CN111148666B - 透镜板，雨水传感器和光传感器 - Google Patents

透镜板，雨水传感器和光传感器 Download PDF

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Abstract

提出一种用于雨水和/或光传感器的透镜板(10)。透镜板(10)具有基体(18)、至少一个光限制结构(21)和至少一个透镜结构(28)，其中所述光限制结构(21)从所述透镜板(10)的下侧(14)起延伸到所述基体(18)中，其中所述光限制结构(21)的背离所述透镜板(10)的下侧(14)的轮廓(27)在环周侧对所述透镜结构(28)限界，并且其中所述轮廓(27)基本上是三角形的。此外，提出一种雨水和/或光传感器(8)。

Description

透镜板，雨水传感器和光传感器
技术领域
本发明涉及一种用于雨水传感器和/或光传感器的透镜板以及一种雨水传感器和/或光传感器。
背景技术
为了保证低成本的生产，通常在雨水传感器和光传感器中将多个光学部件组合为共同的透镜板。这种部件例如是透镜，所述透镜在入射的光束由光传感器检测之前将其聚束。
在从现有技术中已知的雨水和光传感器中，通常使用透镜板，所述透镜板具有至少一个菲涅耳透镜，所述菲涅尔透镜将入射的光朝向光传感器聚束。在雨水和光传感器中所期望的是，仅从特定的方向入射的光到达光传感器。然而，在此，常见的菲涅耳光学器件通常具有附加的接收孔径角，使得从不同于期望方向的方向入射的光能够到达光传感器。这一般能够称为寄生的光入射。
发明内容
本发明的目的是，提供一种用于雨水和/或光传感器的透镜板以及一种雨水和/或光传感器，所述透镜板或所述雨水和/或光传感器具有更好的定向特性。
所述目的根据本发明通过一种用于雨水和/或光传感器的透镜板来实现，所述透镜板具有基体、至少一个光限制结构和至少一个透镜结构，其中光限制结构从透镜板的下侧延伸到基体中，其中光限制结构的背离透镜板的下侧的轮廓在环周侧上对透镜结构限界，并且其中所述轮廓基本上是三角形的。在此，将基本上是三角形理解为透镜结构具有三个角点。这些角点例如通过在透镜结构的弯曲的表面上成对地基本上通过测绘者连接。根据本发明的透镜板的优点在于，由于光限制结构，仅从周围环境的预定义的区域射到透镜板上的光束也到达透镜结构。也就是说，透镜板具有改善的定向特性。此外，由于透镜结构位于透镜板的基体内部，透镜板是特别紧凑的。换言之，透镜结构容纳在基体中。
光限制结构的背离透镜板的下侧的轮廓据此不在透镜板的下侧上伸展，所述轮廓在环周侧上对透镜结构限界。
换言之，光限制结构从透镜板的下侧起例如垂直于光限制结构的轮廓延伸，所述轮廓在环周侧对透镜结构限界。
光限制结构的轮廓是光限制结构的与透镜板的下侧相反的终止部。
优选地，光限制结构和/或透镜结构基本上通过透镜板中的至少一个凹部形成，尤其所述至少一个凹部的边缘。换言之，透镜结构和/或光限制结构对至少一个凹部限界。由此，透镜板尤其借助于注塑成型可容易地制造并且是尤其紧凑的。
进一步优选地，凹部是无底切的，特别地，其中凹部的横截面从透镜板的下侧起朝向透镜板的与下侧相反的上侧单调递减。由此，透镜板在制造之后可简单地脱模。也就是说，不再需要耗费的再加工。这也称为用模具生产。
根据一个方面，光限制结构具有第一和第二光限制结构表面，其中第一和第二光限制结构表面彼此间成预定义的角度。由此将如下方位角限制到由预定义的角度确定的角度范围，入射的光束在所述方位角下仍然能够到达透镜结构。方位角在此是在与透镜板的上侧的表面重合或与其平行的平面中限定的角度。
另一个方面提出，光限制结构具有第三光限制结构表面，其中第三光限制结构表面相对于透镜板的下侧具有预定义的最大高度。第三光限制结构表面以预定义的方式将光束的相对于透镜板表面上的法线的入射角限制到最大值。由此，能够更好地设定透镜板的定向特性。
在此，将“相对于透镜板的下侧的高度”理解为距透镜板的下侧的距离，其中第三光限制结构表面位于透镜板的内部中，即在透镜板的下侧和上侧之间。
与之相应地将“预定义的最大高度”理解为，第三光限制结构表面上的各个点距透镜板的下侧的距离不超过预定义的值。
根据本发明的一个设计方案，透镜结构形成会聚透镜。这尤其在透镜板与光传感器一起使用时是有利的，因为透镜板于是能够将入射的光朝向光传感器聚束。
另一设计方案提出，透镜板的下侧至少部段地设有吸收光的材料，尤其通过吸收光的材料覆层。由此，可以简单的方式方法将光束穿过透镜板的透射限制到预定义的、所期望的区域上。因为，透镜结构设置在基体的内部中，所以吸收光的材料能够尤其容易地施加到下侧上。
所述目的此外根据本发明通过一种雨水和/或光传感器来实现，所述雨水和/或光传感器具有上述透镜板和光接收装置。关于优点参见上文的阐述。
优选地，透镜结构形成会聚透镜，其中光接收装置设置在透镜结构的焦点中。入射到透镜板上的光由此在光接收装置上聚束，由此提高光效率并且改进雨水和/或光传感器的光强度。
一个方面提出，光限制结构具有第一和第二光限制结构表面，其中第一和第二光限制结构表面彼此成预定义的角度，其中所述预定义的角度使得光束的方位角被限制到预定义的范围上，所述光束是穿过透镜板射到光接收装置上的光束。由此，可以期望的方式方法限制所述角度范围，在所述角度范围中射到透镜板的光束到达光接收装置。通过选择预定义的角度，能够简单地调整光接收装置的视场。
根据另一方面提出，光限制结构具有第三光限制结构表面，其中第三光限制结构表面相对于透镜板的下侧具有预定义的最大高度，其中第三光限制结构表面将穿过透镜板射到光接收装置上的光束的入射角相对于透镜板限制到最大角度。在此，相对于透镜板表面上的法线测量所述角度。通过选择预定义的最大高度，能够简单地调整光接收装置的视场。
特别地，第三光限制结构表面和透镜结构设计为并且预定义的最大高度被选择为，使得在大于所述最大角度的入射角下射到透镜板上的光束不能到达光接收装置。这些光束可能沿着相反的方向，即从光接收装置处穿过透镜板，在透镜板与周围环境的过渡部处全反射。也就是说，根据光路的可逆性原理，这些光束不具有从周围环境到光接收装置的有效路径。
附图说明
本发明的其它优点和特性从接下来的描述和所参照的附图中得出。
在附图中示出：
-图1通过观察下侧示出根据本发明的雨水和/或光传感器的一个部段；
-图2示出贯穿图1的根据本发明的雨水和/或光传感器的表面的示意性剖面；以及
-图3通过观察上侧并且在旋转180°的视图中示出图1的根据本发明的雨水和/或光传感器。
具体实施方式
在图1和2中示出雨水和/或光传感器8的一个部段，所述部段包括透镜板10以及至少一个与透镜板10间隔开的光接收装置12。
透镜板10具有下侧14和与下侧14相反的上侧16，所述下侧具有基本上平坦的表面，所述上侧同样具有基本上平坦的表面。
下侧14在所示出的变型形式中通过吸收光的材料17覆层。
在透镜板10的基体18中形成凹部20，所述凹部的边缘面形成第一光限制结构21，所述第一光限制结构具有第一、第二和第三光限制结构表面22、24、26。光限制结构表面22、24、26从下侧14起朝向上侧16延伸到基体18中。
光限制结构表面22、24、26的背离透镜板10的下侧14的轮廓25在环周侧对透镜结构28限界。换言之，透镜结构28基本上通过透镜板10的基体18中的凹部20形成。
此外，凹部20是无底切的，使得透镜板10是用模具生产的。也就是说，透镜板10是可脱模的从而可简单制造，例如通过注塑成型。透镜板10据此能够由塑料形成，其折射率与空气的折射率不同。
凹部20能够具有如下横截面，所述横截面从下侧14起朝向上侧16单调递减，尤其严格单调递减。
透镜结构28在所示出的实施方式中形成会聚透镜29。会聚透镜29的表面是凸状的，即从透镜板10的上侧16起观察朝向下侧14向外拱起。
透镜结构28具有基本上三角形的轮廓27，如直观地从图1中所看到的那样。在此，将三角形理解为透镜结构28具有三个角点，所述角点在形成会聚透镜29的透镜结构28的凸状的表面上成对地基本上通过测绘者连接。据此，三角形轮廓27的各两个角点彼此连接。
在透镜结构28的焦点中设置有光接收装置12，使得位于光接收装置12的视场31中的光束30朝向光接收装置12聚束，如在图3中所示出的那样。
光接收装置12的视场31基本上通过光限制结构21确定，如在下文中仍将详细阐述的那样。
由透镜板10和光接收装置12构成的装置具有主接收方向A(参见图3)，所述主接收方向与同上侧16重合的平面成不同于90°的角度。也就是说，主接收方向A相对于上侧16倾斜。
从图2中看到，第一和第二光限制结构表面22、24彼此成预定义的角度从而入射的、能够到达光接收装置12的光束的方位角/>被限制到角度范围/>上。方位角/>在此是在同上侧16的表面重合或至少与该表面平行的平面中的角度。
第一和第二光限制结构表面22、24设计为，使得最外部的、恰好仍应到达光接收装置12的光束30恰好仍触及第一或第二光限制结构表面22、24。
光限制结构表面22、24、26在轮廓27和下侧14之间基本上平坦地伸展。相应的光限制结构表面22、24、26因此也能够称为光滑的。
光限制结构表面22、24、26在下侧14处，即在下侧14的平面中的轮廓对凹部20的底面限界，所述底面同样基本上是三角形的。
具有位于角度范围之外的方位角的光束30不能到达光接收装置12，因为其在凹部20之外穿过透镜板10的基体18并且在下侧14上射到吸收光的层17上。
第三光限制结构表面26设计为，使得其限定最大角度αmax(参见图3)，在所述最大角度下，射到上侧16上的光束30仍能够到达光接收装置12。角度αmax在此相对上侧16的表面上的法线n来测量。
在第三光限制结构表面26的轮廓上的点相对于透镜板10的下侧14具有预定义的最大高度。在此将所述高度选择为，使得在大于αmax的角度下射向上侧16的光束不具有到光接收装置12的有效光路。这些光束可能沿着相反的方向，即从光接收装置12穿过透镜板10，在从透镜板10到周围环境的过渡部处全反射，即在上侧16上全反射。也就是说，根据光路的可逆性原理，这些光束不具有从周围环境到光接收装置12的有效路径。
因此，综上所述，光接收装置12的所期望的视场31通过相应地设计光限制结构表面22、24、26来实现。
相应的视场31尤其从图3中看到，并且具有基本上三角形的面，所述面归因于光限制结构21的轮廓27。

Claims (12)

1.一种用于雨水和/或光传感器(8)的透镜板(10)，其具有基体(18)、至少一个光限制结构(21)和至少一个透镜结构(28)，
其中所述光限制结构(21)具有第一和第二光限制结构表面(22，24)，其中所述光限制结构(21)具有第三光限制结构表面(26)，
其中所述光限制结构(21)从所述透镜板(10)的下侧(14)起延伸到所述基体(18)中，其中所述光限制结构(21)的背离所述透镜板(10)的下侧(14)的轮廓(27)在环周侧对所述透镜结构(28)限界，其中所述轮廓(27)基本上是三角形的，使得所述透镜结构(28)具有该基本上三角形的轮廓(27)，其中所述光限制结构(21)和所述透镜结构(28)基本上通过所述透镜板(10)中的至少一个凹部(20)形成，使得所述光限制结构(21)和所述透镜结构(28)对所述凹部(20)限界，并且
其中所述第一、第二和第三光限制结构表面(22，24，26)在所述下侧(14)处的轮廓对所述凹部(20)的底面限界，所述底面基本上是三角形的。
2.根据权利要求1所述的透镜板(10)，其特征在于，所述凹部(20)是无底切的。
3.根据权利要求2所述的透镜板(10)，其特征在于，所述凹部(20)的横截面从所述透镜板(10)的下侧(14)起朝向所述透镜板(10)的与所述下侧(14)相反的上侧(16)单调递减。
4.根据权利要求1所述的透镜板(10)，其特征在于，所述第一和第二光限制结构表面(22，24)彼此形成预定义的角度
5.根据权利要求1所述的透镜板(10)，其特征在于，所述第三光限制结构表面(26)相对于所述透镜板(10)的下侧(14)具有预定义的最大高度。
6.根据权利要求1所述的透镜板(10)，其特征在于，所述透镜结构(28)形成会聚透镜(29)。
7.根据权利要求1所述的透镜板(10)，其特征在于，所述透镜板(10)的下侧(14)至少部段地设有吸收光的材料(17)。
8.根据权利要求7所述的透镜板(10)，其特征在于，所述透镜板(10)的下侧(14)至少部段地通过所述吸收光的材料(17)覆层。
9.一种雨水和/或光传感器(8)，其具有根据上述权利要求中任一项所述的透镜板(10)和光接收装置(12)。
10.根据权利要求9所述的雨水和/或光传感器(8)，其特征在于，所述透镜结构(28)形成会聚透镜(29)，其中所述光接收装置(21)设置在所述透镜结构(28)的焦点中。
11.根据权利要求9所述的雨水和/或光传感器(8)，其特征在于，所述第一和第二光限制结构表面(22，24)彼此成预定义的角度其中所述预定义的角度/>使得穿过所述透镜板(10)射到所述光接收装置(12)上的光束(30)的方位角被限制到预定义的范围上。
12.根据权利要求9所述的雨水和/或光传感器(8)，其特征在于，所述第三光限制结构表面(26)相对于所述透镜板(10)的下侧(14)具有预定义的最大高度，其中所述第三光限制结构表面(26)将穿过所述透镜板(10)射到所述光接收装置(12)上的光束(30)的入射角相对于所述透镜板(10)限制到最大角度(αmax)。
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