DE102017101655B4

DE102017101655B4 - Elektrooptikbaugruppe sowie Verfahren zur Detektion von Umgebungslicht

Info

Publication number: DE102017101655B4
Application number: DE102017101655.4A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Backes
Original assignee: BCS Automotive Interface Solutions GmbH
Current assignee: BCS Automotive Interface Solutions GmbH
Priority date: 2017-01-27
Filing date: 2017-01-27
Publication date: 2024-01-25
Anticipated expiration: 2037-01-28
Also published as: DE102017101655A1; CN110234968A; US20190353591A1; US11255782B2; WO2018137989A1; CN110234968B

Abstract

Elektrooptikbaugruppe (10), die als Sensorbaugruppe zur Detektion von Umgebungslicht ausgebildet ist, mit einer Reflektionsfläche (16), einem Linsenkörper (12) und einem elektrooptischen Bauteil (14), wobei das elektrooptische Bauteil (14) ein Lichtempfänger ist,wobei der Linsenkörper (12) eine Umgebungsseite (20), eine Bauteilseite (18) und einen Linsenabschnitt (24) aufweist, wobei im Linsenabschnitt (24) eine von der Bauteilseite (18) ausgehende Vertiefung (26) im Linsenkörper (12) vorgesehen ist, die zusammen mit der Reflektionsfläche (16) im Linsenabschnitt (24) eine Linse für das elektrooptische Bauteil (14) bildet,wobei die Vertiefung (26) einen Hauptlinsenabschnitt (35) aufweist, wobei der Hauptlinsenabschnitt (35) als Zerstreuungslinsenabschnitt (34) mit einer konkaven Innenwand ausgebildet ist, und wobei die Vertiefung (26) einen Sammellinsenabschnitt (36) mit einer konvexen Innenwand aufweist,wobei die Innenwand des Sammellinsenabschnitts (36) so geformt ist, dass die Strahlen (SA) des Strahlengangs, die durch den Sammellinsenabschnitt (36) zum elektrooptischen Bauteil (14) verlaufen, so auf die Reflektionsfläche (16) treffen, dass der Einfallswinkel (α) an der Reflektionsfläche (16) größer oder gleich dem kritischen Winkel (θc) der Totalreflektion an der Reflektionsfläche (16) ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrooptikbaugruppe, insbesondere eine Sensorbaugruppe zur Detektion von Umgebungslicht, sowie ein Verfahren zur Detektion von Umgebungslicht mit einer Sensorbaugruppe.
Elektrooptikbaugruppen zur Detektion von Umgebungslicht, insbesondere solche Elektrooptikbaugruppen für Fahrzeuge, die das Umgebungslicht in der Umgebung eines Fahrzeugs messen, sind bekannt.
Eine solche Sensorbaugruppe für einen Umgebungslichtsensor aus dem Stand der Technik ist in 1 dargestellt. Die Sensorbaugruppe 2 weist üblicherweise einen Linsenkörper 4 und einen Lichtempfänger 6 auf.
Im Linsenkörper 4 ist an der dem Lichtempfänger 6 zugewandten Seite eine Vertiefung 8 vorgesehen, die mit der entgegengesetzten Seite des Linsenkörpers 4 eine Linse bildet. Diese Linse wirkt als Zerstreuungslinse, sodass Lichtstrahlen aus einem sehr großen Winkelbereich durch den Linsenkörper 4 auf den Lichtempfänger 6 fokussiert werden.
In der Regel dient der Linsenkörper 4 jedoch nicht nur zur Fokussierung des Umgebungslichtes auf den Lichtempfänger 6, sondern bildet zudem eine Linse für weitere Funktionen der Elektrooptikbaugruppe, z. B. einer Regensensorfunktion. Hierzu sind im gezeigten Beispiel weitere Vertiefungen 9 vorgesehen. Aufgrund der Vertiefung 9 wird Streulicht Ss auf die Vertiefung 8 und damit in den Lichtempfänger 6 gebrochen, wodurch die Messung des Lichtempfängers 6 beeinträchtigt wird.
Um dieses Streulicht wirksam zu verhindern, ist es beispielsweise bekannt, die Vertiefung 8 an einigen Stellen lichtundurchlässig zu machen, sodass das Streulicht Ss nicht zum Lichtempfänger 6 gelangen kann.
Diese Lösung ist jedoch aufwendig in der Herstellung, da die Vertiefung an den richtigen Stellen lichtundurchlässig gemacht werden muss, beispielsweise durch Aufbringen einer lichtundurchlässigen Folie.
Die DE 103 08 544 A1 offenbart einen Regen- und Lichtsensor, der an einer Frontscheibe eines Fahrzeugs befestigt werden kann. Der Regen- und Lichtsensor hat einen Lichtsensor, der aus zwei verschiedenen Richtungen Licht empfangen kann. Zum einen empfängt der Lichtsensor zur Erkennung von Tropfen auf der Frontscheibe das Licht, das von der Lichtquelle emittiert und an der Frontscheibe total reflektiert wurde. Zum anderen empfängt der Lichtsensor Umgebungslicht, das aus einem Winkelbereich eingefangen und über eine plankonkave Linse und eine plankonvexe Linse auf den Lichtsensor fokussiert wurde.
Die DE 10 2010 031 005 A1 offenbart einen ähnlichen Regen- und Lichtsensor, der ebenfalls einen Strahlengang zur Erfassung von Umgebungslicht und einen Strahlengang als Teil eines Regensensors hat. Der Strahlengang für den Regensensor unterliegt der Totalreflexion an der Außenseite der Frontscheibe, wohingegen beim Strahlengang des Umgebungslichtes von der Totalreflexion an der Frontscheibe kein Gebrauch gemacht wird.
Die DE 10 2014 000 073 A1 offenbart einen Lichtsensor für ein Kraftfahrzeug, bei dem der Winkelbereich des Lichtes, der vom Detektor erfasst wird, über eine Blende angepasst wird.
Die EP 2 000 373 A2 offenbart einen Regensensor mit einem Lichtsender und einem Lichtempfänger. Der Regensensor weist eine Lichtleitereinheit auf, die Fresnellinsenbereiche und den Fresnellinsenbereichen zugeordnete reflektierende Bereiche umfasst.
Die US 7 847 255 B2 offenbart einen Regensensor. Der Regensensor weist Linsenbereiche und den Linsenbereichen zugeordnete reflektierende Bereiche auf.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Elektrooptikbaugruppe sowie ein Verfahren zur Detektion von Umgebungslicht mit einer Sensorbaugruppe bereitzustellen, bei dem auf einfache Weise aus unerwünschten Winkelbereichen einfallendes Licht ausgeblendet wird, d. h. nicht zum Lichtempfänger gelangt.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Elektrooptikbaugruppe, die als Sensorbaugruppe zur Detektion von Umgebungslicht ausgebildet ist, mit einer Reflektionsfläche, einem Linsenkörper und einem elektrooptischen Bauteil, wobei das elektrooptische Bauteil ein Lichtempfänger ist. Der Linsenkörper hat eine Umgebungsseite, eine Bauteilseite und einen Linsenabschnitt, wobei im Linsenabschnitt eine von der Bauteilseite ausgehende Vertiefung im Linsenkörper vorgesehen ist, die zusammen mit der Reflektionsfläche im Linsenabschnitt eine Linse für das elektrooptische Bauteil bildet. Die Vertiefung weist einen Hauptlinsenabschnitt, der als Zerstreuungslinsenabschnitt mit einer konkaven Innenwand ausgebildet ist, und einen Sammellinsenabschnitt mit einer konvexen Innenwand auf, wobei die Innenwand des Sammellinsenabschnitts so geformt ist, dass die Strahlen des Strahlengangs, die durch den Sammellinsenabschnitt zum elektrooptischen Bauteil verlaufen, so auf die Reflektionsfläche treffen, dass der Einfallswinkel an der Reflektionsfläche größer oder gleich dem kritischen Winkel der Totalreflektion an der Reflektionsfläche ist.
Dabei ist der Einfallswinkel, wie üblich, als der Winkel zwischen dem eintreffenden Strahl und dem Lot auf die Grenzfläche definiert, hier also dem Lot auf die Reaktionsfläche. Die Totalreflektion ist dabei bezogen auf die Grenzfläche zwischen Luft und dem Material an der Reflektionsfläche. Die Reflektionsfläche und die Innenwand der Vertiefung sind dabei die lichtbrechenden Flächen der durch den Linsenabschnitt gebildeten Linse.
Der Hauptlinsenabschnitt kann ein Zerstreuungslinsenabschnitt mit einer konkaven Innenwand sein, aber auch ein Abschnitt, der als Sammellinse wirkt, jedoch mit einer anderen Brennweite als der Sammellinsenabschnitt.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es zum Ausblenden eines bestimmten Winkelbereiches nicht nötig ist, bestimmte Teile der Vertiefung abzudunkeln bzw. lichtundurchlässig zu machen, sondern dass es durch die Kontur der Innenwand der Vertiefung möglich ist, Lichteinfall aus bestimmten Winkelbereichen auf den Lichtempfänger zu verhindern.
Hierzu wird vom physikalischen Phänomen der Totalreflektion Gebrauch gemacht, wobei ausgenutzt wird, dass Strahlen eines Strahlengangs, die Totalreflektion an einer Grenzfläche erfahren, keine Anteile außerhalb des Mediums haben.
Zur Veranschaulichung kann das elektrooptische Bauteil als Lichtquelle angesehen werden, wobei der Sammellinsenabschnitt der Vertiefung so geformt ist, dass die Strahlen, die durch den Sammellinsenabschnitt verlaufen, vollständig an der Reflektionsfläche reflektiert werden (Totalreflektion), sodass keine Anteile dieser Strahlung aus dem Linsenkörper austreten. Dadurch wird kein Licht in den auszublendenden Winkelbereich gebrochen, was gleichzeitig bedeutet, dass kein Licht aus dem auszublendenden Winkelbereich zum elektrooptischen Bauteil gelangen kann.
Somit ist es nicht notwendig, bestimmte Stellen der Vertiefung des Linsenkörpers abzudunkeln oder zu schwärzen.
Die Vertiefung selbst kann dabei eine Freiform haben, die u. a. danach ausgewählt sein kann, aus welchen Winkelbereichen besonders viel Licht zum elektrooptischen Bauteil gelangen soll und umgekehrt.
Beispielsweise bildet die Umgebungsseite des Linsenkörpers die Reflektionsfläche, wodurch eine sehr kompakte Elektrooptikbaugruppe bereitgestellt werden kann.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weist die Elektrooptikbaugruppe eine Scheibe, insbesondere eine Windschutzscheibe eines Fahrzeugs auf, an der der Linsenkörper befestigt ist, wobei die vom elektrooptischen Bauteil abgewandte Seite der Scheibe die Reflektionsfläche bildet. Dabei ist die Umgebungsseite des Linsenkörpers der Scheibe zugewandt. In diesem Fall ist das Material an der Reflektionsfläche das Material der Scheibe. Dadurch lässt sich die Elektrooptikbaugruppe direkt in einem Fahrzeug verbauen bzw. die Gestalt der Vertiefung an die Windschutzscheibe eines Fahrzeugs anpassen. Die Befestigung des Linsenkörpers an der Scheibe erfolgt beispielsweise durch eine transparente Silikonlage zwischen dem Linsenkörper und der Scheibe. Somit ist der Linsenkörper an die Scheibe ankoppelbar.
Vorzugsweise ist die Innenwand des Sammellinsenabschnittes so geformt, dass die Strahlen des Strahlengangs, die durch den Sammellinsenabschnitt zum elektrooptischen Bauteil verlaufen, außerhalb des Linsenabschnitts parallel verlaufen, wodurch Störungen durch eingesammeltes Streulicht weiter verringert werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist die Vertiefung zur Bauteilseite hin eine Öffnung auf, wobei sich die Vertiefung vollständig innerhalb eines gedachten Zylinders erstreckt, dessen Grundfläche die Öffnung der Vertiefung ist. Es wird somit durch die Vertiefung kein Hinterschnitt ausgebildet. Dadurch lässt sich der Linsenkörper durch Spritzgießen oder ähnliche Verfahren herstellen.
Um das Entformen des Linsenkörpers weiter zu vereinfachen, kann die Querschnittsfläche der Vertiefung parallel zur Bauteilseite von der Bauteilseite ausgehend immer kleiner werden.
Beispielsweise ist der Raumwinkel, der vom Sammellinsenabschnitt belegt ist, kleiner als der Raumwinkel, der vom Hauptlinsenabschnitt belegt ist. Dabei wird der Raumwinkel vom elektrooptischen Bauteil aus betrachtet. Zum Beispiel ist das Verhältnis des Raumwinkels des Sammellinsenabschnittes zum Raumwinkel des Hauptlinsenabschnittes 1/4 oder kleiner. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass genügend Licht aus der Umgebung zum elektrooptischen Bauteil gelangt und umgekehrt.
Um insbesondere Winkelbereiche am Rand des Sichtfeldes des elektrooptischen Bauteils ausblenden zu können, kann sich der Sammellinsenabschnitt und/oder der Hauptlinsenabschnitt von der Bauteilseite des Linsenkörpers aus erstrecken.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Übergang zwischen dem Hauptlinsenabschnitt und dem Sammellinsenabschnitt abrupt. Dabei ist die Kontur der Innenwand am Übergang nicht überall stetig differenzierbar. Auf diese Weise lässt sich der auszublendende Winkelbereich klar vom gewünschten Winkelbereich trennen.
Vorzugsweise hat die Vertiefung einen Scheitelpunkt, wobei das elektrooptische Bauteil, insbesondere der Lichtempfänger, auf einer Geraden liegt, die durch den Scheitelpunkt und senkrecht zur Bauteilseite des Linsenkörpers verläuft. Der Scheitelpunkt ist dabei der Punkt der Vertiefung mit dem größten Abstand senkrecht zur Bauteilseite. Dadurch lässt sich die Geometrie der Vertiefung vereinfachen.
Vorzugsweise sind die Bauteilseite, die Umgebungsseite und/oder die Reflektionsfläche parallel zueinander, sodass sich die Herstellung des Linsenkörpers weiter vereinfacht. Beispielsweise ist der Linsenkörper plattenförmig.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist an der Bauteilseite zumindest teilweise eine lichtundurchlässige Lage vorgesehen. Die lichtundurchlässige Lage ist zumindest teilweise in den Bereichen, in denen nicht die Vertiefung ist, angeordnet. Sie kann durch Aufbringen einer lichtundurchlässigen Folie hergestellt werden. Die lichtundurchlässige Lage ist somit nur auf der planen Fläche der Bauteilseite vorgesehen und damit einfach zu applizieren. Zudem verhindert sie, dass ungewünschtes Streulicht zum elektrooptischen Bauteil gelangt.
In einer Ausführungsvariante weist der Linsenkörper einen weiteren Linsenabschnitt auf, wobei der Sammellinsenabschnitt zumindest an der Stelle der Vertiefung ausgebildet ist, die dem weiteren Linsenabschnitt am nächsten ist, wodurch Störungen durch Streulicht aus weiteren Linsenabschnitten verhindert werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Vorrichtung ein Gehäuse auf, das zumindest den Linsenkörper teilweise umgibt, wobei das Gehäuse seitlich am Linsenkörper anliegt. Das Gehäuse ist lichtundurchlässig, sodass kein Licht durch die Stirnwände in den Linsenkörper eindringt. Auf diese Weise wird verhindert, dass Licht durch eine der Stirnseiten in den Linsenkörper eindringt und nach einer oder mehreren Totalreflektionen durch den Sammellinsenabschnitt zum elektrooptischen Bauteil gebrochen wird. Das Gehäuse kann beispielsweise durch Umspritzen des Linsenkörpers erzeugt werden.
Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Detektion von Umgebungslicht mit einer oben beschriebenen Sensorbaugruppe, die einen Lichtempfänger, einen Linsenkörper und eine Reflektionsfläche aufweist, wobei eine Vertiefung im Linsenkörper an der dem Lichtempfänger zugewandten Seite ausgebildet ist und wobei die Vertiefung und die Reflektionsfläche zusammenwirken, sodass aus einem vorbestimmten Winkelbereich auf die Sensorbaugruppe einfallendes Licht ausgeblendet wird. „Ausgeblendet“ bedeutet dabei, dass dieses Licht nicht zum Lichtempfänger gelangt.
Dabei werden die Strahlen des Strahlengangs, die vom Lichtempfänger ausgehen und die dem ausgeblendeten Licht entsprechen würden, an der Vertiefung derart gebrochen, dass sie an der Reflektionsfläche aufgrund von Totalreflektion vollständig reflektiert werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:

- 1 eine Elektrooptikbaugruppe aus dem Stand der Technik,
- 2 eine erfindungsgemäße Elektrooptikbaugruppe schematisch im Schnitt,
- 3 eine vergrößerte Ansicht eines Teils der erfindungsgemäßen Elektrooptikbaugruppe gemäß 2 im Bereich der Vertiefung,
- 4 eine schematische Draufsicht auf die Elektrooptikbaugruppe nach 2, und
- 5 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Elektrooptikbaugruppe schematisch im Schnitt.

In 2 ist eine Elektrooptikbaugruppe 10 mit einem Linsenkörper 12, einem elektrooptischen Bauteil 14 und einer Reflektionsfläche 16 dargestellt.
Das elektrooptische Bauteil 14 kann eine Lichtquelle oder ein Lichtempfänger sein, beispielsweise ein CMOS-Sensor sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das elektrooptische Bauteil 14 ein Lichtempfänger zur Messung des auf den Lichtempfänger eintreffenden Lichtes. Dadurch wird die Elektrooptikbaugruppe zu einer Sensorbaugruppe zur Detektion von Umgebungslicht.
Der Linsenkörper 12 ist aus einem im Sichtbaren nahezu transparenten Kunststoff durch Spritzguss hergestellt. Der Brechungsindex n₁ des Materials des Linsenkörpers 12 ist dabei größer als der Brechungsindex n_L von Luft.
Der Linsenkörper 12 ist in der gezeigten Ausführungsform plattenförmig mit Stirnseiten 17, einer Bauteilseite 18, die dem elektrooptischen Bauteil 14 zugewandt ist, und einer entgegengesetzten Umgebungsseite 20. Die Bauteilseite 18 und die Umgebungsseite 20 sind beispielsweise parallel zueinander.
Die Umgebungsseite 20 des Linsenkörpers 12 bildet im gezeigten Ausführungsbeispiel die Reflektionsfläche 16.
An seinen Stirnseiten 17 wird zumindest der Linsenkörper 12 von einem Gehäuse 22 der Elektrooptikbaugruppe 10 dicht umfasst. Das Gehäuse 22 ist dabei lichtundurchlässig, sodass kein Licht durch die Stirnseiten 17 in den Linsenkörper 12 gelangen kann.
Zur Herstellung des Gehäuses 22 kann der Linsenkörper 12 beispielsweise mit dem Material des Gehäuses 22 umspritzt werden.
Der Linsenkörper 12 weist zudem einen Linsenabschnitt 24 auf, in dem an der Bauteilseite 18 eine Vertiefung 26 im Linsenkörper 12 ausgebildet ist.
Außerdem ist an der Bauteilseite 18 eine lichtundurchlässige Lage 28 aufgebracht, die die Bauteilseite 18 bis auf den Bereich der Vertiefung 26 vollständig bedeckt.
Die lichtundurchlässige Lage 28 wird beispielsweise durch ein Heißsiegelverfahren mit einer lichtundurchlässigen Folie erzeugt.
Neben dem Linsenabschnitt 24 können im Linsenkörper 12 noch weitere Linsenabschnitte 30 vorgesehen sein, die weitere Vertiefungen 32 an der Bauteilseite 18 und/oder der Umgebungsseite 20 des Linsenkörpers 12 aufweisen.
In den 3 und 4 ist die Vertiefung 26 im Linsenabschnitt 24 vergrößert dargestellt. In 4 ist das elektrooptische Bauteil 14 gestrichelt und der Rand der Vertiefung 26 an der Bauteilseite 18 gepunktet dargestellt. Durch die Schraffur ist die lichtundurchlässige Lage 28 angedeutet.
Die Vertiefung 26 mündet an der Bauteilseite 18 mit einer Öffnung 33, die einen im Wesentlichen ovalen, elliptischen oder kreisförmigen Umfang hat. Auch kann die Öffnung 33 eine andere Form haben.
Die Vertiefung 26 verjüngt sich von der Bauteilseite 18 ausgehend, d.h. dass die Querschittsflächen der Vertiefung, die parallel zur Bauteilseite 18 liegen, von der Bauteilseite 18 ausgehend immer kleiner werden.
Kein Teil der Vertiefung 26 erstreckt sich somit über einen gedachten Zylinder hinaus, der die Öffnung 33 als Grundfläche hat.
Somit wird durch die Vertiefung 26 kein Hinterschnitt im Linsenkörper 12 gebildet.
Die Vertiefung 26 endet zudem an einem Scheitelpunkt P, der derjenige Punkt ist, der den größten Abstand senkrecht zur Bauteilseite 18 hat.
Das elektrooptische Bauteil 14 ist dabei auf einer Geraden G angeordnet, die durch den Scheitelpunkt P verläuft und senkrecht zur Bauteilseite 18 ist.
Die Vertiefung 26 weist einen Hauptlinsenabschnitt 35 und einen Sammellinsenabschnitt 36 auf, die sich jeweils beide von der Bauteilseite 18 aus erstrecken. Der Sammellinsenabschnitt 36 ist dabei im gezeigten Ausführungsbeispiel dem weiteren Linsenabschnitt 30 am nächsten.
Der Hauptlinsenabschnitt 35 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel als Zerstreuungslinsenabschnitt 34 ausgeführt, sodass im Folgenden vereinfacht nur vom Zerstreuungslinsenabschnitt 34 die Rede ist. Die Ausführungen gelten jedoch gleichermaßen auch für einen Hauptlinsenabschnitt 35, der nicht als Zerstreuungslinse sondern als Sammellinse wirkt. Dies gilt für alle Ausführungsformen.
Vom elektrooptischen Bauteil 14 aus betrachtet belegt der Sammellinsenabschnitt 36 einen Raumwinkel, der kleiner ist als der Raumwinkel des Zerstreuungslinsenabschnitts 34. In anderen Worten ist der Zerstreuungslinsenabschnitt 34 größer als der Sammellinsenabschnitt 36.
Beispielsweise liegt das Verhältnis des Raumwinkels des Sammellinsenabschnittes 36 zum Raumwinkel des Zerstreuungslinsenabschnittes 34 bei 1/4 oder darunter.
Der Zerstreuungslinsenabschnitt 34 hat eine Innenwand, die konkav ausgebildet ist. Im Übrigen hat die Innenwand des Zerstreuungslinsenabschnitts 34 eine Freiform.
Im Falle, dass der Hautplinsenabschnitt 35 als Sammellinse wirkt, ist die Innenwand konvex ausgebildet und im übrigen eine Freiform.
Die Innenwand des Sammellinsenabschnittes 36 ist im Gegensatz zum Zerstreuungslinsenabschnitt 34 konvex ausgeführt und kann ansonsten ebenfalls eine Freiform haben.
Der Übergang zwischen dem Zerstreuungslinsenabschnitt 34 und dem Sammellinsenabschnitt 36 ist abrupt, d. h. dass die Kontur der Innenwand am Übergang 38 nicht überall stetig differenzierbar ist.
Zusammen mit der Reflektionsfläche 16 bildet der Zerstreuungslinsenabschnitt 34 der Vertiefung 26 eine Linse des Linsenabschnitts 24. Die Reflektionsfläche 16 und die Innenwand der Vertiefung 26 sind dabei die lichtbrechenden Flächen dieser Linse.
Durch den Zerstreuungslinsenabschnitt 34 und die Reflektionsfläche 16 wird somit eine Zerstreuungslinse gebildet, die Umgebungslicht zum elektrooptischen Bauteil 14 bricht, das über einen weiten Winkelbereich auf die Umgebungsseite 20 fällt.
In 2 ist der Strahlengang aller Strahlen eingezeichnet, die auf das elektrooptische Bauteil 14, hier also den Lichtempfänger treffen. Dieser Strahlengang ist identisch mit einem Strahlengang, der entsteht, wenn das elektrooptische Bauteil 14 eine Lichtquelle ist.
Strahlen des Umgebungslichtes Su werden an der Reflektionsfläche 16, also an der Umgebungsseite 20 des Linsenkörpers 12, zum ersten Mal gebrochen und verlaufen zur Vertiefung 26 hin.
Das Umgebungslicht Su verläuft dann auf den Zerstreuungslinsenabschnitt 34 zu und wird dort nochmals derart gebrochen, dass das Umgebungslicht Su komplett auf das elektrooptische Bauteil 14 fällt.
Die Innenwand des Zerstreuungslinsenabschnittes 34 kann dabei sphärisch sein, um Umgebungslicht Su gleichmäßig aufzusammeln. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Zerstreuungslinsenabschnitt 34 jedoch eine Freiform, die so gewählt ist, dass Umgebungslicht Su aus bestimmten Winkelbereichen vermehrt aufgefangen wird.
Neben den Strahlen des Umgebungslichtes S_U, weist der Strahlengang noch die Strahlen S_A auf, die durch den Sammellinsenabschnitt 36 der Vertiefung 26 verlaufen und als ausgeblendete Strahlen S_A bezeichnet werden.
Zwischen dem Linsenkörper 12 und dem elektrooptischen Bauteil 14 verlaufen die ausgeblendeten Strahlen S_A in dem Raumwinkel, der ausgeblendet werden soll.
Vom elektrooptischen Bauteil 14 aus betrachtet verlaufen die ausgeblendeten Strahlen S_A auf den Sammellinsenabschnitt 36 und werden vom Sammellinsenabschnitt 36 derart gebrochen, dass sie flach auf die Reflektionsfläche 16 treffen.
Die Form des Sammellinsenabschnittes 36 kann so gewählt sein, dass die Strahlen S_A im Linsenkörper 12 parallel verlaufen, nachdem sie den Sammellinsenabschnitt 36 passiert haben.
Die ausgeblendeten Strahlen S_A treffen nun in einem Einfallswinkel α auf die Reflektionsfläche 16, wobei der Einfallswinkel α dabei als der Winkel zwischen dem Strahl S_A und dem Lot auf die Reflektionsfläche 16 definiert ist.
Der Einfallswinkel α ist dabei größer oder gleich dem kritischen Winkel θ_c der Totalreflektion an der Reflektionsfläche 16, wobei die Grenzfläche für die Totalreflektion die Grenzfläche zwischen Luft und dem Material des Linsenkörpers 12 ist. Der kritische Winkel θ_c ergibt sich dabei aus der bekannten folgenden Formel: $θ_{c} = arcsin (\frac{n_{L}}{n_{1}})$
Dabei ist n₁ der Brechungsindex des Materials des Linsenkörpers 12 und n_L der Brechungsindex von Luft.
Da der Einfallswinkel α größer oder gleich dem kritischen Winkel θ_c der Totalreflektion ist, werden die ausgeblendeten Strahlen S_A vollständig an der Reflektionsfläche 16 reflektiert und verlassen den Linsenkörper 12 nicht.
Strahlen, die in 2 nicht eingezeichnet sind, werden durch die lichtundurchlässige Lage 28 daran gehindert, zum Bauteil 14 zu gelangen.
Somit gibt es keine Strahlen, die aus dem in 2 gestrichelt eingezeichneten Winkelbereich W, der ausgeblendet werden soll, zum elektrooptischen Bauteil 14 führen. Dementsprechend ist der Winkelbereich W ausgeblendet.
Somit wirken die Reflektionsfläche 16 und der Sammellinsenabschnitt 36 der Vertiefung 26 derart zusammen, dass Licht aus dem vorbestimmten Winkelbereich W, der ausgeblendet werden soll, nicht zum elektrooptischen Bauteil 14 gelangt.
In 5 ist eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Elektrooptikbaugruppe 10 dargestellt, die im Wesentlichen der Elektrooptikbaugruppe 10 der ersten Ausführungsform entspricht. Im Folgenden wird daher lediglich auf die Unterschiede eingegangen, und gleiche und funktionsgleiche Teile sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die Elektrooptikbaugruppe 10 der zweiten Ausführungsform weist eine Scheibe 42 auf, die beispielsweise die Windschutzscheibe oder eine andere Scheibe eines Fahrzeugs sein kann.
Die Scheibe 42 hat eine Außenseite 46 und eine Innenseite 48, an der der Linsenkörper 12 mit seiner Umgebungsseite 20 befestigt ist.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt die Befestigung mittels einer transparenten Silikonlage 44, die zwischen der Scheibe 42 und der Umgebungsseite 20 des Linsenkörpers 12 vorgesehen ist.
In dieser zweiten Ausführungsform wird die Reflektionsfläche 16 nicht durch die Umgebungsseite 20 des Linsenkörpers 12 gebildet, sondern durch die von der dem elektrooptischen Bauteil 14 abgewandten Außenseite 46 der Scheibe 42.
Dementsprechend ist die Grenzfläche der Totalreflektion nun die Grenzfläche zwischen dem Material der Scheibe 42 und Luft. Wenn sich nun der Brechungsindex des Materials der Scheibe 42 von dem Brechungsindex des Materials des Linsenkörper 12 unterscheidet, ergibt sich im Vergleich zur ersten Ausführungsform ein anderer kritischer Winkel θ_c der Totalreflektion. Der kritische Winkel ist nun: $θ_{c} = arcsin (\frac{n_{L}}{n_{2}}),$
wobei n₂ der Brechungsindex des Materials Scheibe 42 ist und n₂ > n_L gilt.
Auch in diesem Falle ist die Form des Sammellinsenabschnittes 36 so gewählt, dass die ausgeblendeten Strahlen S_A durch den Sammellinsenabschnitt 36 verlaufen und an der Reflektionsfläche 16, hier also der Außenseite 46 der Scheibe 42, vollständig reflektiert werden.
Bei beiden Ausführungsformen, insbesondere jedoch bei der zweiten Ausführungsform, ist es denkbar, dass die Reflektionsfläche 16, also die Umgebungsseite 20 des Linsenkörpers 12 und/oder die Außenseite 46 der Scheibe 42, gewölbt ist. Auch diese Wölbung kann durch die Form des Sammellinsenabschnittes 36 dahingehend berücksichtigt werden, dass trotzdem an jeder Stelle der Reflektionsfläche 16 eine Totalreflektion der ausgeblendeten Strahlen S_A erfolgt. Somit ist eine Wölbung kein prinzipielles Problem, sondern nur ein Problem der präzisen Berechnung und Herstellung des Sammellinsenabschnittes 36 des Linsenkörpers 12.
Aus diesem Grund bietet es sich an, den Einfallswinkel α deutlich größer als den kritischen Winkel θ_c zu wählen, um ein gewisses Maß an Ungenauigkeiten durch Fertigungstoleranzen kompensieren zu können.

Claims

Elektrooptikbaugruppe (10), die als Sensorbaugruppe zur Detektion von Umgebungslicht ausgebildet ist, mit einer Reflektionsfläche (16), einem Linsenkörper (12) und einem elektrooptischen Bauteil (14), wobei das elektrooptische Bauteil (14) ein Lichtempfänger ist, wobei der Linsenkörper (12) eine Umgebungsseite (20), eine Bauteilseite (18) und einen Linsenabschnitt (24) aufweist, wobei im Linsenabschnitt (24) eine von der Bauteilseite (18) ausgehende Vertiefung (26) im Linsenkörper (12) vorgesehen ist, die zusammen mit der Reflektionsfläche (16) im Linsenabschnitt (24) eine Linse für das elektrooptische Bauteil (14) bildet, wobei die Vertiefung (26) einen Hauptlinsenabschnitt (35) aufweist, wobei der Hauptlinsenabschnitt (35) als Zerstreuungslinsenabschnitt (34) mit einer konkaven Innenwand ausgebildet ist, und wobei die Vertiefung (26) einen Sammellinsenabschnitt (36) mit einer konvexen Innenwand aufweist, wobei die Innenwand des Sammellinsenabschnitts (36) so geformt ist, dass die Strahlen (S_A) des Strahlengangs, die durch den Sammellinsenabschnitt (36) zum elektrooptischen Bauteil (14) verlaufen, so auf die Reflektionsfläche (16) treffen, dass der Einfallswinkel (α) an der Reflektionsfläche (16) größer oder gleich dem kritischen Winkel (θ_c) der Totalreflektion an der Reflektionsfläche (16) ist.
Elektrooptikbaugruppe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umgebungsseite (20) des Linsenkörpers (12) die Reflektionsfläche (16) bildet.
Elektrooptikbaugruppe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrooptikbaugruppe (10) eine Scheibe (42), insbesondere eine Windschutzscheibe eines Fahrzeugs, aufweist, an der der Linsenkörper (12) befestigt ist, wobei die vom elektrooptischen Bauteil (14) abgewandte Seite der Scheibe (42) die Reflektionsfläche (16) bildet.
Elektrooptikbaugruppe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwand des Sammellinsenabschnitts (36) so geformt ist, dass die Strahlen (S_A) des Strahlengangs, die durch den Sammellinsenabschnitt (36) zum elektrooptischen Bauteil (14) verlaufen, außerhalb des Linsenabschnittes (24) parallel verlaufen.
Elektrooptikbaugruppe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (26) zur Bauteilseite (18) hin eine Öffnung (33) aufweist, wobei sich die Vertiefung (26) vollständig innerhalb eines gedachten Zylinders erstreckt, dessen Grundfläche die Öffnung (33) der Vertiefung (26) ist.
Elektrooptikbaugruppe (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche der Vertiefung (26) parallel zur Bauteilseite (18) von der Bauteilseite (18) ausgehend immer kleiner wird.
Elektrooptikbaugruppe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Raumwinkel, der vom Sammellinsenabschnitt (36) belegt ist, kleiner ist als der Raumwinkel, der vom Hauptlinsenabschnitt (35) belegt ist.
Elektrooptikbaugruppe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Sammellinsenabschnitt (36) und/oder der Hauptlinsenabschnitt (35) von der Bauteilseite (18) des Linsenkörpers (12) aus erstrecken.
Elektrooptikbaugruppe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang (38) zwischen dem Hauptlinsenabschnitt (35) und dem Sammellinsenabschnitt (36) abrupt ist.
Elektrooptikbaugruppe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (26) einen Scheitelpunkt (P) hat, wobei das elektrooptische Bauteil (14) auf einer Geraden (G) liegt, die durch den Scheitelpunkt (P) und senkrecht zur Bauteilseite (18) des Linsenkörpers (12) verläuft.
Elektrooptikbaugruppe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteilseite (18), die Umgebungsseite (20) und/oder die Reflektionsfläche (16) parallel zueinander sind.
Elektrooptikbaugruppe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Bauteilseite (18) zumindest teilweise eine lichtundurchlässige Lage (28) vorgesehen ist.
Elektrooptikbaugruppe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Linsenkörper (12) einen weiteren Linsenabschnitt (30) aufweist, wobei der Sammellinsenabschnitt (36) zumindest an der Stelle der Vertiefung (26) ausgebildet ist, die dem weiteren Linsenabschnitt (30) am nächsten ist.
Elektrooptikbaugruppe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrooptikbaugruppe (10) ein Gehäuse (22) aufweist, das zumindest den Linsenkörper (12) teilweise umgibt, wobei das Gehäuse (22) seitlich am Linsenkörper (12) anliegt.
Verfahren zur Detektion von Umgebungslicht mit einer Elektrooptikbaugruppe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die einen Lichtempfänger, einen Linsenkörper (12) und eine Reflektionsfläche (16) aufweist, wobei eine Vertiefung (26) im Linsenkörper (12) an der dem Lichtempfänger zugewandten Seite ausgebildet ist, und wobei die Vertiefung (26) und die Reflektionsfläche (16) zusammenwirken, sodass aus einem vorbestimmten Winkelbereich (W) auf die Sensorbaugruppe einfallendes Licht ausgeblendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlen (S_A) des Strahlengangs, die vom Lichtempfänger ausgehen und dem ausgeblendeten Licht entsprechen würden, an der Vertiefung (26) derart gebrochen werden, dass sie an der Reflektionsfläche (16) aufgrund von Totalreflektion vollständig reflektiert werden.