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Die Erfindung betrifft eine optische Baugruppe für eine optische Sensorvorrichtung, insbesondere für eine optische Sensorvorrichtung eines Kraftfahrzeugs, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer optischen Baugruppe.
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Optische Sensorvorrichtungen werden in Kraftfahrzeugen beispielsweise als Regensensoren eingesetzt, die eine Benetzung einer Windschutzscheibe detektieren.
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Solche Regensensoren weisen typischerweise eine Lichtquelle, eine an der Windschutzscheibe befestigte Linsenplatte und einen Lichtempfänger auf. Die Linsenplatte hat typischerweise auf einer der Lichtquelle zugeordneten Seite eine Linsenstruktur und auf einer der Lichtquelle abgewandten Seite eine Lichtauskoppelstruktur.
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Von der Lichtquelle emittiertes Licht wird mittels der Linsenstruktur in die Linsenplatte eingekoppelt, wobei die Lichtstrahlen in der Linsenplatte im Wesentlichen parallel verlaufen. Die Lichtauskoppelstruktur lenkt die Lichtstrahlen dann um ca. 45° hin zu einem Messbereich auf der Windschutzscheibe um. Bei trockener Scheibe werden die Lichtstrahlen dort totalreflektiert, während bei benetzter Scheibe ein Teil der Lichtstrahlen aus der Scheibe austritt. Aus der Veränderung der Lichtintensität des reflektierten Lichts lässt sich daher eine Benetzung der Windschutzscheibe detektieren.
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Jedoch ist bei aus dem Stand der Technik bekannten Linsenplatten die Empfindlichkeit für Lichtauskopplung im Messbereich nicht gleichmäßig, sondern weist typischerweise die Form einer Gauß-Verteilung auf (also ein deutliches Maximum in der Mitte und zu den Rändern hin stark abfallend). Eine Benetzung am Rand des Messbereichs hat also einen deutlich geringeren Abfall der Lichtintensität des reflektierten Lichts zur Folge als eine Benetzung eines zentralen Abschnitts des Messbereichs und ist somit schwerer zu detektieren. Folglich kann eine Benetzung der Windschutzscheibe nicht im gesamten Messbereich zuverlässig erkannt werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine optische Baugruppe sowie ein Verfahren zur Herstellung bereitzustellen, bei der bzw. dem die Nachteile aus dem Stand der Technik verbessert sind.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine optische Baugruppe für eine optische Sensorvorrichtung, insbesondere für eine optische Sensorvorrichtung eines Kraftfahrzeugs, mit einer Linsenplatte, einer Lichtquelle und einer Lichtempfangseinheit, wobei die Linsenplatte auf einer der Lichtquelle zugeordneten Seite eine Linsenstruktur aufweist und auf einer der Lichtquelle abgewandten Seite eine Lichtauskoppelstruktur aufweist, wobei die Linsenstruktur unterschiedliche lokale Krümmungsradien aufweist.
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Unter „lokal“ ist dabei und im Folgenden „in einer vordefinierten Umgebung eines Punktes“ zu verstehen. Folglich ist unter „unterschiedliche lokale Krümmungsradien“ also zu verstehen, dass die Krümmung der Linsenstruktur durchaus abschnittsweise konstant sein kann, sich jedoch über die Linsenstruktur hinweg ändert.
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Die lokalen Krümmungsradien sind erfindungsgemäß derart gewählt, dass eine vordefinierte Verteilung von durch die Lichtauskoppelstruktur austretendem Licht erreicht ist, insbesondere in einem der optischen Baugruppe zugeordneten Messbereich.
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Die Verteilung des Lichts ist dabei derart, dass eine an der Lichtempfangseinheit empfangene Intensitätsänderung lediglich von einer Gesamtfläche abhängig ist, auf der von der Lichtquelle erzeugte und durch die Lichtauskoppelstruktur austretende Lichtstrahlen im Messbereich ausgekoppelt sind.
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Die an der Lichtempfangseinheit detektierte Intensitätsänderung hängt also nicht vom Ort der Auskopplung von Lichtstrahlen im Messbereich ab. Die Lichtempfangseinheit ist daher gegenüber einer Auskopplung von Lichtstrahlen im gesamten Messbereich gleich empfindlich.
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Dementsprechend lässt sich der gesamte Messbereich (also insbesondere auch dessen Randbereiche) für Messungen heranziehen, insbesondere zur Detektion einer Benetzung einer Windschutzscheibe des Kraftfahrzeugs. Insbesondere lässt sich so also eine Benetzung der Windschutzscheibe im gesamten Messbereich (auch in dessen Randbereichen) zuverlässig detektieren.
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Die Oberfläche der Linsenstruktur weist also eine sich ändernde Krümmung auf. Bei im Wesentlichen konstanter Krümmung würde sich ein Transmissionswinkel von Lichtstrahlen (gemessen gegen eine Axialrichtung der Linsenplatte), die von der Lichtquelle ausgehend auf die Linsenstruktur treffen und in die Linsenplatte eintreten, aufgrund sphärischere Aberration zwar ändern, jedoch nur unwesentlich. Durch eine veränderliche Krümmung der Linsenplatte ist die Form der Linsenstruktur und damit ein lokaler Auftreffwinkel der Lichtstrahlen auf die Linsenstruktur derart verändert, dass der Transmissionswinkel der Lichtstrahlen vom Ort des Auftreffens auf die Linsenstruktur abhängig ist, was eine veränderte Intensitätsverteilung in der Linsenplatte und auch im Messbereich zur Folge hat.
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Der Erfindung basiert auf dem Grundgedanken, dass nicht nur in der Linsenplatte entlang der Axialrichtung zueinander parallel verlaufende Lichtstrahlen den Messbereich erreichen, sondern dass die Lichtauskoppelstruktur vielmehr einen Akzeptanzwinkelbereich aufweist, in dem durch die Linsenplatte verlaufende Lichtstrahlen den Messbereich nach Austritt aus der Lichtauskoppelstruktur noch erreichen. Durch Änderung der lokalen Krümmung der Linsenstruktur ändert sich der lokale Transmissionswinkel der Linsenstruktur. Die lokale Krümmung der Linsenstruktur wird dabei derart gewählt, dass zum einen möglichst viele Lichtstrahlen im Akzeptanzwinkelbereich der Lichtauskoppelstruktur liegen, sodass eine möglichst große Lichtausbeute erreicht ist, und zum anderen die Lichtempfangseinheit eine Auskopplung von Licht im gesamten Messbereich gleichmäßig detektieren kann, also eine gleichmäßige Verteilung des nutzbaren Lichts im Messbereich erreicht ist.
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Vorzugsweise sind die unterschiedlichen lokalen Krümmungsradien also so gewählt, dass durch die Lichtauskoppelstruktur austretendes Licht zumindest in einem der optischen Baugruppe zugeordneten Messbereich derart verteilt ist, dass bei einer Ausblendung von Lichtstrahlen im Messbereich eine an der Lichtempfangseinheit empfangene Intensitätsänderung lediglich von einer Gesamtfläche abhängig ist, auf der die Lichtstrahlen im Messbereich ausgekoppelt werden.
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Ein Aspekt sieht vor, dass die Linsenstruktur eine Fresnel-Linse bildet. Insbesondere sind lokale Krümmungsradien von Rillen der Fresnel-Linse wie oben beschrieben derart gewählt, dass bei einer Auskopplung von Licht im Messbereich eine an der Lichtempfangseinheit empfangene Intensitätsänderung lediglich von der Gesamtfläche abhängig ist, auf der die Lichtstrahlen im Messbereich ausgekoppelt sind. Die Ausgestaltung der Linsenstruktur als Fresnel-Linse ermöglicht gegenüber einer herkömmlichen Linsenstruktur einen besonders kompakten Aufbau der optischen Baugruppe.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein lokaler Krümmungsradius der Linsenstruktur abschnittsweise durch eine lineare Funktion oder durch eine nicht-lineare Funktion beschrieben. Die lineare oder nicht-lineare Funktion gibt dabei die lokale Krümmung der Linsenstruktur als Funktion des horizontalen Abstands von einem vordefinierten Punkt der Linsenstruktur an, beispielsweise von einem Mittelpunkt der Linsenstruktur. Dementsprechend ändert sich die Krümmung der Linsenstruktur und damit der lokale Transmissionswinkel ausgehend von dem vordefinierten Punkt linear oder nicht-linear. Die lokalen Transmissionswinkel lassen sich also durch Wahl der Funktion derart anpassen, dass bei einer Auskopplung von Licht im Messbereich eine an der Lichtempfangseinheit empfangene Intensitätsänderung lediglich von der Gesamtfläche abhängig ist, auf der die Lichtstrahlen im Messbereich ausgekoppelt sind. Zudem lassen sich die Transmissionswinkel durch Wahl der Funktion derart anpassen, dass möglichst viele Lichtstrahlen im Akzeptanzwinkelbereich der Lichtauskoppelstruktur liegen.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Funktion monoton, insbesondere streng monoton. Dementsprechend ändert sich der Transmissionswinkel ebenfalls monoton, insbesondere streng monoton. Beispielsweise ist die Funktion (streng) monoton fallend, sodass der Transmissionswinkel (streng) monoton ansteigt.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass wenigstens eine Rille der Fresnel-Linse durch die Funktion beschrieben ist. Die lineare oder nicht-lineare Funktion gibt also die lokale Krümmung der Rille der Fresnel-Linse als Funktion des horizontalen Abstands von einem vordefinierten Punkt der Linsenstruktur an, beispielsweise von einem Anfangspunkt der Rille (also von dem Punkt der Rille, der dem Mittelpunkt der Fresnel-Linse am nächsten liegt).
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Mehrere Rillen der Fresnel-Linse können jeweils durch die gleiche Funktion oder durch unterschiedliche Funktionen beschrieben sein. Es handelt sich also insbesondere um eine abschnittsweise definierte Funktion.
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Gemäß einem anderen Aspekt ist die Lichtquelle in einem Brennpunkt der Linsenstruktur angeordnet. Dadurch ist eine Lichtausbeute der optischen Baugruppe verbessert. Unter Brennpunkt ist dabei insbesondere der Punkt zu verstehen, der bei konstanter Krümmung der Linsenstruktur der Brennpunkt wäre.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Linsenstruktur bereichsweise Anti-Transmissionsmerkmale auf. Insbesondere sind die Anti-Transmissionsmerkmale dazu ausgebildet, einen Eintritt der von der Lichtquelle kommenden Lichtstrahlen in die Linsenplatte zu verhindern oder zumindest die Lichtintensität abzuschwächen. Die Anti-Transmissionsmerkmale sind beispielsweise durch eine absorbierende Beschichtung der Linsenstruktur gebildet. Vorzugsweise sind die Anti-Transmissionsmerkmale derart angeordnet, dass ein zentrales Intensitätsmaximum im Messbereich abgeschwächt wird. In Verbindung mit der erfindungsgemäßen Gestaltung der Linsenstruktur im Hinblick auf die lokalen Krümmungsradien ergibt sich eine besonders homogene Empfindlichkeit der Lichtempfangseinheit in Bezug auf Lichtauskopplung im Messbereich.
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Gemäß einem weiteren Aspekt sind einzelne Rillen der Fresnel-Linse mit Anti-Transmissionsmerkmalen versehen. Insbesondere sind die Anti-Transmissionsmerkmale dazu ausgebildet, einen Eintritt der von der Lichtquelle kommenden Lichtstrahlen durch einzelne Rillen der Fresnel-Linse in die Linsenplatte zu verhindern oder zumindest die Lichtintensität abzuschwächen. Die Anti-Transmissionsmerkmale sind beispielsweise durch eine absorbierende Beschichtung einzelner Rillen der Fresnel-Linse gebildet. Vorzugsweise sind die Anti-Transmissionsmerkmale derart angeordnet, dass ein zentrales Intensitätsmaximum im Messbereich abgeschwächt wird. In Verbindung mit der erfindungsgemäßen Gestaltung der Linsenstruktur im Hinblick auf die lokalen Krümmungsradien ergibt sich eine besonders homogene Empfindlichkeit der Lichtempfangseinheit in Bezug auf Lichtauskopplung im Messbereich.
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Die Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer optischen Baugruppe, insbesondere einer oben beschriebenen optischen Baugruppe, die eine Linsenplatte, eine Lichtquelle und eine Lichtempfangseinheit aufweist, wobei die Linsenplatte auf einer der Lichtquelle zugeordneten Seite eine Linsenstruktur aufweist und auf einer der Lichtquelle abgewandten Seite eine Lichtauskoppelstruktur aufweist, mit den folgenden Schritten:
- - Festlegen einer Brennweite und einer Transmissionsfunktion der Linsenstruktur; und
- - Ermitteln einer Krümmungsfunktion, die die lokale Krümmung der Linsenstruktur beschreibt;
wobei die Krümmungsfunktion derart ist, dass eine Leistungsdichte von Licht, das von einem Brennpunkt der Linsenstruktur kommend durch die Linsenstruktur tritt, der festgelegten Transmissionsfunktion entspricht.
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Insbesondere ist die oben beschrieben erfindungsgemäße optische Baugruppe durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer optischen Baugruppe erhältlich.
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Die Transmissionsfunktion beschreibt also eine Intensität des Lichts, das durch die Linsenstruktur in die Linsenplatte eintritt, insbesondere in Abhängigkeit von einem horizontalen Abstand von einem vordefinierten Punkt der Linsenstruktur, beispielsweise von einem Mittelpunkt der Linsenstruktur oder, falls die Linsenstruktur als Fresnel-Linse ausgebildet ist, von einem Anfangspunkt einer Rille der Fresnel-Linse. In der Terminologie der geometrischen Optik ausgedrückt bedeutet dies, dass Lichtstrahlen, die von der Lichtquelle ausgehend auf die Linsenstruktur treffen, jeweils ein Transmissionswinkel zugeordnet wird, der derart ist, dass eine gewünschte Verteilung des von der Lichtquelle erzeugten Lichts in der Linsenplatte erreicht ist, insbesondere eine gewünschte Intensitätsverteilung (also die gewünschte Leistungsdichte) des nutzbaren Lichtanteils. Insbesondere verlaufen die Lichtstrahlen dabei in der Linsenplatte nicht parallel.
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Die Transmissionsfunktion kann dabei von mehreren Parametern der optischen Baugruppe und/oder der Sensorvorrichtung abhängen. Die Parameter umfassen beispielsweise eine oder mehrere der folgenden Größen: Abstand zwischen Lichtquelle und Lichtempfangseinheit (gemessen in Transversalrichtung der Linsenplatte), Dicke der Linsenplatte (gemessen in Axialrichtung der Linsenplatte), Dicke einer (Windschutz-)Scheibe (gemessen in Axialrichtung), Dicke einer Koppelstruktur (gemessen in Axialrichtung), Brechungsindex der Linsenplatte, Brechungsindex der Koppelstruktur, Brechungsindex der (Windschutz-)Scheibe und/oder Akzeptanzwinkelbereich der Lichtauskoppelstruktur.
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Vorzugsweise ist die Transmissionsfunktion derart, dass bei einer Auskopplung von Licht im Messbereich eine an der Lichtempfangseinheit empfangene Intensitätsänderung lediglich von der Gesamtfläche abhängig ist, auf der die Lichtstrahlen im Messbereich ausgekoppelt sind. Bezüglich der Vorteile wird auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
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Weitere Vorteile und Eigenschaften ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In diesen zeigen:
- - 1 einen Querschnitt durch einen Regensensor mit einer optischen Baugruppe aus dem Stand der Technik;
- - 2 eine Detailansicht eines Abschnitts einer erfindungsgemäßen optischen Baugruppe; und
- - 3 ein schematisches Ablaufdiagramm der Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In 1 ist eine Sensorvorrichtung 10 aus dem Stand der Technik gezeigt, die in der hier gezeigten Variante als Regensensor für ein Kraftfahrzeug ausgebildet ist.
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Die Sensorvorrichtung 10 umfasst eine optische Baugruppe 12, die mittels einer Koppelschicht 14 an einer Scheibe 16 angebracht ist, die insbesondere eine Windschutzscheibe des Kraftfahrzeugs ist. Die Koppelschicht 14 weist dabei vorzugsweise einen ähnlichen Brechungsindex auf wie die Scheibe 16.
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Die optische Baugruppe 12 umfasst eine Lichtquelle 18, eine Lichtempfangseinheit 20 sowie eine Linsenplatte 22.
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Die Linsenplatte 22 weist lichtquellenseitig eine erste Linsenstruktur 24' auf, die an einer der Lichtquelle18 zugeordneten Seite der Linsenplatte 22 vorgesehen ist. Ferner umfasst die Linsenplatte 22 lichtquellenseitig eine Lichtauskoppelstruktur 26, die an einer der Scheibe 16 zugeordneten Seite der Linsenplatte 22 vorgesehen ist.
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Vorzugsweise ist die Lichtquelle 18 dabei in einem Brennpunkt der ersten Linsenstruktur 24' angeordnet.
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Außerdem weist die Linsenplatte 22 in der gezeigten Variante lichtempfängerseitig eine zweite Linsenstruktur 28 auf, die an einer der Lichtempfangseinheit 20 zugeordneten Seite der Linsenplatte 22 vorgesehen ist.
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Ferner umfasst die Linsenplatte 22 lichtempfängerseitig eine Lichteinkoppelstruktur 30, die an einer der Scheibe 16 zugeordneten Seite der Linsenplatte 22 vorgesehen ist.
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Vorzugsweise ist die Lichtempfangseinheit 20 in einem Brennpunkt der zweiten Linsenstruktur 28 angeordnet.
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In der in 1 gezeigten Variante sind die beiden Linsenstrukturen 24', 28 jeweils als Fresnel-Linse ausgebildet, während die Lichtauskoppelstruktur 26 und die Lichteinkoppelstruktur 30 jeweils als Fresnel-Prisma ausgestaltet sind. Die Linsenstrukturen 24', 28, die Lichtauskoppelstruktur 26 und die Lichteinkoppelstruktur 30 können jedoch jeweils auch jede andere geeignete Form aufweisen.
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Die Funktionsweise der in 1 gezeigten Sensorvorrichtung 10 wird im Folgenden dargelegt.
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Die Lichtquelle 18 emittiert Lichtstrahlen 32, die von der ersten Linsenstruktur 24' derart gebrochen werden, dass sie innerhalb der Linsenplatte 22 im Wesentlichen parallel entlang einer Axialrichtung A der Linsenplatte 22 verlaufen. Anders ausgedrückt weist die erste Linsenstruktur 24' also eine im Wesentlichen konstante Krümmung auf.
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Die Lichtauskoppelstruktur 26 lenkt die Lichtstrahlen 32 um in etwa 45° hin zu einem der Sensorvorrichtung 10 zugeordneten Messbereich 34 auf der Scheibe 16 um.
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Bei trockener (also nicht benetzter Scheibe) werden die Lichtstrahlen 32 am Übergang von der Scheibe 16 zur Umgebung totalreflektiert, mittels der Lichteinkoppelstruktur 30 wieder in die Linsenplatte 22 eingekoppelt und mittels der zweiten Linsenstruktur 28 auf der Lichtempfangseinheit 20 gebündelt.
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Bei benetzter Scheibe 16 tritt hingegen wegen des geringeren Unterschieds der Brechungsindizes von Scheibe 16 und Wasser in den benetzten Bereichen keine Totalreflexion auf, weswegen zumindest ein Teil der Lichtstrahlen 32 aus der Scheibe 16 austritt. Eine Lichtintensität der Lichtstrahlen 32, die die Lichtempfangseinheit 20 erreichen, ist daher reduziert und die Benetzung der Scheibe 16 somit detektierbar.
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In der in 1 gezeigten Variante der Sensorvorrichtung 10 weist die Leistungsdichte der Lichtstrahlen im Messbereich 34 typischerweise im Wesentlichen die Form einer Gauß-Verteilung auf. Im Zentrum des Messbereichs 34 ist die Lichtintensität also hoch, während sie zu den Rändern des Messbereichs 34 hin stark abfällt. Auch die Empfindlichkeit, mit der die Lichtempfangseinheit 20 Lichtstrahlen aus dem Messbereich 34 empfängt, weist typischerweise im Wesentlichen die Form einer Gauß-Verteilung auf. Die Detektionsempfindlichkeit, mit der eine Lichtauskopplung auf dem Messbereich 34 festgestellt werden kann, folgt damit im Wesentlichen einer Multiplikation zweier Gauß-Funktionen. Durch die entstehende starke Empfindlichkeitsüberhöhung in der Mitte und den starken Abfall am Rand ist nicht der gesamte Messbereich 34 zur Detektion einer Benetzung der Scheibe 16 nutzbar. Außerdem kann wegen der unterschiedlichen Empfindlichkeit nicht sicher ermittelt werden, wie groß die Fläche einer etwaigen Lichtauskopplung war, d.h. die Größe eines Wassertropfens auf dem Messbereich 34 ist nicht sicher feststellbar.
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Dieses Problem wird durch eine veränderte Gestaltung der ersten Linsenstruktur 24 behoben, wie sie beispielhaft in 2 gezeigt ist. Die Änderung verfolgt das Ziel, die Leistungsdichte der Lichtstrahlen auf dem Messbereich 34 so verändern, dass die Multiplikation der Leistungsdichte im Messbereich 34 mit der Empfindlichkeitsverteilung der Lichtempfangseinheit 20 einen im Wesentlichen konstanten Verlauf ergibt.
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Damit ist eine an der Lichtempfangseinheit 20 empfangene Intensitätsänderung bei einer Auskopplung von Licht im Messbereich 34 lediglich von der Gesamtfläche abhängig, auf der die Lichtstrahlen im Messbereich 34 ausgekoppelt werden (beispielsweise wegen einer Benetzung der Scheibe 16).
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Die in 2 gezeigte erste Linsenstruktur 24 unterscheidet sich dahingehend von der in 1 gezeigten Variante, dass eine lokale Krümmung der ersten Linsenstruktur 24 nicht konstant, sondern vielmehr ortsabhängig ist. Anders ausgedrückt ist die lokale Krümmung der ersten Linsenstruktur 24 eine Funktion des horizontalen Abstands (gemessen entlang einer Transversalrichtung T der ersten Linsenstruktur 24) von einem vordefinierten Punkt, beispielsweise von einem Mittelpunkt der ersten Linsenstruktur 24 oder von einem Anfangspunkt einer Rille.
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Dies hat zur Folge, dass Lichtstrahlen 32, die von der Lichtquelle 18 ausgesandt werden und durch die erste Linsenstruktur 24 in die Linsenplatte 22 eintreten, in der Linsenplatte 22 nicht alle parallel zur Axialrichtung A verlaufen, sondern vielmehr abhängig von der lokalen Krümmung der ersten Linsenstruktur 24 einen Transmissionswinkel θ mit der Axialrichtung A einschließen.
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Die Form der ersten Linsenstruktur 24 wird mittels des im Folgenden anhand der 1 bis 3 beschriebenen Verfahrens derart angepasst, dass bei einer Auskopplung von Licht im Messbereich 34 eine an der Lichtempfangseinheit 20 empfangene Intensitätsänderung lediglich von der Gesamtfläche abhängig ist, auf der die Lichtstrahlen im Messbereich 34 ausgekoppelt werden (beispielsweise wegen einer Benetzung der Scheibe 16).
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Zunächst wird eine gewünschte Brennweite und eine gewünschte Transmissionsfunktion der ersten Linsenstruktur 24 festgelegt (Schritt S1).
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Die Lichtquelle 18 wird in Axialrichtung A um die gewünschte Brennweite von der ersten Linsenstruktur 24 beabstandet vorgesehen, insbesondere einem Mittelpunkt der ersten Linsenstruktur 24 gegenüberliegend.
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Die Transmissionsfunktion beschreibt eine Intensität des Lichts, das durch die erste Linsenstruktur 24 in die Linsenplatte 22 eintritt, insbesondere in Abhängigkeit von einem horizontalen Abstand von einem vordefinierten Punkt der ersten Linsenstruktur 24 (gemessen in Transversalrichtung T), beispielsweise von dem Mittelpunkt der ersten Linsenstruktur 24 oder, wie im folgenden Beispiel beschrieben, von einem Anfangspunkt einer Rille der als Fresnel-Linse ausgebildeten ersten Linsenstruktur 24.
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Die Oberfläche der ersten Linsenstruktur 24 wird an dem Anfangspunkt einer Rille der ersten Linsenstruktur 24 derart angepasst, dass der gebrochene Lichtstrahl in der Linsenplatte 22 entlang der Axialrichtung A verläuft (Schritt S2). Der transmittierte Lichtstrahl schließt also mit der Axialrichtung A einen Transmissionswinkel von θi = 0° ein. Unter dem Anfangspunkt einer Rille ist dabei ein Mittelpunkt der ersten Linsenstruktur 24 oder der Punkt der Rille zu verstehen, der dem Mittelpunkt am nächsten liegt.
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Ausgehend vom Anfangspunkt wird die Oberfläche der ersten Linsenstruktur 24 nun so angepasst, dass der Transmissionswinkel θ in Transversalrichtung T monoton steigt, insbesondere streng monoton (Schritt S3). Anders ausgedrückt weist die Oberfläche der ersten Linsenstruktur 24 also eine sich entlang der Transversalrichtung T ändernde Krümmung auf. Bei im Wesentlichen konstanter Krümmung würde sich der Transmissionswinkel θ aufgrund sphärischere Aberration zwar ändern, jedoch nur unwesentlich.
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Eine lokale Krümmung der ersten Linsenstruktur 24 ist also eine monotone Funktion des horizontalen Abstands (gemessen in Transversalrichtung T) vom Anfangspunkt der Rille, insbesondere eine streng monotone Funktion. Diese Funktion wird in Schritt S3 ermittelt.
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An einem Endpunkt der Rille, also an dem Punkt der Rille, der vom Mittelpunkt der ersten Linsenstruktur 24 am weitesten entfernt ist, ist daher der Transmissionswinkel θf am größten.
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Vorzugsweise liegen dabei alle Winkel zwischen einschließlich θi und einschließlich θf in einem Akzeptanzwinkelbereich der Lichtauskoppelstruktur 26, sodass eine möglichst hohe Lichtausbeute gewährleistet ist. Unter Akzeptanzwinkelbereich ist dabei der Winkelbereich (gemessen gegen die Axialrichtung A) zu verstehen, in dem Lichtstrahlen, die die Linsenplatte 22 durchlaufen, von der Lichtauskoppelstruktur 26 hin zum Messbereich 34 gebrochen werden und diesen auch erreichen.
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Die Schritte S2 und S3 können nun für weitere Rillen der ersten Linsenstruktur 24 wiederholt werden (angedeutet durch den gestrichelten Pfeil in 3). Die lokale Krümmung der einzelnen Rillen kann dabei durch die gleiche oder durch unterschiedliche Funktionen beschrieben sein.
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Die Form der einzelnen Rillen wird dabei derart angepasst, dass eine Leistungsdichte von Licht, das durch die erste Linsenstruktur 24 in die Linsenplatte 22 eintritt, der festgelegten Transmissionsfunktion entspricht.
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Damit wird erreicht, dass bei einer Auskopplung von Licht im Messbereich 34 eine an der Lichtempfangseinheit 20 empfangene Intensitätsänderung lediglich von der Gesamtfläche abhängig ist, auf der die Lichtstrahlen im Messbereich 34 ausgekoppelt werden
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Die Transmissionsfunktion kann dabei von mehreren Parametern der Sensorvorrichtung 10 abhängen. Die Parameter können eine oder mehrere der folgenden Größen umfassen: Abstand zwischen Lichtquelle 18 und Lichtempfangseinheit 20 (gemessen in Transversalrichtung T), Dicke der Linsenplatte 22 (gemessen in Axialrichtung A), Dicke der Scheibe 16 (gemessen in Axialrichtung A), Dicke der Koppelstruktur 14 (gemessen in Axialrichtung A), Brechungsindex der Linsenplatte 22, Brechungsindex der Koppelstruktur 14, Brechungsindex der Scheibe 16 und/oder Akzeptanzwinkelbereich der Lichtauskoppelstruktur 26.
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Optional kann die erste Linsenstruktur 24 zumindest abschnittsweise mit Anti-Transmissionsmerkmalen versehen werden. Insbesondere sind die Anti-Transmissionsmerkmale dazu ausgebildet, einen Eintritt der von der Lichtquelle 18 kommenden Lichtstrahlen 32 in die Linsenplatte 22 zu verhindern oder zumindest die Lichtintensität abzuschwächen. Die Anti-Transmissionsmerkmale sind beispielsweise durch eine absorbierende Beschichtung der ersten Linsenstruktur 24 gebildet. Vorzugsweise sind die Anti-Transmissionsmerkmale derart angeordnet, dass ein zentrales Intensitätsmaximum im Messbereich 34 abgeschwächt wird.
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Insbesondere werden einzelne Rillen der ersten Linsenstruktur 24 mit den Anti-Transmissionsmerkmalen versehen.
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Die oben beschriebenen Verfahrensschritte können natürlich auch auf Linsenstrukturen angewandt werden, die keine Fresnel-Linse bilden, sondern eine andere für die optische Baugruppe 12 geeignete Form aufweisen.
