belichtungsmuster hergestellt. Dabei sind sowohl fotolithographische als auch holographische Belichtungsverfahren bekannt. Durch das diskrete Belichtungsmuster wird somit eine Ablenkstruktur, beispielsweise in Form eines optischen Gitters, in das Substrat eingearbeitet. Ein HOE hat im Gegensatz zu herkömmlichen optischen Bauelementen wie Spiegeln, Linsen oder Prismen den Vorteil, dass es besonders platzsparend in einer Scheibe oder Platte mit geringer mittlerer Materialstärke ausgebildet sein kann. Weiterhin hat ein HOE den Vorteil, dass es in der Regel in Abhängigkeit von einer Ausgestaltung der Ablenkstruktur in der Regel richtungsselektiv und frequenzselektiv für das einfallende Licht wirkt. Das heißt, durch ein HOE wird insbesondere nur Licht, das aus einer vorbestimmten Richtung auf das HOE fällt, abgelenkt und das HOE kann derart ausgestaltet sein, dass nur Licht einer vorbestimmten Wellenlänge oder eines vorbestimmten Wellenlängenbereichs durch die Ablenkstruktur umgelenkt oder abgelenkt wird.In order to be able to implement a large-area brightness sensor, it has proven to be advantageous to couple the sensor device to a holographic-optical element (HOE). A HOE is a well-known optical component that uses the physical effect of diffraction to direct light, similar to lenses, prisms or mirrors, for example. HOEs are usually produced by exposing a photosensitive substrate, such as a glass plate or foil, with a discrete exposure pattern. Both photolithographic and holographic exposure methods are known. A deflection structure, for example in the form of an optical grating, is thus incorporated into the substrate by the discrete exposure pattern. In contrast to conventional optical components such as mirrors, lenses or prisms, an HOE has the advantage that it can be embodied in a disc or plate with a low average material thickness in a particularly space-saving manner. Furthermore, an HOE has the advantage that, depending on a configuration of the deflection structure, it generally acts in a direction-selective and frequency-selective manner for the incident light. This means that an HOE deflects only light that falls on the HOE from a predetermined direction, and the HOE can be designed such that only light of a predetermined wavelength or a predetermined wavelength range is deflected or deflected by the deflection structure.

Zum Bereitstellen des großflächigen Helligkeitssensors ist nun vorgesehen, dass ein derartiges HOE genutzt wird, um Licht aus der Umgebung an die Sensoreinrichtung, also den Helligkeitssensor, weiterzuleiten. Dazu umfasst die Detektionsvorrichtung ein Trägermedium, welches als Lichtleiter ausgebildet ist und an welchem ein Einkoppelbereich und ein Auskoppelbereich angeordnet sind. Das Trägermedium trägt sozusagen den Einkoppelbereich und den Auskoppelbereich und stellt ein Lichtleitmedium zwischen diesen beiden dar. Beispielsweise kann das Trägermedium als Platte oder Scheibe oder Folie aus Glas oder aus Kunststoff ausgebildet sein. Somit kann das Trägermedium zum Beispiel als Glasscheibe realisiert sein.In order to provide the large-area brightness sensor, it is now provided that such an HOE is used to forward light from the environment to the sensor device, ie the brightness sensor. For this purpose, the detection device comprises a carrier medium which is designed as a light guide and on which a coupling-in area and a coupling-out area are arranged. The carrier medium carries, so to speak, the coupling-in area and the decoupling area and represents a light-guiding medium between these two. For example, the carrier medium can be designed as a plate or disk or foil made of glass or plastic. Thus, the carrier medium can be implemented as a pane of glass, for example.

Im Folgenden ist nun eine Anordnung des Einkoppelbereichs und des Auskoppelbereichs und der Sensoreinrichtung an dem Trägermedium beschrieben. Das Trägermedium ist dabei insbesondere bevorzugt als Scheibe oder Platte aus einem lichtleitenden Material, wie beispielsweise Glas oder Kunststoff, ausgebildet. Als Scheibe oder Platte im Sinne der Erfindung ist ein mechanisches Bauelement zu verstehen, dessen Materialdicke oder mittlere Materialabmessung geringer ist als dessen Länge und/oder Breite beziehungsweise dessen Durchmesser. Bevorzugt beträgt die mittlere Materialstärke weniger als 5%, insbesondere weniger als 10%, besonders bevorzugt weniger als 20% der Länge und/oder Breite beziehungsweise des Durchmessers. Die Seitenflächen des Trägermediums, die dabei durch die mittlere Materialstärke begrenzt sind, können somit auch als Schmalseite bezeichnet werden. Die beiden gegenüberliegenden Oberflächen des Trägermediums werden hingegen jeweils als Breitseite bezeichnet.An arrangement of the coupling-in area and the coupling-out area and the sensor device on the carrier medium is now described below. The carrier medium is particularly preferably designed as a disc or plate made of a light-conducting material, such as glass or plastic. A disk or plate in the sense of the invention is a mechanical component whose material thickness or average material dimension is smaller than its length and/or width or diameter. The average material thickness is preferably less than 5%, in particular less than 10%, particularly preferably less than 20% Length and/or width or diameter. The side surfaces of the carrier medium, which are delimited by the average material thickness, can thus also be referred to as the narrow side. The two opposite surfaces of the carrier medium, on the other hand, are each referred to as the broad side.

Dementsprechend ist nun vorgesehen, dass der Einkoppelbereich an einer jeweiligen Breitseite und die Sensoreinrichtung an einer jeweiligen Schmalseite des Trägermediums angeordnet sind. Das heißt, der Einkoppelbereich kann insbesondere durch eine der beiden Breitseiten oder Oberflächen oder zumindest einen Teilbereich einer Oberfläche des Trägermediums bereitgestellt sein. Im Gegensatz dazu kann der Auskoppelbereich durch eine Seitenfläche, das heißt, insbesondere einen Teilbereich einer Seitenfläche, an dem auch die Sensoreinrichtung angebracht ist, bereitgestellt sein, also an einer der Schmalseiten.Accordingly, it is now provided that the coupling-in area is arranged on a respective broad side and the sensor device is arranged on a respective narrow side of the carrier medium. This means that the coupling-in area can be provided in particular by one of the two broad sides or surfaces or at least a partial area of a surface of the carrier medium. In contrast to this, the decoupling region can be provided by a side surface, that is to say in particular a partial region of a side surface on which the sensor device is also attached, ie on one of the narrow sides.

Der genannte Einkoppelbereich ist insbesondere durch ein zuvor beschriebenes HOE bereitgestellt. Zum Umlenken des Lichts weist das HOE wenigstens eine einkoppelnde Ablenkstruktur auf, beispielsweise in Form eines optischen Gitters, die dazu ausgebildet ist, Licht, das aus einer Umgebung auf den Einkoppelbereich fällt, in das Trägermedium einzukoppeln. Somit ist die wenigstens eine einkoppelnde Ablenkstruktur, wie zuvor beschrieben, richtungsselektiv ausgebildet und lenkt nur Licht ab, das aus der Umgebung, das heißt insbesondere aus einem Außenbereich, auf das HOE trifft. Weiterhin lenkt die einkoppelnde Ablenkstruktur das Licht derart ab, dass es innerhalb des Lichtleitmediums in einem Einfallswinkel auf ein Grenzfläche des Lichtleitmediums trifft, der flacher ist als der Winkel der Totalreflexion. Somit kann erreicht werden, dass das Trägermedium das eingekoppelte Licht mittels interner Reflexion von dem Einkoppelbereich an den Auskoppelbereich überträgt. An dem Auskoppelbereich liegt schließlich die Sensoreinrichtung an, insbesondere mit ihrer strahlungsempfindlichen Fläche. Somit ist die Sensoreinrichtung ausgebildet, das übertragene Licht, welches über den Auskoppelbereich aus dem Trägermedium auskoppelt, als das zuvor beschriebene einfallende Licht zu erfassen.Said incoupling region is provided in particular by an above-described HOE. To deflect the light, the HOE has at least one in-coupling deflection structure, for example in the form of an optical grating, which is designed to in-couple light that falls onto the in-coupling region from an environment into the carrier medium. Thus, the at least one coupling-in deflection structure, as described above, is designed to be direction-selective and only deflects light that hits the HOE from the environment, that is to say in particular from an outside area. Furthermore, the coupling-in deflection structure deflects the light in such a way that it strikes a boundary surface of the light-guiding medium within the light-guiding medium at an angle of incidence which is flatter than the angle of total reflection. It can thus be achieved that the carrier medium transmits the coupled-in light from the coupling-in area to the coupling-out area by means of internal reflection. Finally, the sensor device is in contact with the decoupling region, in particular with its radiation-sensitive surface. The sensor device is thus designed to detect the transmitted light, which is coupled out of the carrier medium via the coupling-out region, as the incident light described above.

Vorzugsweise ist das HOE somit ausgebildet, optische Strahlung aus der Umgebung, das heißt, das Licht, auf den zumindest einen Helligkeitssensor, also die Sensoreinrichtung umzulenken. Um die Detektionsvorrichtung transparent auszugestalten, ist das HOE bevorzugt derart ausgestaltet, dass nur Licht in einem vorbestimmten Spektralbereich von dem HOE abgelenkt wird, der weniger oder andere Frequenzen als der sichtbare Spektralbereich (400nm bis 750nm Wellenlänge in Luft) umfasst. Das HOE ist somit, wie zuvor beschrieben, frequenzselektiv ausgebildet. Dies kann beispielsweise realisiert werden, indem in bekannten Verfahren und bekannter Weise die Ausgestaltung der Ablenkstruktur, das heißt beispielsweise ein Gitterabstand oder die äußere Form des Substrats, in welchem das HOE ausgebildet ist, angepasst werden.The HOE is thus preferably designed to deflect optical radiation from the environment, ie the light, onto the at least one brightness sensor, ie the sensor device. In order to make the detection device transparent, the HOE is preferably designed such that only light in a predetermined spectral range is deflected by the HOE, which includes fewer or different frequencies than the visible spectral range (400 nm to 750 nm wavelength in air). The HOE is thus designed to be frequency-selective, as described above. This can be implemented, for example, by adapting the design of the deflection structure, that is to say for example a lattice spacing or the external shape of the substrate in which the HOE is formed, using known methods and in a known manner.

Zum Beispiel kann vorgesehen sein, dass das HOE sensitiv oder aktiv gegenüber Licht im nicht sichtbaren Spektralbereich ausgebildet ist. Somit kann das HOE beispielsweise als Lichtfilter für ultraviolettes oder infrarotes Licht ausgebildet sein. Somit wird nur Licht im nicht sichtbaren Lichtspektrum von dem Helligkeitssensor erfasst. Durch die Frequenzselektivität des HOE wird nämlich bewirkt, dass nur Licht einer vorbestimmten Wellenlänge, das heißt beispielsweise das Licht mit einer Wellenlänge im nicht sichtbaren Lichtspektrum, also Licht außerhalb einer Wellenlänge von 750 nm bis 400 nm, von der einkoppelnden Ablenkstruktur abgelenkt wird. Licht innerhalb dieses Wellenlängenbereichs transmittiert insbesondere ungehindert durch das HOE und somit auch ungehindert durch das Trägermedium. Wird der Helligkeitssensor in einer Fensterscheibe genutzt, kann ein Insasse ungehindert durch Fenster blicken, da die Detektionsvorrichtung im Einkoppelbereich transparent ausgebildet werde kann.For example, it can be provided that the HOE is designed to be sensitive or active to light in the non-visible spectral range. The HOE can thus be designed, for example, as a light filter for ultraviolet or infrared light. Thus, only light in the non-visible light spectrum is detected by the brightness sensor. The frequency selectivity of the HOE has the effect that only light of a predetermined wavelength, ie for example light with a wavelength in the non-visible light spectrum, ie light outside a wavelength of 750 nm to 400 nm, is deflected by the coupling-in deflection structure. Light within this wavelength range transmits in particular unhindered through the HOE and thus also unhindered through the carrier medium. If the brightness sensor is used in a window pane, an occupant can look through the window unhindered since the detection device can be made transparent in the coupling area.

Durch Nutzen eines HOE zum Weiterleiten des Lichts an die Sensoreinrichtung ergibt sich der Vorteil, dass Licht von einer großen Lichterfassungsfläche auf die im Gegensatz dazu kleinere strahlungsempfindliche Fläche der Sensoreinrichtung umgelenkt werden kann. Das HOE ermöglicht somit eine großflächige Messung der Helligkeit, obwohl ein im Vergleich zur Fläche des HOE kleiner und günstiger Helligkeitssensor, wie beispielsweise eine Photodiode, verwendet wird. Anders ausgedrückt, kann somit die Messoberfläche der Detektionsvorrichtung vergrößert werden. Dies kann am Beispiel eines einzelnen Helligkeitssensors, wie beispielsweise einer Photodiode, die an einer Fensterscheibe zum Messen der aus der Umgebung durch die Fensterscheibe eindringenden Helligkeit angebracht ist, erklärt werden. Wird nämlich beispielsweise die gesamte Fensterscheibe aus der Umgebung zum Beispiel durch die Sonne mit Licht bestrahlt und ist nur ein kleiner Teil der Fensterscheibe, auf der der Helligkeitssensor angebracht ist, abgeschattet, kann dies zu einer falschen Wahrnehmung der tatsächlich vorliegenden Lichtverhältnisse führen. Entsprechend würde dies auch gelten, wenn beispielsweise das gesamte Fenster abgeschattet ist und nur der Bereich, in dem der Helligkeitssensor angebracht ist, mit Licht aus der Umgebung angestrahlt wird. Wird nun stattdessen ein HOE mit einer im Verhältnis zur strahlungsempfindlichen Fläche des Helligkeitssensors großen Fläche des Einkoppelbereichs, das heißt, mit gro-ßer Messfläche verwendet, wird die Strahlung, das heißt, das Licht aus der Umgebung, über die gesamte Messfläche aufgenommen und an den Helligkeitssensor umgelenkt. Somit wird die gesamte Strahlung, das heißt das Licht aus der Umgebung, über die gesamte Messfläche integriert. Kleinere Abweichungen, das heißt beispielsweise kleine Abschattungen oder Lichteinstrahlungen, fallen somit weniger ins Gewicht.The use of an HOE for forwarding the light to the sensor device results in the advantage that light can be deflected from a large light detection area to the, in contrast, smaller radiation-sensitive area of the sensor device. The HOE thus enables the brightness to be measured over a large area, although a brightness sensor, such as a photodiode, is used that is smaller and cheaper compared to the area of the HOE. In other words, the measurement surface of the detection device can thus be enlarged. This can be explained using the example of a single brightness sensor, such as a photodiode, mounted on a window pane to measure the brightness entering through the window pane from the environment. If, for example, the entire window pane is irradiated with light from the surroundings, for example by the sun, and only a small part of the window pane on which the brightness sensor is attached is shaded, this can lead to an incorrect perception of the light conditions actually present. This would also apply accordingly if, for example, the entire window is shaded and only the area in which the brightness sensor is fitted is illuminated with light from the environment. If, instead, a HOE is used with a large area of the coupling region in relation to the radiation-sensitive area of the brightness sensor, that is, with a large measurement area, the beam tion, i.e. the light from the environment, recorded over the entire measuring surface and deflected to the brightness sensor. In this way, the entire radiation, i.e. the light from the environment, is integrated over the entire measurement area. Smaller deviations, that is, for example, small shadings or light irradiation, are therefore less important.

Weiterhin wird dadurch erreicht, dass der Messort, das heißt, die Messfläche der Detektionsvorrichtung, unabhängig ist von dem Sensorort, das heißt dem Bereich, in dem der Helligkeitssensor angebracht ist. Dadurch, dass HOEs insbesondere als ein Material für das Substrat transparent ausgebildet sein können, kann somit der Helligkeitssensor beispielsweise versteckt in einem Fensterrahmen angebracht werden und das HOE kann großflächig an der Fensterscheibe angebracht werden, ohne den Sichtbereich für eine Person, die aus der Fensterscheibe schauen möchte, zu stören.Furthermore, this ensures that the measurement location, ie the measurement area of the detection device, is independent of the sensor location, ie the area in which the brightness sensor is fitted. Due to the fact that HOEs can be designed to be transparent, in particular as a material for the substrate, the brightness sensor can be hidden in a window frame, for example, and the HOE can be attached to the window pane over a large area without the field of vision for a person looking out of the window pane want to disturb.

In der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass das Trägermedium transparent als Fensterscheibe oder als Deckplatte eines Bildschirms ausgebildet ist. Bevorzugt ist das Trägermedium dabei nur als ein Teilbereich einer Fensterscheibe oder Teilbereich einer Deckplatte eines Bildschirms ausgebildet. Dadurch kann die Detektionsvorrichtung, also der großflächige Helligkeitssensor, beispielsweise in eine Fensterscheibe in einem Wohnhaus oder in eine Fensterscheibe eines Fahrzeugs, wie beispielsweise eine Windschutzscheibe oder einer Heckscheibe, integriert werden. Weiterhin kann auch vorgesehen sein, das Trägermedium als Deckplatte eines Bildschirms, wie beispielsweise eines mobilen Endgeräts oder eines Computers, auszubilden. Als Trägermedium die Deckplatte eines Bildschirms, wie beispielsweise eines mobilen Endgeräts oder eines Computers, zu nutzen. Somit die Detektionsvorrichtung, also der großflächige Helligkeitssensor, beispielsweise dazu dienen, eine Helligkeit in einem Raum, in dem das mobile Endgerät oder der Computerbildschirm genutzt werden, zu erfassen, wobei in Abhängigkeit von der Umgebungshelligkeit eine Helligkeit des Bildschirms angepasst werden kann.The invention further provides that the carrier medium is designed to be transparent as a window pane or as a cover plate of a screen. In this case, the carrier medium is preferably only formed as a partial area of a window pane or partial area of a cover plate of a screen. As a result, the detection device, ie the large-area brightness sensor, can be integrated, for example, in a window pane in a house or in a window pane of a vehicle, such as a windshield or a rear window. Furthermore, provision can also be made for the carrier medium to be in the form of a cover plate for a screen, such as a mobile terminal device or a computer. To use the cover plate of a screen, such as a mobile device or a computer, as the carrier medium. The detection device, i.e. the large-area brightness sensor, is therefore used, for example, to detect brightness in a room in which the mobile terminal device or the computer screen is used, it being possible for the brightness of the screen to be adjusted depending on the ambient brightness.

Zu der Erfindung gehören auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.The invention also includes embodiments that result in additional advantages.

In der folgend beschriebenen Ausführungsform wird als nächstes eine Ausgestaltung des Auskoppelbereichs näher beschrieben. Wie zuvor erwähnt, kann der Auskoppelbereich nämlich beispielsweise durch eine Seitenfläche, das heißt eine Schmalseite oder zumindest einen Teilbereich der Schmalseite, bereitgestellt sein. Licht, das aus der Umgebung in das Trägermedium eingekoppelt wurde und sich mittels interner Reflexion in der Oberfläche des Trägermediums ausbreitet, kann dadurch bei Auftreffen auf die Seitenfläche oder Schmalseite aus dem Trägermedium ausgekoppelt werden. Dies funktioniert wie bei einer einzelnen Glasfaser.In the embodiment described below, a configuration of the decoupling region is described in more detail next. As mentioned above, the decoupling area can be provided, for example, by a side surface, that is to say a narrow side or at least a partial area of the narrow side. Light that has been coupled into the carrier medium from the environment and propagates in the surface of the carrier medium by means of internal reflection can be coupled out of the carrier medium when it strikes the side surface or narrow side. This works like a single fiber.

Alternativ ist in einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der Auskoppelbereich ebenfalls durch das holographisch-optische Element bereitgestellt ist. Das heißt, das HOE umfasst neben dem Einkoppelbereich auch den Auskoppelbereich. Dazu weist das HOE entlang einer Längserstreckungsrichtung gesehen nach der einkoppelnden Ablenkstruktur zusätzlich eine auskoppelnde Ablenkstruktur auf. Diese kann analog zu der einkoppelnden Struktur ebenfalls als optisches Gitter ausgebildet sein.Alternatively, an advantageous embodiment of the invention provides that the decoupling region is also provided by the holographic-optical element. This means that the HOE also includes the decoupling area in addition to the incoupling area. For this purpose, the HOE additionally has an outcoupling deflection structure after the incoupling deflection structure, viewed along a direction of longitudinal extent. Analogously to the coupling-in structure, this can also be designed as an optical grating.

Hierbei wird das Licht jedoch in der Regel diffus und ungerichtet über die Schmalseite aus dem Trägermedium ausgekoppelt. Um das Licht nun gerichtet auszukoppeln und somit geordnet an die Sensoreinrichtung bereitzustellen, ist in einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass die einkoppelnde Ablenkstruktur als optisches Gitter mit einer Bündelungsgitterstruktur ausgebildet ist, welche Lichtstrahlen des Lichts, das aus der Umgebung auf den Einkoppelbereich fällt, in Abhängigkeit von einem Einfallsort unterschiedlich stark abgelenkt, sodass die erste Ablenkstruktur die Lichtstrahlen zum Auskoppelbereich hin bündelt.In this case, however, the light is generally coupled out of the carrier medium in a diffuse and undirected manner via the narrow side. In order to decouple the light in a directed manner and thus make it available to the sensor device in an orderly manner, it is provided in a further embodiment that the coupling-in deflection structure is designed as an optical grating with a bundling grating structure, which light beams of the light falling from the environment onto the coupling-in region depend on deflected to different extents from a point of incidence, so that the first deflection structure bundles the light beams towards the decoupling area.

Die auskoppelnde Ablenkstruktur ist bevorzugt dazu ausgebildet, das Licht, das auf den Auskoppelbereich fällt, aus dem Trägermedium auszukoppeln. Das heißt, die auskoppelnde Ablenkstruktur kann das übertragene Licht gerichtet aus dem Trägermedium auskoppeln, sodass es an die Sensoreinrichtung bereitgestellt wird.The decoupling deflection structure is preferably designed to decouple the light that falls on the decoupling area from the carrier medium. This means that the decoupling deflection structure can decouple the transmitted light in a directed manner from the carrier medium, so that it is made available to the sensor device.

Im Folgenden ist nun eine Ausgestaltung der jeweiligen Ablenkstrukturen, das heißt der Ablenkstruktur der einkoppelnden Ablenkstruktur und insbesondere der auskoppelnden Ablenkstruktur, genauer beschrieben.An embodiment of the respective deflection structures, ie the deflection structure of the coupling-in deflection structure and in particular the coupling-out deflection structure, is now described in more detail below.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist nämlich vorgesehen, dass die jeweilige Ablenkstruktur einstückig mit dem Trägermedium ausgebildet ist. Die jeweilige Ablenkstruktur kann somit direkt in eine Oberfläche des Trägermediums eingearbeitet sein. Insbesondere kann die jeweilige Ablenkstruktur beispielsweise in die Oberfläche des Trägermediums geätzt oder gelasert oder belichtet sein. Somit kann das Trägermedium selbst als das HOE ausgebildet sein. In einer alternativen Ausführungsform dazu kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die jeweilige Ablenkstruktur in einem separaten Element zu dem Trägermedium ausgebildet ist. Somit können beispielsweise die einkoppelnde Ablenkstruktur und gegebenenfalls auch die auskoppelnde Ablenkstruktur in das erste Element eingearbeitet sein und das Trägerelement kann ein zweites Element bilden, welches an dem ersten Element anliegt. Das HOE, welches die jeweilige Ablenkstruktur umfasst, kann separat zu dem Trägermedium ausgebildet sein. Zum Beispiel kann die jeweilige Ablenkstruktur insbesondere in unterschiedlichen Abschnitten einer holographischen Folie oder Platte ausgebildet sein. Zum Befestigen der Folie oder Platte an dem Trägermedium kann die Folie oder Platte an das Trägermedium angeklebt sein. Alternativ kann die holographische Folie auch als Adhäsionsfolie ausgebildet sein, also ohne Klebstoff, durch molekulare Kräfte an einer Oberfläche des Trägermediums haften. Um ein HOE zu realisieren, kann wie zuvor beschrieben bevorzugt ein optisches Gitter in ein geeignetes Substrat eingearbeitet werden. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist deshalb vorgesehen, dass die jeweilige Ablenkstruktur als optisches Gitter insbesondere als holographisches Oberflächengitter oder als holographisches Volumengitter ausgebildet ist.In a further embodiment of the invention it is provided that the respective deflection structure is formed in one piece with the carrier medium. The respective deflection structure can thus be incorporated directly into a surface of the carrier medium. In particular, the respective deflection structure can, for example, be etched or lasered or exposed into the surface of the carrier medium. Thus, the carrier medium itself can be designed as the HOE. In an alternative embodiment, however, it can also be provided that the respective deflection structure is formed in a separate element from the carrier medium. Thus, for example, the coupling-in deflection structure and possibly also the out-coping pelnde deflection structure can be incorporated into the first element and the carrier element can form a second element which abuts the first element. The HOE, which includes the respective deflection structure, can be formed separately from the carrier medium. For example, the respective deflection structure can be formed in particular in different sections of a holographic foil or plate. To attach the film or plate to the carrier medium, the film or plate can be glued to the carrier medium. Alternatively, the holographic film can also be designed as an adhesion film, that is to say without adhesive, to adhere to a surface of the carrier medium by molecular forces. In order to realize an HOE, an optical grating can preferably be incorporated into a suitable substrate, as described above. In a further embodiment of the invention it is therefore provided that the respective deflection structure is designed as an optical grating, in particular as a holographic surface grating or as a holographic volume grating.

Die Eigenschaft der Lichtbeugung des HOE wird somit durch das optische Gitter bewirkt. Ein optisches Gitter, auch Beugungsgitter genannt, sowie dessen Wirkungsweise und Herstellungsverfahren ist allgemein bekannt. Grundsätzlich kann ein optisches Gitter als zumindest abschnittsweise periodische Strukturen, sogenannte Gitterstrukturen, in einem Substrat ausgebildet sein. Mittels der Gitterstruktur kann ein optisches Gitter durch den physikalischen Effekt der Beugung eine Lichtlenkung, wie sie zum Beispiel von Spiegeln, Linsen oder Prismen bekannt ist, herbeiführen. Fällt Licht, das heißt fallen Lichtstrahlen auf das optische Gitter, wobei die einfallenden Lichtstrahlen insbesondere die Bragg-Gleichung erfüllen, werden die Lichtstrahlen durch das optische Gitter gebeugt oder abgelenkt. Die Lichtlenkung kann somit insbesondere durch Interferenzerscheinungen der durch das optische Gitter gebeugten Lichtstrahlen erfolgen. Die Ablenkstruktur des Einkoppelbereichs oder Auskoppelbereichs kann dementsprechend auch als Beugungsstruktur bezeichnet werden.The light diffraction property of the HOE is thus effected by the optical grating. An optical grating, also called a diffraction grating, as well as its mode of operation and production method is generally known. In principle, an optical grating can be formed in a substrate as structures that are periodic at least in sections, so-called grating structures. By means of the lattice structure, an optical lattice can use the physical effect of diffraction to direct light, as is known, for example, from mirrors, lenses or prisms. If light falls, that is to say light beams fall on the optical grating, the incident light beams fulfilling in particular the Bragg equation, the light beams are diffracted or deflected by the optical grating. The light can thus be guided in particular by interference phenomena of the light beams diffracted by the optical grating. Accordingly, the deflection structure of the coupling-in area or coupling-out area can also be referred to as a diffraction structure.

Vorzugsweise kann ein optisches Gitter gegenüber dem einfallenden Licht richtungsselektiv oder winkelselektiv ausgebildet sein. Somit kann nur Licht, insbesondere ein Anteil des Lichts, das aus einer vorbestimmten Einfallsrichtung, zum Beispiel in einem vorbestimmten Winkel, auf ein optisches Gitter fällt, abgelenkt werden. Licht, insbesondere ein Anteil des Lichts, das aus einer anderen Richtung auf das optische Gitter fällt, wird vorzugsweise nicht abgelenkt oder umso weniger, je größer der Unterschied zur vorbestimmten Einfallsrichtung ist. Der Lichtanteil, welcher von der vorbestimmten Einfallsrichtung oder Optimaleinfallsrichtung abweicht, kann folglich vorzugsweise ungehindert durch das Substrat mit dem optischen Gitter propagieren.An optical grating can preferably be configured to be direction-selective or angle-selective with respect to the incident light. Thus, only light, in particular a portion of the light that falls on an optical grating from a predetermined direction of incidence, for example at a predetermined angle, can be deflected. Light, in particular a portion of the light that falls onto the optical grating from a different direction, is preferably not deflected, or the greater the difference from the predetermined direction of incidence, the less it is deflected. The portion of light which deviates from the predetermined direction of incidence or optimal direction of incidence can consequently propagate unhindered through the substrate with the optical grating.

Zusätzlich oder alternativ kann ein optisches Gitter noch wellenlängenselektiv oder frequenzselektiv ausgebildet sein. Somit kann nur Licht, insbesondere ein erster Anteil des Lichts mit einer vorbestimmten Wellenlänge von dem optischen Gitter in einem bestimmten Beugungswinkel abgelenkt oder gebeugt werden. Licht, insbesondere ein zweiter Anteil des Lichts mit einer anderen als der vorbestimmten Wellenlänge wird vorzugsweise nicht abgelenkt, oder umso weniger je größer der Unterschied zur vorbestimmten Wellenlänge ist. Der zweite Lichtanteil, welcher von der vorbestimmten Wellenlänge oder Optimalwellenlänge abweicht, kann folglich vorzugsweise ungehindert durch das Substrat mit dem optischen Gitter propagieren. Dadurch kann beispielsweise von polychromatischem Licht, welches auf das optische Gitter trifft, wenigstens ein monochromatischer Lichtanteil abgespaltet werden. In vorteilhafter Weise ist der Ablenkeffekt für die Optimalwellenlänge maximal und fällt zu längeren und kürzeren Wellenlängen hin, beispielsweise gemäß einer Gaußglocke, ab oder wird schwächer. Insbesondere wirkt der Ablenkeffekt nur auf einen Bruchteil des sichtbaren Lichtspektrums und/oder in einem Winkelbereich kleiner als 90 Grad.Additionally or alternatively, an optical grating can also be wavelength-selective or frequency-selective. Thus, only light, in particular a first portion of the light with a predetermined wavelength, can be deflected or diffracted by the optical grating at a specific diffraction angle. Light, in particular a second portion of the light with a wavelength other than the predetermined one, is preferably not deflected, or less so the greater the difference from the predetermined wavelength. The second portion of light, which deviates from the predetermined wavelength or optimal wavelength, can therefore preferably propagate unhindered through the substrate with the optical grating. In this way, for example, at least one monochromatic light component can be split off from polychromatic light which impinges on the optical grating. Advantageously, the deflection effect is maximum for the optimal wavelength and decreases or becomes weaker towards longer and shorter wavelengths, for example according to a Gaussian bell. In particular, the deflection effect acts only on a fraction of the visible light spectrum and/or in an angular range of less than 90 degrees.

Eine Herstellung eines optischen Gitters kann insbesondere mittels Belichtung eines Substrats, also beispielsweise fotolithografisch oder holografisch, erfolgen. In diesem Zusammenhang kann das optische Gitter dann auch als holografisches oder holografisch-optisches Gitter bezeichnet werden. Es sind zwei Arten von holografisch-optischen Gittern bekannt: holografische Oberflächengitter (surface holografic gratings, kurz: SHG) und holografische Volumengitter (volume holografic gratings, kurz: VHG). Bei einem holografischen Oberflächengitter kann die Gitterstruktur durch optisches Verformen einer Oberflächenstruktur des Substrats erzeugt werden. Durch die veränderte Oberflächenstruktur kann auftreffendes Licht abgelenkt, zum Beispiel reflektiert werden. Beispiele für holografische Oberflächengitter sind sogenannte Sägezahn- oder Blazegitter. Im Gegensatz dazu kann die Gitterstruktur bei holografischen Volumengittern in das ganze Volumen oder einen Teilbereich des Volumens des Substrats eingearbeitet sein. Holografische Oberflächengitter und holografische Volumengitter sind in der Regel frequenzselektiv. Es sind jedoch auch optische Gitter bekannt die polychromatisches Licht beugen können. Diese werden als holografische Mehrfachvolumengitter (multiplexed volume holografic gratings, kurz: MVHG) bezeichnet und können beispielsweise durch Verändern der Periodizität der Gitterstruktur eines optischen Gitters oder durch Anordnen mehrerer holografisches Volumengitter hintereinander oder parallel zueinander hergestellt werden.An optical grating can be produced in particular by means of exposure of a substrate, ie for example photolithographically or holographically. In this context, the optical grating can then also be referred to as a holographic or holographic-optical grating. Two types of holographic-optical gratings are known: holographic surface gratings (surface holographic gratings, short: SHG) and holographic volume gratings (volume holographic gratings, short: VHG). In the case of a holographic surface grating, the grating structure can be produced by optically deforming a surface structure of the substrate. Due to the changed surface structure, incident light can be deflected, for example reflected. Examples of holographic surface gratings are so-called sawtooth or blaze gratings. In contrast to this, in the case of holographic volume gratings, the grating structure can be incorporated into the entire volume or a partial region of the volume of the substrate. Surface holographic gratings and volume holographic gratings are typically frequency selective. However, optical gratings are also known which can diffract polychromatic light. These are referred to as multiplexed volume holographic gratings (MVHG) and can be created, for example, by changing the periodicity of the grating structure of an optical grating or by arranging multiple holographic volume gratings be manufactured in series or parallel to each other.

Als Material für das besagte Substrat zum Einarbeiten eines optischen Gitters eignet sich besonders Glas oder Quarzglas. Alternativ kann auch ein Polymer, insbesondere ein Fotopolymer, oder eine Folie, insbesondere eine fotosensitive Folie, zum Beispiel aus Kunststoff oder organischen Stoffen verwendet werden. Zur Verwendung derartiger Substrate für die Kameravorrichtung, sollte jedoch beachtet werden, dass das Material, insbesondere in Substratform, lichtwellenleitende Eigenschaften aufweist. Substrate die eine Ablenkstruktur zum Beugen von Licht, beispielsweise in Form eines optischen Gitters aufweisen, können auch als holografisch-optische Elemente (HOE) bezeichnet werden.Glass or quartz glass is particularly suitable as a material for said substrate for incorporating an optical grating. Alternatively, a polymer, in particular a photopolymer, or a film, in particular a photosensitive film, made of plastic or organic substances, for example, can also be used. However, when using such substrates for the camera device, it should be noted that the material, particularly in the form of a substrate, has optical wave-guiding properties. Substrates that have a deflection structure for bending light, for example in the form of an optical grating, can also be referred to as holographic optical elements (HOE).

Um die Messfläche der Detektionsvorrichtung zu vergrößern, ist es in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass eine Fläche des Einkoppelbereichs größer ausgebildet ist als eine Fläche des Auskoppelbereichs. Bevorzugt entspricht die Fläche des Auskoppelbereichs dabei in ihrer Größe der strahlungsempfindlichen Fläche der Sensoreinrichtung. Somit kann das Licht von der Detektionsvorrichtung durch den großflächigen Einkoppelbereich erfasst werden und an die im Gegensatz dazu kleinere strahlungsempfindliche Fläche der Sensoreinrichtung übertragen werden. Somit kann die Strahlung, das heißt das Licht, in beschriebener Weise über die ganze Fläche des Einkoppelbereichs integriert werden, sodass eine Lichtintensität des Lichts, das auf die Sensoreinrichtung trifft, verstärkt wird.In order to increase the measurement area of the detection device, a further preferred embodiment provides that an area of the coupling-in area is designed to be larger than an area of the out-coupling area. The size of the area of the decoupling region preferably corresponds to the radiation-sensitive area of the sensor device. The light can thus be detected by the detection device through the large-area incoupling region and transmitted to the, in contrast, smaller radiation-sensitive area of the sensor device. The radiation, that is to say the light, can thus be integrated in the manner described over the entire area of the coupling-in region, so that the light intensity of the light which impinges on the sensor device is intensified.

Um diese Lichtverstärkung zu realisieren, ist es in einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass die einkoppelnde Ablenkstruktur als optisches Gitter mit einer Bündelungsgitterstruktur ausgebildet ist. Unter Bündelungsgitterstruktur oder Sammelgitterstruktur kann eine Struktur oder Ausgestaltung des optischen Gitters, beispielsweise in Bezug auf einen Gitterabstand oder eine Anzahl von Gitterstrukturen in dem Substrat oder eine äußere Form des Substrats, in welche das optische Gitter eingearbeitet ist, verstanden werden. Ein derartig ausgebildetes optisches Gitter kann auch als Bündelungsgitter oder Sammelgitter bezeichnet werden und kann ähnlich einer Sammellinse zur Lichtbündelung eingesetzt werden. Das heißt, es werden einzelne Lichtstrahlen des Lichts, das aus der Umgebung auf den Einkoppelbereich fällt, in Abhängigkeit von einem Einfallsort auf dem Einkoppelbereich unterschiedlich stark abgelenkt und zwar derart, dass sich die Lichtstrahlen zum Auskoppelbereich hin bündeln oder sammeln oder konzentrieren. Mit anderen Worten ist die einkoppelnde Ablenkstruktur dazu ausgebildet, das Licht, insbesondere die Lichtstrahlen, zum Auskoppelbereich hin zu bündeln. Bei der Bündelungsgitterstruktur kann beispielsweise durch ein holographisches Oberflächengitter, welches in einem Substrat mit konvexer, insbesondere plankonvexer, Oberflächenform eingearbeitet ist, realisiert werden.In order to realize this light amplification, it is provided in a further embodiment that the coupling-in deflection structure is designed as an optical grating with a bundling grating structure. A bundling grating structure or collecting grating structure can be understood as meaning a structure or design of the optical grating, for example in relation to a grating spacing or a number of grating structures in the substrate or an external shape of the substrate into which the optical grating is incorporated. An optical grating designed in this way can also be referred to as a bundling grating or collecting grating and can be used for bundling light in a manner similar to a collecting lens. This means that individual light beams of the light that falls from the environment onto the coupling-in area are deflected to different extents depending on a point of incidence on the coupling-in area in such a way that the light beams are bundled or collected or concentrated towards the coupling-out area. In other words, the coupling-in deflection structure is designed to focus the light, in particular the light beams, towards the coupling-out area. The bundling grating structure can be realized, for example, by a holographic surface grating, which is worked into a substrate with a convex, in particular plano-convex, surface shape.

Für den Fall, dass gemäß einer der vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung der Auskoppelbereich ebenfalls durch das HOE bereitgestellt ist, welches entsprechend zusätzlich zu der einkoppelnden Ablenkstruktur auch die Ausgabe der Ablenkstruktur aufweist, kann außerdem vorgesehen sein, dass als die auskoppelnde Ablenkstruktur zumindest ein optisches Gitter dass der Auskoppelbereich als die Ausgabe der Ablenkstruktur zumindest ein optisches Gitter mit einer Zerstreuungsgitterstruktur aufweist. Als Zerstreuungsgitterstruktur kann ebenfalls eine Struktur oder Ausgestaltung des optischen Gitters beispielsweise in Bezug auf einen Gitterabstand oder eine Anzahl von Gitterstrukturen in dem Substrat oder eine äußere Form des Substrats, in welche das optische Gitter eingearbeitet ist, verstanden werden. Ein derartig ausgebildetes optisches Gitter kann auch als Zerstreuungsgitter bezeichnet werden und kann ähnlich einer Zerstreuungslinse zur Lichtstreuung eingesetzt werden. Das heißt, es werden einzelne Lichtstrahlen des Lichts, die von dem Einkoppelbereich an den Auskoppelbereich übertragen wurden, in Abhängigkeit von einem Einfallsort auf dem Auskoppelbereich unterschiedlich stark abgelenkt und zwar derart, dass sich die Lichtstrahlen aus dem gebündelten Zustand heraus zerstreuen und insbesondere parallelisieren. Das heißt die Lichtstrahlen verlaufen zum Bereitstellen an die strahlungsempfindliche Fläche der Sensoreinrichtung parallel zueinander. Mit anderen Worten kann die zweite Ablenkstruktur dazu ausgebildet sein, das gebündelte Licht, insbesondere die gebündelten Lichtstrahlen, zum Übertragen an die Sensoreinrichtung zu parallelisieren. Eine Bündelungsgitterstruktur kann beispielsweise durch ein holographisches Oberflächengitter, welches in ein Substrat mit konkaver, insbesondere plankonkaver, Oberflächenform eingearbeitet ist, realisiert werden.In the event that, according to one of the advantageous embodiments of the invention, the outcoupling region is also provided by the HOE, which correspondingly also has the output of the deflection structure in addition to the incoupling deflection structure, provision can also be made for at least one optical grating to be used as the outcoupling deflection structure the decoupling region has at least one optical grating with a dispersion grating structure as the output of the deflection structure. A structure or design of the optical grating, for example in relation to a grating spacing or a number of grating structures in the substrate or an external shape of the substrate into which the optical grating is incorporated, can also be understood as a dispersion grating structure. An optical grating designed in this way can also be referred to as a scattering grating and can be used for light scattering in a manner similar to a scattering lens. This means that individual light beams of the light, which were transmitted from the coupling-in area to the coupling-out area, are deflected to different extents depending on a point of incidence on the coupling-out area, in such a way that the light beams scatter out of the bundled state and, in particular, become parallel. This means that the light beams run parallel to one another for provision to the radiation-sensitive surface of the sensor device. In other words, the second deflection structure can be designed to parallelize the bundled light, in particular the bundled light beams, for transmission to the sensor device. A bundling grating structure can be implemented, for example, by a holographic surface grating that is incorporated into a substrate with a concave, in particular plano-concave, surface shape.

Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine Lichtintensität für das Licht, welches über die strahlungsempfindliche Fläche auf den Helligkeitssensor beziehungsweise die Sensoreinrichtung fällt, erhöht oder verstärkt ist.This results in the advantage that a light intensity for the light that falls on the brightness sensor or the sensor device via the radiation-sensitive surface is increased or intensified.

Zu der Erfindung gehört auch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Detektionsvorrichtung. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet. Die Detektionsvorrichtung kann beispielsweise derart ausgestaltet sein, dass eine Fensterscheibe als Trägermedium bereitgestellt ist. Eine besonders geeignete Fensterscheibe ist die Windschutzscheibe (Frontscheibe).The invention also includes a motor vehicle with a detection device according to the invention. The motor vehicle according to the invention is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car or truck, or as a passenger bus or motorcycle. The detection device can be configured in this way, for example be that a window pane is provided as the carrier medium. A particularly suitable window pane is the windshield (front window).

Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.The invention also includes the combinations of features of the described embodiments.

Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 ein Kraftfahrzeug F, bei welchem eine Detektionsvorrichtung D zum Bestimmen einer Lichtintensität genutzt wird; und
2 eine schematische Darstellung eines Querschnitts einer Detektionsvorrichtung .

Exemplary embodiments of the invention are described below. For this shows:

1 a motor vehicle F, in which a detection device D is used to determine a light intensity; and
2 a schematic representation of a cross section of a detection device.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.The exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention. In the exemplary embodiments, the described components of the embodiments each represent individual features of the invention that are to be considered independently of one another and that each also develop the invention independently of one another. Therefore, the disclosure is also intended to encompass combinations of the features of the embodiments other than those illustrated. Furthermore, the described embodiments can also be supplemented by further features of the invention that have already been described.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.In the figures, the same reference symbols designate elements with the same function.

1 zeigt ein Kraftfahrzeug F, bei welchem eine Detektionsvorrichtung D zum Bestimmen einer Lichtintensität genutzt wird. Die Detektionsvorrichtung kann D kann allgemein auch als großflächiger Helligkeitssensor bezeichnet werden und kann somit eine Helligkeit oder Lichtintensität im Innenraum I, also in der Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs F, messen. Dazu nutzt die Detektionsvorrichtung eine Sensoreinrichtung S, die zum Erfassen der Lichtintensität wenigstens einen Helligkeitssensor, wie beispielsweise eine Photodiode, umfasst. Die Sensoreinrichtung weist eine oder mehrere Photodioden auf. Eine derartig ausgebildete Sensoreinrichtung kann nämlich in der Regel Licht unter Benutzung des photoelektrischen Effekts in ein elektrisches Signal umwandeln. Die elektrische Eigenschaft wie beispielsweise die Leitfähigkeit hängt bei einem Helligkeitssensor nämlich von einer Lichtintensität des einfallenden Lichts ab. Insbesondere steigt die Leitfähigkeit proportional zu der Lichtintensität. Somit kann die Sensoreinrichtung auf Grundlage der elektrischen Eigenschaft ein elektrisches Signal wie beispielsweise einen Spannungsverlauf oder Stromverlauf modulieren, sodass das elektrische Signal mit der Lichtintensität des einfallenden Lichts korreliert ist. Je mehr Licht somit auf den Helligkeitssensor, insbesondere eine strahlungsempfindliche Fläche, F der Sensoreinrichtung S fällt, desto höher ist die Stromstärke oder das anliegende Potential. 1 shows a motor vehicle F in which a detection device D is used to determine a light intensity. The detection device D can generally also be referred to as a large-area brightness sensor and can thus measure a brightness or light intensity in the interior I, ie in the passenger compartment of the motor vehicle F. For this purpose, the detection device uses a sensor device S, which comprises at least one brightness sensor, such as a photodiode, for detecting the light intensity. The sensor device has one or more photodiodes. A sensor device designed in this way can usually convert light into an electrical signal using the photoelectric effect. In the case of a brightness sensor, the electrical property such as the conductivity depends on the light intensity of the incident light. In particular, the conductivity increases in proportion to the light intensity. The sensor device can thus modulate an electrical signal, such as a voltage curve or current curve, based on the electrical property, so that the electrical signal is correlated with the light intensity of the incident light. The more light thus falls on the brightness sensor, in particular a radiation-sensitive surface F of the sensor device S, the higher the current strength or the applied potential.

Reguläre Helligkeitssensoren haben jedoch den Nachteil, dass sie in der Regel geringe Abmessungen aufweisen und somit auch ihre strahlungsempfindliche Fläche F klein ist. Somit ist mit regulären Helligkeitssensoren meist nur eine nahezu punktuelle Messung der Lichtintensität möglich. Aufgrund der kleinen Sensorfläche kann somit bereits eine kleine Abschattung, die sich nur auf einen Bereich beschränkt, in dem der Helligkeitssensor zum Messen der Lichtintensität angebracht ist, zu einer falschen Wahrnehmung des tatsächlich des vorliegenden Lichtverhältnisse sorgen. Bei Auswerten des elektrischen Signals, das von dem Helligkeitssensor bereitgestellt wird, beispielsweise durch eine Auswerteelektronik, die ebenfalls von der Sensoreinrichtung umfasst ist, könnte somit die Helligkeit im Innenraum I des Kraftfahrzeugs F unterschätzt werden. Das heißt, es würde eine geringere Helligkeit angenommen werden, als sie tatsächlich von der Umgebung U in den Innenraum I abgestrahlt wird.However, regular brightness sensors have the disadvantage that they generally have small dimensions and their radiation-sensitive area F is therefore also small. This means that regular brightness sensors can usually only measure the light intensity almost at specific points. Due to the small sensor area, even a small amount of shading, which is limited to just one area in which the brightness sensor for measuring the light intensity is attached, can lead to an incorrect perception of the lighting conditions that are actually present. When the electrical signal provided by the brightness sensor is evaluated, for example by evaluation electronics that are also included in the sensor device, the brightness in the interior I of the motor vehicle F could thus be underestimated. This means that a lower brightness would be assumed than is actually radiated from the environment U into the interior I.

Die Sensoreinrichtung S mit dem Helligkeitssensor ist dabei in einer Windschutzscheibe W zum Messen von Licht L, das aus einer Umgebung U des Kraftfahrzeugs F in den Innenraum I fällt und somit den Innenraum I erhellt. The sensor device S with the brightness sensor is in a windshield W for measuring light L that falls from surroundings U of the motor vehicle F into the interior I and thus illuminates the interior I.

Eine derartige Sensoreinrichtung S könnte dabei beispielsweise genutzt werden, um einen automatischen Verdunklungsmechanismus der Windschutzscheibe W zu steuern. Es könnte nämlich beispielsweise vorgesehen sein, dass die Windschutzscheibe eine Verdunklungsschicht aufweist, die in Abhängigkeit von einer Lichtintensität des aus der Umgebung U einfallenden Lichts abgedunkelt werden kann. Durch die Windschutzscheibe W kann somit ein Blendschutz für einen Insassen des Fahrzeugs F realisiert sein.Such a sensor device S could be used, for example, to control an automatic darkening mechanism of the windshield W. For example, provision could be made for the windshield to have a darkening layer which can be darkened as a function of a light intensity of the light incident from the environment U. The windshield W can thus be used to protect an occupant of the vehicle F from glare.

Würde nun ein regulärer Helligkeitssensor, also eine reguläre Sensoreinrichtung, mit einer geringen Sensorfläche und somit auch einer geringen strahlungsempfindlichen Fläche F genutzt werden, um die Helligkeit im Innenraum I des Kraftfahrzeugs F zu bestimmen, könnte bereits eine kleine Abschattung auf der Windschutzscheibe W in dem Bereich, in dem die Sensoreinrichtung S an der Windschutzscheibe W angebracht ist, zu einem falschen Messergebnis führen. Aufgrund der Abschattung wäre nämlich auch das resultierende elektrische Signal, also beispielsweise die Stromstärke, gering, sodass bei Auswerten des elektrischen Signals durch die Auswerteelektronik weniger Lichtintensität bestimmt werden würde, als tatsächlich in dem Innenraum I vorhanden ist. Entsprechend würde beispielsweise die Verdunklungsschicht der Windschutzscheibe W nicht angesteuert werden, sodass die Windschutzscheibe W nicht abgedunkelt wird, obwohl Licht mit einer hohen Lichtintensität aus der Umgebung U in den Innenraum I des Kraftfahrzeugs F fällt. Somit würde der Insasse des Kraftfahrzeugs F, insbesondere ein Fahrer, durch das einfallende Licht I aus der Umgebung U geblendet werden.If a regular brightness sensor, i.e. a regular sensor device, with a small sensor area and thus also a small radiation-sensitive area F were now used to determine the brightness in the interior I of the motor vehicle F, even a small shadow on the windshield W in the area , in which the sensor device S is attached to the windshield W, lead to an incorrect measurement result. Because of the shading, the resulting electrical signal, for example the current intensity, would also be low, so that less light intensity would be determined when the electrical signal was evaluated by the evaluation electronics would become than is actually present in the interior space I. Correspondingly, for example, the darkening layer of the windshield W would not be activated, so that the windshield W is not darkened even though light with a high light intensity falls from the environment U into the interior I of the motor vehicle F. Thus, the occupant of the motor vehicle F, in particular a driver, would be dazzled by the incident light I from the environment U.

Um nun eine Messfläche des Helligkeitssensors zu vergrößern und dadurch eine Messung der Lichtintensität zu ermöglichen, die unempfindlicher gegenüber Schwankungen der Lichtverhältnisse ist, ist - wie in 1 gezeigt - vorgesehen, dass die Sensoreinrichtung mit einem holographisch-optischen Element gekoppelt ist, welches Licht aus der Umgebung U an die Sensoreinrichtung S umlenkt. Ein HOE ist ein bekanntes optisches Bauelement, welches den physikalischen Effekt der Beugung nutzt, um eine Lichtlenkung, ähnlich der von Linsen, Spiegeln oder Prismen, herbeizuführen. Im Gegensatz zu herkömmlichen optischen Bauelementen, wie Linsen, Spiegeln oder Prismen, hat ein HOE jedoch den Vorteil, dass es besonders platzsparend beispielsweise in einer Scheibe, wie zum Beispiel einer Fensterscheibe, oder in einer Folie ausgebildet sein kann. Zur Herstellung eines HOE wird beispielsweise mittels Belichtung, also holographisch oder photolithographisch, eine Ablenkstruktur, beispielsweise in Form eines optischen Gitters, in ein gewünschtes lichtsensitives Substrat, also die zuvor genannte Glasscheibe oder Folie, eingearbeitet. Das optische Gitter kann dabei bevorzugt in das gesamte Volumen des Substrats eingearbeitet sein, sodass das HOE auch als Volumenhologramm bezeichnet werden kann. Abhängig von der Belichtung, also der Ausgestaltung der Ablenkstruktur AS, ist ein HOE in der Regel richtungsselektiv ausgebildet. Das heißt, durch die Ablenkstruktur AS wird nur Licht, das aus einer vorbestimmten Richtung auf das HOE H fällt, abgelenkt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Ablenkstruktur AS des HOE H somit insbesondere derart ausgebildet sein, dass nur Licht L, das aus der Umgebung U auf das HOE H fällt, von der Ablenkstruktur AS in Richtung der Sensoreinrichtung S abgelenkt wird.In order to enlarge a measuring area of the brightness sensor and thereby enable a measurement of the light intensity that is less sensitive to fluctuations in the lighting conditions, as in 1 shown - provided that the sensor device is coupled to a holographic-optical element, which deflects light from the environment U to the sensor device S. A HOE is a well-known optical component that uses the physical effect of diffraction to direct light, similar to that of lenses, mirrors or prisms. In contrast to conventional optical components such as lenses, mirrors or prisms, however, an HOE has the advantage that it can be embodied in a particularly space-saving manner, for example in a pane, such as a window pane, or in a film. To produce an HOE, a deflection structure, for example in the form of an optical grating, is incorporated into a desired light-sensitive substrate, ie the aforementioned glass pane or film, for example by means of exposure, ie holographically or photolithographically. In this case, the optical grating can preferably be incorporated into the entire volume of the substrate, so that the HOE can also be referred to as a volume hologram. Depending on the exposure, ie the design of the deflection structure AS, an HOE is generally designed to be direction-selective. This means that only light that falls on the HOE H from a predetermined direction is deflected by the deflection structure AS. In the present exemplary embodiment, the deflection structure AS of the HOE H can thus be designed in particular in such a way that only light L that falls on the HOE H from the environment U is deflected by the deflection structure AS in the direction of the sensor device S.

Die Wirkungsweise eines HOE und die resultierende Ausgestaltung der Detektionsvorrichtung kann im Folgenden anhand von 2 erläutert werden.The mode of operation of a HOE and the resulting configuration of the detection device can be illustrated below with reference to 2 be explained.

2 zeigt die Detektionsvorrichtung D, bei welcher die Windschutzscheibe W als Trägermedium T für das HOE H dient. Die Windschutzscheibe W trägt somit sozusagen das HOE H. Die Windschutzscheibe W umfasst dazu zwei Trägerelemente T1, T2, welche insbesondere zwei separate Glasplatten der Windschutzscheibe W darstellen. Zum Schutz des HOE H sind die beiden Trägerelemente T1, T2 der Windschutzscheibe an unterschiedlichen Oberflächen des HOE H angebracht. Das heißt, die Detektionsvorrichtung D ist in Sandwich-Bauweise aufgebaut. Die beiden Trägerelemente T1, T2 bilden die Deckschichten und das HOE H bildet den Kern der Detektionsvorrichtung D. Bevorzugt ist das HOE H dabei als Folie ausgebildet, in deren Volumen die einkoppelnde Ablenkstruktur AS eingearbeitet ist. Das Trägermedium T, das heißt die Windschutzscheibe W, ist dabei bevorzugt als Lichtleiter ausgebildet und kann somit das Licht L aus der Umgebung U an die Sensoreinrichtung S weiterleiten. Um das Weiterleiten des Lichts L aus der Umgebung U zu ermöglichen, sind an dem Trägermedium T, das heißt an der Windschutzscheibe W, ein Einkoppelbereich E und ein Auskoppelbereich A angeordnet. Der Einkoppelbereich E ist dabei insbesondere durch das HOE H bereitgestellt. Zum Umlenken des Lichts weist das HOE H dabei die einkoppelnde Ablenkstruktur AS auf. Mit dieser einkoppelnden Ablenkstruktur AS kann nun Licht, welches aus der Umgebung U auf das HOE H fällt, derart abgelenkt werden, dass das Licht L in das Trägermedium T eingekoppelt wird, wobei ein Einfallswinkel im Trägermedium T auf eine Grenzfläche des Trägermediums T innerhalb des Trägermediums T flacher ist als der Grenzwinkel der Totalreflexion. Bevorzugt lenkt die einkoppelnde Ablenkstruktur AS das Licht L somit in Richtung der Sensoreinrichtung, insbesondere der strahlungsempfindlichen Fläche F der Sensoreinrichtung S ab. Dadurch, dass das Trägermedium T als Lichtleiter ausgebildet ist, wird das eingekoppelte Licht anschließend mittels interner Reflexion von dem Einkoppelbereich E an den Auskoppelbereich A übertragen. Der Auskoppelbereich A ist dabei - wie in 2 gezeigt - durch eine Schmalseite NS des Trägermediums T bereitgestellt. Als Schmalseite NS ist insbesondere eine Seitenfläche oder Stirnseite der Windschutzscheibe W zu verstehen. Über den Auskoppelbereich A kann nun das übertragene Licht aus dem Trägermedium T, also der Windschutzscheibe W, ausgekoppelt werden. Um die Lichtintensität nun messen zu können, ist die Sensoreinrichtung S - wie in 2 gezeigt - mit ihrer strahlungsempfindlichen Fläche F direkt an dem Auskoppelbereich A angeordnet. Das heißt, die Sensoreinrichtung S liegt an der Schmalseite NS des Trägermediums T an. Folglich kann die Sensoreinrichtung S das ausgekoppelte Licht L erfassen und in Abhängigkeit von einer Lichtintensität des Lichts L das elektrische Signal erzeugen oder modulieren, durch welches auf die Lichtintensität zurückgeschlossen werden kann. 2 shows the detection device D, in which the windshield W serves as a carrier medium T for the HOE H. The windshield W thus carries the HOE H, as it were. To protect the HOE H, the two support elements T1, T2 of the windshield are attached to different surfaces of the HOE H. That is, the detection device D is constructed in a sandwich construction. The two carrier elements T1, T2 form the cover layers and the HOE H forms the core of the detection device D. The HOE H is preferably designed as a film in the volume of which the coupling-in deflection structure AS is incorporated. The carrier medium T, ie the windshield W, is preferably designed as a light guide and can thus forward the light L from the environment U to the sensor device S. In order to enable the transmission of the light L from the surroundings U, a coupling-in area E and a coupling-out area A are arranged on the carrier medium T, that is to say on the windshield W. In this case, the coupling-in region E is provided by the HOE H in particular. In this case, the HOE H has the coupling-in deflection structure AS for deflecting the light. With this coupling-in deflection structure AS, light that falls from the environment U onto the HOE H can now be deflected in such a way that the light L is coupled into the carrier medium T, with an angle of incidence in the carrier medium T on an interface of the carrier medium T within the carrier medium T is shallower than the critical angle of total internal reflection. The coupling-in deflection structure AS thus preferably deflects the light L in the direction of the sensor device, in particular the radiation-sensitive surface F of the sensor device S. Due to the fact that the carrier medium T is in the form of a light guide, the coupled-in light is then transmitted from the coupling-in region E to the coupling-out region A by means of internal reflection. The decoupling area A is - as in 2 shown - provided by a narrow side of the carrier medium T NS. The narrow side NS is to be understood in particular as a side surface or front side of the windshield W. The transmitted light can now be decoupled from the carrier medium T, ie the windshield W, via the decoupling region A. In order to be able to measure the light intensity, the sensor device S - as in 2 shown - with its radiation-sensitive surface F arranged directly on the decoupling region A. This means that the sensor device S is in contact with the narrow side NS of the carrier medium T. Consequently, the sensor device S can detect the decoupled light L and, depending on a light intensity of the light L, generate or modulate the electrical signal, from which the light intensity can be inferred.

Der Einkoppelbereich ist somit an einer Breitseite BS des Trägermediums T angeordnet. Somit erstreckt sich das HOE H insbesondere planparallel zu der Breitseite BS des Trägermediums T.The coupling area is thus arranged on a broad side BS of the carrier medium T. The HOE H thus extends, in particular, plane-parallel to the broad side BS of the carrier medium T.

Wie in 2 gezeigt, ist eine Fläche des Einkoppelbereichs E, über welchen das Licht L aus der Umgebung U erfasst wird, größer ausgebildet als eine Fläche des Auskoppelbereichs A und somit auch die strahlungsempfindliche Fläche F der Sensoreinrichtung S. Somit kann der Messbereich M der Detektionsvorrichtung D, welcher insbesondere durch eine Fläche des Einkoppelbereichs E bereitgestellt ist, im Gegensatz zu einer Lichtintensitätsmessung mit einem regulären Helligkeitssensor vergrößert werden. Somit kann die Lichtintensität des aus der Umgebung U einfallenden Lichts L über eine größere Fläche erfasst werden, sodass Unregelmäßigkeiten im Lichteinfall sich weniger stark auf das Messergebnis auswirken. Bei einer entsprechend großen Messfläche integriert sich nämlich die Strahlung, das heißt das Licht, über die gesamte Messfläche und kleinere Abweichungen, wie beispielsweise Abschattungen, fallen nur wenig ins Gewicht.As in 2 shown, an area of the coupling-in area E, via which the light L from the environment U is detected, is larger than an area of the coupling-out area A and thus also the radiation-sensitive area F of the sensor device S. The measuring area M of the detection device D, which is provided in particular by a surface of the coupling region E, in contrast to a light intensity measurement with a regular brightness sensor. Thus, the light intensity of the light L incident from the environment U can be detected over a larger area, so that irregularities in the incidence of light have less of an impact on the measurement result. With a correspondingly large measuring surface, the radiation, ie the light, is integrated over the entire measuring surface and minor deviations, such as shadowing, are of little consequence.

Das Licht aus der Umgebung U wird somit über die Breitseite BS des Trägermediums T in das Trägermedium T eingekoppelt und über die Schmalseite NS anschließend aus dem Trägermedium T wieder ausgekoppelt.The light from the surroundings U is thus coupled into the carrier medium T via the broad side BS of the carrier medium T and then out again from the carrier medium T via the narrow side NS.

Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die einkoppelnde Ablenkstruktur AS des HOE H frequenzselektiv ausgebildet ist. Das heißt, die einkoppelnde Ablenkstruktur AS lenkt nur Licht einer vorbestimmten Wellenlänge oder eines vorbestimmten Wellenlängenbereichs ab. Zum Beispiel kann vorgesehen sein, dass die einkoppelnde Ablenkstruktur AS nur ultraviolettes Licht, das heißt Licht mit einer Wellenlänge kleiner als 400 nm, das aus der Umgebung U auf das HOE H fällt, ablenkt. Licht mit einer höheren Wellenlänge, das heißt insbesondere Licht im sichtbaren Lichtspektrum von etwa 400 nm bis 700 nm, kann hingegen ungehindert durch das HOE und somit auch durch das Trägermedium T transmittieren. Somit bleibt die Detektionsvorrichtung D zur Lichtintensitätsmessung zumindest im Bereich des Einkoppelbereichs E weiterhin transparent für das für den Menschen sichtbare Lichtspektrum, sodass ein Insasse des Kraftfahrzeugs F, der sich im Innenraum I befindet, weiterhin ungehindert durch die Windschutzscheibe W blicken kann.Provision can preferably be made for the coupling-in deflection structure AS of the HOE H to be designed to be frequency-selective. This means that the coupling-in deflection structure AS only deflects light of a predetermined wavelength or a predetermined wavelength range. For example, it can be provided that the coupling-in deflection structure AS only deflects ultraviolet light, ie light with a wavelength of less than 400 nm, which falls on the HOE H from the environment U. On the other hand, light with a longer wavelength, ie in particular light in the visible light spectrum of approximately 400 nm to 700 nm, can transmit through the HOE and thus also through the carrier medium T unhindered. The detection device D for measuring the light intensity therefore remains transparent to the light spectrum visible to humans, at least in the region of the coupling region E, so that a passenger in the motor vehicle F who is in the interior I can continue to look through the windshield W unhindered.

Soll weiterhin die Lichtintensität von einfallendem Licht auf eine besonders große Fläche, das heißt beispielsweise eine Fläche größer als 2 m², gemessen werden, ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass die Sensoreinrichtung S zum Erfassen der Lichtintensität mehrere Helligkeitssensoren oder Photodioden nutzt. Diese könnten dann beispielsweise bevorzugt gleich verteilt an den jeweiligen Seitenflächen der Windschutzscheibe W angebracht werden. Entsprechend könnte auch die einkoppelnde Ablenkstruktur AS unterschiedliche Ablenkbereiche aufweisen, sodass das Licht L aus der Umgebung U in Abhängigkeit von einem Einfallsort auf der Windschutzscheibe W zu dem nächstgelegenen Helligkeitssensor der Sensoreinrichtung umgelenkt wird. Die Auswerteelektronik der Sensoreinrichtung S könnte anschließend die Messergebnisse, das heißt die elektrischen Signale der unterschiedlichen Helligkeitssensoren, erfassen und mitteln und somit eine Lichtintensität des Lichts, das über die gesamte Fläche der Windschutzscheibe W einfällt, bestimmen. Anders als bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung könnte vorgesehen sein, dass über die gesamte Fläche der Windschutzscheibe W verteilt mehrere Einkoppelbereiche, das heißt mehrere HOEs, vorgesehen sind, die das Licht L aus der Umgebung jedoch an einen gemeinsamen Helligkeitssensor der Sensoreinrichtung S weiterleiten.If the light intensity of incident light is to be measured on a particularly large area, for example an area larger than 2 m ² , it is particularly preferred for the sensor device S to use a plurality of brightness sensors or photodiodes to detect the light intensity. These could then, for example, be attached to the respective side surfaces of the windshield W, preferably evenly distributed. Correspondingly, the in-coupling deflection structure AS could also have different deflection ranges, so that the light L from the surroundings U is deflected depending on a point of incidence on the windshield W to the nearest brightness sensor of the sensor device. The evaluation electronics of the sensor device S could then record and average the measurement results, ie the electrical signals of the different brightness sensors, and thus determine a light intensity of the light that is incident over the entire surface of the windshield W. In contrast to the configuration according to the invention, it could be provided that several coupling-in areas, i.e. several HOEs, are distributed over the entire surface of the windshield W, which, however, forward the light L from the environment to a common brightness sensor of the sensor device S.

Insgesamt zeigen die Beispiele, wie ein großflächiger Helligkeitssensor mittels eines HOE bereitgestellt werden kann.Overall, the examples show how a large-area brightness sensor can be provided using an HOE.

Claims

Detection device (D) for determining a light intensity, comprising a sensor device (S), in which an electrical property is dependent on a light intensity of an incident light (L) and which is designed to modulate an electrical signal on the basis of the electrical property, so that the signal is correlated with the light intensity of the incident light (L), the detection device (D) comprising a carrier medium (T), which is designed as a light guide, on which a coupling-in area (E) and a coupling-out area (A) are arranged, - the coupling-in area (E) being provided by a holographic-optical element (H) which has a coupling-in deflection structure (AS) which is designed to direct light (L) coming from an environment (U) onto the coupling-in area (E ) falls, in the carrier medium (T) to couple, and - the carrier medium (T) is formed, the coupled light (L) by means of internal reflection from the to transmit the coupling-in area (E) to the coupling-out area (A), with the sensor device (S) lying against the coupling-out area (A), which is designed to transmit the transmitted light (L), which escapes from the carrier medium (T ) decoupled than detecting the incident light, and - the detection device (D) is designed to be transparent at least in one area of the coupling-in area (E), the coupling-in area (E) being on a respective broad side (BS) and the sensor device (S) being on a respective narrow side (NS) of the carrier medium (T) are arranged, and the sensor device (S) comprises a plurality of brightness sensors, which are equally distributed on the respective Narrow side (NS) of the carrier medium (T) are attached, the coupling-in deflection structure (AS) having different deflection areas, so that the light (L) from the environment (U) depending on a point of incidence on the carrier medium (T) to a nearest brightness sensor of the sensor device (S), characterized in that the carrier medium (T) is designed to be transparent as a window pane or as a cover plate of a screen.

Detection device (D) after claim 1 , characterized in that the decoupling region (A) is also provided by the holographic-optical element (H) which, viewed along a direction of longitudinal extension, additionally has a decoupling deflection structure after the deflecting structure (AS) which is coupled in and which is designed to transmit light (L) , which falls on the decoupling area (A), to be decoupled from the carrier medium (T).

Detection device (D) according to one of the preceding claims, characterized in that the respective deflection structure (AS) is designed in one piece with the carrier medium (T), or the respective deflection structure (AS) is designed as a separate element for the carrier medium (T).

Detection device (D) according to one of the preceding claims, characterized in that the respective deflection structure (AS) is designed as an optical grating, in particular as a holographic surface grating or as a holographic volume grating.

Detection device (D) according to one of the preceding claims, characterized in that an area of the incoupling region (E) is designed to be larger than an area of the decoupling region (A).

Detection device (D) according to one of the preceding claims, characterized in that the in-coupling deflection structure (AS) is designed as an optical grating with a bundling grating structure which beams of light (L) coming from the environment (U) onto the in-coupling region (E) falls, deflects to different extents depending on the point of incidence, so that the coupling-in deflection structure (AS) bundles the light beams towards the coupling-out area (A).

Motor vehicle (F) with a detection device (D) according to one of the preceding claims.