CN110234968B - 电子光学组件以及用于探测环境光的方法 - Google Patents

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Abstract

一种电子光学组件(10)，尤其用于探测环境光的传感器组件，所述电子光学组件具有反射面(16)、透镜体(12)和电子光学器件(14)，尤其光接收器，其中器件(14)具有凹部(26)，所述凹部具有：主透镜部段(35)，尤其是带有凹形内壁的发散透镜部段(34)；和带有凸形内壁的会聚透镜部段(36)，其中会聚透镜部段(36)的内壁成形为，使得射束路径的穿过会聚透镜部段(36)传播至电子光学器件(14)的射束(SA)射到反射面(16)上，使得在反射面(16)上的入射角(α)大于或等于在反射面(16)上的全反射的临界角(θC)。此外，示出一种用于探测环境光的方法。

Description

电子光学组件以及用于探测环境光的方法
技术领域
本发明涉及一种电子光学组件，尤其是用于探测环境光的传感器组件，以及一种用于借助于传感器组件探测环境光的方法。
背景技术
用于探测环境光的电子光学组件，尤其是用于交通工具的这种电子光学组件是已知的，所述电子光学组件测量在交通工具的周围环境中的环境光。
现有技术中的用于环境光传感器的这种传感器组件在图1中示出。传感器组件2通常具有透镜体4和光接收器6。
在透镜体4中，在朝向光接收器6的一侧上设有凹部8，所述凹部与透镜体4的相反的一侧形成透镜。所述透镜用作为发散透镜，使得光射束从非常大的角范围中穿过透镜体4聚焦到光接收器6上。
然而，透镜体4通常不仅用于将环境光聚焦到光接收器6上，而且还形成用于电子光学组件的其他功能，例如雨量传感器功能的透镜。为此，在所示出的实例中设有其他凹部9。由于凹部9，散射光SS折射到凹部8上进而进入到光接收器6中，由此妨碍光接收器6的测量。
为了有效地阻挡所述散射光，例如已知的是，使凹部8在一些部位处是不透光的，使得散射光SS无法到达光接收器6。
然而，所述解决方案在制造方面是耗费的，因为必须使凹部在准确的部位处不透光，例如通过施加不透光的薄膜。
发明内容
由此，本发明的目的是，提供一种电子光学组件以及一种用于借助于传感器组件探测环境光的方法，其中以简单的方式遮住从不期望的角范围射入的光，也就是说不到达光接收器。
所述目的通过一种电子光学组件，尤其用于探测环境光的传感器组件实现，所述电子光学组件具有反射面、透镜体和电子光学器件，尤其光接收器。透镜体具有环境侧、器件侧和透镜部段，其中在透镜部段中设有在透镜体中的从器件侧起始的凹部，所述凹部与反射面一起在透镜部段中形成用于电子光学器件的透镜。凹部具有：主透镜部段，尤其是带有凹形内壁的发散透镜部段；和带有凸形内壁的会聚透镜部段，其中会聚透镜部段的内壁成形为，使得射束路径的穿过会聚透镜部段传播至电子光学器件的射束射到反射面上，使得在反射面上的入射角大于或等于在反射面上的全反射的临界角。
在此，入射角，如常见那样，定义为在射入的射束和边界面上的垂直线之间的角度，所述垂直线在此即为反应面上的垂直线。全反射在此涉及空气和在反射面处的材料之间的边界面。反射面和凹部的内壁在此是由透镜部段形成的透镜的折射光的面。
主透镜部段能够是具有凹形内壁的发散透镜部段，然而也能够是作用为会聚透镜的部段，但是具有与会聚透镜部段不同的焦距。
本发明基于如下知识：为了遮住特定角范围不需要将凹部的特定部分遮暗或使其不透光，而是可以通过凹部的内壁的轮廓阻止来自特定角范围的到光接收器上的光射入。
为此，利用全反射的物理现象，其中充分利用：射束路径的在边界面上经受全反射的射束不具有在介质之外的任何份额。
为了图解说明，能够将电子光学器件视为光源，其中凹部的会聚透镜部段成形为，使得穿过会聚透镜部段传播的射束完全地在反射面处被反射(全反射)，使得所述辐射没有任何份额从透镜体中射出。由此，没有光折射到要遮住的角范围内，这同时意味着，没有来自要屏蔽的角范围的光能够到达电子光学器件。
由此不必要的是，将透镜体的凹部的特定部位遮暗或使其变黑。
凹部本身在此能够具有自由形状，所述自由形状尤其能够根据如下来选择：尤其多的光应当从哪个角范围到达电子光学器件并且反之亦然。
例如，透镜体的环境侧形成反射面，由此能够提供非常紧凑的电子光学组件。
在本发明的另一设计方案中，电子光学组件具有玻璃，尤其交通工具的挡风玻璃，在所述玻璃上固定有透镜体，其中玻璃的背离电子光学器件的一侧形成反射面。在此，透镜体的环境侧朝向玻璃。在这种情况下，在反射面上的材料是玻璃的材料。由此，可将电子光学组件直接装入交通工具中或者使凹部的造型匹配于交通工具的挡风玻璃。透镜体在玻璃上的固定例如通过在透镜体和玻璃之间的透明的硅酮层进行。由此，可将透镜体耦联到玻璃上。
优选地，将会聚透镜部段的内壁成形为，使得射束路径的穿过会聚透镜部段传播至电子光学器件的射束在透镜部段之外平行地传播，由此进一步减少由于会聚的散射光而引起的干扰。
在本发明的一个实施方式中，凹部朝向器件侧具有开口，其中凹部完全地在假想的柱体之内延伸，所述柱体的底面是凹部的开口。由此通过凹部不构成下陷部。由此透镜体可通过注塑成型或类似方法制造。
为了进一步简化透镜体的脱模，凹部的横截面能够平行于器件侧从器件侧起始变得越来越小。
例如由会聚透镜部段占据的空间角小于由主透镜部段占据的空间角。在此，从电子光学器件起始观察空间角。例如，会聚透镜部段的空间角与主透镜部段的空间角的比例为1/4或更小。以这种方式确保，出自环境的足够的光到达电子光学器件并且反之亦然。
为了能够尤其遮住在电子光学器件的视野的边缘处的角范围，会聚透镜部段和/或主透镜部段能够从透镜体的器件侧起延伸。
在本发明的一个设计方案中，主透镜部段和会聚透镜部段之间的过渡部是不连贯的。在此，在过渡部处的内壁的轮廓并非在整个范围内是连续可微分的。以这种方式可将要遮住的角范围清楚地与期望的角范围分开。
优选地，凹部具有顶点，其中电子光学器件，尤其是光接收器，位于一条直线上，所述直线穿过顶点并且垂直于透镜体的器件侧伸展。顶点在此是凹部的具有垂直于器件侧的最大距离的点。由此可简化凹部的几何形状。
优选地，器件侧、环境侧和/或反射面彼此平行，使得进一步简化透镜体的制造。例如，透镜体是板形的。
在本发明的一个设计方案中，在器件侧上至少部分地设有不透光的层。不透光的层至少部分地设置在没有凹部的区域中。所述不透光的层能够通过施加不透光的薄膜制造。由此，不透光的层仅设置在器件侧的平坦的面上进而可简单地施加。此外，所述不透光的层防止不期望的散射光到达电子光学器件。
在一个实施方案变型形式中，透镜体具有另一透镜部段，其中会聚透镜部段至少在凹部的距另一透镜部段最近的部位处构成，由此防止通过来自所述另一透镜部段的散射光引起的干扰。
在本发明的一个设计方案中，所述设备具有壳体，所述壳体至少部分地包围透镜体，其中壳体侧面地贴靠在透镜体上。壳体是不透光的，使得没有光穿过端壁进入透镜体中。以这种方式防止：光穿过端侧中的一个端侧进入透镜体中并且在一次或多次全反射之后通过会聚透镜部段折射至电子光学器件。壳体例如能够通过注塑包覆透镜体来产生。
此外，所述目的通过一种用于借助于传感器组件探测环境光的方法实现，所述传感器组件具有光接收器、透镜体和反射面，其中在透镜体中在朝向光接收器的一侧上构成凹部，并且其中凹部和反射面共同起作用，使得从预定的角范围射入到传感器组件上的光被遮住。“被遮住”在此意味着，所述光不达到光接收器。
例如，射束路径的从光接收器起始并且对应于被遮住的光的射束在凹部处折射，使得所述射束在反射面上由于全反射而完全被反射
附图说明
本发明的其他特征和优点从下文中以及从所参照的附图中得到。在附图中示出：
图1示出现有技术中的电子光学组件；
图2示出根据本发明的电子光学组件的示意剖面图；
图3示出根据图2的根据本发明的电子光学组件在凹部的区域内的一部分的放大视图；
图4示出根据图2的电子光学组件的示意俯视图；以及
图5示出根据本发明的电子光学组件的另一实施方式的示意剖面图。
具体实施方式
透镜体12的环境侧20在所示出的实施例中形成反射面16。
在其端侧17上，至少透镜体12由电子光学组件10的壳体22密封地包围。壳体22在此是不透光的，使得没有光能够穿过端侧17进入透镜体12中。
为了制造壳体22，透镜体12例如能够用壳体22的材料注塑包覆。
透镜体12还具有透镜部段24，在所述透镜部段中在器件侧18上构成在透镜体12中的凹部26。
此外，在器件侧18上施加不透光的层28，所述不透光的层除了凹部26的区域外完全地在图2中示出电子光学组件10，其具有透镜体12、电子光学器件14和反射面16。
电子光学器件14能够是光源或光接收器，例如是CMOS传感器。在所示出的实施例中，电子光学器件14是用于测量射到光接收器上的光的光接收器。由此电子光学组件成为用于探测环境光的传感器组件。
透镜体12由在可见范围内近似透明的塑料通过注塑成型来制造。透镜体12的材料的折射率n1在此大于空气的折射率nL。
透镜体12在所示出的实施方式中板形地构成有端侧17、朝向电子光学器件14的器件侧18和相反的环境侧20。器件侧18和环境侧20例如彼此平行。
覆盖器件侧18。
不透光的层28例如通过热封法借助于不透光的薄膜产生。
除了透镜部段24，在透镜体12中还能够设有其他透镜部段30，所述其他透镜部段在透镜体12的器件侧18和/或环境侧20上具有其他凹部32。
在图3和4中放大地示出在透镜部段24中的凹部26。在图4中用虚线示出电子光学器件14并且用点线示出在器件侧18上的凹部26的边缘。通过阴影表明不透光的层28。
凹部26通到具有开口33的器件侧18处，所述开口具有基本上椭圆的、蛋形的或圆形的环周。开口33也能够具有其他形状。
凹部26从器件侧18起始逐渐变窄，也就是说，凹部的平行于器件侧18的横截面从器件侧18起越来越小。
由此，凹部26的任何部分都不延伸超出假想的柱体，所述柱体具有开口33作为底面。
由此，通过凹部26不形成在透镜体12中的下陷部。
凹部26还在顶点P处终止，所述顶点是具有垂直于器件侧18的最大距离的点。
电子光学组件14在此设置在一条直线G上，所述直线伸展穿过顶点P并且垂直于器件侧18。
凹部26具有主透镜部段35和会聚透镜部段36，所述主透镜部段和所述会聚透镜部段分别均从器件侧18起延伸。会聚透镜部段36在此在所示出的实施例中距另一透镜部段30最近。
在所示出的实施例中，主透镜部段35构成为发散透镜部段34，使得下面简化地仅讨论发散透镜部段34。然而，所述实施方案同样也适用于主透镜部段35，所述主透镜部段不作用为发散透镜而且作用为会聚透镜。这适用于所有实施方式。
从电子光学器件14起观察，会聚透镜部段36占据如下空间角，所述空间角小于发散透镜部段34的空间角。换言之，发散透镜部段34大于会聚透镜部段36。
例如，会聚透镜部段36的空间角与发散透镜部段34的空间角的比例为1/4或更低。
发散透镜部段34具有内壁，所述内壁凹形地构成。此外，发散透镜部段34的内壁具有自由形状。
在主透镜部段35作用为会聚透镜的情况下，内壁凸形地构成并且此外是自由形状。
会聚透镜部段36的内壁相对于发散透镜部段34凸形地构成并且在其他方面能够同样具有自由形状。
发散透镜部段34和会聚透镜部段36之间的过渡部是不连贯的，也就是说，在过渡部38处的内壁的轮廓并非在整个范围内是连续可微分的。
与反射面16一起，凹部26的发散透镜部段34形成透镜部段24的透镜。凹部26的内壁和反射面16在此是所述透镜的折射光的面。
通过发散透镜部段34和反射面16由此形成发散透镜，所述发散透镜将环境光折射至电子光学器件14，所述电子光学器件在宽的角范围内射到环境侧20上。
在图2中示出所有射到电子光学器件14，在此即光接收器上的射束的射束路径。所述射束路径与电子光学器件14是光源时所产生的射束路径相同。
环境光SU的射束在反射面16上，即透镜体12的环境侧20上首次被折射并且朝向凹部26传播。
环境光SU随后朝向发散透镜部段34传播并且在那再次被折射，使得环境光SU完全射到电子光学器件14上。
发散透镜部段34的内壁在此能够是球形的，以便使环境光SU均匀地会聚。然而，在所示出的实施例中，发散透镜部段34是自由形状，所述自由形状被选择为，使得更多地接收来自特定的角范围的环境光SU。
除了环境光SU的射束以外，所述射束还具有射束SA，所述射束传播穿过凹部26的会聚透镜部段36并且称作为被遮住的射束SA。
被遮住的射束SA在透镜体12和电子光学器件14之间应在被遮住的空间角中传播。
从电子光学器件14起始观察，被遮住的射束SA传播到会聚透镜部段36上并且由会聚透镜部段36折射，使得所述射束面状地射到反射面16上。
会聚透镜部段36的形状能够被选择为，使得射束SA在其经过会聚透镜部段36之后在透镜体12中平行地传播。
现在，被遮住的射束SA以入射角α射到反射面16上，其中入射角α在此定义为在射束SA和边界面16上的垂直线之间的角。
入射角α在此大于或等于在反射面16上的全反射的临界角θC，其中用于全反射的边界面是空气和透镜体12的材料之间的边界面。临界角θC在此由已知的下式得出：
Figure BDA0002144998430000071
在此n1是透镜体12的材料的折射率而nL是空气的折射率。
因为入射角α大于或等于全反射的临界角θC，所以被遮住的射束SA完全地在反射面16上被反射并且不离开透镜体12。
不透光的层28阻挡在图2中未示出的射束使其不能到达器件14。
由此，不存在从在图2中以虚线示出的角范围W中引向电子光学器件14的射束，所述角范围应被遮住。与之相应地，角范围W已被遮住。
由此，反射面16和凹部26的会聚透镜部段36共同起作用，使得光无法从预定的应被遮住的角范围W中到达电子光学器件14。
在图5中示出根据本发明的电子光学组件10的第二实施方式，所述电子光学组件基本上对应于第一实施方式的电子光学组件10。因此，在下文中仅探讨不同之处，并且相同的和功能相同的部件设有相同的附图标记。
第二实施方式的电子光学组件10具有玻璃42，所述玻璃例如能够是挡风玻璃或是交通工具的其他玻璃。
玻璃42具有外侧46和内侧48，透镜体12以其环周侧20固定在所述内侧上。
在所示出的实施例中，借助于透明的硅酮层44进行固定，所述硅酮层设置在玻璃42和透镜体12的环周侧20之间。
在所述第二实施方式中，反射面16不由透镜体12的环周侧20形成，而是由玻璃42的背离电子光学器件14的外侧46形成。
与之相应地，全反射的边界面此时是玻璃42的材料和空气之间的边界面。如果现在玻璃42的材料的折射率与透镜体12的材料的折射率不同，那么相对于第一实施方式得到全反射的不同的临界角θC。临界角此时是：
Figure BDA0002144998430000081
其中n2是玻璃42的材料的折射率并且适用n2＞nL。
在这种情况下，会聚透镜部段36的形状也被选择为，使得被遮住的射束SA穿过会聚透镜部段36并且在反射面16上，在此即玻璃42的外侧46上完全被反射。
在这两个实施方式中，然而尤其在第二实施方式中可考虑的是，反射面16，即透镜体12的环周面20和/或玻璃42的外侧46是拱形的。所述拱形也能够通过会聚透镜部段36的形状以如下方式被考虑：尽管如此在反射面16的每个部位处仍进行被遮住的射束SA的全反射。由此，拱形不是原理上的问题，而仅是透镜体12的会聚透镜部段36的精确计算和制造的问题。
出于该原因，有利的是，将入射角α选择为明显大于临界角θC，以便能够通过制造公差在一定程度上补偿不准确性。

Claims (15)

1.一种电子光学组件，所述电子光学组件具有反射面(16)、透镜体(12)和电子光学器件(14)，
其中所述透镜体(12)具有环境侧(20)、器件侧(18)和透镜部段(24)，其中在所述透镜部段(24)中设有在所述透镜体(12)中的从所述器件侧(18)起的凹部(26)，所述凹部与所述透镜部段(24)中的所述反射面(16)一起形成用于所述电子光学器件(14)的透镜，
其中所述透镜体(12)的环境侧(20)形成反射面(16)，或者其中所述电子光学组件(10)具有玻璃(42)，所述透镜体(12)固定在所述玻璃上，其中所述玻璃(42)的背离所述电子光学器件(14)的一侧形成所述反射面(16)，
其中所述凹部(26)具有：主透镜部段(35)，所述主透镜部段构成为具有凹形内壁的发散透镜部段(34)，并且其中所述凹部(26)具有会聚透镜部段(36)，所述会聚透镜部段具有凸形内壁，
其中所述会聚透镜部段(36)的内壁成形为，使得如果将所述电子光学器件(14)视为光源，那么以所述电子光学器件(14)为起点的并且经过所述会聚透镜部段(36)的射束(SA)射到所述反射面(16)上，使得在所述反射面(16)上的入射角(α)大于或等于在所述反射面(16)上的全反射的临界角(θC)。
2.根据权利要求1所述的电子光学组件，其特征在于，所述电子光学组件是用于探测环境光的传感器组件。
3.根据权利要求1所述的电子光学组件，其特征在于，
所述玻璃(42)是交通工具的挡风玻璃。
4.根据权利要求1所述的电子光学组件，其特征在于，所述会聚透镜部段(36)的内壁成形为，使得所述射束(SA)在其经过所述会聚透镜部段(36)之后在所述透镜体(12)中平行地传播。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的电子光学组件，其特征在于，所述凹部(26)朝向所述器件侧(18)具有开口(33)，其中所述凹部(26)完全地在假想的柱体之内延伸，所述柱体的底面是所述凹部(26)的开口(33)。
6.根据权利要求4所述的电子光学组件，其特征在于，所述凹部(26)的横截面平行于所述器件侧(18)从所述器件侧(18)起变得越来越小。
7.根据权利要求1所述的电子光学组件，其特征在于，由所述会聚透镜部段(36)占据的空间角小于由所述主透镜部段(35)占据的空间角。
8.根据权利要求1所述的电子光学组件，其特征在于，所述会聚透镜部段(36)和/或所述主透镜部段(35)从所述透镜体(12)的所述器件侧(18)起延伸。
9.根据权利要求1所述的电子光学组件，其特征在于，在所述主透镜部段(35)和所述会聚透镜部段(36)之间的过渡部(38)是不连贯的。
10.根据权利要求1所述的电子光学组件，其特征在于，所述凹部(26)具有顶点(P)，其中所述电子光学器件(14)位于一条直线(G)上，所述直线穿过所述顶点(P)并且垂直于所述透镜体(12)的所述器件侧(18)伸展。
11.根据权利要求1所述的电子光学组件，其特征在于，所述器件侧(18)、所述环境侧(20)和/或所述反射面(16)彼此平行。
12.根据权利要求1所述的电子光学组件，其特征在于，在所述器件侧(18)上至少部分地设有不透光的层(28)。
13.根据权利要求1所述的电子光学组件，其特征在于，所述透镜体(12)具有其他透镜部段(30)，其中所述会聚透镜部段(36)至少在所述凹部(26)的距所述其他透镜部段(30)最近的部位处构成。
14.根据权利要求1所述的电子光学组件，其特征在于，所述电子光学组件(10)具有壳体(22)，所述壳体至少部分地包围所述透镜体(12)，其中所述壳体(22)侧面地贴靠在所述透镜体(12)上。
15.一种用于借助于传感器组件探测环境光的方法，所述传感器组件具有光接收器、透镜体(12)和反射面(16)，其中在所述透镜体(12)中在朝向所述光接收器的一侧上构成凹部(26)，
其中所述透镜体(12)的环境侧(20)形成反射面(16)，或者其中所述传感器组件具有玻璃(42)，所述透镜体(12)固定在所述玻璃上，其中所述玻璃(42)的背离所述光接收器的一侧形成所述反射面(16)，
其中所述凹部(26)具有：主透镜部段(35)，所述主透镜部段构成为具有凹形内壁的发散透镜部段(34)，并且其中所述凹部(26)具有会聚透镜部段(36)，所述会聚透镜部段具有凸形内壁，
其中所述凹部(26)和所述反射面(16)共同起作用，使得从预定的角范围(W)射入到所述传感器组件上的环境光被遮住，并且
其中所述会聚透镜部段(36)的内壁成形为，使得如果将所述光接收器视为光源，那么从所述光接收器起并且对应于被遮住的光的射束(SA)在所述凹部(26)处折射，使得所述射束在所述反射面(16)上由于全反射而被完全反射。
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