本發(fā)明涉及一種傳感器，尤其是涉及一種車用雨量傳感器及其光透鏡。

背景技術(shù)：

在汽車上，雨量傳感器主要用于感應(yīng)擋風(fēng)玻璃上雨滴的大小，從而自動(dòng)調(diào)節(jié)雨刮運(yùn)行速度，為駕駛者提供良好的視野。目前應(yīng)用較廣的雨量傳感器分別是光學(xué)式傳感器和電容式傳感器，由于電容式傳感器安裝在擋風(fēng)玻璃的外表面上，其金屬鍍層在雨刷的長(zhǎng)期工作下會(huì)很快被擋風(fēng)玻璃刮蹭掉，所以光學(xué)式傳感器較之更受技術(shù)關(guān)注。

根據(jù)光學(xué)原理，當(dāng)光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)，折射角將大于入射角。當(dāng)入射角增大到某一數(shù)值時(shí)，折射角將達(dá)到90°，這時(shí)在光疏介質(zhì)中將不出現(xiàn)折射光線，只要入射角大于或等于上述數(shù)值時(shí)，均不再存在折射現(xiàn)象，這就是全反射。

光學(xué)式雨量傳感器即是根據(jù)光的全反射原理工作的。圖1是一種已知的光學(xué)式雨量傳感器的結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示，傳感器一般包括光發(fā)射器105、光接收器107、發(fā)射透鏡104、接收透鏡108和透鏡板103。光發(fā)射器105和光接收器107間隔對(duì)著擋風(fēng)玻璃101設(shè)置。發(fā)射透鏡104設(shè)在光發(fā)射器105與玻璃101之間，接收透鏡108設(shè)在光接收器107和玻璃101之間。透鏡板103用于承載發(fā)射透鏡104和接收透鏡108。光發(fā)射器105發(fā)出的光通過(guò)發(fā)射透鏡104的收集和整理，穿透耦合層102投射到擋風(fēng)玻璃101的內(nèi)表面。當(dāng)無(wú)雨時(shí)，玻璃101的外表面是空氣，相對(duì)于玻璃101是光疏介質(zhì)，入射角大于臨界角時(shí)會(huì)發(fā)生全反射，這時(shí)所有光線會(huì)通過(guò)接收透鏡108的整理匯聚到光接收器107上；當(dāng)有雨時(shí)，由于擋風(fēng)玻璃101外表面的介質(zhì)發(fā)生變化，會(huì)有部分光線折射到玻璃101外，光接收器107上接收到的光強(qiáng)發(fā)生變化。光學(xué)式雨量傳感器就是通過(guò)這種變化來(lái)判斷是否下雨以及雨量大小。

對(duì)于光學(xué)式雨量傳感器中最重要是包括發(fā)射透鏡104和接收透鏡108的光透鏡部件。傳統(tǒng)的透鏡朝著擋風(fēng)玻璃傾斜，需要較大的空間。全息結(jié)構(gòu)借助于衍射原理，但具有原理本身的缺陷，導(dǎo)致發(fā)光效率低、雜散光影響大。圖1的透鏡是菲涅耳透鏡的改進(jìn)，可以做到比傳統(tǒng)凸透鏡更薄的尺寸，并且同樣達(dá)到聚光的效果。

但是這種透鏡結(jié)構(gòu)存在一定的問(wèn)題：這種結(jié)構(gòu)要求光源(如圖1的光發(fā)射器105)都必須布置在透鏡(發(fā)射透鏡104)的焦點(diǎn)f處；如果要把傳感器的尺寸做薄，就要求一個(gè)更小的焦距，這樣就要將透鏡上的鋸齒做得很小、很淺，但在實(shí)際加工制造中很難實(shí)現(xiàn)；如果光源距離透鏡中心o的距離大于焦距f，則會(huì)有較多的雜光106不會(huì)被收集到，這些雜光甚至?xí)蓴_到光線的接收端。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種車用雨量傳感器及其光透鏡，可以適應(yīng)不同的光源，做成較薄的尺寸，以及匯聚更多的入射光。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題而采用的技術(shù)方案是一種車用雨量傳感器，包括光發(fā)射總成、光發(fā)射器、發(fā)射透鏡、光接收總成、光接收器、接收透鏡、耦合層以及玻璃，該光發(fā)射器位于該光發(fā)射總成上，該光接收器位于該光接收總成上，該發(fā)射透鏡和該接收透鏡通過(guò)該耦合層耦合于該玻璃上且間隔設(shè)置，該光發(fā)射總成面向該發(fā)射透鏡，該光接收總成面向該接收透鏡，其中：該發(fā)射透鏡和該接收透鏡各包括第一部分和第二部分，該第一部分的上表面或下表面為菲涅爾透鏡結(jié)構(gòu)，該第二部分從第一部分下表面凸出，且該第二部分的下表面具有凹槽；該光發(fā)射總成面向該發(fā)射透鏡的第二部分的凹槽，該光接收總成面向該接收透鏡的第二部分的凹槽。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該光發(fā)射總成和該光接收總成具有凹陷，該光發(fā)射器和該光接收器分別位于該光發(fā)射總成和該光接收總成的凹陷內(nèi)。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該第二部分的周緣內(nèi)表面的形狀對(duì)光線為全反射。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該發(fā)射透鏡的第二部分的下端點(diǎn)低于該光發(fā)射器的發(fā)光邊緣與該光發(fā)射總成的邊緣的連線延長(zhǎng)線，且該接收透鏡的第二部分的下端點(diǎn)低于該光接收器的受光邊緣與該光接收總成的邊緣的連線延長(zhǎng)線。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，傳感器還包括透鏡板，用于承載該該發(fā)射透鏡和該接收透鏡。

本發(fā)明還提出一種車用雨量傳感器的透鏡結(jié)構(gòu)，包括第一部分和第二部分，該第一部分呈圓柱形且該第一部分的上表面或下表面為菲涅爾透鏡結(jié)構(gòu)，該第二部分位于該第一部分下表面，且該第二部分的下表面具有凹槽。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該第二部分的周緣內(nèi)表面的形狀對(duì)光線為全反射。

本發(fā)明由于采用以上技術(shù)方案，使之與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下顯著優(yōu)點(diǎn)：

1、由于透鏡的第二部分考慮了來(lái)自光源邊緣的光線，因此可以收集到光源發(fā)出的大部分光線；對(duì)于接收端，則接收器可以收集到穿過(guò)接收透鏡的全部光線。

2、調(diào)整了光源和透鏡之間的距離，可以通過(guò)改變透鏡的第二部分的參數(shù)，達(dá)到同樣的光線收集效果，因此可以將整個(gè)傳感器做得很薄。

3、由于第二部分的存在，現(xiàn)有設(shè)計(jì)中尺寸很小且精度要求高的鋸齒可以被忽略，加工難度大大降低。

附圖說(shuō)明

為讓本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作詳細(xì)說(shuō)明，其中：

圖1是一種已知的光學(xué)式雨量傳感器的結(jié)構(gòu)圖。

圖2a是本發(fā)明一實(shí)施例的光學(xué)式雨量傳感器的透鏡結(jié)構(gòu)的立體圖。

圖2b是本發(fā)明一實(shí)施例的光學(xué)式雨量傳感器的透鏡結(jié)構(gòu)的俯視圖。

圖2c是本發(fā)明一實(shí)施例的光學(xué)式雨量傳感器的透鏡結(jié)構(gòu)的剖視圖。

圖3是本發(fā)明一實(shí)施例的光學(xué)式雨量傳感器及其光路圖。

圖4是本發(fā)明一實(shí)施例的光學(xué)式雨量傳感器的透鏡收集光發(fā)射器邊緣雜散光的光路細(xì)節(jié)。

具體實(shí)施方式

圖2a是本發(fā)明一實(shí)施例的光學(xué)式雨量傳感器的透鏡結(jié)構(gòu)的俯視圖。圖2b是本發(fā)明一實(shí)施例的光學(xué)式雨量傳感器的透鏡結(jié)構(gòu)的立體圖。圖2c是本發(fā)明 一實(shí)施例的光學(xué)式雨量傳感器的透鏡結(jié)構(gòu)的剖視圖。參考圖2a-2c所示，本實(shí)施例的車用雨量傳感器的透鏡結(jié)構(gòu)包括第一部分210和第二部分220。第一部分210的上表面分布有鋸齒211。這些鋸齒211的形狀可以不同。鋸齒211的作用是將第二部分220收集的光線折成一定角度投射到汽車的擋風(fēng)玻璃上。第二部分220凸出于第一部分210下表面，且第二部分220的下表面具有凹槽221。

相比現(xiàn)有透鏡結(jié)構(gòu)，本實(shí)施例的透鏡的第二部分220上的凹槽221，可以完全將光發(fā)射器或者光接收器罩在其中，從而在更大程度上收集光線。

在圖2a所示實(shí)施例中，在第一部分210的上表面分布鋸齒211以構(gòu)成菲涅爾透鏡結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，菲涅爾透鏡結(jié)構(gòu)可以設(shè)置在第一部分210的下表面，即鋸齒可以分布在第一部分210的下表面。

在形狀上，透鏡的第一部分210大致上呈圓柱形，第二部分220大致上呈圓臺(tái)形。

透鏡的尺寸一般由光源的大小來(lái)決定，實(shí)際應(yīng)用中透鏡的直徑尺寸為4mm-10mm不等，厚度為5mm-15mm。透鏡的材質(zhì)一般為聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)或者聚碳酸酯(pc)，可以通過(guò)注塑方式制造。

圖3是本發(fā)明一實(shí)施例的光學(xué)式雨量傳感器及其光路圖。如圖3所示，本實(shí)施例的車用雨量傳感器包括光發(fā)射總成305、光發(fā)射器307、發(fā)射透鏡304、光接收總成309、光接收器308、接收透鏡310、透鏡板303、耦合層302以及玻璃301。光發(fā)射器307位于光發(fā)射總成305上，光接收器308位于光接收總成309上。發(fā)射透鏡304和接收透鏡310通過(guò)耦合層302耦合于玻璃301上且間隔設(shè)置。光發(fā)射總成305面向發(fā)射透鏡304，光接收總成309面向接收透鏡310。透鏡板303用于承載發(fā)射透鏡304和接收透鏡310。

本實(shí)施例的發(fā)射透鏡304和接收透鏡310采用圖2所示結(jié)構(gòu)。具體來(lái)說(shuō)，發(fā)射透鏡304包括第一部分410和第二部分420。第一部分410上表面分布有鋸齒411以構(gòu)成菲涅爾透鏡結(jié)構(gòu)，第二部分420從第一部分410下表面凸出，且第二部分420的下表面具有凹槽421。光發(fā)射總成305面向發(fā)射透鏡304的第二部分420的凹槽421。類似地，接收透鏡310包括第一部分510和第二部分520。第一部分510上表面分布有鋸齒511以構(gòu)成菲涅爾透鏡結(jié)構(gòu)，第二部分520從第一部分510下表面凸出，且第二部分520的下表面具有凹槽521。 光接收總成309面向接收透鏡310的第二部分520的凹槽521。

在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，鋸齒構(gòu)成的菲涅爾透鏡結(jié)構(gòu)也可以設(shè)置在發(fā)射透鏡304的第一部分410的下表面，或者菲涅爾透鏡結(jié)構(gòu)可以設(shè)置在接收透鏡310的第一部分510的下表面。

較佳地，光發(fā)射總成305和光接收總成309分別具有凹陷，光發(fā)射器307和光接收器308分別位于光發(fā)射總成305和光接收總成309的凹陷內(nèi)。從光發(fā)射器307射出的光束經(jīng)光發(fā)射總成305會(huì)聚折射入發(fā)射透鏡304，發(fā)射透鏡304不但收集光發(fā)射器307發(fā)出的中間部分光線，同時(shí)可利用全反射原理收集光發(fā)射器307邊緣雜散光。光束經(jīng)發(fā)射透鏡304上表面(或下表面)的菲涅爾透鏡結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為平行光進(jìn)入耦合層302。穿過(guò)耦合層302后，該光束被折射進(jìn)入玻璃301并在玻璃301的相對(duì)內(nèi)表面發(fā)生反射。然后，該光束再次穿過(guò)玻璃301，進(jìn)入耦合層302，根據(jù)光路可逆原理，最終光束入射到光接收器308上。

進(jìn)一步，發(fā)射透鏡304的第二部分420的周緣內(nèi)表面最好設(shè)計(jì)成全反射，以盡量減少光線損失。圖4展示了透鏡收集光發(fā)射器邊緣雜散光的光路細(xì)節(jié)。如圖4所示，由光發(fā)射器307最邊緣發(fā)射出的光線，投射到發(fā)射透鏡304的第一表面4011，在該表面，光線會(huì)發(fā)生一定角度的折射，由折射定理可知，β2＜β1。光線進(jìn)入發(fā)射透鏡304后，投射到透鏡內(nèi)表面4012上，發(fā)生全發(fā)射后投射到內(nèi)表面4013上，其中第二表面4012和第三表面4013設(shè)計(jì)成一定的夾角，夾角范圍為90度-180度，最佳度數(shù)是120度，這樣，發(fā)射透鏡304能產(chǎn)生全反射的現(xiàn)象。

由于光線由光密物質(zhì)(pmma)射向光疏物質(zhì)(空氣)，根據(jù)全反射定律可以計(jì)算得臨界角約為45°，并且入射角等于反射角，因此可以算得γ1＝γ2＝α1＝α2＞45°。再由三角形的內(nèi)角和等于180°可以推出，要達(dá)到全發(fā)射發(fā)生的條件，第二表面4012和第三表面4013的夾角θ必須大于90°。對(duì)于接收透鏡310，同樣如此。

進(jìn)一步，發(fā)射透鏡304最好能光發(fā)射器307發(fā)出的全部光線。為此，發(fā)射透鏡304的第二部分420的下端點(diǎn)4014需要低于光發(fā)射器307的發(fā)光邊緣與光發(fā)射總成305的邊緣的連線延長(zhǎng)線。由于光路的是可逆的，因此在接收端，可以采用完全相同的設(shè)計(jì)，即接收透鏡310的第二部分520的下端點(diǎn)需要低于光 接收器308的受光邊緣與光接收總成309的邊緣的連線延長(zhǎng)線。

與現(xiàn)有的透鏡結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明的上述實(shí)施例有以下特點(diǎn)：

1、由于透鏡的第二部分考慮了來(lái)自光源邊緣的光線，因此可以收集到光源發(fā)出的大部分光線，當(dāng)采用考慮第二部分下端點(diǎn)與光發(fā)射器的邊緣的相對(duì)關(guān)系的較佳設(shè)計(jì)時(shí)，可以收集到光源發(fā)出的全部光線；對(duì)于接收端，則接收器可以收集到穿過(guò)接收透鏡的全部光線。

2、調(diào)整了光源和透鏡之間的距離，可以通過(guò)改變透鏡的第二部分的參數(shù)，達(dá)到同樣的光線收集效果，因此可以將整個(gè)傳感器做得很薄。

3、由于第二部分的存在，現(xiàn)有設(shè)計(jì)中尺寸很小且精度要求高的鋸齒可以被忽略，加工難度大大降低。

雖然本發(fā)明已參照當(dāng)前的具體實(shí)施例來(lái)描述，但是本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，以上的實(shí)施例僅是用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，在沒(méi)有脫離本發(fā)明精神的情況下還可作出各種等效的變化或替換，因此，只要在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)對(duì)上述實(shí)施例的變化、變型都將落在本申請(qǐng)的權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。