雨滴传感器的制作方法

专利名称：雨滴传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及雨滴传感器，此传感器特别适合用于汽车雨刷自动控制设备。
背景技术：
常规地，雨滴传感器用来探测雨滴，它通常固定在汽车的挡风玻璃等上(见未审查的日本专利公开No.2001-66246，此专利与美国专利No.6507015相对应)。未审查的日本专利公开No.2001-66246中所描述的雨滴传感器安装在挡风玻璃200的内壁上，图9显示了雨滴传感器光学探测雨滴的探测原理。雨滴传感器主要包括导光体140，平凸透镜120、130，平凸透镜段150、160，光发射元件100、110和光接收元件170组成。
导光体140包括多个倾斜的平面，平凸透镜120、130和平凸透镜段150、160就在这些倾斜的平面上形成。平凸透镜120、130对着光发射元件100、110。平凸透镜段150、160对着光接收元件170。在导光体140的输入侧形成了多个倾斜的平面。平凸透镜120、130分别在对应的倾斜平面上形成。在其反面，在导光体140的输出侧形成了多个倾斜的平面。平凸透镜段150、160在对应的多个倾斜平面上形成。平凸透镜段150、160是将一个平凸透镜划分成几个透镜段所形成的，透镜段的数目等于多个倾斜平面的数目。
从光发射元件100、110中发射出的每条光线通过输入侧的平凸透镜120、130，准直形成准直光束(双点划线所示)。准直光束照射到挡风玻璃200上预定的区域上，此区域被定义为雨滴感应区。
雨滴感应区上的反射光线被输出侧平凸透镜段150、160会聚。然后，光接收元件170通过接收此反射光线以探测雨滴感应区的雨滴数量。如图9所示，根据上述的现有技术的结构中，从光发射元件100、110中射出的光线照射到输入侧平凸透镜120、130上。然而，平凸透镜130的一部分(在划分面180周围)不能接收到从光发射元件100中射出的光线。因此，导光体140所接收的光量减少，从而导致从平凸透镜130传输到挡风玻璃200上的光量减少(如图9中阴影部分所示)。结果，该部分雨滴感应区的雨滴探测精度降低，其中雨滴感应区接收到减少的光量。
在输出侧划分面190周围，在平凸透镜段160、150对反射光进行会聚的过程中，输出侧划分面190和平凸透镜150在某些情况下有可能限制了反射光的会聚。结果，从挡风玻璃200上传播到平凸透镜段150上的光量有可能会降低(如图9中阴影部分所示)。

发明内容
本发明就是为解决上述的不足。因此，本发明的目的就是提供一个雨滴传感器，此雨滴传感器能够更有效地引导光线从而能更有效地探测雨滴。
为了实现本发明的目的，提供了一个雨滴传感器来探测附着在透明面板上的雨滴。该雨滴传感器包括光发射元件、光接收元件和导光体。光发射元件对着透明面板，其中光发射元件对着透明面板发光。光接收元件对着透明面板，其中该光接收元件接收从光发射元件中发出的光线。导光体安装在透明面板上，它包括输入透镜，输入侧划分面，输出透镜以及输出侧划分面。输入透镜形成在导光体的输入侧，其中输入透镜被划分成多个输入透镜段，这些透镜段彼此分开地设置(displace from)在平行于输入透镜光轴的方向上。输入侧划分面分开多个输入透镜段中相邻的两个，其中输入侧划分面是平面的。输出透镜形成在导光体的输入侧，其中输出透镜被划分成多个透镜段，这些透镜段彼此分开地设置在平行于输出透镜光轴的方向上。输出侧划分面划分开多个输出透镜段中相邻的两个，其中输出侧划分面是平面的。输入侧透镜将从光发射元件中发出的光进行准直，形成入射侧准直光束。输出透镜接收该准直光束，其中该准直光束被输入透镜准直并被透明面板的参考面反射，其中雨滴附着在透明面板的该参考平面上。输出透镜将该反射的准直光束向光接收元件汇聚，从而使光接收元件能够接收到该反射准直光束。输入侧划分面的假想延伸部分和输出侧划分面的假想延伸部分的交点位于透明面板的参考面上。
附图简述根据下面的描述、附加权利要求和附图，能够更清楚的了解此发明以及它的附加目的、特点和优点，其中

图1是根据第一实施例显示了雨滴传感器安装在汽车挡风玻璃内壁表面上时导光体从图2中I-I方向看过去的示意图；图2是根据图1所示显示了导光体、LED和PD的排列的俯视图；图3是根据第二实施例将雨滴传感器安装在汽车挡风玻璃内壁表面上的剖面图；图4是根据第二实施例的改进的雨滴传感器安装在汽车挡风玻璃内壁表面上的剖面图；图5是根据第三实施例的雨滴传感器安装在汽车挡风玻璃内壁表面上的剖面图；图6显示了LED的光照射角和光强度之间的关系；图7是根据第一改进显示了导光体、LED和PD的排列的俯视图；图8是根据第二改进显示了导光体、LED和PD的排列的俯视图；图9是根据现有技术的雨滴传感器安装在汽车挡风玻璃内壁表面上的剖面图。
发明详述(第一实施例)
参照附图描述本发明的第一实施例。雨滴传感器被应用于雨刷自动控制设备上，其中该自动控制设备被安装在汽车的挡风玻璃(或者透明面板)60的外壁表面(或者参考面)60a上。除了挡风玻璃，透明面板也可能包括汽车透明的车顶面板，后窗，侧窗等。雨滴传感器安装在与雨刷的刷拭区域对应的挡风玻璃60的内壁表面60b上。雨滴传感器光学地探测附着在刷试区域的雨滴，以输出信号到雨刷自动控制设备。图1是根据本发明显示雨滴传感器安装在汽车挡风玻璃60的内壁表面60b上时导光体从图2中I-I方向看过去的示意图。图2是显示了导光体10、光发射元件40和光接收元件50的排列的俯视图。
如图1中所示，雨滴传感器包括导光体10，光发射元件40和光接收元件50。光发射元件(LED)40发光(例如，红外射线)，且该光线被挡风玻璃60反射。然后，例如光电二极管的光接收元件(PD)50接收到此光线，其中该光线被挡风玻璃60反射。通过同样的过程，此雨滴传感器探测到了雨滴数量。具体而言，雨滴传感器是根据PD 50所接收到光的减少量来探测雨滴数量。光量的减少是因为附着在外壁表面60a上的雨滴，导致了外壁表面60a的反射率的改变(或者减少)。在第一实施例中的雨滴传感器中，每一个LED 40都有专门对应的PD50。LED 40和PD 50的数量和组合是可以改变的。在后面的第一改进和第二改进中将会对改变进行描述。
此处对探测雨滴量的详细方法进行描述。雨滴传感器通过减少率来探测雨滴量。该减少率是PD 50所接收到的光量和LED 40所发出的光量之间的比率。该减少率可以通过下面的公式计算，(VLED-VPD)/VLED*100(单位％)，这里VLED是基于LED 40的发光的电压，VPD是PD的输出电压。此VLED也可以被描述成PD 50对应的输出电压，其中PD 50的输出电压与在天气状况良好的情况下记录的LED 40所发出的恒定电流相对应。VLED也可以被描述成PD 50的光-电压转换值。
导光体10位于挡风玻璃60和一组LED 40和PD 50之间。导光体10通过一个光耦合层(硅胶层)70安装在内壁表面60b上。导光体10将光线从LED 40导入到挡风玻璃60上。然后，导光体10将反射光线导入到PD 50上，其中反射光线是被挡风玻璃60所反射的。导光体10是由光学透明的树脂材料(例如，聚碳酸脂丙稀)制成的。形成导光体10的材料也可以用玻璃材料代替，因为此材料只是将光线从LED 40上导入到PD 50上。
导光体10包括输入侧倾斜平面12a、12b和输出侧倾斜平面15a、15b。输入侧倾斜平面12a、12b是倾斜的，使得从LED 40上射出的光线大体上垂直入射到倾斜平面12a、12b上。输出侧倾斜平面15a、15b是倾斜的，使得挡风玻璃60反射的反射光线能够从倾斜平面15a、15b大体上垂直出射。同样，当从垂直于挡风玻璃60的方向看倾斜平面12a、12b、15b、15b时，每一个倾斜平面12a、12b、15a、15b没有和其他的倾斜平面12a、12b、15a、15b重叠。
输入透镜13形成在输入侧倾斜平面12a、12b上，输出透镜16形成在输出侧倾斜平面15a、15b上。输入透镜13将从LED 40中射出的光线进行准直，形成输入侧准直光线。输出透镜16将反射的准直光束会聚到PD 50上，其中反射的准直光束被挡风玻璃60反射。
输入透镜13包括多个输入透镜段，其中每个输入透镜段是通过沿着平凸透镜的光轴划分该平凸透镜所产生的透镜段形成的。输入透镜13的多个输入透镜段作为输入侧透镜段13a、13b来说明。输入侧平凸透镜段13a形成在输入侧倾斜平面12a上。输入侧平凸透镜段13b形成在输入侧倾斜平面12b上。输出透镜16包括多个输出透镜段，其中每个输出透镜段是通过沿着平凸透镜的光轴划分该平凸透镜所产生的透镜段形成的。输出透镜16的多个输出透镜段作为输出侧透镜段16a、16b来说明。输出侧平凸透镜段16a形成在输出侧倾斜平面15a上。输出侧平凸透镜段16b形成在输出侧倾斜平面15b上。
输入侧平凸透镜段13a、13b和输出侧平凸透镜段16a、16b有可能是与导光体10形成为一个整体，也有可能与导光体10分开形成。在某情况下，当平凸透镜段13a、13b、16a、16b是独立形成的时，例如，平凸透镜段13a、13b、16a、16b利用光学透明的粘合剂粘在对应的倾斜平面12a、12b、15a、15b上。
将输入侧平凸透镜段13a、13b表面的曲率限定为使得LED 40所发射被折射，以通过输入侧平凸透镜段13a、13b的表面形成输入侧准直光束。将输出侧平凸透镜段16a、16b表面的曲率限定为使得挡风玻璃60反射的反射准直光束经过折射会聚到PD 50。
如图1所示，输入侧划分面11a分隔开相邻的输入侧平凸透镜段13a、13b，并且输入侧划分面11a是平面的。输入侧划分面11a大致上垂直于输入侧倾斜平面12a、12b。此外，输入侧划分面11a是沿着输入侧平凸透镜段13a、13b的光轴形成的。
如图1所示，输出侧划分面14a分隔开相邻的输出侧平凸透镜段16a、16b，并且输出侧划分面14a是平面的。输出侧划分面14a大致上垂直于输出侧倾斜平面15a、15b。此外，输出侧划分面14a是沿着输出侧平凸透镜段16a、16b的光轴形成的。
将输入侧划分面11a和输出侧划分面14a形成为使得输入侧划分面11a的假想延伸部分和输出侧划分面14a的假想延伸部分的连接处位于挡风玻璃60的外壁表面60a上。
机架20保持电路板30。LED 40和PD 50安装在电路板板30对着挡风玻璃60的表面上(安装表面)。LED 40和PD 50都安装在电路板30上，其中LED 40和PD 50都是芯片式和表贴式的。根据来自安装在电路板30上的发射驱动电路(图中没有标明)的驱动信号，LED40在照射角θ1(如图1中虚线所示)内向挡风玻璃60上发射或者停止发光(例如，红外线)。
PD 50接收反射光线。PD 50接收在接收角θ2(如图1中虚线所示)范围内传播的反射光线。然后，PD 50传送PD 50所接收的光量的测定值到安装在电路板30上的处理电路(图中没有标明)中。该处理电路接收光量的测定值，并且将此测定值转换成对应的信号，其中该信号与附着的雨滴量相对应。
此处，LED 40安装在电路板30和输入侧划分面11a的假想延伸部分的交点上。此外，PD 50安装在电路板30和输出侧划分面14a的假想延伸部分的交点上。
在本实施例中，LED 40和PD 50都是表贴式的。因此，减少安装面积使得电路板30能够微型化。于是，雨滴传感器能够微型化。同样，在发射驱动电路和处理电路都是表贴式的情况下，雨滴探测器就能够实现进一步的微小化。
在本实施例中，导光体10包括两个输入侧倾斜平面12a、12b，和两个输出侧倾斜平面15a、15b。然而，导光体10的每侧有可能分别有三个或者三个以上的倾斜平面。在这种情况下，在临近的倾斜平面之间形成多个划分面。多个划分面中的一个最好沿着平凸透镜段的光轴形成，其中该平凸透镜段形成在倾斜平面上。
在划分面不是沿光轴形成的情况下，即使LED 40和PD 50都安装在相应的光轴上，挡风玻璃60上受光照射的区域也会减小。这是因为与划分面沿光轴方向形成的情况相比，在临近的平凸透镜段上会形成更多的平凸透镜端部的阴影。结果，感应区域更窄。
输入侧划分面11a和输出侧划分面14a最好几乎在对应的准直光束中心延径向形成。这是由于在输出侧，LED 40所发射的光线可以均匀地照射在入射侧平凸透镜段13a、13b上。这也是由于在输出侧，光接收元件可以有效的接收反射光线。
在本实施例中，如图2所示，导光体10包括一组输入侧平凸透镜段13a、13b和一组输出侧平凸透镜16a、16b。LED 40安装在电路板30和输入侧平凸透镜段13a、13b的光轴的交点上。同样，PD 50安装在电路板30和输出侧平凸透镜段16a、16b的光轴交点上。通过这样形成雨滴传感器，可以减少雨滴传感器的很多组件。这是因为每个输入侧平凸透镜段不需要特定对应的光发射元件，其中根据图6所示现有技术所显示的雨滴传感器中，每个平凸透镜120、130要求特定对应的光发射元件。
此处描述雨滴传感器的操作。在类似构成的本实施例中，当LED40被发射驱动电路驱动，LED 40发射带有预定特性的光线(例如，红外线)。此光线入射到输入侧平凸透镜段13a、13b的表面上。在照射角θ1的照射角θ11内传播的光线入射到输入侧平凸透镜段13a、13b的表面上。
由LED 40所发射的光线，经过输入侧平凸透镜段13a、13b的表面进行折射形成输入侧准直光束(如图中双点划线所示)。输入侧准直光束通过导光体10传播到挡风玻璃60上。被输入透镜13准直的输入侧准直光束从内壁表面60b上照射到外壁表面60a上。外壁表面60a上被输入侧准直光束照射的区域是雨滴感应区。
输入侧准直光束在雨滴感应区内被外壁表面60a反射。此后，作为反射准直光束，反射光线通过导光体10传向输出侧平凸透镜段16a、16b。此反射准直光束入射到输出侧平凸透镜段16a、16b上，被输出侧平凸透镜段16a、16b的表面折射，以向PD 50会聚，如图1中虚线所示。PD 50接收到此光线，其中此光线在接收角θ2中的接收角θ21内传播。
由LED 40所发出的光线的光路按照上述的方式形成。然后，在雨滴附着在外壁表面60a上的情况下，反射光量因为附着的雨滴而降低。因此，向PD 50上会聚的会聚光量降低。然后，PD 50传送第一信号到处理电路中，其中该第一信号与会聚光量对应。处理电路根据第一信号计算附着的雨滴量。然后，处理电路传送第二信号到雨刷自动控制设备中，其中该第二信号与附着的雨滴量对应。
下面将描述本实施例的效果。
(1)在输入侧划分面的假想延伸部分和雨滴感应区的交点与输出侧划分面的假想延伸部分和雨滴感应区的交点不一致的情况下，反射光量将因为上述接收到光量降低的两个部分(交点)而降低。因此，在雨滴感应区的两个部分光量可能降低。结果，在该两个部分的雨滴探测精度可能降低，并有可能不能准确的探测到雨滴感应区的雨滴量。
在本实施例中，输入侧划分面11a的假想延伸部分和外壁表面60a的交点与输出侧划分面14a的假想延伸部分和外壁表面60a的交点一致。因此，雨滴感应区只有单个部分(交点)接收的光量降低。于是，可以减少雨滴感应准确率降低的区域的数量。
此处描述光量的降低的原因。在导光体的输入侧，输入侧划分面形成在每个输入侧平凸透镜段和对应的输入侧倾斜平面之间。因为该输入侧划分面，所以到达输入侧划分面的假想延伸部分和雨滴感应区间交点上的光量较少。
此外，在导光体的输出侧，输出侧划分面形成在输出侧平凸透镜段和对应的输出侧倾斜平面之间。在雨滴感应区对应的部分，反射光的光量减少，其中该对应部分相应于输出侧划分面的假想延伸部分和雨滴感应区之间的交点。换句话说，在输出侧划分面的假想延伸部分和雨滴感应区之间的交点上，雨滴感应区接收到的光量较少。
(2)如图1所示，导光体10的输入侧包括倾斜平面12a、12b，输出侧包括倾斜平面15a、15b。此外，导光体10的输入侧包括倾斜平面12a、12b之间的划分面11a，导光体10的输出侧包括倾斜平面15a、15b之间的划分面14a。换句话说，因为倾斜平面12a、12b，15a、15b形成阶梯状，导光体10的高度比传统的导光体的高度要小(如图中点划线所示)，其中倾斜平面12a、12b，15a、15b形成在导光体的输入侧和输出侧上。
(3)输入侧平凸透镜段13a、13b在导光体10对应的输入侧倾斜平面12a、12b上形成，其中平凸透镜段13a、13b是将平凸透镜划分成两个透镜段形成的。输出侧平凸透镜段16a、16b在导光体10对应的输出侧倾斜平面15a、15b上形成，其中平凸透镜段16a、16b是将平凸透镜划分成两个透镜段形成的。因此，在输入侧形成了单个光轴，在输出侧形成了单个光轴。因此，LED 40和PD 50的数量比传统的雨滴传感器中对应元件的数量要少。
(4)在平凸透镜被划分成两个透镜段的情况下，最好沿着该平凸透镜的光轴划分该平凸透镜。在平凸透镜没有沿着该平凸透镜的光轴划分的情况下，当LED 40位于平凸透镜的光轴假想延伸部分上时，相应的相邻输入侧平凸透镜段的端部会在输入侧平凸透镜段上留下阴影。同样，当PD 50位于平凸透镜的输出光轴假想延伸部分上时，相应的相邻输出侧平凸透镜段的端部会在输出侧平凸透镜段上留下阴影。
(5)输入侧准直光束的径向中心通常位于输入侧划分面11a上，其中输入侧准直光束是由输入侧透镜13准直的。反射准直光束的径向中心通常位于输出侧划分面14a上，其中反射的准直光束是由输入侧透镜13准直并由挡风玻璃60上的参考面60a反射的。因此，在输入侧，LED 40所发射的光线均匀地到达输入侧平凸透镜段13a、13b上。同样，在输出侧，反射光线由光接收元件有效地接收。
(6)输出侧和输入侧上的每个倾斜平面12a、12b、15a、15b以这样一种方式形成，这种方式使得每个倾斜平面在挡风玻璃60上的投影图像相互不重叠。因此，导光体10的厚度变的均匀。同样，因为导光体10是浇注成型，限制了凹痕和气泡的形成。此外，导光体10的生产装置不需要设备来限定温度的分布不均。因此，限制了导光体10的生产成本的增长。
(7)安装在电路板30上的LED 40位于电路板30和输入侧划分面11a的假想延伸部分的交点上。在电路板30上形成的PD 50位于电路板30和输出侧划分面14a的假想延伸部分的交点上。因此，在LED 40向输入侧平凸透镜段12a、12b发光，挡风玻璃60反射的反射准直光束经过输出侧平凸透镜段16a、16b会聚的过程中，限制了由于导光体10和透镜所导致的阴影的产生。
(8)输入透镜13准直的输入侧准直光束的径向中心大体位于输入侧划分面11a上。反射准直光束的径向中心大体位于输出侧划分面14a上，其中反射准直光束是被输入透镜13准直并且被挡风玻璃60上的参考面60a反射。因此，在输入侧，LED 40发射的光线均匀地到达输入侧平凸透镜段13a、13b上。同样，在输出侧，反射准直光束被输出侧平凸透镜段16a、16b会聚到PD 50。
(9)例如，如图6所示，LED 40发射的光线具有方向性，因此光线在120°的出射角θ1内传播。假如在LED 40径向中心周围的光量为100％，在光线径向外围(如图6中虚线所示)的光量大约是50％。如图1所示，根据本实施例，输入侧倾斜平面12a、12b形成阶梯状，其中输入侧平凸透镜段13a、13b分别形成在输入侧倾斜平面12a、12b上。因此，从LED 40的预定的照射角θ1内的光线中，有选择的采用在照射角θ11中的光线，其中发射角θ11中的光线具有较强的光强度。
PD 50有预定的光接收角θ2。光线径向外围的光接收率比光束径向中心的光接收率要低。在本实施例中，输出侧倾斜平面15a、15b形成阶梯状，其中输出侧平凸透镜段16a、16b分别形成在输入侧倾斜平面15a、15b上。因此，从PD 50的预定的光接收射角θ2内，有选择的采用在光接收角θ21中的光线，其中发射角θ21内具有更高的接收效率。
(10)为了有效的利用预定照射角θ1和预定的光接收角θ2，电路板30和导光体10之间的距离被调整得更短，其中LED 40出射光线处于发射角θ1中，PD 50接收的光线处于光接收角θ2中。随后，可以将雨滴传感器变得更薄。
(11)预定的照射角和预定的光接收角可以变窄，其中LED 40发射的光线处于该预定的照射角内，PD 50接收的光线在该预定的光接收角内。
(12)将输入侧平凸透镜段13a、13b的表面曲率限定为使得LED 40所发射的光线经输入侧平凸透镜段13a、13b的表面准直以形成输入侧准直光束。输出侧平凸透镜段16a、16b的表面曲率限定为使得挡风玻璃60反射的反射准直光束经过折射会聚到PD 50。
因此，甚至是在LED 40和输入侧平凸透镜段13a之间的距离与LED 40和输入侧平凸透镜段13b之间的距离不同，并且PD 50和输出侧平凸透镜段16a之间的距离与PD 50和输出侧平凸透镜段16b之间的距离不同的条件下，输入侧和反射准直光束也可以在导光体10中形成，并且反射准直光束可以会聚到PD 50上。
(第二实施例)参看图3和图4，描述了本发明的第二实施例。第二实施例的雨滴传感器与第一实施例的雨滴传感器的组件类似的类似组件将使用同样的附图标记说明。在第二实施例中，输入侧和输出侧中至少一个上形成三个或者三个以上倾斜平面。图3是根据第二实施例安装在汽车挡风玻璃60的内壁表面60b上的雨滴传感器的剖面图。图4是根据第二实施例改进的安装在汽车挡风玻璃60的内壁表面60b上的雨滴传感器剖面图。
如图3所示，导光体10a包括三个输出侧倾斜平面15c-15e和两个输出侧划分面14b、14c。输出侧平凸透镜段16c-16e形成在对应的输出侧倾斜平面15c-15e上。输出侧划分面14b形成在倾斜平面15c和15d之间，输出侧划分面14c形成在倾斜平面15d和15e之间。输入侧划分面11a的假想延伸部分和输出侧划分面14c的假想延伸部分之间的交点位于挡风玻璃60的外壁表面60a上。
同样，PD 50的光接收点51安装在电路板30的安装表面和输出侧划分面14c的假想延伸部分的交点上。出射倾斜平面15e在输出侧划分面14c的LED 40一侧上形成。出射倾斜平面15c、15d在输出侧划分面14c的另一边形成。
如图4所示，在导光体10b的输入侧包括三个输入侧倾斜平面12c-12e和两个输入侧划分面11b、11c。此外，导光体10b包括三个输出侧倾斜平面15c-15e和两个输出侧划分面14b、14c。输入侧平凸透镜段13c-13e在对应的输出侧倾斜平面12c-12e上形成。输入侧划分面11b在输入侧倾斜平面12c和12d之间形成，输入侧划分面11c在输入侧倾斜平面12d和12e之间形成。输出侧的倾斜平面、划分面和平凸透镜段与图3中输出侧倾斜平面、划分面和平凸透镜段一样。
输入侧划分面11c的假想延伸部分和输出侧划分面14c的假想延伸部分之间的交点位于挡风玻璃60的外壁表面60a上。此外，LED 40的光发射点41安装在电路板30的安装表面和输入侧划分面11c的假想延伸部分之间的交点上。入射倾斜平面13e在输入侧划分面11c的PD 50一侧形成。入射倾斜平面13c、13d在输入侧划分面11c的另一侧形成。
下面描述本实施例的效果。
(1)在形成了三个或者三个以上的输入侧倾斜平面的情况下，单个第一径向侧透镜段13e位于输入透镜13的光轴的第一径向侧，其中该单个第一径向侧透镜段13e是在多个输入侧透镜段13c-13e中离光发射元件40最远的。此外，多个第二径向侧透镜段13c、13d位于输入透镜13光轴的第二径向侧，其中该多个第二径向侧透镜段13c、13d相对于单个第一径向侧透镜段13e离光发射元件40更近。类似的，对应的临近倾斜平面和对应的临近平凸透镜段不会在每个平凸透镜段上形成阴影，并且可以使得导光体10b的厚度更加均匀。
(2)在形成了三个或者三个以上的输出侧倾斜平面的情况下，输出侧倾斜平面15e在输出侧划分面14c的LED 40一侧形成。PD 50位于输出侧划分面14c的延伸部分上。此外，输出侧倾斜平面15c、15d在输出侧划分面14c的另一侧形成。类似的，就限制了来自每个平凸透镜段的光线，使得光线不受对应的临近倾斜平面和对应的临近平凸透镜段的遮挡，并且导光体10a的厚度可以变的均匀。
(第三实施例)参看图5，描述了本发明的第三实施例。与第一和/或第二实施例的雨滴传感器的组件类似的第三实施例的雨滴传感器的类似组件将用同样的附图标记说明。在第三实施例中，形成了四个输入侧倾斜平面和四个输出侧倾斜平面。图5是根据第三实施例安装在汽车挡风玻璃60的内壁表面60b上的雨滴传感器的剖面图。如图5所示，导光体10c在输入侧上包括四个输入侧倾斜平面12f-12i和三个输入侧划分面11d-11f。此外，导光体10c包括四个输出侧倾斜平面15f-15i和三个输出侧划分面14d-14f。
输入侧划分面11e的延伸部分和输出侧划分面14e的假想延伸部分之间的交点位于挡风玻璃60的外壁表面60a上。此外，LED 40位于在电路板30的安装表面和输入侧划分面11e的假想延伸部分的交点上。此外，PD 50位于电路板30的安装表面和输出侧划分面14e的假想延伸部分之间的交点上。
将描述本实施例的效果。导光体10c可以做得比其他任何实施例中的都要薄，因此导光体10c的厚度可以变得均匀。这是因为导光体10c在输入侧有四个倾斜平面，并且在输出侧有四个倾斜平面。
参看图7描述了第一改进。如图7所示，导光体10d包括两组输入侧平凸透镜段和一组输出侧平凸透镜段16a、16b。第一输入透镜13包括输入侧平凸透镜段13j、13k。第二输入透镜13包括输入侧平凸透镜段13l、13m。在本实施例中输出侧平凸透镜段和PD 50与第一实施例中的输出侧平凸透镜段和PD 50是一致的。因此，输出侧平凸透镜段和PD 50用与第一实施例相应附图标记表示。
如图7所示，在导光体10d上形成第一和第二输入透镜，其中第一和第二输入透镜包括输入侧平凸透镜段13j-13m，使得第一输入透镜13的光轴与第二输入透镜13的光轴平行，其中第一输入透镜13包括输入侧平凸透镜段13j、13k，第二输入透镜13包括输入侧平凸透镜段13l、13m。LED 40a、40b的每个位于电路板30和对应的光轴的交点上。输入侧平凸透镜段13j-13m的宽度大约是每个输出侧平凸透镜段16a、16b的宽度的一半。
LED 40a发射的光线通过第一输入透镜13照射到雨滴感应区的一半区域上，其中第一输入透镜13包括输入侧平凸透镜段13j、13k。LED 40b发射的光线通过第二输入透镜13照射到雨滴感应区的另一半区域上，其中第二输入透镜13包括输入侧平凸透镜段13l、13m。LED 40a和LED 40b被驱动电路(没有示出)驱动轮流发光。PD 50接收LED 40a和LED 40b轮流发射的光线。雨滴传感器根据接收到的光量和发射出的光量相比的降低率来探测雨滴量。
根据包括上述结构的第一改进，雨滴感应区被分成两个区域，并且分开计算相应雨滴感应区上接收光量与发射光量相比的每个降低率。因此，与雨滴感应区没有分开的情况相比，即使较小的雨滴量也能够被描述成较大的接收光量降低率。因此，提高了雨滴探测的精度。
参考图8描述了第二改进。导光体10e包括四个输入透镜13和四个输出透镜16，其中输入透镜13包括输入侧平凸透镜段13n-13u，输出透镜16包括输出侧平凸透镜段16j-16q。此外，在电路板上安装了两个LED 40c、40d和两个PD 50a、50b。
如图8所示，当从顶部看去，导光体10e大体上形成为正方形。大体上正方形的导光体10e的每一条边包括四个输入透镜13中对应的一个和四个输出透镜16中对应的一个，其中输入透镜13包括输入侧平凸透镜段13n-13u，输出透镜16包括输出侧平凸透镜段16j-16q。第一输入透镜13和第二输入透镜13的放置方式使得第一输入透镜13的光轴和第二输入透镜13的光轴的交点位于导光体10e的第一角部分周围，其中第一输入透镜13包括输入侧平凸透镜段13n、13o，第二输入透镜13包括输入侧平凸透镜段13p、13q。第三输入透镜13和第四输入透镜13的放置方式使得第三输入透镜13的光轴和第四输入透镜13的光轴的交点位于第二角部分周围，其中第三输入透镜13包括输入侧平凸透镜段13s、13r，第四输入透镜包括输入侧平凸透镜段13t、13u，且第二角部分位于第一角部分的对角线位置上。
第一输出透镜16和第二输出透镜16的放置方式使得第一输出透镜16的光轴和第二输出透镜16的光轴的交点位于导光体10e的第三角部分周围，其中第一输出透镜16包括输出侧平凸透镜段16j、16k，第二输出透镜16包括输出侧平凸透镜段16l、16m，且第三角部分与上面所说的第一和第二角部分不同。第三输出透镜16和第四输出透镜16的放置方式使得第三输出透镜16的光轴和第四输出透镜16的光轴的交点位于导光体10e的第四角部分周围，其中第三输出透镜16包括输出侧平凸透镜段16n、16o，第四输出透镜16包括输出侧平凸透镜段16p、16q，且第四角部分位于第三角部分的对角线位置上。
LED 40c、40d和PD 50a、50b安装在电路板30上。LED 40c位于第一输入透镜13的光轴和第二输入透镜13的光轴的交点上。LED40d位于第三输入透镜13的光轴和第四输入透镜13的光轴的交点上。PD 50a位于第一输出透镜16的光轴和第二输出透镜16的光轴的交点上。PD 50b位于第三输出透镜16的光轴和第四输出透镜16的光轴的交点上。
在上述的结构中，四个输入透镜13和四个输出透镜16形成在导光体10e上，其中输入透镜13包括输入侧平凸透镜段13n-13u，输出透镜16包括输出侧平凸透镜段16j-16q。然而，在电路板30上只需要安装两个LED 40c、40d和两个PD 50a、50b。因此，相对于输入透镜和输出透镜的数量，LED和PD的数量减少了，同时还可以覆盖更宽的雨滴感应区。或者，为了至少减少LED和PD中一个的数目，输入透镜13和输出透镜16也可以以“L”形设置，其中输入透镜13包括输入侧平凸透镜段13n-13q，输出透镜16包括输出侧平凸透镜段16j、16k、16n、16o。因为至少可以共享LED和PD中一个，所以LED和PD的数目减少了。
透明面板不仅限于汽车的挡风玻璃。透明面板可以是透明的顶棚面板，侧窗玻璃，后窗玻璃等。
对于本领域技术人员而言可以很容易想到其他的改进和优点。因此本发明的范围应更广阔，并不限于所述的具体细节，代表装置以及示意性例子。
权利要求
1.一种雨滴传感器，用于感应附着在透明面板(60)上的雨滴，该雨滴传感器包括光发射元件(40、40a-40d)，它对着该透明面板(60)，其中该光发射元件(40、40a-4d)向该透明面板(60)发光；光接收元件(50、50a、50b)，它对着该透明面板(60)，其中该光接收元件(50、50a、50b)接收该光发射元件(40)发射的光；导光体(10、10a-10e)，它安装在该透明面板(60)上，其中该导光体(10、10a-10e)包括输入透镜(13)，它形成在该导光体(10、10a-10e)的输出侧，其中该输入透镜(13)被划分成多个输入透镜段(13a-13u)，该多个输入透镜段在平行于该输入透镜(13)光轴的方向彼此分开地设置；输入侧划分面(11a、11c、11e)，它分隔该多个输入透镜段(13a-13u、)中相邻的两个，并且是平面的；输出透镜(16)，它形成在该导光体(10、10a-10e)的输出侧，其中该输出透镜(16)被划分成多个输出透镜段(16a-16q)，该多个输出透镜段在平行于该输出透镜(16)光轴的方向彼此分开地设置；以及输出侧划分面(14a、14c、14e)，它分隔该多个输出透镜段(16a-16q)中相邻的两个，并且是平面的，其中该输入透镜(13)准直由该光发射元件(40、40a-40d)发射的光，以形成输入侧准直光束；该输出透镜(16)接收由该输入透镜(13)准直、并由该透明面板(60)上附着有雨滴的参考平面(60a)反射的该准直光束；该输出透镜(16)将该反射准直光束向该光接收元件(50、50a、50b)会聚，使得该光接收元件(50、50a、50b)接收该反射准直光束；并且该输入侧划分面(11a、11c、11e)的假想延伸部分和该输出侧划分面(14a、14c、14e)的假想延伸部分之间的交点位于该透明面板(60)的参考平面(60a)上。
2.根据权利要求1的雨滴传感器，其中该多个输入透镜段(13a-13u)是通过将输入侧平凸透镜划分成多个透镜段而产生的多个输入侧平凸透镜段(13a-13u)；每个输入侧平凸透镜段(13a-13u)的输出侧平面是倾斜平面(12a-12i)，其中该倾斜平面是相对于该参考平面(60a)倾斜的；该多个输出透镜段(16a-16q)是通过将输出侧平凸透镜划分成多个透镜段而产生的多个输出侧平凸透镜段(16a-16q)；以及每个输出侧平凸透镜段(16a-16q)的输入侧平面是倾斜平面(15a-15i)，其中该倾斜平面是相对于该参考平面(60a)倾斜的。
3.根据权利要求1的雨滴传感器，其中该输入侧划分面(11a、11c、11e)沿该输入透镜(13)的光轴延伸；并且该输出侧划分面(14a、14c、14e)沿该输出透镜(16)的光轴延伸。
4.根据权利要求1的雨滴传感器，还包括电路板(30)，该光发射元件(40、40a-40d)和该光接收元件(50、50a，50b)安装在该电路板(30)上，其中该光发射元件(40、40a-40d)位于该电路板(30)和该输入侧划分面(11a、11c、11e)的假想延伸部分之间的交点上；并且该光接收元件(50、50a，50b)位于该电路板(30)和该输出侧划分面(14a、14c、14e)的假想延伸部分之间的交点上。
5.根据权利要求1的雨滴传感器，其中由该输入透镜(13)准直的输入侧准直光束的径向中心位于该输入侧划分面(11a、11c、11e)上；并且由该输入透镜(13)准直、并由该透明面板(60)的参考平面(60a)反射的该反射准直光束的径向中心位于该输出侧划分面(14a、14c、14e)上。
6.根据权利要求2的雨滴传感器，当从垂直于该透明面板(60)的方向看倾斜平面(12a-12i、15a-15i)时，其中每个该倾斜平面(12a-12i、15a-15i)不与其他的该倾斜平面(12a-12i、15a-15i)重叠。
7.根据权利要求1的雨滴传感器，其中该多个输入透镜段(13a-13u)包括单个第一径向侧透镜段(13e)，它位于该输入透镜(13)光轴的第一径向侧，并且在该多个输入透镜段(13a-13u)中离该光发射元件(40)最远；并且多个第二径向侧透镜段(13c、13d)，它位于该输入透镜(13)光轴的第二径向侧，并且相对于该单个第一径向侧透镜段(13e)而言，离该光发射元件(40)较近。
8.根据权利要求1的雨滴传感器，其中该多个输出透镜段(16a-16q)包括单个第一径向侧透镜段(16e)，它位于该输出透镜(16)光轴的第一径向侧，并且在该多个输出透镜段(16a-16q)中离该光接收元件(50)最远；并且多个第二径向侧透镜段(16c、16d)，它位于该输出透镜(16)光轴的第二径向侧，并且相对于该单个第一径向侧透镜段(16e)而言，离该光接收元件(50)较近。
9.根据权利要求2的雨滴传感器，其中将该多个输入侧平凸透镜段(13a-13u)的表面曲率限定为，使得该光发射元件(40、40a-40d)所发射的光线被准直，以在该导光体(10、10a-10e)的输入侧形成该输入侧准直光束；并且将该多个输出侧平凸透镜段(16a-16q)的表面曲率限定为，使得该反射准直光束向该光接收元件(50、50a、50b)会聚。
10.根据权利要求2的雨滴传感器，还包括电路板(30)，该光发射元件(40a、40b)和该光接收元件(50)安装在该电路板(30)上，其中该光发射元件(40a、40b)是第一光发射元件(40a、40b)；并且第二光发射元件(40a、40b)，它安装在该电路板(30)上，其中该输入透镜(13)是第一输入透镜(13)，它包括该多个输入侧平凸透镜段(13j-13m)；该导光体(10d)还包括第二输入透镜(13)，该第二输入透镜包括多个输入侧平凸透镜段(13j-13m)；该第一输入透镜(13)的光轴平行于该第二输入透镜(13)的光轴；该第一光发射元件(40a、40b)位于该电路板(30)和该第一输入透镜(13)光轴之间的交点上；该第二光发射元件(40a、40b)位于该电路板(30)和该第二输入透镜(13)光轴之间的交点上；并且该光接收元件(50)位于该电路板(30)和该输出透镜(16)光轴之间的交点上。
11.根据权利要求2的雨滴传感器，其中该输入透镜(13)是第一输入透镜(13)，它包括该多个输入侧平凸透镜段(13n-13u)；导光体(10e)还包括第二输入透镜(13)，该第二输入透镜包括该多个输入侧平凸透镜段(13n-13u)；该输出透镜(16)是第一输出透镜(16)，它包括该多个输出侧平凸透镜段(16j-16q)；该导光体(10e)还包括第二输出透镜(16)，该第二输出透镜包括多个输出侧平凸透镜段(16j-16q)；并且该第一和第二输入透镜(13)以及该第一和第二输出透镜(16)设置为至少满足以下条件之一该光发射元件(40c、40d)位于该第一输入透镜(13)光轴和该第二输入透镜(13)光轴之间的交点上；并且该光接收元件(50a、50b)位于该第一输出透镜(16)光轴和该第二输出透镜(16)光轴之间的交点上。
全文摘要
一种雨滴探测器包括光发射元件(40、40a－40d)，光接收元件(50、50a、50b)和导光体(10、10a－10e)。该光发射元件(40、40a－40d)和光接收元件(50、50a、50b)对着透明面板(60)。该导光体(10、10a－10e)安装在透明面板(60)上，包括输入透镜(13)，输入侧划分面(11a、11c、11e)，输出透镜(16)和输出侧划分面(14a、14c、14e)。输入透镜(13)对光发射元件(40、40a－40d)所发射的光线进行准直，以形成输入侧准直光束。输出侧透镜(16)接收该准直光束，其中该准直光束由输入透镜(13)准直并被透明面板(60)的参考平面(60a)反射，而雨滴附着在透明面板的参考平面上。输出透镜(16)将该反射的准直光线向光接收元件(50、50a、50b)会聚。输入侧划分面(11a、11c、11e)的假想延伸部分和输出侧划分面(14a、14c、14e)的假想延伸部分的交点位于透明面板(60)的参考平面(60a)上。
文档编号H01J5/02GK1743833SQ20051009788
公开日2006年3月8日 申请日期2005年9月2日 优先权日2004年9月2日
发明者石川纯一 申请人:株式会社电装