车载传感器中动静态雨雪检测用光学结构的制作方法

本发明涉及光学结构技术领域，具体为车载传感器中动静态雨雪检测用光学结构。

背景技术：

车载多功能传感器主要由包括上盖、下盖、pcba板，粘附在硅胶上的光学结构安装在上盖体中，pcba板位于上盖与下盖之间的位置，上盖与下盖通过卡扣组装连接，u形的金属卡扣将组装后的车载传感器固定在安装架上，通过安装架将车载传感器固定在汽车的前挡风玻璃上；其中位于光学结构间的导光柱用于将光学结构出射的光线进行聚拢收集后被光学电子元器件接收并由pcba板的电路检测并发送检测结果。雨量检测功能是现有技术中车载传感器功能的一部分，属于智能、舒适驾驶系统的一部分，通过光学(红外光)检测雨滴、雪花等用于控制雨刮刮速的自动调节。早期的产品由于受制于结构设计，加工工艺，原材料，以及电子元器件的发展等，产品结构笨重，尺寸体积偏大，成本高昂等；随着电子集成电路的高速发展，加工工艺的不断改进和数控机床加工技术的持续优化，尤其是二次注塑和三色注塑等加工工艺的成熟和完善，使得本产品结构体积小型化成为可能，同时成本的降低，以及乘用车市场的销量大增，使得本产品的市场前景，非常可观。现有技术中的光学结构通过对静态雨雪或动态雨雪的检测功能作为自动控制雨刮刮速的参数，实现间歇刮刷，低速刮刷和高速刮刷等动作。但是现有技术中用于检测雨量的光学结构存在如下问题：一，无法同时检测动静态的雨量，造成检测结果与实际结果不相符进而无法准确控制雨刮刮速；二，由于光学结构中透镜形状设计不合理导致雨量检测不准确以及产品厚度过大等问题。

技术实现要素：

本发明提出一种车载传感器中动静态雨雪检测用光学结构解决了上述一个或多个技术问题。

车载传感器中动静态雨雪检测用光学结构，包括：两个形状、尺寸完全相同的透镜模组对称安装在车载传感器的上盖体1中，透镜模组朝向上盖体1内腔体一侧为曲面结构、背离上盖体1内腔体一侧为平面结构，硅胶2紧密贴附在上盖体1与挡风玻璃之间避免留有气泡，透镜模组包括光线发射透镜3、光线接收透镜4，红外光发射器5、红外光接收器6均位于透镜模组曲面一侧且分别位于光线发射透镜3、光线接收透镜4一端；

光线发射透镜3包括一体注塑成型的第一光线发射透镜31、第二光线发射透镜32，光线接收透镜4包括第一光线接收透镜41、第二光线接收透镜42，其中第一光线发射透镜31为不完整的半球体，第二光线发射透镜32包括一体成型的倾斜圆柱体321、外延抛物线旋转体322组成，相应的第一光线接收透镜41为不完整的半球体，第二光线接收透镜42由一体成型的倾斜圆柱体421、外延抛物线旋转体422组成，所述光线发射透镜3中倾斜圆柱体321与光线接收透镜4中倾斜圆柱体421分别位于法线的两侧且与法线的夹角均为α。

所述第一光线发射透镜31中射出的光线用于检测动态雨即飘在空中尚未落到挡风玻璃上的雨滴，所述第二光线发射透镜32中射出的光线用于检测静态雨即附着在挡风玻璃表面的雨滴，所述从第一光线发射透镜31中射出的光经动态雨反射后由光线接收透镜4的反射到达红外光接收器6，所述从第二光线发射透镜32射出的光经静态雨反射后由光线接收透镜4的反射到达红外光接收器6。

现有技术中，光的折射产生光线信号能量衰减的方案a和通过光的发射产生光线信号能量突增现象的方案b。现将方案a和方案b的核心光学结构设计对比说明如下：

方案a在无雨的情况下，光线传播示意图，基本是完全反射至接收部位，光线能量无衰减(如图1-1)。方案a在有雨的情况下，光线折射示意图，由于部分光线发射了折射，导致接收部位的光线能量衰减；经过计算，得出前后两种接收部位的光线能量不相等，表明挡风玻璃表面有雨(如图1-2)。该方案对静态雨势的判断比较明显，对存在与挡风玻璃表面的雨滴，发生折射后产生的光线能量衰减明显，但对于挡风玻璃上方的、下降过程中的雨滴，由于不具备产生折射的条件，即接收部位无法检测到明显的光线能量衰减，检测不到雨滴变化。

方案b，在没有雨滴降落在发射光线上空区域时，没有光线信号被反射接收；当有雨滴在下降过程中，降落在发射光线区域上空时，部分光线信号发生反射，发射回的信号被接收部位接收到，产生的信号能量较之前有所突增；经计算后，前后两种接收部位的信号变化，判断出挡风玻璃上空有雨(如图1-3)。

综上所述：根据实际实车测试并分析理论现象，发现：方案a对滴在挡风玻璃表面的静态的雨有检测能力，但对下降过程中的动态的雨(雪)无检测能力；同理，方案b对下降过程中的动态的雨滴(雪)有检测能力，但对散落在挡风玻璃表面的静态的雨滴无检测能力。

本发明提出的光学结构可通过光线发射透镜3、光线接收透镜4分别对动态和静态的雨雪反射、折射后的光线进行传递供检测部位检测。

优选的，所述车载传感器中动静态雨雪检测用光学结构，光线接收透镜4还包括第三接收透镜43，也可称之为汇聚透镜，所述第三接收透镜43与第一光线接收透镜41、第二光线接收透镜42为一体注塑成型结构，第三接收透镜43位于第一光线接收透镜41、第二光线接收透镜42交界处的凹谷处。

第三接收透镜43的作用是对光线进行二次汇聚，避免第一光线接收透镜41、第二光线接收透镜42中的光线从两者交界的凹谷部位射出而无法被红外光接收器6接收，第三接收透镜43对反射后的光线进行聚拢后会使尽量多的光线被红外光线接收器6接收，提高检测准确性。

优选的，所述车载传感器中动静态雨雪检测用光学结构，倾斜圆柱体321的中心轴线与法线的夹角α＝35°～48°。

发射光线依次经过透镜模组层、硅胶2层、挡风玻璃层后再以相反顺序射出(如图2)，空气折射率为1，硅胶2的折射率为1.49，玻璃折射率为1.51，根据折射定律、全反射定律可以得到第二光线发射透镜32中倾斜圆柱体321中心轴线与法线之间的入射角度α位于上述范围时，可获得雨滴更准确的检测结果，同时为了扩大光线接受面，以倾斜圆柱体321、倾斜圆柱体421向外扩延得到抛物线旋转体的扩延体。

优选的，所述车载传感器中动静态雨雪检测用光学结构，所述光线发射透镜3的最大平面投影面积小于光线接收透镜4的最大平面投影面积，进一步的，第一光线发射透镜31的投影面积小于第一光线接收透镜41的投影面积，第二光线发射透镜32的最大平面投影面积小于第二光线接收透镜42的最大平面投影面积。

因为红外光发射器5的位置固定且发射光的角度为120°的圆锥体，发射到光线发射透镜3中的光线角度是恒定的，但是从光线发射透镜3中出射的光线经过动态雨、静态雨的反射、折射后，光线的角度偏转角度改变较大，聚拢度较低，所以为了使发生偏转后的光线都能进入光线接收透镜4被红外光接收器6接收进而保证检测动静态雨滴结果的准确性，适当增大光线接收透镜4的最大平面投影面积。

优选的，所述车载传感器中动静态雨雪检测用光学结构，在光线发射透镜3的一端增设有与透镜模组相同的pc材质的u形反光壁7，所述u形反光壁7将第一光线发射透镜31长度完全包围，u形反光壁7将第二光线发射透镜32长度部分包围，所述u形反光壁7的内侧反光面为高反光率的镜面。

u形反光壁7可以将红外光发射器5射出的大角度的散光线进行反射使更多的光线进入第二光线发射透镜32用于静态雨滴的检测，因反射角度较大未进入静态雨滴区域的光线用于斜上方动态雨滴的检测，u形反光壁7对发散的光线进行汇聚，使原本无法用于检测的光线进入检测区域，进一步提高了雨雪检测的准确性，作用原理如图3。

优选的，所述车载传感器中动静态雨雪检测用光学结构，所述u形反光壁7上板面高出光线发射透镜3曲面最高点0.1mm～0.5mm。

u形反光壁7高出曲面最高点是为了保证其汇聚光线的作用，但高出距离不宜过大是为了避免u形反光壁7妨碍车载传感器中其他零部件的安装及考虑车载传感器本身的厚度不宜过大。

优选的，所述车载传感器中动静态雨雪检测用光学结构，u形反光壁7包括上端平直反光壁71、下端朝向透镜模组一侧倾斜的倾斜反光壁72，平直反光壁71与倾斜反光壁72形成的面间夹角为120°～150°。

红外光发射器5是正负60°的圆锥形光线体，由光的反射原理触发，将u形反光壁7设置为平直反光段、倾斜反光段可将更多的光线汇聚到挡风玻璃上的静态雨滴或挡风玻璃斜上方的动态雨滴区域，使经过u形反光壁7改变传播路径后的光线尽可能多的用于静态雨、动态雨的检测，提高车载传感器中雨刷控制的准确度、敏感度。

优选的，所述车载传感器中动静态雨雪检测用光学结构，上盖体1板面加工有放置透镜模组用的仿形凹槽，透镜模组部分嵌入式的置于仿形凹槽中，透镜模组的平底面与仿形凹槽面固定连接。

优选的，所述车载传感器中动静态雨雪检测用光学结构，透镜模组中设置有与u形反光壁7或光线发射透镜3、光线接收透镜4一体成型且相同材质的多个安装壁8，所述安装壁8位于对称透镜模组的外侧，防止阻碍车载传感器中位于两个透镜模组之间其他零部件的安装，相应的，车载传感器上盖体1的对应位置加工有安装壁8的仿形凹槽，所述仿形凹槽中设有不透光涂层，安装壁8置于上盖体1的仿形凹槽中与仿形凹槽面固定连接，这种固定方式可加强透镜模组的安装稳定性。当然，也可采取其他常用固定方式，此处并非对安装方法的限制。

优选的，所述车载传感器中动静态雨雪检测用光学结构，透镜模组、安装壁8与仿形凹槽面高温固化(高温熔化后粘合)连接，其中安装壁8与安装壁仿形凹槽的深度一致，即安装壁8与上盖体1板面平齐。

附图说明：

下面结合附图对具体实施方式作进一步的说明，其中：

图1-1是无雨状态下对应的光线传播图；

图1-2是有雨状态下对应的静态雨滴的光线传播图；

图1-3是有雨状态下对应的动态雨滴的光线传播图；

图2本发明涉及的光线传播示意图；

图3是发明涉及的车载传感器中增设u形反光壁后光线传播示意图；

图4是发明涉及的车载传感器中动静态雨雪检测用光学结构图；

图5是发明涉及的车载传感器上盖体与光学结构组装示意图；

编号对应的具体结构如下：

上盖体1，硅胶2，光线发射透镜3，第一光线发射透镜31，第二光线发射透镜32，倾斜圆柱体321，外延抛物线旋转体322，光线接收透镜4，第一光线接收透镜41，第二光线接收透镜42，倾斜圆柱体421，外延抛物线旋转体422，第三接收透镜43，红外光发射器5，红外光接收器6，u形反光壁7，平直反光壁71，倾斜反光壁72，安装壁8，

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

具体实施案例1：

车载传感器中动静态雨雪检测用光学结构，包括：两个形状、尺寸完全相同的透镜模组对称安装在车载传感器的上盖体1中，透镜模组朝向上盖体1内腔体一侧为曲面结构、背离上盖体1内腔体一侧为平面结构，硅胶2紧密贴附在上盖体1与挡风玻璃之间避免留有气泡，透镜模组包括光线发射透镜3、光线接收透镜4，红外光发射器5、红外光接收器6均位于透镜模组曲面一侧且分别位于光线发射透镜3、光线接收透镜4一端；光线发射透镜3包括一体注塑成型的第一光线发射透镜31、第二光线发射透镜32，光线接收透镜4包括第一光线接收透镜41、第二光线接收透镜42，其中第一光线发射透镜31为不完整的半球体，第二光线发射透镜32包括一体成型的倾斜圆柱体321、外延抛物线旋转体322组成，相应的第一光线接收透镜41为不完整的半球体，第二光线接收透镜42由一体成型的倾斜圆柱体421、外延抛物线旋转体422组成，所述光线发射透镜3中倾斜圆柱体321与光线接收透镜4中倾斜圆柱体421分别位于法线的两侧且与法线的夹角均为α，其中，倾斜圆柱体321的中心轴线与法线的夹角α＝37°。

进一步的，光线接收透镜4还包括第三接收透镜43，也可称之为汇聚透镜，所述第三接收透镜43与第一光线接收透镜41、第二光线接收透镜42为一体注塑成型结构，第三接收透镜43位于第一光线接收透镜41、第二光线接收透镜42交界处的凹谷处。

进一步的，所述光线发射透镜3的最大平面投影面积小于光线接收透镜4的最大平面投影面积，进一步的，第一光线发射透镜31的投影面积小于第一光线接收透镜41的投影面积，第二光线发射透镜32的最大平面投影面积小于第二光线接收透镜42的最大平面投影面积。

进一步的，在光线发射透镜3的一端增设有与透镜模组相同的pc材质的u形反光壁7，所述u形反光壁7将第一光线发射透镜31长度完全包围，u形反光壁7将第二光线发射透镜32长度部分包围，所述u形反光壁7的内侧反光面为高反光率的镜面。

进一步的，所述u形反光壁7上板面高出光线发射透镜3曲面最高点0.2mm。

进一步的，u形反光壁7包括上端平直反光壁71、下端朝向透镜模组一侧倾斜的倾斜反光壁72，平直反光壁71与倾斜反光壁72形成的面间夹角为120°。

其中，上盖体1板面加工有放置透镜模组用的仿形凹槽，透镜模组部分嵌入式的置于仿形凹槽中，透镜模组的平底面与仿形凹槽面固定连接，透镜模组中设置有与u形反光壁7或光线发射透镜3、光线接收透镜4一体成型且相同材质的多个安装壁8，所述安装壁8位于对称透镜模组的外侧，防止阻碍车载传感器中位于两个透镜模组之间其他零部件的安装，相应的，车载传感器上盖体1的对应位置加工有安装壁8的仿形凹槽，所述仿形凹槽中设有不透光涂层，安装壁8置于上盖体1的仿形凹槽中与仿形凹槽面固定连接。

可选择的，透镜模组、安装壁8与仿形凹槽面高温固化(高温熔化后粘合)，其中安装壁8与安装壁仿形凹槽的深度一致，即安装壁8与上盖体1板面平齐。

本发明涉及的车载传感器中动静态雨雪检测用光学结构，将动态雨、静态雨检测用的第一光线发射透镜、第二光线发射透镜设置为一体式结构，使光线发射透镜同时兼具动态雨、静态雨检测光线的发射功能，将光线接收透镜适当放大后有利于增大光线接收面积，其中第二光线发射透镜、第二光线接收透镜均是倾斜圆柱体透镜周围设置一体成型的抛物线旋转体式结构体，可以增大光线发射透镜、光线接收透镜的光线作用面积，提高车载传感器对动静态雨检测的敏感性及准确性，其次将圆柱状的光学透镜进行倾斜面的切割可避免光学透镜的厚度过大导致产品的整体厚度过大；再者，u形反光壁的设置将红外光发射器发出的角度过大的光线反射回光线发射透镜的作用范围，使尽可能多的光线用于雨雪的检测。

具体实施案例2：

车载传感器中动静态雨雪检测用光学结构，包括：两个形状、尺寸完全相同的透镜模组对称安装在车载传感器的上盖体1中，透镜模组朝向上盖体1内腔体一侧为曲面结构、背离上盖体1内腔体一侧为平面结构，硅胶2紧密贴附在上盖体1与挡风玻璃之间避免留有气泡，透镜模组包括光线发射透镜3、光线接收透镜4，红外光发射器5、红外光接收器6均位于透镜模组曲面一侧且分别位于光线发射透镜3、光线接收透镜4一端；光线发射透镜3包括一体注塑成型的第一光线发射透镜31、第二光线发射透镜32，光线接收透镜4包括第一光线接收透镜41、第二光线接收透镜42，其中第一光线发射透镜31为不完整的半球体，第二光线发射透镜32包括一体成型的倾斜圆柱体321、外延抛物线旋转体322组成，相应的第一光线接收透镜41为不完整的半球体，第二光线接收透镜42由一体成型的倾斜圆柱体421、外延抛物线旋转体422组成，所述光线发射透镜3中倾斜圆柱体321与光线接收透镜4中倾斜圆柱体421分别位于法线的两侧且与法线的夹角均为α，其中，倾斜圆柱体321的中心轴线与法线的夹角α＝42°。

进一步的，光线接收透镜4还包括第三接收透镜43，也可称之为汇聚透镜，所述第三接收透镜43与第一光线接收透镜41、第二光线接收透镜42为一体注塑成型结构，第三接收透镜43位于第一光线接收透镜41、第二光线接收透镜42交界处的凹谷处。

进一步的，所述光线发射透镜3的最大平面投影面积小于光线接收透镜4的最大平面投影面积，进一步的，第一光线发射透镜31的投影面积小于第一光线接收透镜41的投影面积，第二光线发射透镜32的最大平面投影面积小于第二光线接收透镜42的最大平面投影面积。

进一步的，在光线发射透镜3的一端增设有与透镜模组相同的pc材质的u形反光壁7，所述u形反光壁7将第一光线发射透镜31长度完全包围，u形反光壁7将第二光线发射透镜32长度部分包围，所述u形反光壁7的内侧反光面为高反光率的镜面。

进一步的，所述u形反光壁7上板面高出光线发射透镜3曲面最高点0.35mm。

进一步的，u形反光壁7包括上端平直反光壁71、下端朝向透镜模组一侧倾斜的倾斜反光壁72，平直反光壁71与倾斜反光壁72形成的面间夹角为130°。

其中，上盖体1板面加工有放置透镜模组用的仿形凹槽，透镜模组部分嵌入式的置于仿形凹槽中，透镜模组的平底面与仿形凹槽面固定连接，透镜模组中设置有与u形反光壁7或光线发射透镜3、光线接收透镜4一体成型且相同材质的多个安装壁8，所述安装壁8位于对称透镜模组的外侧，防止阻碍车载传感器中位于两个透镜模组之间其他零部件的安装，相应的，车载传感器上盖体1的对应位置加工有安装壁8的仿形凹槽，所述仿形凹槽中设有不透光涂层，安装壁8置于上盖体1的仿形凹槽中与仿形凹槽面固定连接。

可选择的，透镜模组、安装壁8与仿形凹槽面螺丝固定连接，其中安装壁8与安装壁仿形凹槽的深度一致，即安装壁8与上盖体1板面平齐。

本发明涉及的车载传感器中动静态雨雪检测用光学结构，将动态雨、静态雨检测用的第一光线发射透镜、第二光线发射透镜设置为一体式结构，使光线发射透镜同时兼具动态雨、静态雨检测光线的发射功能，将光线接收透镜适当放大后有利于增大光线接收面积，其中第二光线发射透镜、第二光线接收透镜均是倾斜圆柱体透镜周围设置一体成型的抛物线旋转体式结构体，可以增大光线发射透镜、光线接收透镜的光线作用面积，提高车载传感器对动静态雨检测的敏感性及准确性，其次将圆柱状的光学透镜进行倾斜面的切割可避免光学透镜的厚度过大导致产品的整体厚度过大；再者，u形反光壁的设置将红外光发射器发出的角度过大的光线反射回光线发射透镜的作用范围，使尽可能多的光线用于雨雪的检测。

具体实施案例3：

车载传感器中动静态雨雪检测用光学结构，包括：两个形状、尺寸完全相同的透镜模组对称安装在车载传感器的上盖体1中，透镜模组朝向上盖体1内腔体一侧为曲面结构、背离上盖体1内腔体一侧为平面结构，硅胶2紧密贴附在上盖体1与挡风玻璃之间避免留有气泡，透镜模组包括光线发射透镜3、光线接收透镜4，红外光发射器5、红外光接收器6均位于透镜模组曲面一侧且分别位于光线发射透镜3、光线接收透镜4一端；光线发射透镜3包括一体注塑成型的第一光线发射透镜31、第二光线发射透镜32，光线接收透镜4包括第一光线接收透镜41、第二光线接收透镜42，其中第一光线发射透镜31为不完整的半球体，第二光线发射透镜32包括一体成型的倾斜圆柱体321、外延抛物线旋转体322组成，相应的第一光线接收透镜41为不完整的半球体，第二光线接收透镜42由一体成型的倾斜圆柱体421、外延抛物线旋转体422组成，所述光线发射透镜3中倾斜圆柱体321与光线接收透镜4中倾斜圆柱体421分别位于法线的两侧且与法线的夹角均为α，其中，倾斜圆柱体321的中心轴线与法线的夹角α＝47°。

进一步的，光线接收透镜4还包括第三接收透镜43，也可称之为汇聚透镜，所述第三接收透镜43与第一光线接收透镜41、第二光线接收透镜42为一体注塑成型结构，第三接收透镜43位于第一光线接收透镜41、第二光线接收透镜42交界处的凹谷处。

进一步的，所述光线发射透镜3的最大平面投影面积小于光线接收透镜4的最大平面投影面积，进一步的，第一光线发射透镜31的投影面积小于第一光线接收透镜41的投影面积，第二光线发射透镜32的最大平面投影面积小于第二光线接收透镜42的最大平面投影面积。

进一步的，在光线发射透镜3的一端增设有与透镜模组相同的pc材质的u形反光壁7，所述u形反光壁7将第一光线发射透镜31长度完全包围，u形反光壁7将第二光线发射透镜32长度部分包围，所述u形反光壁7的内侧反光面为高反光率的镜面。

进一步的，所述u形反光壁7上板面高出光线发射透镜3曲面最高点0.5mm。

进一步的，u形反光壁7包括上端平直反光壁71、下端朝向透镜模组一侧倾斜的倾斜反光壁72，平直反光壁71与倾斜反光壁72形成的面间夹角为140°。

其中，上盖体1板面加工有放置透镜模组用的仿形凹槽，透镜模组部分嵌入式的置于仿形凹槽中，透镜模组的平底面与仿形凹槽面固定连接，透镜模组中设置有与u形反光壁7或光线发射透镜3、光线接收透镜4一体成型且相同材质的多个安装壁8，所述安装壁8位于对称透镜模组的外侧，防止阻碍车载传感器中位于两个透镜模组之间其他零部件的安装，相应的，车载传感器上盖体1的对应位置加工有安装壁8的仿形凹槽，所述仿形凹槽中设有不透光涂层，安装壁8置于上盖体1的仿形凹槽中与仿形凹槽面固定连接。

可选择的，透镜模组、安装壁8与仿形凹槽面螺丝固定连接，其中安装壁8与安装壁仿形凹槽的深度一致，即安装壁8与上盖体1板面平齐。

本发明涉及的车载传感器中动静态雨雪检测用光学结构，将动态雨、静态雨检测用的第一光线发射透镜、第二光线发射透镜设置为一体式结构，使光线发射透镜同时兼具动态雨、静态雨检测光线的发射功能，将光线接收透镜适当放大后有利于增大光线接收面积，其中第二光线发射透镜、第二光线接收透镜均是倾斜圆柱体透镜周围设置一体成型的抛物线旋转体式结构体，可以增大光线发射透镜、光线接收透镜的光线作用面积，提高车载传感器对动静态雨检测的敏感性及准确性，其次将圆柱状的光学透镜进行倾斜面的切割可避免光学透镜的厚度过大导致产品的整体厚度过大；再者，u形反光壁的设置将红外光发射器发出的角度过大的光线反射回光线发射透镜的作用范围，使尽可能多的光线用于雨雪的检测。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。