CN101943601A

CN101943601A - 光检测装置

Info

Publication number: CN101943601A
Application number: CN2010102249307A
Authority: CN
Inventors: 后藤晃一
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2009-07-06
Filing date: 2010-07-05
Publication date: 2011-01-12
Also published as: US8299434B2; JP2011013172A; DE102010031005B4; JP5077780B2; US20110001977A1; DE102010031005A1

Abstract

一种光检测装置(10)包括外壳(20)、第一导光部件(30)和第一受光元件(40)。预定光(6)入射进该导入部件的入射面(31)。该导入部件的射出面(32)射出入射到入射面的光。第一距离(D)限定在射出面的顶点和该导光部件的焦点(F)之间，并且第二距离(d10)限定在射出面的顶点和该受光元件的受光面(41)之间。射出面具有按照第一距离小于第二距离的方式的凸透镜形状。

Description

光检测装置

技术领域

本发明涉及一种光检测装置。

背景技术

JP-A-2002-500769公开了一种具有导光部件和受光元件的光检测装置。基于由该光检测装置检测的光的强度控制车辆的前灯。导光部件将经过车辆的挡风玻璃的预定光导入。受光元件接收从导光部件射出的光。导光部件的光射出面具有凸透镜的形状。受光元件的受光面布置在相当于导光部件的焦点的光收集点的位置处。

挡风玻璃相对于车辆的角度在各种车辆之间是不同的。由于挡风玻璃的角度的不同，受光元件的受光面和导光部件的焦点可能具有位置偏差。在这种情况下，预定光可能不被受光元件检测到。因此，必须相对于每种车辆调整受光元件的位置或导光部件的焦点。

JP-A-2005-31016公开了一种光检测装置。加工光检测装置的导光部件的光射出面，以致光射出面的曲率半径局部地改变。因此，导光部件的焦点的光收集点能够具有大的直径。在这种情况下，即使在受光元件和导光部件的焦点之间产生位置偏差，预定光也能够由受光元件检测到。

但是，JP-A-2005-31016的光检测装置要求高度精确的加工。此外，通过改变光射出面的曲率半径来增加光收集点的尺寸存在限制。因此，如果挡风玻璃的角度在各种车辆之间具有大的变化，在光收集点和受光面之间可能产生位置偏差。在这种情况下，预定光可能不被受光元件检测到。

发明内容

鉴于前述和其它问题，本发明的目的是提供一种光检测装置。

根据本发明的第一实施例，检测围绕车辆行进的光的光检测装置包括外壳、第一导光部件和第一受光元件。外壳具有一开口，并安装到车辆的挡风玻璃。预定光穿过挡风玻璃和开口。邻近开口放置的第一导光部件具有入射面和射出面。预定光入射到入射面，并且射出面射出入射到入射面的光。第一受光元件布置在外壳中，以致接收从射出面射出的光。第一受光元件输出相当于由第一受光元件接收的光的强度的信号。射出面具有凸透镜形状，以致限定在射出面的顶点和第一导光部件的焦点之间的第一距离，以及限定在射出面的顶点和第一受光元件的受光面之间的第二距离。第一距离小于第二距离。

因此，光检测装置无需位置调节就能够容易且准确地安装到挡风玻璃。

根据本发明的第二实施例，检测围绕车辆行进的光的光检测装置包括外壳、第一导光部件和第一受光元件。外壳具有一开口，并安装到车辆的挡风玻璃。预定光穿过挡风玻璃和开口。邻近开口放置的第一导光部件具有入射面和射出面。预定光入射到入射面，并且射出面射出入射到入射面的光。第一受光元件布置在外壳中，以致接收从射出面射出的光。第一受光元件输出相当于由第一受光元件接收的光的强度的信号。入射面具有沿着预定方向的第一尺寸。当从射出面射出的光到达第一受光元件的受光面时，从射出面射出的光具有沿着预定方向的第二尺寸。射出面具有按照第二尺寸大于第一尺寸的方式的凹透镜形状。

附图说明

本发明的以上和其它目的、特征以及优点将参照附图通过以下的详细说明变得更明显。其中：

图1是示出了根据本发明的第一实施例的光检测装置的剖视图；

图2是示出了从图1的箭头II方向观察的光检测装置的俯视图；

图3A是示出了安装到具有角θ₁的挡风玻璃的光检测装置的图，图3B是示出了安装到具有角θ₂的挡风玻璃的光检测装置的图；以及

图4A是示出了根据本发明的第二实施例的光检测装置的图，该装置安装到具有角θ₁的挡风玻璃，图4B是示出了安装到具有角θ₂的挡风玻璃的光检测装置的图。

具体实施方式

(第一实施例)

如图1所示，第一实施例的光检测装置10安装到车辆的挡风玻璃1。挡风玻璃1由玻璃制成，并放置在车辆的沿着车辆行进方向的前侧。装置10放置在挡风玻璃1的擦拭区域，并定位在不干扰驾驶员视线的挡风玻璃1的上端部分。

如图1所示，装置10具有外壳20、第一导光部件30、第一受光元件40、发光元件50、第二受光元件60和第二导光部件70。装置10检测围绕车辆行进的光，并用于控制车辆的前灯。

外壳20具有大致矩形的形状，并由诸如树脂的光屏蔽材料制成。外壳20具有主要部分21和板形的盖部分22。主要部分21具有带底座的盒形，盖部分22覆盖了与主要部分21的底座相反的主要部分21的端面。支架2安装在外壳20的盖部分22上。外壳20通过使用粘合剂3经过支架2安装到挡风玻璃1。外壳20放置在车辆的乘客间的内部。

如图1所示，由x轴、y轴和z轴限定了xyz空间。x轴表示车辆的前后方向。Y轴表示车辆的左右方向。Z轴表示车辆的上下方向。即，xy平面与车辆在上面行进的地面平行。Z轴相当于竖直方向。

外壳20具有位于主要部分21和盖部分22之间的开口23。挡风玻璃1具有相对于x轴的倾斜角θ₁。当装置10安装到挡风玻璃1时，光穿过挡风玻璃1和开口23。即，光能够入射进外壳20。

第一导光部件30布置在外壳20中，并邻近开口23放置。例如，第一导光部件30由透明的树脂或玻璃制成。第一导光部件30具有入射面31和射出面32。入射面31位于开口23中。

穿过挡风玻璃1的预定光6入射进入射面31。光6沿着从车辆的前侧朝向车辆的预定方向行进。即，光6从车辆的前侧进来，并具有相当于x轴的方向。光6相当于前向光。入射进入射面31的光6穿过第一导光部件30，并从射出面32射出。

第一导光部件30具有除入射面31和射出面32之外的另一入射面33和另一射出面34。来自车辆的上侧的光7穿过挡风玻璃1，并入射进入射面33。光7从车辆的上侧朝向车辆行进。光7具有相应于z轴的方向。入射进入射面33的光7在第一导光部件30的内侧和外侧之间的边界平面处执行全反射。因此，改变了光7的路径。由第一导光部件30的边界平面反射的光7从射出面34射出。

基底11布置在外壳20中。第一受光元件40、发光元件50和第二受光元件60布置在基底11上。第一受光元件40由光电二极管或光电晶体管制成。第一受光元件40位于能够接收从第一导光部件30的射出面32射出的光6的位置处。在第一受光元件40和射出面32之间的位置关系将在以下具体说明。

第一受光元件40输出相应于由第一受光元件40的受光面41接收的光6的强度的信号。从第一受光元件40输出的信号相应于可见光的强度。从第一受光元件40输出的信号送到布置在基底11上的信号放大器(未示出)，并由信号放大器放大。放大的信号通过布置在基底11上的计算电路元件(未示出)和连接器12传送到控制装置，作为光6的强度信号。

由光电二极管或光电晶体管制成的第三受光元件80布置在基底11上。第三受光元件80位于能够接收从第一导光部件30的射出面34射出的光7的位置处。第三受光元件80输出相应于由第三受光元件80的受光面81接收的光7的强度的信号。从第三受光元件80输出的信号相应于可见光的强度，类似于第一受光元件40。从第三受光元件80输出的信号通过计算电路元件和连接器12传送到控制装置，作为光7的强度信号。

基于从第一受光元件40传送的光6的强度信号和从第三受光元件80传送的光7的强度信号，控制装置控制车辆的前灯。

如图2所示，两个发光元件50布置在基底11上，并且第三受光元件80位于发光元件50之间。例如，发光元件50能够辐射红外光。

外壳20的盖部分22在中心区域具有大致矩形的开口24。第二导光部件70以第二导光部件70的面71露出开口24的方式布置在盖部分22上。

当装置10安装到挡风玻璃1时，透明的板形弹性元件4布置在第二导光部件70和挡风玻璃1之间。此时，弹性元件4与第二导光部件70和挡风玻璃1接触。更进一步地，当装置10附着到挡风玻璃1时，第二导光部件70位于第一受光元件40和挡风玻璃1之间。

例如，第二导光部件70由透明的树脂或玻璃制成。第二导光部件70被着色，以便能够屏蔽具有预定范围内的波长的光。例如，第二导光部件70被着色来屏蔽可见光。相反地，红外光能够穿过第二导光部件70。

如图2所示，第二受光元件60布置在基底11上，并距两个发光元件50具有相同的距离。第二受光元件60输出相应于由第二受光元件60的受光面61接收的光的强度的信号。从第二受光元件60输出的信号相应于红外光的强度。

如图1所示，当发光元件50辐射红外光8时，红外光8在穿过第二导光部件70的第二面72之后，从第二导光部件70的第一面71射出。

从第二导光部件70的第一面71射出的红外光8穿过弹性元件4，并由限定在挡风玻璃1和车辆的外侧的边界平面5反射。反射的红外光8再次穿过弹性元件4，并在穿过第二导光部件70的第一面71之后，从第二导光部件70的第二面72射出。

第二受光元件60的受光面61接收从第二导光部件70的第二面72射出的红外光8。第二受光元件60输出相应于由受光面61接收的红外光8的强度的信号。从第二受光元件60输出的信号送到布置在基底11上的计算电路元件

发光元件50、第二受光元件60、和计算电路元件可以相当于雨滴检测器。第二导光部件70的第二面72具有透镜形状。因此，从发光元件50辐射的红外光8能够在边界平面5上有效地执行全反射。更进一步地，由边界平面5反射的红外光8有效地到达第二受光元件60。

第一导光部件30和第二导光部件70彼此分离。因此，当红外光8从发光元件50辐射并由边界面5反射时，穿过第一导光部件30的光6的路径能够与穿过第二导光部件70的红外光8的路径物理地不同。

将说明雨滴检测器的操作。

如果雨滴附着到挡风玻璃1的外侧，由边界平面5反射的红外光8的强度降低。即，从第二受光元件60输出的信号变化。信号从第二受光元件60传送到计算电路元件，计算电路元件能够基于信号的变化检测雨滴的量。表示检测的雨滴的量的信号通过连接器12传送到控制装置。控制装置基于从雨滴检测器传送的信号控制雨刷器模式。

将参照图3A和3B说明第一受光元件40和第一导光部件30的射出面32之间的位置关系。图3A示出了当装置10安装到具有角θ₁的挡风玻璃1时第一受光元件40和第一导光部件30的一部分。第一光导入元件30的射出面32具有凸透镜的形状。

射出面32的顶点和第一导光部件30的焦点F之间的焦距D小于射出面32的顶点和第一受光元件40的受光面41之间的距离d10。

此外，射出面32具有这样的形状：从射出面32射出并位于相应于受光面41的位置处的光的宽度w11大于入射面31的宽度w10。宽度w10，w11限定为沿着预定方向延伸。当装置10安装到挡风玻璃1时，该预定方向平行于第一导光部件30的入射面31和xz平面。

在穿过挡风玻璃1的光6入射进入射面31之后，光6从射出面32射出，并聚焦在焦点F处。聚焦的光6发散并到达第一受光元件40的受光面41。位于受光面41处的发散光的宽度w11大于入射面31的宽度w10。因此，在受光面41的位置处沿着预定方向的光6的宽度w11充分地大于受光面41的尺寸。

将说明另一种情况，其中装置10安装到具有角θ₂的挡风玻璃1。图3B示出了当装置10安装到具有角θ₂的挡风玻璃1时第一受光元件40和第一导光部件30的一部分。图3B的角θ₂大于图3A的角θ₁。

当光6到达受光面41时，沿着预定方向从射出面32射出的光6的宽度w12小于图3A的宽度w11。但是，宽度w12大于入射面31的宽度w10。此外，第一受光元件40的受光面41位于发散的光6经过焦点F之后的区域的内部。

如图3A和3B所示，当挡风玻璃1的角θ₁、θ₂在预定范围内时，第一受光元件40能够接收从射出面32射出的光6。该预定范围以这样的方式被限定：第一受光元件40能够接收从射出面32射出的光6。

如图1所示，布置在基底11上的第一受光元件40位于发光元件50和第二受光元件60之间。进一步地，电容90布置在基底11上，并位于第一受光元件40和第二受光元件60之间。电容90是用来去除供应到第一受光元件40、第二受光元件60、第三受光元件80、和发光元件50的电流噪声的电子器件。电容90具有能够屏蔽从第一导光部件30的射出面32射出的光6的尺寸。因此，电容90能够阻止光6到达第二受光元件60。即，电容90可以相当于屏蔽元件。

第一导光部件30的射出面32以这样的方式具有凸透镜的形状：射出面32的顶点和第一导光部件30的焦点F之间的焦距D小于射出面32的顶点和第一受光元件40的受光面41之间的距离d10。因此，从射出面32射出的光6在受光面41的位置处的宽度w11能够大于第一受光元件40的受光面41的尺寸。如果挡风玻璃1的角在预定范围内变化，光6能够由第一受光元件40的受光面41接收。

当装置10安装到具有彼此不同的角的挡风玻璃时，无需调整第一受光元件40或第一导光部件30的焦点F的位置，光6就能够由第一受光元件40的受光面41接收。即，无需调整第一受光元件40的位置，装置10就能够安装到具有彼此不同的角的挡风玻璃。此外，不需高精度地加工第一导光部件30的射出面32，以致装置10能够容易地以低成本生产。

第一导光部件30的射出面32具有这样的形状：从射出面32射出的光在受光面41的位置处沿着预定方向的宽度w11、w12大于入射面31沿着预定方向的宽度w10。因此，无需扩大第一导光部件30的尺寸，光6的宽度w11、w12就能够大于受光面41的尺寸。即使挡风玻璃1的角在预定范围内变化很大，光6也能够由第一受光元件40的受光面41接收。

因此，无需调整第一受光元件40的位置，装置10就能够安装到具有彼此不同的角的挡风玻璃。更进一步地，通过使第一导光部件30的尺寸更小，装置10的尺寸能够更小。更进一步地，因为第一导光部件30的入射面31能够变小，所以第一导光部件30的入射面从外侧不会容易地被看到。因此，装置10的外观能够更好。

此外，装置10进一步地包括由发光元件50和第二受光元件60构成的雨滴检测器，以及第二导光部件70。因此，装置10能够检测光6，并能够检测附着到挡风玻璃1上的雨滴的量。

第一导光部件30和第二导光部件70彼此分离。因此，当红外光8从发光元件50辐射并由边界面5反射时，穿过第一导光部件30的光6的路径能够不与穿过第二导光部件70的红外光8的路径交叉。即，穿过第一导光部件30的光6的路径能够物理地不同于穿过第二导光部件70的红外光8的路径。

因此，从发光元件50辐射的光能够被限制经由第二导光部件70或第一导光部件30到达第一受光元件40。即，从第一受光元件40输出的信号不被雨滴检测器影响，以致光6能够准确地被检测。

第二导光部件70位于第一受光元件40和挡风玻璃1之间。第二导光部件70被着色以致屏蔽可见光。因此，当第一受光元件40检测可见光时，围绕车辆行进的光包含的可见光能够由第二导光部件70中断。因此，可见光能够被限制经由第二导光部件70到达第一受光元件40。因此，第一受光元件能够不受穿过挡风玻璃1和第二导光部件70的光影响准确地检测光6。

发光元件50辐射红外光8，并且从发光元件50辐射的光8能够穿过第二导光部件70。更进一步地，第二受光元件60检测红外光。因此，能够有效地帮助由发光元件50和第二受光元件60构造的雨滴检测器。

第一受光元件40位于发光元件50和第二受光元件60之间。装置10还具有相当于位于第一受光元件40和第二受光元件60之间的电容90的屏蔽部分。电容90能够屏蔽从第一导光部件30的射出面32射出的光。因此，电容能够阻止光6到达第二受光元件60。因此，光6能够准确地由第一受光元件40检测，附着到挡风玻璃1的雨滴的量能够准确地由第二受光元件60检测。

装置10还包括第一受光元件40、发光元件50和第二受光元件60布置其上的基底11。装置10还包括相当于布置在基底11上的电容90的至少一个电子器件。因为布置在基底11上的电容90也用作屏蔽部分，不需布置除了电容90之外的屏蔽部分。因此，装置10的尺寸能够更小，装置10的制造成本能够减少。

(第二实施例)

第二实施例的第一导光部件30的射出面35具有不同于第一实施例的第一导光部件30的射出面32的形状。图4A示出了当第二实施例的光检测装置10安装到具有角θ₁的挡风玻璃1时的第一受光元件40和第一导光部件30的一部分。

第一导光部件30的射出面35具有凹透镜的形状，并且当光6位于相应于受光面41的位置处时从射出面35射出的光6沿着预定方向的宽度w21大于入射面31沿着预定方向的宽度w20。第一受光元件40位于以预定距离d20远离第一导光部件30的射出面35的位置处。

在穿过挡风玻璃1的光6入射进入射面31之后，入射光从射出面35射出，并且射出的光发散。发散的光到达第一受光元件40的受光面41。到达受光面41的光沿着预定方向的宽度w21设置为大于射出面31沿着预定方向的宽度w20。因此，无需增加第一导光部件30的尺寸，在受光面41的位置处的光6的宽度w21充分地大于受光面41的尺寸。

将说明另一种情况，其中装置10安装到具有角θ₂的挡风玻璃1。图4B示出了当装置10安装到具有大于图4A的角θ₁的角θ₂的挡风玻璃1时的第一受光元件40和第一导光部件30的一部分。

当光6位于相应于受光面41的位置处时，从射出面35射出的光6沿着预定方向的宽度w22小于沿着预定方向的图4A的宽度w21。但是，宽度w22大于入射面31的宽度w20。此外，在光6从射出面35射出之后，第一受光元件40的受光面41位于发散光的区域内。

如图4A和4B所示，当挡风玻璃1的角θ₁、θ₂在预定范围内时，第一受光元件40能够接收从射出面35射出的光6。该预定范围以这样的方式限定：第一受光元件40能够接收从射出面35射出的光6。

第一导光部件30的射出面35具有凹透镜的形状，并且位于光发射面41的位置处的光6沿着预定方向的宽度w21、w22大于入射面31沿着预定方向的宽度w20。因此，无需扩大第一导光部件30的尺寸，光6的宽度w21、w22能够比受光面41的尺寸大得多。即使挡风玻璃1的角在预定范围内变化很大，光6也能够由第一受光元件40的受光面41接收。

无需调整第一受光元件40的位置，光6就能够由第一受光元件40的受光面41接收，即使挡风玻璃具有彼此不同的角。因此，无需调整第一受光元件40的位置，装置10就能够安装到具有彼此不同的角的挡风玻璃。更进一步地，通过使第一导光部件30的尺寸更小，装置10的尺寸能够更小。更进一步地，因为入射面31能够变小，所以入射面31从外侧不会容易地被看到。因此，装置10的外观能够更好。此外，不需高精度地加工第一导光部件30的射出面35，以致装置10能够容易地以低成本生产。

(其他实施例)

在第一实施例中，在受光面41的位置处的光6的宽度w11、w12大于入射面31的宽度w10。但是，如果第一距离D设置为小于第二距离d10，宽度w11、w12可以设置为小于宽度w10，因为宽度w11、w12能够大于第一受光元件40的受光面41的尺寸。

第一导光部件30和第二导光部件70可以彼此一体结合为单个导光部件。在这种情况下，在该单个导光部件中，光6的路径设置为不与光8的路径交叉，该单个导光部件的相当于第二导光部件70的部分被着色。当第一导光部件30和第二导光部件70结合为该单个导光部件时，限定装置10的器件的数量能够减少。

发光元件50可以射出除红外光之外的光。更进一步地，屏蔽部分可以由除电容90之外的布置在基底11上的其它电子器件制成。更进一步地，屏蔽部分可以不由电子器件制成。

这种改变和修改将被理解为在由附加的权利要求书限定的本发明的范围内。

Claims

1.一种检测围绕车辆行进的光的光检测装置(10)，包括：

具有开口(23)的外壳(20)，其待安装到车辆的挡风玻璃(1)，预定光(6)穿过挡风玻璃和该开口；

第一导光部件(30)，其邻近该开口，第一导光部件具有预定光入射到其中的入射面(31)，和

将入射到入射面中的光射出的射出面(32)；以及

第一受光元件(40)，其布置在外壳中以接收从射出面射出的光，其中

第一受光元件输出与由第一受光元件接收的光的强度相对应的信号，射出面具有凸透镜形状，以限定

在射出面的顶点和第一导光部件的焦点(F)之间的第一距离(D)，以及

在射出面的顶点和第一受光元件的受光面(41)之间的第二距离(d10)，并且

第一距离小于第二距离。

2.根据权利要求1所述的光检测装置，其中

入射面具有沿着预定方向的第一尺寸(w10)，

当从射出面射出的光到达受光面时，从射出面射出的光具有沿着预定方向的第二尺寸(w11，w12)，并且

第二尺寸大于第一尺寸。

3.一种检测围绕车辆行进的光的光检测装置(10)，包括：

将入射到入射面中的光射出的射出面(35)；以及

第一受光元件输出与由第一受光元件接收的光的强度相对应的信号，入射面具有沿着预定方向的第一尺寸(w20)，

当从射出面射出的光到达第一受光元件(40)的受光面(41)时，从射出面射出的光具有沿着预定方向的第二尺寸(w21、w22)，并且

射出面具有使第二尺寸大于第一尺寸的凹透镜形状。

4.根据权利要求1或3所述的光检测装置，进一步包括：

雨滴检测器，其检测附着在挡风玻璃外观面上的雨滴的量，雨滴检测器包括

将光射向挡风玻璃的发光元件(50)，和

第二受光元件(60)，其接收由限定在挡风玻璃外观面和车辆外侧之间的边界平面(5)反射的光，第二受光元件输出与由第二受光元件接收的光的强度相对应的信号；以及

第二导光部件(70)，其位于雨滴检测器和挡风玻璃之间，其中

从发光元件射出的光穿过第二导光部件，并由边界平面反射，并且

在第一导光部件或第二导光部件中，穿过第一导光部件的光具有的路径不能与穿过第二导光部件的光的路径交叉。

5.根据权利要求4所述的光检测装置，其中

第一导光部件和第二导光部件彼此分离。

6.根据权利要求4或5所述的光检测装置，其中

第二导光部件位于第一受光元件和挡风玻璃之间，并且

第二导光部件具有能够屏蔽波长在预定范围内的光的颜色。

7.根据权利要求4或5所述的光检测装置，进一步包括：

屏蔽部分(90)，其屏蔽从射出面射出的光，其中

第一受光元件位于发光元件和第二受光元件之间，并且

屏蔽部分位于第一受光元件和第二受光元件之间。

8.根据权利要求7所述的光检测装置，进一步包括：

基底(11)，第一受光元件、发光元件和第二受光元件布置在基底上；以及

至少一个电子器件，其布置在基底上，其中

屏蔽部分由该电子器件构成。