CN101628571B - 光学传感器 - Google Patents
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Abstract
一种光学传感器，其具有适于在窗玻璃尤其是汽车的挡风玻璃上进行表面接触的光学板。它进一步具有一个或优选多个光接收器，其设置在光学板背向窗玻璃的一侧上。光学掩膜设置在每个光接收器的光路上游，该光学掩膜具有挡光和透光表面区域。每个透光表面区域显露出贯穿该光学板且照射到光接收器上的光路，该光路由挡光表面区域界定。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学传感器，其包括适于在窗玻璃尤其是汽车的挡风玻璃上进行表面接触的光学板，以及设置在光学板背向窗玻璃的一侧上的至少一个光接收器。这样的传感器的典型例子是用于控制汽车中的照明系统的光传感器(light sensors)，或者是为气候控制提供输入参数的太阳能传感器，其通常与用于挡风玻璃雨刮器的自动控制的雨传感器结合在一起。
背景技术
这种类型的传统传感器具有光学板，该光学板具有形成于其中的凸透镜结构和光波导。该透镜将入射在窗玻璃上的光聚焦，随后通过光波导传导到光接收器上。通过它的透镜和实现光束多次偏转的光波导结构，光学板具有相当复杂的三维形状，以适应通常安置在印刷电路板上的光接收器的空间布置。当传感器包括多个传感器单元，例如雨传感器和光传感器时，该复杂度尤其高且需要特别大的空间。
当使用其中的透镜结构为菲涅耳透镜的光学板时，实现非常低的复杂度和空间需求。这种类型的传感器就是未公开文本DE 10 2007 036 492.1请求保护的主题。
光学传感器通常具有由所需要的功能决定的光方向特性。尽可能地，雨传感器应当仅接收来自于脉冲光源且在挡风玻璃上全反射的光。环境光应当尽可能地被抑制，因为其只会影响与雨水相关事物的测量。另一方面，光传感器被设计成选择性接收从特定方向入射并穿过挡风玻璃的光，例如来自一个窄的立体角的正面光，或无方向性的光。所需的方向特性可以通过各种措施来获得，但这些措施成本高昂并需要额外空间。
发明内容
在附加的权利要求书中进行具体限定的本发明提供了一种光学传感器，其中以很小的相关费用并且不需要额外的空间获得对于特定应用的最优化光方向特性。为此，光学掩膜设置在光接收器的光路上游，该光学掩膜具有挡光和透光表面区域；透光表面区域显露出贯穿该光学板且照射到光接收器上的光路，该光路由挡光表面区域界定。该光学掩膜不需要任何空间，其可以直接应用在，尤其是直接印刷在光学板面对一个光接收器或多个光接收器的表面上。由于光学掩膜可以直接设置在光接收器的光路上游，任何不需要的光学成分对光接收器的进入都被实质上排除，尤其是在光学板的方向或聚焦功能协同作用下。
附图说明
通过参考附图，从本发明的典型实施例的下述描述，更多的细节将变得清楚，其中：
-图1表示具有两个传感器单元的光学传感器的剖面示意图；
-图1a表示图1中光学传感器的一个传感器单元的方向特性；
-图1b表示图1中光学传感器的另一个传感器单元的方向特性；以及
-图2表示传感器单元的透视示意图。
具体实施方式
图1中示意性说明的光学传感器用于设置在挡风玻璃1的内侧，且包括两个传感器单元。通过透明耦合层2将传感器耦合到挡风玻璃1的表面，透明耦合层2例如是透明橡胶或凝胶。传感器的基本部件是光学板3，其由透明塑料材料制成。在背向挡风玻璃1的光学板3表面上，光学板3承载光学掩膜4，该光学掩膜4由挡光和透光表面区域的栅格组成。一对光接收器6a、6b通过透明耦合层5耦合到光学板3和光学掩膜4。
在图1中所示的传感器布置中，挡风玻璃1、耦合层2和5、以及光学板3均具有相同的折射率。因而，入射到挡风玻璃上的任何光束被直线导引到光接收器6a、6b的光敏表面上。但是，图2中所示，光的通过受到光学掩膜4限制。掩膜4的透光表面区域形成通过窗口，其由挡光表面区域界定。在图2中所示的实施方案中，图案化单元为小正方形。与图2中的示意性说明相反，正方形的边长远小于光接收器的光敏表面的长度。这样，如图1a和1b中所示，对于分别入射到光接收器6a、6b的两束光线20a、20b，得到了所述方向特性的平滑曲线。
图2清楚显示了光学掩膜的功能。用虚线表示的光束10a照射到掩膜的挡光表面区域并被吸收。用实线表示的光束10b照射到掩膜4的透光表面区域，并被允许通过到达光接收器6。
图1中的第一和第二传感器单元分别包括光接收器6a和6b。两个传感器单元均探测入射到挡风玻璃上的环境光。但是，第一传感器单元具有如图1a中的方向特性20a，第二传感器单元具有图1b中的方向特性20b。
在具体的实施例中，传感器进一步包括这里没有示出的传感器单元，尤其是雨传感器。雨传感器需要透镜结构，以聚焦来自脉冲光源并在挡风玻璃上全反射的光束。通过压印或压花加工光学板4，必需的透镜结构构建为菲涅耳透镜。菲涅耳透镜与光学掩膜配合，该光学掩膜仅允许有用的光线通过，这样保护光接收器中不进入无关的光。
包括多个传感器单元的传感器具有非常紧凑的结构。虽然传感器的功能复杂，但其制造成本很低，另外，通过适当地应用带有挡光和透光表面区域的光学掩膜，例如通过印刷在光学板的表面上或胶粘在薄膜上，来适应具体应用的各种需求。
Claims (8)
1.一种光学传感器，其包括：
适于在汽车的挡风玻璃上进行表面接触的光学板，
设置在光学板背向挡风玻璃的同一侧上的多个光接收器，以及
设置在光接收器的光路上游的光学掩膜，该光学掩膜具有图案化结构的挡光和透光表面区域，所述图案化结构由图案化单元构成，所述图案化单元具有与光接收器的光敏表面的表面面积相比较小的表面面积，
其中由所述多个光接收器和光学掩膜的相关联的透光表面区域来形成用于感测入射到挡风玻璃上的环境光的具有不同光方向特性的两个传感器单元，并且
其中透光表面区域显露出贯穿该光学板且照射到光接收器上的光路，该光路由挡光表面区域界定，形成分别入射到光接收器之一的具有方向特性的平滑曲线的两束光线。
2.根据权利要求1所述的光学传感器，其特征在于光学板包括菲涅耳透镜结构。
3.根据权利要求1或2所述的光学传感器，其特征在于光学掩膜设置在光学板和光接收器之间。
4.根据权利要求3所述的光学传感器，其特征在于光学掩膜应用于光学板面对光接收器的一侧上的区域上。
5.根据权利要求4所述的光学传感器，其特征在于光学掩膜印刷在光学板面对光接收器的表面上。
6.根据权利要求4或5所述的光学传感器，其特征在于光接收器通过光学耦合层耦合到光学板。
7.根据权利要求1或2所述的光学传感器，其特征在于该挡光表面区域由不透明层形成，而透光表面区域从其中切槽。
8.根据权利要求1所述的光学传感器，其特征在于所述图案化单元为正方形。
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