CN106103211A - 透镜板 - Google Patents

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Abstract

在一种用于在车辆中的光传感器装置的透镜板(18)、尤其是用于雨量传感器的透镜板中，该透镜板具有发射器侧的透镜结构(26)和接收器侧的透镜结构(32)，发射器侧的透镜结构(26)部分配设有防透射特征，这些防透射特征部分或完全阻止由光发射器(14)发射出的光在透镜板(18)的一些区域中通过。

Description

透镜板
技术领域
本发明涉及一种用于在车辆中的光传感器装置的透镜板、尤其是用于雨量传感器的透镜板，该透镜板具有发射器侧的透镜结构和接收器侧的透镜结构。
背景技术
在车辆中的雨量传感器具有光发射器、以联接层固定在玻璃上的透镜板以及具有光接收器，该雨量传感器检测玻璃的湿润。透镜板具有发射器侧的和接收器侧的透镜结构，该发射器侧的和接收器侧的透镜结构分别包括光耦合输入结构和光耦合输出结构。
由光发射器发出的光借助发射器侧的光耦合输入结构耦合输入到透镜板中，并且转变为基本上平行的光射束，其垂直横穿透镜板。发射器侧的光耦合输出结构使光束以大约45°转向，从而该光束在横穿联接层和玻璃之后到达玻璃的外表面。光束在那里被全反射并且再次横穿玻璃和联接层。接收器侧的光耦合输入结构使光束再次垂直穿过透镜板，然后该光束通过接收器侧的光耦合输出结构汇聚到光接收器的面上。
当玻璃的表面湿润时，一部分光在玻璃表面上耦合输出。因此，仅一部分光被反射。因此，通过被反射的光(该光被反射回到光接收器上)的强度的变化可以检测玻璃的湿润。
但是，在从现有技术中已知的透镜板中，在挡风玻璃上的光分布不是均匀的，而是在中间具有明显的过高，但朝向边缘具有强烈的下降。因此，在光强明显较小的边缘区域中的湿润比在测量区域的中间的湿润导致更小的光损失。因而，在边缘区域中的湿润可能由于小的光差别而难以被检测到。因此，可以用于检测玻璃湿润的面积比实际被照射的面积小得多。
发明内容
本发明的任务是，提供一种透镜板，借助该透镜板可以利用玻璃的更大的面积或者说更大的区域用于检测湿润。
为了解决该任务，设定一种用于在车辆中的光传感器装置的透镜板、尤其是用于雨量传感器的透镜板，该透镜板具有发射器侧的透镜结构和接收器侧的透镜结构，其中，发射器侧的透镜结构部分配设有防透射特征，这些防透射特征部分或完全阻止由光发射器发射出的光在透镜板的一些区域中通过。
本发明基于如下的思想，即，这样改变发射器侧的透镜结构，使得在玻璃上在通常光密集的区域中的光强、尤其是在被照射的面的中间的光强减小，而光强在光较不密集的区域中不受影响。理想地，这样减弱在光集中的区域中的光强，使得实现基本上均匀地照亮玻璃的整个被照射的区域。
光的减弱通过如下方式实现，即，在一些区域中部分或完全阻止光通过透镜板，从而在该区域中没有光或仅减弱的光能够从透镜板射向玻璃。这些区域这样构成并且定位，使得在玻璃上的测量区域被更均匀地照亮，从而可以利用更大的面积用于检测湿润。
如果经由这些区域减少光通过透镜板，则例如这样选择该减弱，使得入射到玻璃上的光具有与在如下区域中几乎一样的强度，在这些区域中没有经由防透射特征减少光通过。
即使在一些区域中的光通过被相应的结构完全阻碍，基于在透镜板背后的散射效应也可以在玻璃上出现均匀的光强。在这样的实施形式中，不可透光的区域可以具有相对小的延伸尺寸并且布置在限定的光栅中，从而通过散射效应引起均匀地照射玻璃。
用于在玻璃上的测量区域内测量玻璃上的湿润的光被有意地发射通过透镜板。因此，不涉及应该在耦合输入到透镜结构中之前被阻挡的寄生光。
防透射特征与通过透镜板发出的光相互作用。通过透镜板发出的光至少部分被防透射特征减弱。由于光的减弱，在玻璃上的测量区域中产生均匀的光分布。
由此，在玻璃上被光照亮的面可以完全用于测量。
为了获得该效果，在发射器侧的透镜结构上施加防透射特征就足够。这样的特征扩展到光接收器侧的区域上是没有意义的，因为在该区域中不再需要减弱光。
防透射特征例如可以由散射光的结构构成。这样的结构使光沿不同的方向散射，而不是使光定向地耦合输入到透镜板中或者从该透镜板中耦合输出。仅一部分入射到发射器侧的透镜结构上的光这样直接横穿透镜板，并且接着入射到玻璃上。散射光的结构的数量、距离和位置或形状可以这样选择，使得在玻璃的表面上实现尽可能均匀的光分布。
备选地，这些结构也可以成型为平面的，从而入射的光被完全反射并且不耦合输入到透镜板中或不耦合输出。
防透射特征也可以由透镜的部分涂层构成。该涂层可以反射、吸收或减弱入射的光。这样的涂层可以比散射光的结构简单得多地被施加。因此可以明显简化透镜板的制造。通过涂层的特性(例如被涂覆的区域在透镜板上的定位、大小或透光性)可以调整在这些区域中射入或射出透镜板的光的强度。为此，涂层例如可以是完全不透光的、半透明的或反射的。
为了能够实现简单地制造透镜板，可能的是，将涂层压印到透镜板上。
这样的透镜板的透镜结构通常布置成圆形的，尤其是由菲涅尔结构构成。这种结构在中间区域内具有非常强烈的光强，该光强朝边缘减小。在这样的结构中，防透射特征优选设置在透镜结构的位于径向内部的区域中，而位于径向外部的区域没有防透射特征，从而在位于径向外部的区域中，光不受阻碍地耦合输入到透镜板中或从该透镜板耦合输出，而在径向内部的区域中实现光强的减弱。
发射器侧的透镜结构例如可以由在光射入侧上和在光射出侧上的菲涅尔结构构成。所述菲涅尔结构在透镜板的结构高度非常小时能够实现理想的耦合输入或从透镜板的耦合输出。
在这样的实施形式中，防透射结构可以由菲涅尔透镜或菲涅尔棱镜的一些沟槽构成，这些沟槽将光从传感器的探测区域中引导离开或者减弱、阻止或散射光通过。
菲涅尔结构的这些沟槽例如可以具有与邻近的沟槽不同的横截面，从而这些沟槽具有不同的反射特性或者耦合输入特性或耦合输出特性。
这些沟槽这样构成，使得由全部被反射或被散射的光在玻璃上出现均匀的光强。对此，一些沟槽也可以完全这样散射光，使得该光不入射到玻璃上。此外，一些沟槽的被散射的入射到玻璃上的光束可以相互叠加，从而均匀地照亮玻璃。
备选地也可能是，这些沟槽至少部分由涂层填充，通过该涂层实现减弱、反射或散射光。
优选地，防透射特征设置在发射器侧的透镜结构的径向内部的区域中并且这样设计，使得在玻璃上被全反射的光强关于在光接收器上的测量尽可能均匀。
与发射器侧的透镜结构的实施形式无关地，接收器侧的透镜结构优选由在光射入侧上和在光射出侧上的菲涅尔结构构成。
附图说明
另外的优点和特征从下面结合附图的说明中得出。其中：
图1示出具有透镜板的雨量传感器的一般工作原理的示意图，
图2示出具有根据现有技术的透镜板的雨量传感器的剖视图，
图3示出具有按本发明的透镜板的雨量传感器的剖视图，
图4示出图2和图3的雨量传感器的光分布的图示，以及
图5示出具有按本发明的透镜板的第二实施形式的雨量传感器的剖视图。
具体实施方式
图1示出用于探测车辆的玻璃12的湿润的雨量传感器10的示意结构。该雨量传感器10具有光发射器14、光接收器16以及透镜板18，该透镜板利用联接层20、尤其由硅树脂制成的联接层安装在玻璃12上。
此外，在光发射器14上设有控制器22以及信号处理单元24，该控制器可以调节光发射器14的强度，该信号处理单元可以处理光接收器16的信号并且与光发射器14的控制器22相耦联。
透镜板18具有发射器侧的透镜结构26，该发射器侧的透镜结构包括面向光发射器14的第一光耦合输入结构28和面向玻璃12的第一光耦合输出结构30。此外设有接收器侧的透镜结构32，该接收器侧的透镜结构包括面向玻璃12的第二光耦合输入结构34和面向光接收器16的第二光耦合输出结构36。
如在图1中可见的那样，由光发射器14发出的光束38经由光发射器侧的第一光耦合输入结构28耦合输入到透镜板18中，并且转变为基本上平行的光。该光横穿透镜板18并且通过光发射器侧的第一光耦合输出结构30以大约45°转向。接着，该光束横穿联接层20和玻璃12，然后该光束在玻璃12的外侧40上被反射。
接着，光束38横穿玻璃12以及联接层20，并且在接收器侧的第二光耦合输入结构34处入射到透镜板18上。该光束基本上垂直地横穿透镜板18并且通过第二光耦合输出结构36汇聚到光接收器16的相对小的面上。
借助控制器22这样控制光发射器，使得在光接收器16的输出端上达到预定的值。
当玻璃12的外侧40湿润时，光束38的一部分在玻璃12的外侧40上耦合输出。由此，光束38的仅一部分被反射，从而在光接收器16上可以检测到输出信号的下降。当超过确定的阈值时，视为已识别出玻璃12的湿润。
在图2中示出现有技术的雨量传感器10'。光耦合输入结构28'、34'以及光耦合输出结构30'、36'分别由菲涅尔透镜构成，通过这些菲涅尔透镜，光束的相应的转向在透镜板18'的结构高度非常小时是可能的。
如在图2中可见的那样，光耦合输入结构28'、34'以及光耦合输出结构30'、36'分别包括一个内部区域42'、46'、50'、54'以及一个外部区域44'、48'、52'、56'。这些区域分别这样构成，使得入射的光耦合输入到透镜板中，垂直于透镜板的延伸方向地横穿透镜板18'并且以大约45°的角度入射到玻璃12'上，接着在玻璃12'上被反射并且通过接收器侧的透镜结构32'聚焦到光接收器16'上。
此外，如在图2中可见的那样，从第一光耦合输出结构30'的中间区域46'射出的光束的光强比在外部区域48'中的光强更高。这一方面由菲涅尔透镜的结构型式导致。此外，在光耦合输出结构30'的外部区域48'中，通过光的较缓的入射角实现通过邻近的结构而部分遮暗一些棱镜结构。
因此，在玻璃12'的中间区域58'中，光强比在边缘区域60'中明显更高。光强关于与被照射的外侧40'的中点的距离的分布在图4中以附图标记64表示。这导致，内部区域58'的湿润比在外部边缘区域60'中的湿润导致光强强烈得多地下降。因此有可能在边缘区域60'中的湿润不能被检测到或者仅在更强烈的湿润时才能被检测到，因为光强下降太小。但是，提高光强也会造成提高在中间区域58'中的光强，从而光在边缘区域60'中的耦合输出也不能被检测到。
为了解决这个问题并且在玻璃12的整个被照射的外侧40上产生均匀的光强，在图3中所示的雨量传感器10中使用按本发明的透镜板18。该透镜板18基本上相应于在图2中所示的透镜板18'。透镜板18的不同之处仅在于，第一光耦合输入结构28的内部区域42具有防透射特征、在该情况下为散射光的结构62。
如在图3中可见的那样，入射到这些结构62上的光不是平行地或者垂直地耦合输入到透镜板18中，而是在透镜板18中被散射。因此，明显更少的光从发射器侧的第一光耦合输出结构30的内部区域46中射出。在玻璃12的内部区域58中的光强因而明显降低，而在外部区域44、48中的光可以不受阻碍地横穿透镜板18并且入射到边缘区域60上。
在图2和3中所示的组件10关于与被照射的外侧40的中点的距离的光分布以对比方式在图4中示出。图4示出在光接收器上所测量的与对湿润敏感的外侧40的例如在图3示出的长度方向有关的光强。第一曲线64表示来自图2的雨量传感器10'的光分布，第二曲线66表示来自图3的具有按本发明的透镜板18的雨量传感器10的分布。
如可以清楚的看出的那样，具有现有技术的透镜板18'的雨量传感器10'在内部区域58中具有非常高的光强，该光强朝向边缘区域60强烈下降。
相比之下，曲线66示出，利用按本发明的透镜板18可以通过如下方式在非常宽的-3到+3mm的范围内产生均匀的光强，即，减弱在内部区域58中的光强。在内部区域58中的光强下降到外部边缘区域60的值以下是没有问题的，因为外部边缘区域60具有明显较大的面积，从而在这种情况下也存在明显更大的面积用于检测玻璃12的湿润。但是理想地，在玻璃12上的光强在整个面积上具有基本上一样高的值。
即使在一些区域中由于压印、涂覆或相应地构造结构而没有光穿过透镜板18，但由于通过菲涅尔透镜的在制造中的不完美的结构而造成的微小的光束展宽，通过重新部分填充由减弱产生的空隙仍获得均匀的照射。此外，在一些结构上被散射的光束可以这样叠加，使得在玻璃12上达到均匀的光强。
因此，本发明的目的概括地在于，这样设计第一透镜结构26的一些区域，使得在内部区域42中，较少光或甚至没有光能通过透镜板18并且入射到玻璃12上。
如在图3中可见的那样，这可以通过折射光的结构62来实现。备选地，这也可以如例如在图5所示的那样通过压印透镜板18的表面的一些区域来实现。如在图5中可见的那样，这些区域68可以是被削平的。但是也可能的是，第一光耦合输入结构28是传统的菲涅尔结构并且仅一些沟槽被压印。该压印部可以是反射的、半透明的或吸光的。
也可能的是，给透镜板部分涂层，其中，该涂层同样可以设计为反射的、部分透光的或吸光的。
在这里所示的实施形式中，防透射特征都设置在第一光耦合输入结构28上。但是也可能的是，这些防透射特征设置在第一光耦合输出结构30上、即在玻璃侧设置在透镜板18上。
无论如何，减弱在光发射器侧的透镜结构26上。将这样的防透射特征布置在光接收器侧的透镜结构上将会导致来自玻璃外部的光束、例如来自太阳或迎面而来的车辆的光束可能对准光接收器16。结果，这将会导致错误检测。

Claims (11)

1.用于在车辆中的光传感器装置的透镜板(18)，尤其是用于雨量传感器的透镜板，该透镜板具有发射器侧的透镜结构(26)和接收器侧的透镜结构(32)，其特征在于，发射器侧的透镜结构(26)部分配设有防透射特征，这些防透射特征部分或完全阻止由光发射器(14)发射出的光在透镜板(18)的一些区域中通过。
2.根据权利要求1所述的透镜板，其特征在于，所述防透射特征由散射光的结构构成。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的透镜板，其特征在于，所述防透射特征由透镜板(18)的部分涂层构成。
4.根据权利要求3所述的透镜板，其特征在于，所述涂层是压印而成的。
5.根据上述权利要求之一所述的透镜板，其特征在于，所述防透射特征设置在透镜结构(26)的径向内部的区域(42、46)中，而处于径向外部的区域(44、48)没有防透射特征。
6.根据上述权利要求之一所述的透镜板，其特征在于，所述发射器侧的透镜结构(26)由在光射入侧上和在光射出侧上的菲涅尔结构构成。
7.根据权利要求6所述的透镜板，其特征在于，所述防透射特征由菲涅尔结构或菲涅尔棱镜的一些沟槽构成，这些沟槽将光从传感器的探测区域引导离开或者减弱或阻止光通过。
8.根据权利要求6所述的透镜板，其特征在于，所述沟槽具有与邻近的沟槽不同的横截面。
9.根据权利要求6所述的透镜板，其特征在于，所述沟槽至少部分被涂层填充。
10.根据上述权利要求之一所述的透镜板，其特征在于，所述防透射特征设置在发射器侧的透镜结构的径向内部的区域(42、46)中并且这样设计，使得在玻璃(12)上被全发射的光强关于在光接收器上的测量尽可能均匀。
11.根据上述权利要求之一所述的透镜板，其特征在于，所述接收器侧的透镜结构(32)由在光射入侧上和在光射出侧上的菲涅尔结构构成。
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