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1. (WO2019063622) LINSENPLATTE, REGENSENSOR UND LICHTSENSOR
Anmerkung: Text basiert auf automatischer optischer Zeichenerkennung (OCR). Verwenden Sie bitte aus rechtlichen Gründen die PDF-Version.

Linsenplatte, Regensensor und Lichtsensor

Die Erfindung betrifft eine Linsenplatte für einen Regen- und/oder Lichtsensor sowie einen Regen- und/oder Lichtsensor.

Um eine kostengünstige Fertigung sicherzustellen, werden üblicherweise bei Regen- und Lichtsensoren mehrere optische Komponenten in einer gemeinsamen Linsenplatte kombiniert. Eine solche Komponente ist beispielsweise eine Linse, die einfallende Lichtstrahlen bündelt, bevor diese von einem Lichtsensor erfasst werden.

Bei aus dem Stand der Technik bekannten Regen- und Lichtsensoren werden üblicherweise Linsenplatten verwendet, die wenigstens eine Fresnel-Linse aufweisen, die einfallendes Licht zum Lichtsensor hin bündelt. Bei Regen- und Lichtsensoren ist es erwünscht, dass möglichst nur Licht, das aus einer bestimmten Richtung einfällt, den Lichtsensor erreicht. Gängige Fresnel-Optiken weisen dabei jedoch oft zusätzliche Empfangskeulen auf, sodass aus einer anderen als der gewünschten Richtung einfallendes Licht den Lichtsensor erreichen kann. Dies kann allgemein hin als parasitärer Lichteinfall bezeichnet werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Linsenplatte für einen Regen- und/oder Lichtsensor sowie einen Regen- und/oder Lichtsensor bereitzustellen, die bzw. der eine bessere Richtcharakteristik aufweist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Linsenplatte für einen Regen- und/oder Lichtsensor, mit einem Grundkörper, wenigstens einer Lichtbegrenzungsstruktur und wenigstens einer Linsenstruktur, wobei sich die Lichtbegrenzungsstruktur von einer Unterseite der Linsenplatte in den Grundkörper hinein erstreckt, wobei eine der Unterseite der Linsenplatte abgewandte Kontur der Lichtbegrenzungsstruktur die Linsenstruktur umfangsseitig begrenzt, und wobei die Kontur im Wesentlichen dreieckig ist. Unter im Wesentlichen dreieckig ist dabei zu verstehen, dass die Linsenstruktur drei Eckpunkte aufweist. Diese sind beispielsweise auf einer gekrümmten Oberfläche der Linsenstruktur paarweise im Wesentlichen durch Geodäten verbunden. Die erfindungsgemäße Linsenplatte hat den Vorteil, dass durch die Lichtbegrenzungsstruktur nur Lichtstrahlen, die aus einem vordefinierten Bereich der Umgebung auf die Linsenplatte treffen, auch die Linsenstruktur erreichen. Die Linsenplatte weist also eine verbesserte Richtcharakteristik auf. Zudem ist die Linsenplatte besonders kompakt, da sich die Linsenstruktur im Inneren des Grundkörpers der Linsenplatte befindet. Mit anderen Worten ist die Linsenstruktur im Grundkörper aufgenommen.

Die der Unterseite der Linsenplatte abgewandte Kontur der Lichtbegrenzungs-struktur, die die Linsenstruktur umfangsseitig begrenzt, verläuft demnach nicht an der Unterseite der Linsenplatte.

Mit anderen Worten erstreckt sich die Lichtbegrenzungsstruktur von der Unterseite der Linsenplatte ausgehend, beispielsweise senkrecht, bis zur Kontur der Lichtbegrenzungsstruktur, die die Linsenstruktur umfangsseitig begrenzt.

Die Kontur der Lichtbegrenzungsstruktur stellt das von der Unterseite der Linsenplatte entgegengesetzte Ende der Lichtbegrenzungsstruktur dar.

Vorzugsweise sind bzw. ist die Lichtbegrenzungsstruktur und/oder die Linsenstruktur im Wesentlichen durch zumindest eine Ausnehmung in der Linsenplatte gebildet, insbesondere dem Rand der zumindest einen Ausnehmung. Mit anderen Worten begrenzen bzw. begrenzt die Linsenstruktur und/der die Lichtbegrenzungsstruktur die zumindest eine Ausnehmung. Dadurch ist die Linsenplatte, insbesondere mittels Spritzgießen, leicht herzustellen und besonders kompakt.

Weiter bevorzugt ist die Ausnehmung hinterschnittfrei, insbesondere wobei eine Querschnittsfläche der Ausnehmung von der Unterseite der Linsenplatte aus in Richtung einer zur Unterseite entgegengesetzten Oberseite der Linsenplatte monoton abnimmt. Dadurch ist die Linsenplatte nach der Herstellung einfach entformbar. Es ist also keine aufwendige Nachbearbeitung mehr nötig. Dies wird auch als werkzeugfallend beschrieben.

Gemäß einem Aspekt weist die Lichtbegrenzungsstruktur eine erste und eine zweite Lichtbegrenzungsstrukturoberfläche auf, wobei die erste und die zweite Lichtbegrenzungsstrukturoberfläche einen vordefinierten Winkel miteinander

einschließen. Dadurch ist der Azimut, unter dem einfallende Lichtstrahlen die Linsenstruktur noch erreichen können, auf einen Winkelbereich begrenzt, der vom vordefinierten Winkel bestimmt ist. Der Azimut ist dabei ein Winkel, der in einer Ebene definiert ist, die mit einer Oberfläche der Oberseite der Linsenplatte zusammenfällt oder zu dieser parallel ist.

Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass die Lichtbegrenzungsstruktur eine dritte Lichtbegrenzungsstrukturoberfläche aufweist, wobei die dritte Lichtbegrenzungsstrukturoberfläche eine vordefinierte maximale Höhe gegenüber der Unterseite der Linsenplatte aufweist. Die dritte Lichtbegrenzungsstrukturoberfläche begrenzt in vordefinierter Weise den Einfallswinkel von Lichtstrahlen gegenüber der Normalen auf die Linsenplattenoberfläche auf einen maximalen Wert. Dadurch ist die Richtcharakteristik der Linsenplatte noch besser einstellbar.

Unter„Höhe gegenüber der Unterseite der Linsenplatte" ist dabei der Abstand zur Unterseite der Linsenplatte zu verstehen, wobei sich die dritte Lichtbegrenzungsstrukturoberfläche im Inneren der Linsenplatte befindet, also zwischen der Unterseite und der Oberseite der Linsenplatte.

Unter„vordefinierte maximale Höhe" ist dementsprechend zu verstehen, dass ein Abstand der einzelnen Punkte auf der dritten Lichtbegrenzungsstrukturoberfläche zur Unterseite der Linsenplatte einen vordefinierten Wert nicht überschreitet.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung bildet die Linsenstruktur eine Sammellinse. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Linsenplatte zusammen mit einem Lichtsensor verwendet wird, da die Linsenplatte dann einfallendes Licht zum Lichtsensor hin bündeln kann.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Unterseite der Linsenplatte wenigstens abschnittsweise mit lichtabsorbierendem Material versehen ist, insbesondere mit dem lichtabsorbierenden Material beschichtet ist. Dadurch lässt sich in einfacher Art und Weise die Transmission von Lichtstrahlen durch die Linsenplatte auf einen vordefinierten, gewünschten Bereich begrenzen. Da die Linsenstruktur im Inneren des Grundkörpers vorgesehen ist, kann das

lichtabsorbierende Material besonders leicht auf die Unterseite aufgebracht werden.

Die Aufgabe wird zudem erfindungsgemäß gelöst durch einen Regen-und/oder Lichtsensor mit einer oben beschriebenen Linsenplatte und einer Lichtempfangseinrichtung. Bezüglich der Vorteile wird auf die obigen Erläuterungen verwiesen.

Vorzugsweise bildet die Linsenstruktur eine Sammellinse, wobei die Lichtempfangseinrichtung in einem Brennpunkt der Linsenstruktur angeordnet ist. Auf die Linsenplatte einfallendes Licht wird dadurch auf der Lichtempfangseinrichtung gebündelt, wodurch die Lichtausbeute erhöht und die Lichtsensitivität des Regen- und/oder Lichtsensors verbessert ist.

Ein Aspekt sieht vor, dass die Lichtbegrenzungsstruktur eine erste und eine zweite Lichtbegrenzungsstrukturoberfläche aufweist, wobei die erste und die zweite Lichtbegrenzungsstrukturoberfläche einen vordefinierten Winkel miteinander einschließen, wobei der vordefinierte Winkel derart ist, dass ein Azimut von Lichtstrahlen, die durch die Linsenplatte auf die Lichtempfangseinrichtung treffen, auf einen vordefinierten Bereich beschränkt ist. Dadurch ist der Winkelbereich in gewünschter Art und Weise begrenzbar, in dem die auf die Linsenplatte treffenden Lichtstrahlen die Lichtempfangseinrichtung erreichen. Das Sichtfeld der Lichtempfangseinrichtung kann durch Wahl des vordefinierten Winkels einfach angepasst werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist vorgesehen, dass die Lichtbegrenzungsstruktur eine dritte Lichtbegrenzungsstrukturoberfläche aufweist, wobei die dritte Lichtbegrenzungsstrukturoberfläche eine vordefinierte maximale Höhe gegenüber der Unterseite der Linsenplatte aufweist, wobei die dritte Lichtbegrenzungsstrukturoberfläche den Einfallswinkel von Lichtstrahlen, durch die Linsenplatte auf die Lichtempfangseinrichtung treffen, gegenüber der Linsenplatte auf einen maximalen Winkel begrenzt. Der Winkel wird dabei gegen die Normale auf die Linsenplattenoberfläche gemessen. Durch die Wahl der vordefinierten maximalen Höhe kann das Sichtfeld der Lichtempfangseinrichtung einfach angepasst werden.

Insbesondere ist die dritte Lichtbegrenzungsstrukturoberfläche und die Linsenstruktur derart gestaltet und die vordefinierte maximale Höhe ist derart gewählt, dass Lichtstrahlen, die unter einem Einfallswinkel auf die Linsenplatte treffen, der größer ist als der maximale Winkel, die Lichtempfangseinrichtung nicht erreichen können. Solche Lichtstrahlen würden in umgekehrter Richtung, also von der Lichtempfangseinrichtung durch die Linsenplatte, am Übergang von der Linsenplatte zur Umgebung totalreflektiert. Gemäß dem Prinzip der Umkehrbarkeit von Lichtwegen weisen solche Lichtstrahlen also keinen gültigen Pfad von der Umgebung zur Lichtempfangseinrichtung auf.

Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In diesen zeigen:

Fig. 1 einen Abschnitt eines erfindungsgemäßen Regen- und/oder Lichtsensors mit Blick auf die Unterseite;

Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch eine Oberfläche des erfindungsgemäßen Regen- und/oder Lichtsensors von Figur 1 ; und

Fig. 3 den erfindungsgemäßen Regen- und/oder Lichtsensor von Figur 1 mit Blick auf die Oberseite und in einer um 180° gedrehten Ansicht.

In Figuren 1 und 2 ist ein Abschnitt eines Regen- und/oder Lichtsensors 8 gezeigt, der eine Linsenplatte 10 sowie wenigstens eine von der Linsenplatte 10 beabstandete Lichtempfangseinrichtung 12 umfasst.

Die Linsenplatte 10 hat eine Unterseite 14 mit einer im Wesentlichen ebenen Oberfläche und eine zur Unterseite 14 entgegengesetzte Oberseite 16, die ebenfalls eine im Wesentlichen ebene Oberfläche aufweist.

Die Unterseite 14 ist in der gezeigten Variante mit einem lichtabsorbierenden Material 17 beschichtet.

In einem Grundkörper 18 der Linsenplatte 10 ist eine Ausnehmung 20 gebildet, deren Randflächen eine Lichtbegrenzungsstruktur 21 mit einer ersten, einer zweiten und einer dritten Lichtbegrenzungsstrukturoberfläche 22, 24, 26 bilden. Die Lichtbegrenzungsstrukturoberflächen 22, 24, 26 erstrecken sich von der

Unterseite 14 ausgehend in Richtung der Oberseite 16 in den Grundkörper 18 hinein.

Eine von der Unterseite 14 der Linsenplatte 10 abgewandte Kontur 27 der Lichtbegrenzungsstrukturoberflächen 22, 24, 26 begrenzt eine Linsenstruktur 28 umfangsseitig. Anders ausgedrückt ist die Linsenstruktur 28 im Wesentlichen durch die Ausnehmung 20 im Grundkörper 18 der Linsenplatte 10 gebildet.

Zudem ist die Ausnehmung 20 hinterschnittfrei, sodass die Linsenplatte 10 werkzeugfallend ist. Die Linsenplatte 10 ist also entformbar und deswegen einfach herstellbar, beispielsweise durch Spritzgießen. Die Linsenplatte 10 kann demnach aus einem Kunststoff gebildet sein, dessen Brechungsindex sich vom Brechungsindex von Luft unterscheidet.

Die Ausnehmung 20 kann eine Querschnittfläche aufweisen, die ausgehend von der Unterseite 14 in Richtung der Oberseite 16 monoton abnimmt, insbesondere streng monoton.

Die Linsenstruktur 28 bildet in der gezeigten Ausführungsform eine

Sammellinse 29. Die Oberfläche der Sammellinse 29 ist konvex, also von der Oberseite 16 der Linsenplatte 10 aus gesehen in Richtung der Unterseite 14 nach außen gewölbt.

Die Linsenstruktur 28 weist eine im Wesentlichen dreieckige Kontur 27 auf, wie anschaulich aus der Figur 1 hervorgeht. Unter dreieckig ist dabei zu verstehen, dass die Linsenstruktur 28 drei Eckpunkte aufweist, die auf der konvexen Oberfläche der die Sammellinse 29 bildenden Linsenstruktur 28 paarweise im Wesentlichen durch Geodäten verbunden sind. Demnach sind jeweils zwei Eckpunkte der dreieckigen Kontur 27 miteinander verbunden.

Im Brennpunkt der Linsenstruktur 28 ist die Lichtempfangseinrichtung 12 angeordnet, sodass Lichtstrahlen 30, die sich im Sichtfeld 31 der Lichtempfangseinrichtung 12 befinden, zur Lichtempfangseinrichtung 12 hin gebündelt werden, wie in Figur 3 gezeigt ist.

Das Sichtfeld 31 der Lichtempfangseinrichtung 12 wird im Wesentlichen durch die Lichtbegrenzungsstruktur 21 bestimmt, wie im Folgenden noch näher erläutert wird.

Die Anordnung aus Linsenplatte 10 und Lichtempfangseinrichtung 12 weist eine Hauptempfangsrichtung A auf (siehe Figur 3), die mit der Ebene, die mit der Oberseite 16 zusammenfällt, einen von 90° verschiedenen Winkel einschließt. Die Hauptempfangsrichtung A ist also relativ zur Oberseite 16 geneigt.

Aus Figur 2 geht hervor, dass die erste und zweite Lichtbegrenzungsstrukturoberfläche 22, 24 einen vordefinierten Winkel Δφ miteinander einschließen und so den Azimut φ der einfallenden Lichtstrahlen 30, die die Lichtempfangseinrichtung 12 erreichen können, auf einen Winkelbereich Δφ begrenzen. Der Azimut φ ist dabei ein Winkel, der in einer Ebene definiert ist, die mit der Oberfläche der Oberseite 16 zusammenfällt oder zu dieser zumindest parallel ist.

Die erste und zweite Lichtbegrenzungsstrukturoberfläche 22, 24 sind derart gestaltet, dass die äußersten Lichtstrahlen 30, die die Lichtempfangseinrichtung 12 gerade noch erreichen sollen, die erste oder zweite Lichtbegrenzungsstrukturoberfläche 22, 24 gerade noch berühren.

Die Lichtbegrenzungsstrukturoberflächen 22, 24, 26 verlaufen zwischen der Kontur 27 und der Unterseite 14 im Wesentlichen eben. Die entsprechenden Lichtbegrenzungsstrukturoberflächen 22, 24, 26 können daher auch als glatt bezeichnet werden.

Eine Kontur der Lichtbegrenzungsstrukturoberflächen 22, 24, 26 an der

Unterseite 14, also in der Ebene der Unterseite 14, begrenzt eine Grundfläche der Ausnehmung 20, die ebenfalls im Wesentlichen dreieckig ist.

Lichtstrahlen 30 mit einem Azimut außerhalb des Winkelbereichs Δφ können die Lichtempfangseinrichtung 12 nicht erreichen, da sie den Grundkörper 18 der Linsenplatte 10 außerhalb der Ausnehmung 20 durchlaufen und auf der Unterseite 14 auf die lichtabsorbierende Schicht 17 treffen.

Die dritte Lichtbegrenzungsstrukturoberfläche 26 ist derart gestaltet, dass sie einen maximalen Winkel max definiert (siehe Figur 3), unter dem Lichtstrahlen 30, die auf die Oberseite 16 treffen, die Lichtempfangseinrichtung 12 noch erreichen können. Der Winkel max wird dabei gegen die Normale n auf die Oberfläche der Oberseite 16 gemessen.

Die Punkte auf der Kontur der dritten Lichtbegrenzungsstrukturoberfläche 26 weisen eine vordefinierte maximale Höhe gegenüber der Unterseite 14 der Linsenplatte 10 auf. Die Höhe ist dabei derart gewählt, dass Lichtstrahlen, die unter einem Winkel größer als max auf die Oberseite 16 treffen, keinen gültigen Lichtweg zur Lichtempfangseinrichtung 12 aufweisen. Solche Lichtstrahlen würden in umgekehrter Richtung, also von der Lichtempfangseinrichtung 12 durch die Linsenplatte 10, am Übergang von der Linsenplatte 10 zur Umgebung totalreflektiert, also an der Oberseite 16. Gemäß dem Prinzip der Umkehrbarkeit von Lichtwegen weisen solche Lichtstrahlen also keinen gültigen Pfad von der Umgebung zur Lichtempfangseinrichtung 12 auf.

Zusammenfassend ist also ein gewünschtes Sichtfeld 31 der Lichtempfangseinrichtung 12 durch entsprechende Gestaltung der Lichtbegrenzungsstrukturoberflächen 22, 24, 26 erreicht.

Das entsprechende Sichtfeld 31 geht insbesondere aus der Figur 3 hervor und weist eine im Wesentlichen dreieckige Fläche auf, die auf die Kontur 27 der Lichtbegrenzungsstruktur 21 zurückgeht.