WO2018137989A1 - Elektrooptikbaugruppe sowie verfahren zur detektion von umgebungslicht - Google Patents

Elektrooptikbaugruppe sowie verfahren zur detektion von umgebungslicht Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to an electro-optic module, in particular a sensor module for detecting ambient light, and to a method for detecting ambient light with a sensor module.
  • Electro-optical assemblies for the detection of ambient light in particular those electro-optical assemblies for vehicles, which measure the ambient light in the surroundings of a vehicle, are known.
  • the sensor module 2 usually has a lens body 4 and a light receiver 6.
  • a recess 8 is provided on the side facing the light receiver 6, which forms a lens with the opposite side of the lens body 4.
  • This lens acts as a diverging lens, so that light beams are focused from a very large angle range through the lens body 4 to the light receiver 6.
  • the lens body 4 is not only used to focus the ambient light on the light receiver 6, but also forms a lens for other functions of the electro-optical assembly, eg. B. a rain sensor function.
  • a rain sensor function e.g. B. a rain sensor function.
  • further depressions 9 are provided in the example shown. Due to the recess 9 stray light Ss is refracted on the recess 8 and thus in the light receiver 6, whereby the measurement of the light receiver 6 is impaired.
  • an electro-optical assembly in particular a sensor module for the detection of ambient light, with a reflection surface, a lens body and an electro-optical component, in particular a light receiver.
  • the lens body has an environmental side, a component side and a lens portion, wherein in the lens portion, a recess extending from the component side recess is provided in the lens body, which forms a lens for the electro-optical component together with the reflection surface in the lens portion.
  • the recess has a main lens portion, in particular a diverging lens portion with a concave inner wall, and a converging lens portion with a convex inner wall, wherein the inner wall of the collecting lens portion is shaped so that the rays of the beam path passing through the converging lens portion to the electro-optical component, on the Reflection surface meet that the angle of incidence at the reflection surface is greater than or equal to the critical angle of the total reflection at the reflection surface.
  • the angle of incidence is defined as the angle between the incoming beam and the solder on the interface, in this case the solder on the reaction surface.
  • the total reflection is based on the interface between air and the material at the reflection surface.
  • the reflection surface and the inner wall of the recess are the refractive surfaces of the lens formed by the lens portion.
  • the main lens portion may be a diverging lens portion having a concave inner wall, but also a portion acting as a converging lens but having a different focal length from the converging lens portion.
  • the invention is based on the finding that to hide a certain angular range it is not necessary to darken or make opaque certain parts of the depression, but that it is possible by the contour of the inner wall of the recess, light from certain angle ranges to the light receiver prevent.
  • the electro-optical component may be considered as a light source, wherein the collecting lens portion of the recess is shaped so that the rays passing through the collecting lens portion are completely reflected at the reflecting surface (total reflection), so that no portions of this radiation leak out of the lens body.
  • the collecting lens portion of the recess is shaped so that the rays passing through the collecting lens portion are completely reflected at the reflecting surface (total reflection), so that no portions of this radiation leak out of the lens body.
  • the recess itself can have a free form, the u. a. can be selected according to which angle ranges particularly light should reach the electro-optical component and vice versa.
  • the environmental side of the lens body forms the reflective surface, thereby providing a very compact electro-optic assembly.
  • the electro-optical assembly on a disc in particular a windshield of a vehicle on which the lens body is mounted, wherein the side facing away from the electro-optical component of the disc forms the reflection surface.
  • the environmental side of the lens body faces the disc.
  • the material at the reflecting surface is the material of the disc.
  • the inner wall of the collecting lens portion is shaped so that the rays of the beam path passing through the converging lens portion to the electro-optical component are parallel outside the lens portion, thereby further reducing noise by accumulated stray light.
  • the recess has an opening towards the component side, wherein the recess extends completely within an imaginary cylinder whose base is the opening of the recess. It is thus formed by the depression no undercut.
  • the lens body can be produced by injection molding or similar methods.
  • the cross-sectional area of the depression parallel to the component side starting from the component side can become ever smaller.
  • the solid angle occupied by the collecting lens portion is smaller than the solid angle occupied by the main lens portion.
  • the solid angle is viewed from the electro-optical component.
  • the ratio of the solid angle of the condensing lens portion to the solid angle of the main lens portion is 1/4 or smaller. In this way, it is ensured that sufficient light from the environment reaches the electro-optical component and vice versa.
  • the collecting lens section and / or the main lens section may extend from the component side of the lens body.
  • the transition between the main lens portion and the collecting lens portion is abrupt.
  • the contour of the inner wall at the transition is not everywhere continuously differentiable. In this way the angle range to be hidden can be clearly separated from the desired angle range.
  • the recess has a vertex, wherein the electro-optical component, in particular the light receiver, lies on a straight line which extends through the vertex and perpendicular to the component side of the lens body.
  • the vertex is the point of the recess with the greatest distance perpendicular to the component side. This can simplify the geometry of the depression.
  • the component side, the environment side and / or the reflection surface are parallel to one another, so that the production of the lens body is further simplified.
  • the lens body is plate-shaped.
  • an opaque layer is at least partially provided on the component side.
  • the opaque layer is at least partially disposed in the areas where the recess is not. It can be produced by applying an opaque film.
  • the opaque layer is thus provided only on the flat surface of the component side and thus easy to apply. In addition, it prevents unwanted stray light from reaching the electro-optical component.
  • the lens body has a further lens section, wherein the collecting lens section is formed at least at the location of the recess which is closest to the further lens section, whereby interference from scattered light from further lens sections is prevented.
  • the device has a housing which at least partially surrounds the lens body, wherein the housing rests laterally on the lens body.
  • the housing is opaque, so that no light penetrates through the end walls in the lens body. In this way it is prevented that light penetrates through one of the end faces in the lens body and is refracted after one or more total reflections through the collecting lens section to the electro-optical component.
  • the housing can be produced for example by encapsulation of the lens body.
  • the object is achieved by a method for detecting ambient light with a sensor assembly having a light receiver, a lens body and a reflection surface, wherein a recess in the lens body is formed on the light receiver side facing and wherein the recess and the reflection surface cooperate, so Hidden light means that this light does not reach the light receiver.
  • the rays of the beam path that emanate from the light receiver and that would correspond to the hidden light are refracted at the recess such that they are completely reflected at the reflection surface due to total reflection.
  • FIG. 1 shows an electro-optic module from the prior art
  • FIG. 2 is a schematic sectional view of an electro-optic module according to the invention.
  • FIG. 3 shows an enlarged view of part of the electro-optical assembly according to the invention according to FIG. 2 in the region of the depression
  • Figure 4 is a schematic plan view of the electro-optic assembly of Figure 2
  • FIG. 2 shows an electro-optical assembly 10 with a lens body 12, an electro-optical component 14 and a reflection surface 16.
  • the electro-optical component 14 may be a light source or a light receiver, for example a CMOS sensor.
  • the electro-optical component 14 is a light receiver for measuring the on the Light receiver of incoming light. This turns the electro-optic assembly into a sensor assembly for detecting ambient light.
  • the lens body 12 is made of a virtually transparent in the visible plastic by injection molding.
  • the refractive index ni of the material of the lens body 12 is greater than the refractive index ni_ of air.
  • the lens body 12 is in the embodiment shown plate-shaped with end faces 17, a component side 18 which faces the electro-optical component 14, and an opposite surrounding side 20.
  • the component side 18 and the surrounding side 20 are, for example, parallel to one another.
  • the environmental side 20 of the lens body 12 forms the reflection surface 16 in the exemplary embodiment shown.
  • the housing 22 is opaque, so that no light can pass through the end faces 17 in the lens body 12.
  • the lens body 12 can be overmolded, for example, with the material of the housing 22.
  • the lens body 12 also has a lens section 24, in which a recess 26 in the lens body 12 is formed on the component side 18.
  • an opaque layer 28 is applied to the component side 18, which completely covers the component side 18 except for the region of the depression 26.
  • the opaque layer 28 is produced, for example, by a heat-sealing method with an opaque film.
  • the lens portion 24 can in the lens body 12 even more
  • Lens sections 30 may be provided which have further recesses 32 on the component side 18 and / or the surrounding side 20 of the lens body 12.
  • FIGS. 3 and 4 the depression 26 in the lens section 24 is shown enlarged.
  • the electro-optical component 14 is dashed and the edge the recess 26 shown dotted on the component side 18. By hatching the opaque layer 28 is indicated.
  • the recess 26 opens on the component side 18 with an opening 33 which has a substantially oval, elliptical or circular circumference. Also, the opening 33 may have a different shape.
  • the recess 26 tapers from the component side 18, i. that the cross-sectional areas of the depression, which lie parallel to the component side 18, starting from the component side 18 are getting smaller.
  • the recess 26 also terminates at a vertex P, which is the point that has the greatest distance perpendicular to the component side 18.
  • the electro-optical component 14 is arranged on a straight line G which runs through the vertex P and is perpendicular to the component side 18.
  • the recess 26 has a main lens section 35 and a collecting lens section 36, both of which extend from the component side 18.
  • the collecting lens section 36 is closest to the further lens section 30.
  • the main lens section 35 is embodied as a diverging lens section 34, so that in the following, only the diverging lens section 34 is referred to in simplified form.
  • the condensing lens portion 36 occupies a solid angle smaller than the solid angle of the dispersing lens portion 34.
  • the dispersing lens portion 34 is larger than the condensing lens portion 36.
  • the ratio of the solid angle of the condensing lens portion 36 to the solid angle of the dispersing lens portion 34 is 1/4 or less.
  • the diverging lens portion 34 has an inner wall which is concave. Incidentally, the inner wall of the diverging lens portion 34 has a free form.
  • Hautplinsenabites 35 acts as a converging lens
  • the inner wall is convex and otherwise a free form.
  • the inner wall of the collecting lens section 36 is convex in contrast to the diverging lens section 34 and may otherwise also have a free-form.
  • the transition between the divergent lens portion 34 and the converging lens portion 36 is abrupt, d. H. that the contour of the inner wall at the transition 38 is not constantly differentiable everywhere.
  • the diverging lens portion 34 of the recess 26 forms a lens of the lens portion 24.
  • the reflection surface 16 and the inner wall of the recess 26 are the refractive surfaces of this lens.
  • the ambient light to the electro-optical component 14 breaks, which falls over a wide angular range on the surrounding side 20.
  • FIG. 2 shows the beam path of all the beams which strike the electro-optical component 14, in this case the light receiver. This beam path is identical to a beam path that arises when the electro-optical component 14 is a light source.
  • the inner wall of the diverging lens section 34 may be spherical in order to uniformly collect ambient light Su.
  • the diverging lens section 34 is a free-form, which is chosen so that ambient light Su is increasingly collected from certain angular ranges.
  • the beam path still on the rays SA which pass through the collecting lens portion 36 of the recess 26 and are referred to as hidden rays SA.
  • the shaded rays SA extend in the solid angle which is to be blanked out.
  • the suppressed beams SA extend onto the converging lens section 36 and are refracted by the converging lens section 36 in such a way that they strike the reflection surface 16 flat.
  • the shape of the converging lens portion 36 may be selected so that the beams SA in the lens body 12 are parallel after passing through the converging lens portion 36.
  • the angle of incidence ⁇ is greater than or equal to the critical angle 9 C of the total reflection at the reflection surface 16, wherein the interface for the total reflection is the interface between air and the material of the lens body 12.
  • the critical angle 9 C results from the known following formula:
  • rn is the refractive index of the material of the lens body 12
  • ni_ is the refractive index of air.
  • the shaded rays SA are completely reflected on the reflection surface 16 and do not leave the lens body 12.
  • the reflection surface 16 and the converging lens portion 36 of the recess 26 cooperate such that light from the predetermined angle range W to be blanked does not reach the electro-optical component 14.
  • FIG. 5 shows a second embodiment of an electro-optic module 10 according to the invention, which essentially corresponds to the electro-optic module 10 of the first embodiment.
  • FIG. 5 shows a second embodiment of an electro-optic module 10 according to the invention, which essentially corresponds to the electro-optic module 10 of the first embodiment.
  • the electro-optic assembly 10 of the second embodiment includes a disk 42, which may be, for example, the windshield or other disk of a vehicle.
  • the disc 42 has an outer side 46 and an inner side 48 to which the lens body 12 is fastened with its surrounding side 20.
  • the attachment is effected by means of a transparent silicone layer 44 which is provided between the disc 42 and the surrounding side 20 of the lens body 12.
  • the reflection surface 16 is not formed by the surrounding side 20 of the lens body 12, but by the outer side 46 of the disk 42 facing away from the electro-optical component 14. Accordingly, the interface of total reflection is now the interface between the material of the disc 42 and air. If now the refractive index of the material of the disc 42 differs from the refractive index of the material of the lens body 12, there is a different critical angle 9 C of the total reflection compared to the first embodiment. The critical angle is now:
  • n2 is the refractive index of the material disk 42 and > ni_ applies.
  • the shape of the converging lens section 36 is selected so that the shaded rays SA pass through the converging lens section 36 and are completely reflected at the reflecting surface 16, in this case the outer side 46 of the disk 42.
  • the reflection surface 16 so the surrounding side 20 of the lens body 12 and / or the outer side 46 of the disc 42, is curved. Also, this curvature can be taken into account by the shape of the converging lens section 36, that nevertheless takes place at each point of the reflection surface 16, a total reflection of the shaded rays SA.
  • a buckle is not a fundamental problem, but only a problem of the precise calculation and production of the collecting lens section 36 of the lens body 12th

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Abstract

Eine Elektrooptikbaugruppe (10), insbesondere eine Sensorbaugruppe zur Detektion von Umgebungslicht, hat eine Reflektionsfläche (16), einen Linsenkörper (12) und ein elektrooptisches Bauteil (14), insbesondere einen Lichtempfänger, wobei das Bauteil (14) eine Vertiefung (26) hat, die einen Hauptlinsenabschnitt (35), insbesondere einen Zerstreuungslinsenabschnitt (34) mit einer konkaven Innenwand, und 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. Ferner ist ein Verfahren zur Detektion von Umgebungslicht gezeigt.

Description

Elektrooptikbaugruppe sowie Verfahren zur Detektion von Umgebungslicht
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 Figur 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.
Es ist damit 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, insbesondere eine Sensorbaugruppe zur Detektion von Umgebungslicht, mit einer Reflektionsfläche, einem Linsenkörper und einem elektrooptischen Bauteil, insbesondere einem Lichtempfänger. 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, insbesondere einen Zerstreuungslinsenabschnitt mit einer konkaven Innenwand, 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 das 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 Sensorbaugruppe, die einen Lichtempfänger, einen Linsenkörper und eine Reflektionsflache 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.
Beispielsweise 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:
Figur 1 eine Elektrooptikbaugruppe aus dem Stand der Technik,
Figur 2 eine erfindungsgemäße Elektrooptikbaugruppe schematisch im Schnitt,
Figur 3 eine vergrößerte Ansicht eines Teils der erfindungsgemäßen Elektrooptikbaugruppe gemäß Figur 2 im Bereich der Vertiefung,
Figur 4 eine schematische Draufsicht auf die Elektrooptikbaugruppe nach Figur 2, und
Figur 5 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Elektrooptikbaugruppe schematisch im Schnitt. In Figur 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 ni des Materials des Linsenkörpers 12 ist dabei größer als der Brechungsindex ni_ 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 Figuren 3 und 4 ist die Vertiefung 26 im Linsenabschnitt 24 vergrößert dargestellt. In Figur 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 Reflektionsflache 16 bildet der Zerstreuungslinsenabschnitt 34 der Vertiefung 26 eine Linse des Linsenabschnitts 24. Die Reflektionsflache 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 Figur 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 Su, weist der Strahlengang noch die Strahlen SA auf, die durch den Sammellinsenabschnitt 36 der Vertiefung 26 verlaufen und als ausgeblendete Strahlen SA bezeichnet werden.
Zwischen dem Linsenkörper 12 und dem elektrooptischen Bauteil 14 verlaufen die ausgeblendeten Strahlen SA in dem Raumwinkel, der ausgeblendet werden soll. Vom elektrooptischen Bauteil 14 aus betrachtet verlaufen die ausgeblendeten Strahlen SA 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 SA im Linsenkörper 12 parallel verlaufen, nachdem sie den Sammellinsenabschnitt 36 passiert haben.
Die ausgeblendeten Strahlen SA treffen nun in einem Einfallswinkel α auf die Reflektionsfläche 16, wobei der Einfallswinkel α dabei als der Winkel zwischen dem Strahl SA und dem Lot auf die Reflektionsfläche 16 definiert ist. Der Einfallswinkel α ist dabei größer oder gleich dem kritischen Winkel 9C 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 9C ergibt sich dabei aus der bekannten folgenden Formel:
Figure imgf000012_0001
Dabei ist rn der Brechungsindex des Materials des Linsenkörpers 12 und ni_ der Brechungsindex von Luft.
Da der Einfallswinkel α größer oder gleich dem kritischen Winkel 9C der Totalreflektion ist, werden die ausgeblendeten Strahlen SA vollständig an der Reflektionsfläche 16 reflektiert und verlassen den Linsenkörper 12 nicht.
Strahlen, die in Figur 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 Figur 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 Figur 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 9C der Totalreflektion. Der kritische Winkel ist nun:
Qc = aresin
Figure imgf000014_0001
wobei n2 der Brechungsindex des Materials Scheibe 42 ist und
Figure imgf000014_0002
> ni_ gilt.
Auch in diesem Falle ist die Form des Sammellinsenabschnittes 36 so gewählt, dass die ausgeblendeten Strahlen SA 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 SA 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 9C zu wählen, um ein gewisses Maß an Ungenauigkeiten durch Fertigungstoleranzen kompensieren zu können.

Claims

Patentansprüche
1 . Elektrooptikbaugruppe, insbesondere Sensorbaugruppe zur Detektion von Umgebungslicht, mit einer Reflektionsflache (16), einem Linsenkörper (12) und einem elektrooptischen Bauteil (14), insbesondere einem Lichtempfänger, 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 Reflektionsflache (16) im Linsenabschnitt (24) eine Linse für das elektrooptische Bauteil (14) bildet, wobei die Vertiefung (26) einen Hauptlinsenabschnitt (35), insbesondere einen Zerstreuungslinsenabschnitt (34) mit einer konkaven Innenwand, und 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 Reflektionsflache (16) treffen, dass der Einfallswinkel (a) an der Reflektionsflache (16) größer oder gleich dem kritischen Winkel (9C) der Totalreflektion an der Reflektionsflache (16) ist.
2. Elektrooptikbaugruppe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Umgebungsseite (20) des Linsenkörpers (12) die Reflektionsflache (16) bildet.
3. Elektrooptikbaugruppe 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 Reflektionsflache (16) bildet.
4. Elektrooptikbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwand des Sammellinsenabschnitts (36) so geformt ist, dass die Strahlen (SA) des Strahlengangs, die durch den Sammellinsenabschnitt (36) zum elektrooptischen Bauteil (14) verlaufen, außerhalb des Linsenabschnittes (24) parallel verlaufen.
5. Elektrooptikbaugruppe 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.
6. Elektrooptikbaugruppe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche der Vertiefung (26) parallel zur Bauteilseite (18) von der
Bauteilseite (18) ausgehend immer kleiner wird.
7. Elektrooptikbaugruppe 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.
8. Elektrooptikbaugruppe 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.
9. Elektrooptikbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang (38) zwischen dem Hauptlinsenabschnitt (35) und dem Sammellinsenabschnitt (36) abrupt ist.
10. Elektrooptikbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (26) einen Scheitelpunkt (P) hat, wobei das elektrooptische Bauteil (14), insbesondere der Lichtempfänger, auf einer Gerade (G) liegt, die durch den Scheitelpunkt (P) und senkrecht zur Bauteilseite (18) des Linsenkörpers (12) verläuft.
1 1 . Elektrooptikbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteilseite (18), die Umgebungsseite (20) und/oder die Reflektionsfläche (16) parallel zueinander sind.
12. Elektrooptikbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Bauteilseite (18) zumindest teilweise eine lichtundurchlässige Lage (28) vorgesehen ist.
13. Elektrooptikbaugruppe 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.
14. Elektrooptikbaugruppe 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.
15. Verfahren zur Detektion von Umgebungslicht mit einer Sensorbaugruppe, 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.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlen (SA) 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.
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Priority Applications (2)

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US16/480,140 US11255782B2 (en) 2017-01-27 2018-01-18 Electro-optical assembly and method for detecting ambient light
CN201880008745.9A CN110234968B (zh) 2017-01-27 2018-01-18 电子光学组件以及用于探测环境光的方法

Applications Claiming Priority (2)

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DE102017101655.4A DE102017101655B4 (de) 2017-01-27 2017-01-27 Elektrooptikbaugruppe sowie Verfahren zur Detektion von Umgebungslicht
DE102017101655.4 2017-01-27

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WO (1) WO2018137989A1 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017122444B4 (de) * 2017-09-27 2022-06-15 Bcs Automotive Interface Solutions Gmbh Linsenplatte, Regensensor und Lichtsensor
DE102018119412B4 (de) * 2018-08-09 2023-03-30 Bcs Automotive Interface Solutions Gmbh Optische Baugruppe sowie Verfahren zur Herstellung einer optischen Baugruppe

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1839969A2 (de) * 2006-03-31 2007-10-03 Niles Co., Ltd. Regensensor
EP2000373A2 (de) * 2007-06-04 2008-12-10 TRW Automotive Electronics & Components GmbH Optische Sensorvorrichtung zur Erfassung einer Benetzung
US7847255B2 (en) * 2006-11-16 2010-12-07 Pilkington North America, Inc. Multi-mode rain sensor
DE102011075597A1 (de) * 2010-05-12 2011-11-17 Denso Corporation Lichterkennungsvorrichtung

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2508478B2 (ja) 1987-02-06 1996-06-19 ソニー株式会社 光学ヘツド
DE19757821C2 (de) 1997-12-24 2000-01-05 Kostal Leopold Gmbh & Co Kg Optoelektronische Sensoreinrichtung
DE19955423A1 (de) 1999-11-18 2001-05-31 Hella Kg Hueck & Co Sensoreinrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Sensoreinrichtung
DE10156185B4 (de) * 2001-11-15 2019-12-12 HELLA GmbH & Co. KGaA Optische Sensoreinrichtung
JP2003254897A (ja) 2002-02-28 2003-09-10 Denso Corp 雨滴及び光検出装置、及び、オートワイパー装置
DE102007036492B4 (de) 2007-08-01 2009-07-30 Trw Automotive Electronics & Components Gmbh & Co. Kg Optische Sensorvorrichtung
DE102008023845B4 (de) 2008-05-16 2018-04-05 Trw Automotive Electronics & Components Gmbh Optische Sensorvorrichtung zur Detektion von Umgebungslicht
JP5077780B2 (ja) 2009-07-06 2012-11-21 株式会社デンソー 光検出装置
DE102009053825A1 (de) 2009-11-18 2011-05-19 Trw Automotive Electronics & Components Gmbh Optische Sensorvorrichtung zur Detektion von Umgebungslicht
DE102011108683A1 (de) 2011-07-27 2013-01-31 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Optische Messvorrichtung für ein Fahrzeug
DE102014000073B4 (de) 2014-01-09 2023-03-16 HELLA GmbH & Co. KGaA Sensorvorrichtung, insbesondere zur Erfassung von Umgebungsbedingungen eines Kraftfahrzeuges
JP6331550B2 (ja) * 2014-03-25 2018-05-30 株式会社デンソー 統合装置
KR101704229B1 (ko) * 2015-07-03 2017-02-08 현대자동차주식회사 성에감지기능을 구비한 레인센서

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1839969A2 (de) * 2006-03-31 2007-10-03 Niles Co., Ltd. Regensensor
US7847255B2 (en) * 2006-11-16 2010-12-07 Pilkington North America, Inc. Multi-mode rain sensor
EP2000373A2 (de) * 2007-06-04 2008-12-10 TRW Automotive Electronics & Components GmbH Optische Sensorvorrichtung zur Erfassung einer Benetzung
DE102011075597A1 (de) * 2010-05-12 2011-11-17 Denso Corporation Lichterkennungsvorrichtung

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