DE102015003712A1

DE102015003712A1 - Optische Detektionsvorrichtung

Info

Publication number: DE102015003712A1
Application number: DE102015003712.9A
Authority: DE
Inventors: Stefan Christmann
Original assignee: eSolutions GmbH
Current assignee: eSolutions GmbH
Priority date: 2015-03-20
Filing date: 2015-03-20
Publication date: 2016-09-22
Anticipated expiration: 2035-03-21
Also published as: DE102015003712B4

Abstract

Es wird eine optische Detektionsvorrichtung angegeben. Die optische Detektionsvorrichtung umfasst zumindest eine Linse, einen innerhalb eines Strahlengangs eines durch die zumindest eine Linse tretenden Lichtbündels angeordneten ersten Sensor und einen außerhalb des Strahlengangs angeordneten zweiten Sensor. Der erste Sensor ist zum Umwandeln eines auf den ersten Sensor einfallenden Anteils des Lichtbündels in ein erstes elektrisches Signal ausgebildet. Die optische Detektionsvorrichtung umfasst ferner eine zumindest teilweise innerhalb des Strahlengangs angeordnete optische Anordnung, welche zum Ablenken eines auf die optische Anordnung einfallenden Anteils des Lichtbündels in Richtung auf den zweiten Sensor ausgebildet ist. Der zweite Sensor ist ausgebildet zum Umwandeln des auf den zweiten Sensor einfallenden Lichts in ein zweites elektrisches Signal, wobei das zweite elektrische Signal auf eine Intensität des durch die Linse tretenden Lichtbündels hindeutet. Ferner werden ein elektronisches Gerät, welches die optische Detektionsvorrichtung umfasst, und ein Kraftfahrzeug, welches das elektronische Gerät umfasst, angegeben.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein das Gebiet der optischen Detektionsvorrichtungen. Konkret werden eine optische Detektionsvorrichtung und ein die optische Detektionsvorrichtung umfassendes elektronisches Gerät angegeben.
Hintergrund
In vielen Bereichen der Elektronik, insbesondere der Unterhaltungselektronik und Kraftfahrzeugelektronik, werden vermehrt optische Detektionsvorrichtungen eingesetzt. Beispiele für optische Detektionsvorrichtungen sind Kameravorrichtungen zum Aufzeichnen und Weiterverarbeiten optischer Standbilder oder Bewegtbilder. Solche optischen Detektionsvorrichtungen werden beispielsweise in Mobiltelefonen (Smartphones), Laptops, Tablet-Computern, aber auch in eigenständigen Kamerasystemen (z. B. in kompakten Digitalkameras) verwendet. Auch kommen derartige optische Detektionsvorrichtungen in Kraftfahrzeugen zum Einsatz, beispielsweise zur Überwachung des Straßenverkehrs und zur Aufnahme von Kraftfahrzeuginsassen (z. B. zur Videotelefonie im Kraftfahrzeug).
Optische Detektionsvorrichtungen sind typischerweise mit einer Anzeigevorrichtung zur Anzeige der erfassten optischen Standbilder oder Bewegtbilder gekoppelt. Eine Anzeigehelligkeit der Anzeigevorrichtung ist dabei in der Regel vorbestimmt oder manuell durch einen Benutzer der Anzeigevorrichtung bestimmbar. Durch Erhöhen der Anzeigehelligkeit der Anzeigevorrichtung wird auch der Energieverbrauch der Anzeigevorrichtung erhöht. Zur Verbesserung der Energieeffizienz, aber auch aus Komfortgründen, kann die Anzeigehelligkeit der Anzeigevorrichtung automatisiert an eine Umgebungshelligkeit (z. B. im Kraftfahrzeug) angepasst werden.
Zur Erfassung der Umgebungshelligkeit werden herkömmlicherweise Umgebungslichtsensoren verwendet. Die Umgebungslichtsensoren werden beispielsweise in ein die Anzeigevorrichtung umfassendes elektronisches Gerät derart integriert, dass für einen Nutzer des elektronischen Geräts transparente Abdeckungen für den Bildsensor und für den Umgebungslichtsensor sichtbar sind. Alternativ hierzu wird der Umgebungslichtsensor beispielsweise hinter einer wenig transparenten (z. B. fast opaken) Abdeckung angeordnet. Im diesem Fall werden kostenintensive Umgebungslichtsensoren benötigt, welche dazu ausgebildet sind, die Umgebungshelligkeit auch bei geringer Intensität des auf den Umgebungslichtsensor einfallenden Umgebungslichts verlässlich zu bestimmen.
Aus dem US-Patent US 7,071,456 B2 sowie aus der Europäischen Patentanmeldung EP 2 472 853 A1 sind Kameravorrichtungen bekannt, welche sowohl Bildsensoren als auch Umgebungslichtsensoren umfassen. Die Bildsensoren und die Umgebungslichtsensoren sind in einer Ebene derart angeordnet, dass in die Kameravorrichtungen eintretendes Licht auf die Bildsensoren und auf die Umgebungslichtsensoren einfällt. Anhand einer Intensität des von den Umgebungslichtsensoren detektierten Umgebungslichts wird dann die Anzeigehelligkeit einer Anzeigevorrichtung automatisiert angepasst.
Auch in der US-Patentanmeldung US 2014/0313403 A1 wird eine Kameravorrichtung beschrieben, welche einen Bildsensor und einen Umgebungslichtsensor aufweist. Der Bildsensor und der Umgebungslichtsensor sind dabei derart in ein gemeinsames Gehäuse integriert, dass lichteinfallende Seiten des Bildsensors und des Umgebungslichtsensors im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.
Kurzer Abriss
Es ist eine verbesserte optische Detektionsvorrichtung anzugeben.
Gemäß einem ersten Aspekt wird eine optische Detektionsvorrichtung angegeben. Die optische Detektionsvorrichtung umfasst zumindest eine Linse, einen innerhalb eines Strahlengangs eines durch die zumindest eine Linse tretenden Lichtbündels angeordneten ersten Sensor, welcher zum Umwandeln eines auf den ersten Sensor einfallenden Anteils des Lichtbündels in ein erstes elektrisches Signal ausgebildet ist, und einen außerhalb des Strahlengangs angeordneten zweiten Sensor. Die Detektionsvorrichtung umfasst ferner eine zumindest teilweise innerhalb des Strahlengangs angeordnete optische Anordnung, welche zum Ablenken eines auf die optische Anordnung einfallenden Anteils des Lichtbündels in Richtung auf den zweiten Sensor ausgebildet ist. Der zweite Sensor ist ausgebildet zum Umwandeln des auf den zweiten Sensor einfallenden Lichts in ein zweites elektrisches Signal, wobei das zweite elektrische Signal auf eine Intensität des durch die Linse tretenden Lichtbündels hindeutet.
Bei der zumindest einen Linse kann es sich beispielsweise um eine Linse mit Sammelwirkung oder eine Linse mit Zerstreuungswirkung handeln. Es kann vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl (sammelnder und/oder zerstreuender) Linsen in Richtung von in die optische Detektionsvorrichtung einfallendem Licht hintereinander angeordnet ist. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die zumindest eine Linse Teil einer Linsenanordnung nach Art eines herkömmlichen Kameraobjektivs ist.
Bei dem ersten Sensor kann es sich um einen Bildsensor (z. B. einen CCD-Sensor oder einen CMOS-Sensor) handeln. Der erste Sensor kann in diesem Fall zum Detektieren von Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich (ca. 300 nm bis 700 nm) und/oder zum Detektieren von Infrarot(IR)-Licht (ca. 700 nm bis 1100 nm) ausgebildet sein.
Bei dem zweiten Sensor kann es sich um einen Umgebungslichtsensor (ambient light sensor, ALS) handeln. Dabei kann der zweite Sensor wie der erste Sensor oder als vom ersten Sensor verschiedener Bildsensor ausgebildet sein. Alternativ hierzu kann als zweiter Sensor eine Photodiode, ein Phototransistor oder ein lichtempfindlicher Widerstand vorgesehen sein. Das vom zweiten Sensor erzeugte elektrische Signal kann einem Strom- oder einem Spannungswert entsprechen.
Es kann vorgesehen sein, dass die optische Anordnung zumindest ein innerhalb des Strahlengangs angeordnetes erstes optisches Element umfasst. Das erste optische Element kann beabstandet vom ersten Sensor oder an den ersten Sensor angrenzend angeordnet sein. Je nach Anordnung des ersten Sensors und des ersten optischen Elements relativ zueinander können die jeweils auf den ersten Sensor und die optische Anordnung (z. B. auf das erste optische Element) einfallenden Anteile des Lichtbündels voneinander beabstandet oder zumindest bereichsweise aneinander angrenzend sein.
Das erste optische Element kann eine Reflexionsfläche umfassen, welche zur Reflexion des auf die optische Anordnung einfallenden Anteils des Lichtbündels ausgebildet ist. Es kann vorgesehen sein, dass die Reflexionsfläche des ersten optischen Elements zur Reflexion des auf die optische Anordnung einfallenden Anteils des Lichtbündels in Richtung auf den zweiten Sensor oder in Richtung auf zumindest ein weiteres, von der optischen Anordnung umfasstes optisches Element ausgebildet ist.
Das weitere, von der optischen Anordnung umfasste optische Element kann als außerhalb des Strahlengangs angeordnetes zweites optisches Element mit einer Reflexionsfläche vorgesehen sein. Dabei kann die Reflexionsfläche des zweiten optischen Elements zur Reflexion des auf das zweite optische Element einfallenden Lichts in Richtung auf den zweiten Sensor ausgebildet sein. Alternativ oder ergänzend hierzu kann die optische Anordnung zumindest ein weiteres optisches Element aus einer Blende, einer Linse und einem optischen Element mit einer Reflexionsfläche umfassen. Es kann vorgesehen sein, dass das zumindest eine weitere optische Element außerhalb des Strahlengangs angeordnet ist. Alternativ oder ergänzend hierzu kann zumindest ein weiteres optisches Element innerhalb des Strahlengangs angeordnet sein.
Die Reflexionsfläche des ersten optischen Elements, des zweiten optischen Elements und/oder zumindest eines weiteren optischen Elements mit einer Reflexionsfläche kann im Wesentlichen planar, in Form einer Kugelkalotte oder in Form eines Rotationsparaboloids ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Reflexionsfläche von einem ebenen Spiegel oder einem gekrümmten Spiegel (z. B. einen Wölbspiegel oder einen Hohlspiegel) umfasst sein.
Es kann vorgesehen sein, dass die optische Detektionsvorrichtung eine Blende umfasst. Die Blende kann derart angeordnet sein, dass der zweite Sensor durch die Blende vom ersten Sensor und zumindest von einem innerhalb des Strahlengangs angeordneten (z. B. ersten) optischen Element der optischen Anordnung räumlich getrennt angeordnet ist. Dabei kann die Blende Teil eines Gehäuses sein, innerhalb dessen der erste Sensor und das zumindest eine optische Element der optischen Anordnung angeordnet sind. Alternativ oder ergänzend hierzu kann die Blende Teil eines Gehäuses sein, innerhalb dessen der zweite Sensor angeordnet ist.
Die Blende kann eine Lichtdurchtrittsöffnung umfassen. In diesem Fall kann das zumindest eine optische Element derart angeordnet sein, dass das von dem zumindest einen optischen Element abgelenkte Lichtbündel in Richtung der Lichtdurchtrittsöffnung abgelenkt wird. Die Lichtdurchtrittsöffnung der Blende kann baulich festgelegt oder (z. B. mechanisch oder elektronisch) in Form und/oder Größe steuerbar sein. Es kann vorgesehen sein, dass die Lichtdurchtrittsöffnung als Durchbrechung im den ersten Sensor und das zumindest eine optische Element beinhaltenden Gehäuse und/oder im den zweiten Sensor beinhaltenden Gehäuse ausgebildet ist.
Der erste Sensor und der zweite Sensor können jeweils eine lichteinfallende Seite aufweisen. Die lichteinfallende Seite des zweiten Sensors kann im Wesentlichen parallel oder im Wesentlichen senkrecht zur lichteinfallenden Seite des ersten Sensors angeordnet sein. Alternativ hierzu können die lichteinfallenden Seiten des ersten Sensors und des zweiten Sensors in einem Winkel zwischen 0° und 90°, beispielsweise in einem Winkel von im Wesentlichen 45°, zueinander angeordnet sein.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein elektronisches Gerät angegeben. Das elektronische Gerät umfasst eine Anzeigevorrichtung, die hier vorgestellte optische Detektionsvorrichtung und eine Steuervorrichtung. Die Steuervorrichtung ist zum Steuern einer Anzeigehelligkeit der Anzeigevorrichtung auf Basis des zweiten elektrischen Signals ausgebildet. Bei dem elektronischen Gerät kann es sich beispielsweise um ein tragbares elektronisches Gerät und insbesondere ein Smartphone oder einen Tablet-Computer oder einen Laptop handeln.
Die Anzeigevorrichtung kann beispielsweise eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung sein. In diesem Fall kann das Steuern der Anzeigehelligkeit durch ein Steuern der Intensität einer Hintergrundbeleuchtung realisiert werden. Alternativ hierzu kann die Anzeigevorrichtung beispielsweise eine OLED- oder LED-Anzeigevorrichtung sein. In diesem Fall kann das Steuern der Anzeigehelligkeit durch ein Steuern der an den OLEDs oder den LEDs angelegten Spannung realisiert werden. Bei der Steuervorrichtung kann es sich beispielsweise um einen Prozessor (z. B. eine CPU) des elektronischen Geräts handeln.
Es kann vorgesehen sein, dass die Anzeigevorrichtung einen Rahmen umfasst und die optische Detektionsvorrichtung hinter einer Lichteintrittsöffnung des Rahmens angeordnet ist. Bei der Lichteintrittsöffnung des Rahmens kann es sich um eine Durchbrechung in dem Rahmen handeln, welche vorgesehen ist, um dahinter oder darin die optische Detektionsvorrichtung anzuordnen.
Gemäß einem dritten Aspekt wird ein Kraftfahrzeug angegeben. Das Kraftfahrzeug umfasst das hier vorgestellte elektronische Gerät. Das Kraftfahrzeug kann ferner ein Haltesystem zur lösbaren Aufnahme des elektronischen Geräts umfassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der hier beschriebenen Offenbarung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie aus den Figuren. Es zeigen:
1A und 1B schematische Darstellungen eines Ausführungsbeispiels eines elektronischen Geräts;
2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines elektronischen Geräts mit einer optischen Detektionsvorrichtung; und
3A bis 3D schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen optischer Detektionsvorrichtungen.
Detaillierte Beschreibung
Die 1A und 1B zeigen Ausführungsbeispiele eines elektronischen Geräts, allgemein mit 10 bezeichnet. Bei dem elektronischen Gerät 10 kann es sich allgemein um ein mobiles Endgerät wie ein Mobiltelefon (Smartphone), einen Tablet-Computer oder ein E-Book-Lesegerät handeln. In anderen Ausführungsbeispielen kann es sich um ein fest eingebautes Gerät handeln. Das elektronische Gerät 10 kann beispielsweise fest in ein Kraftfahrzeug eingebaut sein.
1A zeigt eine perspektivische Ansicht auf das elektronische Gerät 10 von vorne. Das elektronische Gerät 10 umfasst eine auf der Vorderseite angeordnete Anzeigevorrichtung 12, welche von einem Rahmen 14 eingefasst ist. Bei der Anzeigevorrichtung 12 kann es sich um ein Flüssigkristall-Panel, ein OLED-Panel, ein LED-Panel oder ein anderes geeignetes Anzeigesystem (z. B. einer E-Paper-Anzeigevorrichtung) handeln. Die Anzeigevorrichtung 12 kann zum Darstellen von Daten, wie beispielweise in Form von Standbildern (z. B. Fotos), Bewegtbildern (z. B. Videos) und/oder Text, verwendet werden. Es kann ferner vorgesehen sein, dass die Anzeigevorrichtung 12 einen berührungsempfindlichen Bildschirm nach Art eines Touch-Screens zum Erfassen von Berührungsgesten umfasst. Alternativ hierzu können beispielsweise Knöpfe, Schalter oder andere mechanische Bedienelemente vom elektronischen Gerät 10 umfasst (z. B. auf dem Rahmen 14 angeordnet) sein.
Der Rahmen 14 weist eine Lichteintrittsöffnung 16 auf. In dem in 1A gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Lichteintrittsöffnung 16 in einem oberhalb der Anzeigevorrichtung 12 angeordneten Abschnitt des Rahmens 14 angeordnet. Alternativ hierzu kann die Lichteintrittsöffnung 16 in einem anderen Abschnitt des Rahmens 14 auf der Vorderseite des elektronischen Geräts 10 angeordnet sein. Es kann beispielweise vorgesehen sein, dass die Lichteintrittsöffnung 16 einer (z. B. ovalen oder mehreckig geformten) Durchbrechung im Rahmen 14 oder einem lichtdurchlässigen (transparenten) Abschnitt des Rahmens 14 entspricht. Dieser lichtdurchlässige Abschnitt kann dann als transparente Abdeckung fungieren.
1B zeigt eine Frontalansicht auf ein Armaturenbrett 18 eines Kraftfahrzeugs, allgemein mit 20 bezeichnet. Das Kraftfahrzeug 20 umfasst das mit Bezug zu 1A beschriebene elektronische Gerät 10. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das elektronische Gerät 10 im Bereich der Mittelkonsole in das Armaturenbrett 18 fest integriert. Alternativ hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, das elektronische Gerät 10 als tragbares Gerät auszubilden. In diesem Fall kann ferner eine (z. B. in das Armaturenbrett 18 integrierte) Haltevorrichtung zur lösbaren Aufnahme des elektronischen Geräts 10 vorgesehen sein. Das elektronische Gerät 10 kann einer herkömmlichen Multimediaeinheit des Kraftfahrzeugs 20 entsprechen, welches beispielsweise zur Nutzung und/oder Steuerung von Infotainment-Funktionen verwendet wird. Alternativ hierzu kann das elektrische Gerät 10 auch als zentrale Anzeigeeinheit (z. B. für eine Geschwindigkeit und eine Motordrehzahl) im Bereich hinter einem Lenkrad des Kraftfahrzeugs 20 verbaut sein.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines elektronischen Geräts 10. Es kann sich dabei um das in den 1A und 1B gezeigte elektronische Gerät 10 handeln. Das elektronische Gerät 10 umfasst eine optische Detektionsvorrichtung, allgemein mit 30 bezeichnet, eine Steuervorrichtung 32 und die Anzeigevorrichtung 12 (wie mit Bezug zu den 1A und 1B beschrieben).
Die optische Detektionsvorrichtung 30 umfasst einen Bildsensor 34 und einen Umgebungslichtsensor (ambient light sensor, ALS) 36. Der Bildsensor 34 und der Umgebungslichtsensor 36 sind als lichtempfindliche Sensoren ausgebildet. Dabei kann es sich beispielsweise um CCD-Sensoren (charged coupled device) und/oder CMOS-Sensoren (complementary metal oxide silicon) handeln. Die Sensoren 34, 36 können beispielsweise aus Silizium bestehende Photodioden aufweisen, welche in der Lage sind, Licht im Wellenlängenbereich von ca. 300 nm bis 1100 nm zu detektieren. Alternativ hierzu können die Photodioden auch aus Germanium oder einem anderen Halbleitermaterial (z. B. einem organischen Halbleitermaterial) bestehen. Als Umgebungslichtsensor 36 kann ferner eine (einzelne) Photodiode, ein Phototransistor oder ein lichtempfindlicher Widerstand vorgesehen sein.
In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind der Bildsensor 34 und der Umgebungslichtsensor 36 ausgebildet, Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich (z. B. nicht weniger als ungefähr 300 nm und nicht mehr als ungefähr 700 nm) zu detektieren. Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass zumindest einer der Sensoren 34, 36 ausgebildet ist, IR-Licht (z. B. im Wellenlängenbereich von nicht weniger als ungefähr 700 nm und nicht mehr als ungefähr 1100 nm) zu detektieren. Zumindest einer der Sensoren 34, 36 kann einen Filter umfassen, um Licht eines bestimmten Wellenlängenbereichs (z. B. des IR-Wellenlängenbereichs) herauszufiltern.
Der Bildsensor 34 ist dazu ausgebildet, auf den Bildsensor 34 einfallendes Licht (im sichtbaren und/oder IR-Wellenlängenbereich) in ein erstes elektrisches Ausgangssignal umzuwandeln. Dabei kann eine (nicht dargestellte) Auswerteeinheit (z. B. ein A/D-Wandler, wie in einer herkömmlichen Digitalkamera verbaut) zur Umwandlung des elektrischen Ausgangsignals des Bildsensors 34 zu digitalen Bildinformationen (Standbilder und/oder Bewegtbilder) vorgesehen sein. Die Auswerteeinheit kann beispielsweise vom Bildsensor 34 umfasst oder als zusätzliche Komponente in der optischen Detektionsvorrichtung 30 angeordnet sein.
Der Umgebungslichtsensor 36 ist dazu ausgebildet, auf den Umgebungslichtsensor 36 einfallendes Licht in ein zweites elektrisches Ausgangssignal umzuwandeln, welches auf die Intensität eines Umgebungslichts (des elektronischen Geräts 10) hindeutet. Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das elektrische Ausgangssignal des Umgebungslichtsensors 36 einem Stromwert oder einem Spannungswert entspricht, welcher abhängig ist von der Intensität des auf den Umgebungslichtsensor 36 einfallenden Lichts.
Die Steuervorrichtung 32 ist elektrisch mit dem Bildsensor 34 und dem Umgebungslichtsensor 36 verbunden. In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Steuervorrichtung 32 ausgebildet, das erste elektrische Ausgangssignal vom Bildsensor 34 (oder die Bildinformationen von der Auswerteeinheit) und das zweite elektrische Ausgangssignal vom Umgebungslichtsensor 36 zu empfangen. Ergänzend hierzu kann die Steuervorrichtung 32 zum Ansteuern des Bildsensors 34, des Umgebungslichtsensors 36 und/oder weiterer (nicht dargestellter) Elemente der optischen Detektionsvorrichtung 30 (z. B. einer Blende) ausgebildet sein. Die Steuervorrichtung 32 kann einem Prozessor (z. B. einer CPU) des elektronischen Geräts 10 entsprechen oder zumindest einen Prozessor des elektronischen Geräts 10 umfassen.
Die Steuereinrichtung 32 ist dazu ausgebildet, die Anzeigevorrichtung 12 zur Darstellung der auf Basis des ersten elektrischen Ausgangssignals des Bildsensors 34 erzeugten digitalen Bildinformationen anzusteuern. Dabei kann die Steuereinrichtung 32 die bereits (mittels der von der optischen Detektionsvorrichtung 30 umfassten Auswerteeinheit) erzeugten Bildinformationen empfangen oder zur Umwandlung des empfangenen elektrischen Ausgangsignals des Bildsensors 34 ausgebildet sein.
Die Steuervorrichtung 32 ist ferner dazu ausgebildet, eine Anzeigehelligkeit der Anzeigevorrichtung 12 auf Basis des vom Umgebungslichtsensor 36 empfangenen elektrischen Ausgangssignals zu steuern. Es kann vorgesehen sein, die Anzeigehelligkeit der Anzeigevorrichtung 12 durch ein Steuern der Intensität einer Hintergrundbeleuchtung der Anzeigevorrichtung 12 (z. B. im Fall eines Flüssigkristall-Panels) oder durch ein Steuern der an den OLEDs oder den LEDs angelegten Spannung (im Fall eines OLED-Panels oder eines LED-Panels) zu steuern.
Mittels der Steuervorrichtung 32 kann die Anzeigehelligkeit der Anzeigevorrichtung 12 somit (automatisiert) an eine Umgebungshelligkeit des elektronischen Geräts 10 angepasst werden. So kann die Anzeigehelligkeit beispielsweise erhöht werden, wenn das elektrische Ausgangssignal des Umgebungslichtsensors 36 auf eine sich erhöhende Umgebungshelligkeit (eine sich erhöhende Intensität des Umgebungslichts) hindeutet, und umgekehrt.
Die 3A bis 3D zeigen schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen optischer Detektionsvorrichtungen 30. Dabei kann es sich um die optische Detektionsvorrichtung 30 handeln, wie mit Bezug zu dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel beschrieben.
Die in 3A gezeigte optische Detektionsvorrichtung 30 umfasst (wenigstens) eine Linse 40, eine optische Anordnung 42, den Bildsensor 34 und den Umgebungslichtsensor 36 (vgl. das in 2 gezeigte Ausführungsbeispiel). Die optische Anordnung 42 umfasst ein erstes lichtreflektierendes Element 44, eine Blende 46 und ein zweites lichtreflektierendes Element 48.
Das erste lichtreflektierende Element 44 und der Bildsensor 34 sind derart bezüglich der Linse 40 angeordnet, dass jeweils ein Anteil (schematisch durch die gepunkteten Linien markiert) eines durch die Linse 40 tretenden Lichtbündels 50 auf das erste lichtreflektierende Element 44 und auf den Bildsensor 34 einfällt. In dem in 3A gezeigten Ausführungsbeispiel sind das erste lichtreflektierende Element 44 und der Bildsensor 34 ferner senkrecht zu einer Lichteinfallsrichtung (durch den gestrichelten Pfeil markiert) aneinander angrenzend angeordnet. Die jeweils auf das erste lichtreflektierende Element 44 und den Bildsensor 34 einfallenden Anteile des Lichtbündels 50 grenzen im Wesentlichen aneinander an. Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass das erste lichtreflektierende Element 44 und der Bildsensor 34 voneinander beabstandet angeordnet sind. Zumindest in diesem Fall können die jeweils auf das erste lichtreflektierende Element 44 und den Bildsensor 34 einfallende Anteile des Lichtbündels 50 voneinander beabstandet oder bereichsweise aneinander angrenzend sein.
Die Blende 46, das zweite lichtreflektierende Element 48 und der Umgebungslichtsensor 36 der optischen Detektionsvorrichtung 30 gemäß 3A sind außerhalb eines Strahlengangs des Lichtbündels 50 angeordnet. Dabei ist die optische Anordnung 42 dazu ausgebildet, auf das erste lichtreflektierende Element 44 einfallendes Licht in Richtung auf den Umgebungslichtsensor 36 abzulenken. In dem in 3A gezeigten Ausführungsbeispiel wird dies durch eine Ablenkung des auf das erste lichtreflektierende Element 44 einfallenden Lichts in Richtung auf das zweite lichtreflektierende Element 48 und eine Ablenkung des auf das zweite lichtreflektierende Element 48 einfallenden Lichts in Richtung auf den Umgebungslichtsensor 36 realisiert. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass das erste lichtreflektierende Element 44 dazu ausgebildet ist, das auf das erste lichtreflektierende Element 44 einfallende Licht in Richtung auf ein von dem zweiten lichtreflektierenden Element 48 verschiedenes optisches Element (z. B. eine Linse) und/oder in Richtung auf den Umgebungslichtsensor 36 abzulenken.
Die in 3A gezeigten lichtreflektierenden Elemente 44, 48 weisen Reflexionsflächen 52, 54 auf, welche zur Ablenkung des darauf einfallenden Lichts ausgebildet sind. Die Reflexionsflächen 52, 54 sind im Wesentlichen planar ausgebildet. Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die lichtreflektierenden Elemente 44, 48 einen ebenen Spiegel umfassen. Alternativ hierzu kann zumindest eines der lichtreflektierenden Elemente 44, 48 eine nicht-planar ausgebildete Reflexionsfläche aufweisen, wie beispielweise im Wesentlichen in Form einer Kugelkalotte oder eines Rotationsparaboloids. Es kann vorgesehen sein, dass das zumindest eine der lichtreflektierenden Elemente 44, 48 beispielsweise einen Wölbspiegel, einen Hohlspiegel oder einen davon verschiedenen, gekrümmten Spiegel umfasst.
Die optische Detektionsvorrichtung 30 gemäß 3A umfasst ein erstes Gehäuse 56 und ein zweites Gehäuse 58. Im ersten Gehäuse 56 ist die Linse 40 aufgenommen. Innerhalb des ersten Gehäuses 56 sind das erste lichtreflektierende Element 44 und der Bildsensor 34 angeordnet. Das zweite lichtreflektierende Element 48 und der Umgebungslichtsensor 36 sind vom zweiten Gehäuse 58 beinhaltet. Im in 3A gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Umgebungslichtsensor 36 somit räumlich durch die Gehäuse 56, 58 vom Bildsensor 34 getrennt angeordnet. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, den Umgebungslichtsensor 36 und den Bildsensor 34 innerhalb eines Gehäuses anzuordnen. Eine räumliche Trennung kann zumindest in diesem Fall beispielsweise durch eine Blende realisiert werden.
Die in 3A gezeigte, von der optischen Anordnung 42 umfasste Blende 46 ist Teil des ersten Gehäuses 56 und des zweiten Gehäuses 58. Dabei wird die Blende 46 durch aneinander angrenzende Abschnitte der Gehäuse 56, 58 gebildet. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass die Gehäuse 56, 58 beabstandet zueinander angeordnet sind. Zumindest in diesem Fall kann vorgesehen sein, dass zueinander gerichtete Abschnitte der Gehäuse 56, 58 jeweils eine Blende 46 bilden.
Die Blende 46 weist eine Lichtdurchtrittsöffnung 60 auf. Die Lichtdurchtrittsöffnung 60 ist derart angeordnet, dass vom ersten lichtreflektierenden Element 44 abgelenktes Licht durch die Lichtdurchtrittsöffnung 60 der Blende 46 auf das zweite lichtreflektierende Element 48 einfällt. Die in 3A gezeigte Lichtdurchtrittsöffnung 60 ist als eine vom ersten Gehäuse 56 und vom zweiten Gehäuse 58 umfasste Durchbrechung (z. B. eine Bohrung) ausgebildet. Dabei ist die Lichtdurchtrittsöffnung 60 in Form und Größe nicht variabel. Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, eine Blende 46 (oder eine Mehrzahl von Blenden) mit in Form und/oder Größe steuerbarer Lichtdurchtrittsöffnung 60 vorzusehen. Die Steuerung kann in diesem Fall beispielsweise mechanisch oder elektronisch erfolgen.
Alternativ oder ergänzend zu den mit Bezug zu 3A beschriebenen lichtreflektierenden Elementen 44, 48 und der Blende 46 kann die optische Anordnung 42 weitere optische Elemente umfassen. Dabei kann es sich beispielsweise um zumindest ein optisches Element aus einer Blende, einer (konvexen oder konkaven) Linse und einem lichtreflektierenden Element handeln. Es ist vorgesehen, dass zumindest ein von der optischen Anordnung umfasstes optisches Element innerhalb des Strahlengangs des durch die Linse 40 tretenden Lichtbündels 50 angeordnet ist (vgl. z. B. das erste lichtreflektierende Element 44 in 3A). Weitere optische Elemente können innerhalb und/oder außerhalb des Strahlengangs angeordnet sein.
Der Bildsensor 34 und der Umgebungslichtsensor 36 weisen jeweils eine lichteinfallende Seite 61, 62 auf. Im in 3A gezeigten Ausführungsbeispiel ist die optische Anordnung 42 dazu ausgebildet, das auf das erste lichtreflektierende Element 44 einfallende Licht derart abzulenken, dass die lichteinfallenden Seiten 61, 62 des Bildsensors 34 und des Umgebungslichtsensors 36 im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die optische Anordnung 42 dazu ausgebildet sein, auf die optische Anordnung 42 (auf ein erstes optisches Element) einfallendes Licht derart abzulenken, dass die lichteinfallenden Seiten 61, 62 des Bildsensors 34 und des Umgebungslichtsensors 36 in einem Winkel zwischen > 0° und 90° (z. B. im Wesentlichen 45°) zueinander angeordnet sind.
In dem in 3A gezeigten Ausführungsbeispiel ist die optische Detektionsvorrichtung 30 in Lichteinfallsrichtung hinter einer Lichteintrittsöffnung 16 angeordnet. Dabei kann es sich um die Lichteintrittsöffnung 16 des Rahmens 14 des elektronischen Geräts 10 (vgl. die in den 1A, 1B und 2 gezeigten Ausführungsbeispiele) handeln. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann beispielsweise vorgesehen sein, die optische Detektionsvorrichtung innerhalb einer Lichteintrittsöffnung 16 eines Rahmens 14 anzuordnen.
Die in 3A gezeigte Linse 40 der optischen Detektionsvorrichtung 30 ist Teil einer in Lichteinfallsrichtung zwischen der Lichteintrittsöffnung 16 und dem Bildsensor 34 angeordneten Linsenanordnung 64. Die Linsenanordnung 64 kann Linsen mit Sammelwirkung (konvexe Linsen) und/oder Linsen mit Zerstreuungswirkung (konkave Linsen) umfassen. Bei der Linsenanordnung 64 kann es sich beispielsweise um eine Linsenanordnung nach Art eines herkömmlichen Kameraobjektivs handeln. Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, nur eine einzelne Linse (z. B. die Linse 40) in Lichteinfallsrichtung zwischen der Lichteintrittsöffnung 16 und dem Bildsensor 34 anzuordnen.
Die 3B bis 3D zeigen zur in 3A gezeigten Ausführungsform verschiedene Ausführungsformen optischer Detektionsvorrichtungen 30. Die optischen Detektionsvorrichtungen 30 umfassen den Bildsensor 34, den Umgebungslichtsensor 36 (vgl. die mit Bezug zu den 2, 3A beschriebenen Ausführungsbeispiele) und die optische Anordnung 42.
Im Unterschied zu dem mit Bezug zu 3A beschriebenen Ausführungsbeispiel umfasst die optische Anordnung 42 gemäß 3B eine (innerhalb des zweiten Gehäuses 58 angeordnete) Linse 70. Das erste lichtreflektierende Element 44 ist dazu ausgebildet, auf das erste lichtreflektierende Element 44 einfallendes Licht in Richtung auf die Linse 70 abzulenken. Die Linse 70 ist ferner derart ausgebildet, dass durch die Linse 70 tretendes Licht in Richtung auf den Umgebungslichtsensor 36 abgelenkt wird. In dem in 3B gezeigten Ausführungsbeispiel sind die lichteinfallenden Seiten 61, 62 des Bildsensors 34 und des Umgebungslichtsensors 36 im Wesentlichen senkrecht zueinander angeordnet.
In dem in 3C gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die optische Anordnung 42 ein (beabstandet vom Bildsensor 34 angeordnetes) lichtreflektierendes Element 80, eine (eine Lichtdurchtrittsöffnung 82 des ersten Gehäuses 56 bedeckende) erste Linse 84 und eine (innerhalb einer Lichtdurchtrittsöffnung des zweiten Gehäuses 58 angeordnete) zweite Linse 86. Das erste Gehäuse 56 und das zweite Gehäuse 58 sind voneinander beabstandet angeordnet. Das lichtreflektierende Element 80 ist dazu ausgebildet, auf das lichtreflektierende Element 80 einfallendes Licht in Richtung auf die erste Linse 84 abzulenken. Die Linsen 84, 86 sind derart ausgebildet, dass das auf die erste Linse 84 einfallende Licht durch die erste Linse 84 und die zweite Linse 86 in das zweite Gehäuse 58 eintritt.
Im in 3D gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die optische Anordnung 42 ein lichtreflektierendes Element 90, welches eine im Wesentlichen in Form einer nach außen gewölbten Kugelkalotte ausgebildete Reflexionsfläche 91 aufweist, und eine Linse 92. Das lichtreflektierende Element 90 ist in einem dritten Gehäuse 93 angeordnet, welches an das erste Gehäuse 56 und an das zweite Gehäuse 58 angrenzende Abschnitte aufweist. Das erste und das dritte Gehäuse 56, 93 umfassen eine Lichtdurchtrittsöffnung 94, welche derart angeordnet ist, dass ein Anteil des durch die Linse 40 tretenden Lichtbündels 50 durch die Lichtdurchtrittsöffnung 94 auf das lichtreflektierende Element 90 einfällt. Das lichtreflektierende Element 90 ist dazu ausgebildet, das auf das lichtreflektierende Element 90 einfallende Licht in Richtung auf die Linse 92 abzulenken, welche innerhalb einer vom zweiten und vom dritten Gehäuse 58, 93 umfassten Lichtdurchtrittsöffnung 96 angeordnet ist.
Der (nicht dargestellte) Umgebungslichtsensor 36 (vgl. die in den 2, 3A und 3B gezeigten Ausführungsbeispiele) ist in den in den 3C und 3D gezeigten Ausführungsbeispielen derart innerhalb des zweiten Gehäuses 58 angeordnet, dass durch die zweite Linse 86 (vgl. 3C) bzw. die Linse 92 (vgl. 3D) tretendes Licht (direkt oder durch ein weiteres, im zweiten Gehäuse 60 angeordnetes optisches Element abgelenkt) auf den Umgebungslichtsensor 36 einfällt.
Durch die lichtablenkenden Eigenschaften der von der optischen Detektionsvorrichtung 30 (vgl. die in den 2 bis 3D gezeigten Ausführungsbeispiele) umfassten optischen Anordnung 42 (vgl. die 3A bis 3D) wird ermöglicht, dass mittels des Umgebungslichtsensors 36 die Intensität des Umgebungslichts (des mit Bezug zu den 1A bis 3A beschriebenen elektronischen Geräts 10) detektiert wird, auch wenn der Umgebungslichtsensor 36 außerhalb des vom durch die Linse 40 tretenden Umgebungslicht beleuchteten Bereich angeordnet ist. Somit kann vorgesehen werden, eine herkömmliche Kameravorrichtung und eine herkömmliche Umgebungslichtsensor-Vorrichtung mittels einer optischen Anordnung 42 zur in den 2 bis 3D beschriebenen optischen Detektionsvorrichtung 30 zu kombinieren.
In manchen Ausführungen wird aufgrund der Ablenkung des durch die Lichteintrittsöffnung 16 eintretenden Umgebungslichts keine zweite Lichteintrittsöffnung benötigt, durch welche hindurch Licht (z. B. direkt) auf den Umgebungslichtsensor 36 einfällt. Somit kann eine gleichmäßigere Ausgestaltung des Rahmens 14 (vgl. die 1A, 1B und 3A) des elektronischen Geräts 10 erzielt werden. Ferner muss der Umgebungslichtsensor 36 nicht aus ästhetischen Gründen hinter einer fast opaken Abdeckung angeordnet werden. Dies gestattet den Einsatz weniger empfindlicher und damit kostengünstiger Sensoren.
Durch die Ablenkung des Umgebungslichts mittels der optischen Anordnung 42 kann ein geringer Intensitätsverlust des Umgebungslichts entstehen. Es kann vorgesehen sein, dass ein solcher Intensitätsverlust beispielsweise durch die mit Bezug zu 2 beschriebene Steuervorrichtung 32 beim Steuern der Anzeigehelligkeit der Anzeigevorrichtung 12 (vgl. 1 und 2) berücksichtigt wird.
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele geben verschiedene Merkmale einer optischen Detektionsvorrichtung und eines die optische Detektionsvorrichtung umfassenden elektronischen Geräts an. In einem abweichenden Ausführungsbeispiel können diese Merkmale beliebig kombiniert oder abgewandelt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7071456 B2 [0005]
EP 2472853 A1 [0005]

Claims

Optische Detektionsvorrichtung (30), umfassend: – zumindest eine Linse (40), – einen innerhalb eines Strahlengangs eines durch die zumindest eine Linse (40) tretenden Lichtbündels (50) angeordneten ersten Sensor (34), welcher zum Umwandeln eines auf den ersten Sensor (34) einfallenden Anteils des Lichtbündels (50) in ein erstes elektrisches Signal ausgebildet ist; – einen außerhalb des Strahlengangs angeordneten zweiten Sensor (36); – eine zumindest teilweise innerhalb des Strahlengangs angeordnete optische Anordnung (42), welche zum Ablenken eines auf die optische Anordnung (42) einfallenden Anteils des Lichtbündels (50) in Richtung auf den zweiten Sensor (36) ausgebildet ist; wobei der zweite Sensor (36) ausgebildet ist zum Umwandeln des auf den zweiten Sensor (36) einfallenden Lichts in ein zweites elektrisches Signal, wobei das zweite elektrische Signal auf eine Intensität des durch die Linse (40) tretenden Lichtbündels (50) hindeutet.
Optische Detektionsvorrichtung (30) nach Anspruch 1, wobei die jeweils auf den ersten Sensor (34) und die optische Anordnung (42) einfallenden Anteile des Lichtbündels (50) voneinander beabstandet oder zumindest bereichsweise aneinander angrenzend sind.
Optische Detektionsvorrichtung (30) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die optische Anordnung (42) zumindest ein innerhalb des Strahlengangs angeordnetes erstes optisches Element (44, 80, 90) mit einer Reflexionsfläche (52, 91) umfasst, welche zur Reflexion des auf die optische Anordnung (42) einfallenden Anteils des Lichtbündels (50) ausgebildet ist.
Optische Detektionsvorrichtung (30) nach Anspruch 3, wobei die Reflexionsfläche (52, 91) des ersten optischen Elements (44, 80, 90) zur Reflexion des auf die optische Anordnung (42) einfallenden Anteils des Lichtbündels (50) in Richtung auf den zweiten Sensor (36) oder in Richtung auf zumindest ein weiteres, von der optischen Anordnung (42) umfasstes optisches Element (46, 48, 70, 84, 92) ausgebildet ist.
Optische Detektionsvorrichtung (30) nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Reflexionsfläche (52, 91) des ersten optischen Elements (44, 80) im Wesentlichen planar, in Form einer Kugelkalotte oder in Form eines Rotationsparaboloids ausgebildet ist.
Optische Detektionsvorrichtung (30) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die optische Anordnung (42) ein außerhalb des Strahlengangs angeordnetes zweites optisches Element (48) mit einer Reflexionsfläche (54) umfasst, wobei die Reflexionsfläche (54) zur Reflexion des auf das zweite optische Element (48) einfallenden Lichts in Richtung auf den zweiten Sensor (36) ausgebildet ist.
Optische Detektionsvorrichtung (30) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die optische Anordnung (42) zumindest ein weiteres optisches Element aus einer Blende (46), einer Linse (70, 84, 86, 92) und einem optischen Element (48) mit einer Reflexionsfläche (54) umfasst.
Optische Detektionsvorrichtung (30) nach Anspruch 7, wobei das zumindest eine weitere optische Element (46, 48, 70, 84, 92) der optischen Anordnung (42) außerhalb des Strahlengangs angeordnet ist.
Optische Detektionsvorrichtung (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, weiter umfassend: eine Blende (46), wobei der zweite Sensor (36) durch die Blende (46) vom ersten Sensor (34) und zumindest von einem innerhalb des Strahlengangs angeordneten optischen Element (44, 80) der optischen Anordnung (42) räumlich getrennt angeordnet ist.
Optische Detektionsvorrichtung (30) nach Anspruch 9, wobei die Blende (46) Teil eines Gehäuses (56, 58) ist, innerhalb dessen der erste Sensor (34) und das zumindest eine optische Element (44, 80) der optischen Anordnung (42) angeordnet sind.
Optische Detektionsvorrichtung (30) nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Blende (46) eine Lichtdurchtrittsöffnung (60, 82) umfasst, und wobei das zumindest eine optische Element (44, 80) derart angeordnet ist, dass das von dem zumindest einen optischen Element (44, 80) abgelenkte Lichtbündel in Richtung der Lichtdurchtrittsöffnung (60, 82) abgelenkt wird.
Optische Detektionsvorrichtung (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der erste Sensor (34) und der zweite Sensor (36) jeweils eine lichteinfallende Seite (61, 62) aufweisen, wobei die lichteinfallende Seite (62) des zweiten Sensors (36) im Wesentlichen parallel zur lichteinfallenden Seite (61) des ersten Sensors (34) angeordnet ist.
Optische Detektionsvorrichtung (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der erste Sensor (34) und der zweite Sensor (36) jeweils eine lichteinfallende Seite (61, 62) aufweisen, wobei die lichteinfallende Seite (62) des zweiten Sensors (36) im Wesentlichen senkrecht zur lichteinfallenden Seite (61) des ersten Sensors (34) angeordnet ist.
Elektronisches Gerät (10), umfassend: – eine Anzeigevorrichtung (12); – eine optische Detektionsvorrichtung (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 13; und – eine Steuervorrichtung (32), welche zum Steuern einer Anzeigehelligkeit der Anzeigevorrichtung (12) auf Basis des zweiten elektrischen Signals ausgebildet ist.
Elektronisches Gerät (10) nach Anspruch 14, wobei die Anzeigevorrichtung (12) einen Rahmen (14) umfasst und die optische Detektionsvorrichtung (30) hinter einer Lichteintrittsöffnung (16) des Rahmens (14) angeordnet ist.
Kraftfahrzeug (20), umfassend ein elektronisches Gerät (10) nach Anspruch 14 oder 15.