CN102455213A - 光照传感器及雨量传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光照传感器和雨量传感器。其包括壳体、安装于所述壳体的导光元件和感应元件，所述导光元件具有聚光体和导光柱，且为一体成型件，所述聚光体设置在所述壳体外部，所述导光柱和所述感应元件设置在所述壳体内部，所述感应元件检测经所述导光柱进入的光。与传统的光照传感器相比，本发明的光照传感器的结构简单、制造方便，且成本低。

Description

光照传感器及雨量传感器

技术领域

本发明涉及光照传感器，尤其是用于车辆的光照传感器。另外，本发明还涉及集成有该光照传感器的雨量传感器。

背景技术

众所周知，光照传感器是为汽车前灯、尾灯等提供信号，控制灯光的自动开启的光学传感器。一般而言，光照传感器通过导光元件接收外部阳光或其它人工光，并将其引导至感应元件上。然后，与感应元件电连接的微处理器判定所述感应元件检测的光度值是否低于预定值，进而控制汽车前灯、尾灯的自动开启。

市场上目前应用的各类光照传感器中，一般都由几个结构件组成，结构组成复杂。例如，已知一种光照传感器包括上盖、壳体、感应器定位座。该光照传感器主要存在以下不足：首先，上盖材料要求严格，一般都添加了微量元素，在材料本身的透光率、颜色、稳定性方面不利于后期的材料更换；其次，感应器定位座注塑工艺复杂，感应器定位座为钣金包塑件，产品注塑工艺要求较高，产品的不良率也相应提高，而且感应器定位座在压入壳体的过程中，由于操作失误或产品本身误差引起装配不到位，导致接收的数据有误，造成产品不良；最后，该光照传感器由三个部件组成，每个部件就相应需要一套模具，同时感应器定位座还需要一套钣金模具，所以整套产品的模具成本较高。

发明内容

本发明为解决传统的光照传感器结构复杂、成本高的技术问题，提供一种光照传感器，其结构简单、成本低。

本发明的发明人为解决上述技术问题专心研究，并进行了大量测试和分析，从而完成了本发明。

本发明为解决上述技术问题采用了以下技术方案。

光照传感器，其包括壳体、安装于所述壳体的导光元件、以及感应元件，所述导光元件具有聚光体和导光柱，且为一体成型件，所述聚光体设置在所述壳体外部，所述导光柱和所述感应元件设置在所述壳体内部，所述感应元件检测经所述导光柱进入的光。

作为优选技术方案，在上述的光照传感器中，所述导光元件的材料透视波长为550nm的红外光，其透光率为87％-92％，折射率为1.59；且所述导光元件的材料的热变形温度为110℃-140℃。

作为优选技术方案，在上述的光照传感器中，所述导光元件的材料为聚碳酸酯。

作为优选技术方案，在上述的光照传感器中，所述聚光体的半径为所述导光柱的半径的1.5倍；所述聚光体具有受光球面，所述受光球面的半径为所述导光元件的总长的0.6倍。

作为优选技术方案，在上述的光照传感器中，所述聚光体的半径为1.5mm至3.5mm，所述导光柱的半径为1mm至3mm，所述受光球面的半径为4mm至8mm，所述导光元件的总长为6.5mm至13.5mm。

作为优选技术方案，在上述的光照传感器中，所述感应元件与所述导光元件之间的距离为所述受光球面的半径的0.1倍。

作为优选技术方案，在上述的光照传感器中，所述壳体内开设有安装导光元件的通孔，所述通孔的半径大于所述导光柱的半径并小于所述聚光体的半径。

作为优选技术方案，在上述的光照传感器中，所述壳体内用于安装导光元件的通孔的内壁上设有导向槽，所述导光柱上相应地凸设有卡脚。

另一方面，本发明还提供了一种雨量传感器，其集成有上述的光照传感器。

与传统的光照传感器相比，本发明的光照传感器，其包括壳体、安装于所述壳体的导光元件、以及感应元件，所述导光元件具有聚光体和导光柱，且为一体成型件，本发明的光照传感器的结构简单、制造方便，且成本低。

通过结合附图，阅读以下对本发明的具体实施例的详细描述，可以进一步理解本发明的其它优点、特征以及方面。

附图说明

图1为本发明的优选实施例的光照传感器的示意性透视图；

图2显示了图1中导光柱的尺寸，以及导光柱与感应元件的光敏电阻之间的相对位置关系，其中，为显示清楚移除了壳体；

图3为图1的光照传感器的示意性剖视图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面参照附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。本文中，相同附图标记表示相同组成部分。

如图1所示，本实施例的光照传感器100包括导光元件、感应元件61以及用于安装所述导光元件和所述感应元件61的壳体51。虽然图1中壳体51为独立的零件，但是，壳体51优选为集成于其它结构，例如后述的雨量传感器的结构。其中，导光元件用于将外部光线例如阳光进行聚集并引导到感应元件61上。在感应元件61例如为光敏电阻，其可与PCB板60电连接。这样，便可通过光敏电阻和PCB板60启动车辆上的前灯或尾灯。此控制原理为本领域技术人员所熟知，在此不作赘述。

如图1至图3所示，导光元件具有聚光体和导光柱30。聚光体具有受光球面21和连接柱22。而且，该导光元件为一体成型件，因此，其方便制造，成本低廉。

此外，根据本发明的光照传感器100，导光元件结构简单，加工方便，成本低廉，而且导光元件上不需要添加其它元素，其透光率、稳定性不会发生改变，便于材料后期的更换。下面将介绍导光元件的材料选型、结构设计。

首先，介绍导光元件的材料。关于所述导光元件的材料，优选的是，其能够透视波长为550nm的红外光，且透光率为87％-92％，折射率为1.59；且所述导光元件的材料的热变形温度为110℃-140℃。可以理解的是，符合上述要求的材料均可作为本发明的导光元件的材料，并不局限于下述的亚克力或者聚碳酸酯。

其中，导光元件的材料优选采用聚碳酸酯(下称PC)和亚克力(下称PMMA)。但是，导光元件的材料更加优选地采用聚碳酸酯(下称PC)。其原因在于，该两种材料在性能上具有一定的差异，如透过率、耐候性等，这些参数将直接影响到导光效果的好坏。

经过计算和测试，PC的透过率一般为87％-89％，PMMA的透过率一般为92％左右。也可以根据需要，通过在材料中添加微量元素可以降低透过率。

其中，透过率τ的测试方法是在单位面积光通量Φ一定的光源相距均匀厚度的板材的距离为定值的情况下，在板材的另一端用光线接收装置进行采集。相关的计算公式如下：

τ＝Φ1/Φ    Φ2＝Φ-Φ1＝Φ3+Φ4

注：τ为透过率；Φ为光源光线光通量；Φ1为接收光线光通量；Φ2为损失光通量；Φ3为板材反射光通量；Φ4为板材内部吸收光通量；其中所有光通量均为单位面积光通量。

另外，一般来说，PC的热变形温度为110℃以上，PMMA的热变形温度为80℃以上，再者，折射率也会影响材料的折射角大小，同时也是材料发生权反射的一个重要条件。折射率越高，相对于同一介质发生全反射的能力越强。在未添加其它物质下，PC的折射率为1.59，PMMA的折射率为1.49。

根据以上简析，由于该传感器通常安装在前挡风玻璃上，受阳光直晒时间较长，温度较高，要求材料的耐候性能好，所以导光元件的材料更加优选地采用PC。而且，由于导光元件传输的是自然光，其半径较小，接收到的自然光有限，并且其表面安装时容易刮花，所以选用的PC材料最好为硬度较高的无色透明材料，从而尽量减少材料对光的吸收。再者，导光元件传输的是一定波长的红外光，所以其应当能够隔绝其它波长光线的能力，以避免其它波长的光线对接收数据的影响。而且，优选的是，导光元件所选择的PC为日本帝人公司提供的规格为L-1225L的PC。

如图2所示，所述聚光体设置在所述壳体51外部，所述导光柱30和所述感应元件61设置在所述壳体51内部。

在本发明的光照传感器100中，导光元件利用了光线折射、全反射的原理。导光元件的受光球面21直接决定自然光进入导光柱30内部时的入射角度，而入射角度又决定了导光效果。入射面的设计需满足入射面积和光源距离两个方面。

因此，在结构设计和模具设计允许的情况下，应当尽可能多的扩大入射面的面积，从而可以接收更多光线，使得导光效果更好。

关于入射面弧度计算的基本原理，简介如下：当光线由一种介质射向另一种介质时，光线的传播路径将会发生改变，即入射角和折射角会不相同，光线会偏移一个角度。而两者的比值n则为折射率。折射率公式为n＝sinγ/sinβ。因此，随着入射光角γ的变化，折射角β也会相应地进行变化，当两种介质的接触面形状发生变化时，如接触面变化为弧线时，则必然有一个合适的角度，使得接收到的光线最多、折射角符合设计的要求。

在本发明的光照传感器100的结构设计中，利用单透镜成像的公式，并经过分析发现，导光元件的聚光面具有受光球面21时可最大限度接受自然光，同时入射角度符合设计要求。

在本发明的光照传感器100的一个优选实施例中，所述受光球面半径为4mm，所述受光球面与所述导光柱30之间设有连接柱，所述连接柱的半径为1.5mm，所述导光柱30的半径为1mm，所述导光元件的总长为6.5mm，所述导光元件与所述感应元件61之间的距离为0.4mm。根据该实施例，光照传感器能够在节省空间、材料的情况下，良好地接受自然光，同时使入射角度符合设计要求。

在本发明的光照传感器100的另一个优选实施例中，所述受光球面半径为8mm，所述连接柱的半径为3.5mm，所述导光柱30的半径为3mm，所述导光元件的总长为13.5mm，所述导光元件与所述感应元件61之间的距离为0.8mm。根据该实施例，光照传感器能够在节省空间、材料的情况下，良好地接受自然光，同时使入射角度符合设计要求。

在本发明的光照传感器100的再一个优选实施例中，所述聚光体的受光球面半径为6mm，所述连接柱的半径为2.5mm，所述导光柱30的半径为1.67mm，所述导光元件的总长为10mm，所述导光元件与所述感应元件61之间的距离为0.6mm。根据该实施例，光照传感器能够在节省空间、材料的情况下，良好地接受自然光，同时使入射角度符合设计要求。

在本发明的光照传感器100的又一个优选实施例中，所述受光球面半径为5mm，所述连接柱的半径为2mm，所述导光柱30的半径为2mm，所述导光元件的总长为9mm，所述导光元件与所述感应元件61之间的距离为0.5mm。根据该实施例，光照传感器能够在节省空间、材料的情况下，良好地接受自然光，同时使入射角度符合设计要求。

在本发明的光照传感器100的又一个优选实施例中，所述受光球面半径为7mm，所述连接柱的半径为3mm，所述导光柱30的半径为1.5mm，所述导光元件的总长为12mm，所述导光元件与所述感应元件61之间的距离为0.7mm。根据该实施例，光照传感器能够在节省空间、材料的情况下，良好地接受自然光，同时使入射角度符合设计要求。

在本发明的光照传感器100中，导光柱30为光传输载体，呈圆柱形。其中，优选的是，R2＝1.5R3＝2.5mm，R1＝3/5L＝6mm。由此，可最大限度地接受自然光，并且大部分的光线不需要经过导光柱30的表面直接到达PCB的光敏电阻，从而避免反射过程对光的吸收。根据该实施例，光照传感器能够在节省空间、材料的情况下，良好地接受自然光，同时使入射角度符合设计要求。

同时，所述壳体51开有阶梯通孔52，所述阶梯通孔的内壁上设有导向槽53，所述导光柱30上相应地设有凸起卡脚41和卡脚42。阶梯通孔52的半径小于R2大于R3。导光柱30安装在壳体51内后，可以起到限制导光柱30向下方向的运动。

如图2所示，自然光G1，G2，G3分别以不同的角度入射，G1，G3为有效光，G2为干扰光，G1，G3入射角度α大于或等于全反射零界角40°，发生全反射最终传输光敏电阻上；G2入射角度β小于α，光线会在导光柱30表面折射，最终消除掉。

优选的是，感应元件61与导光柱30之间的距离I＝0.R1＝0.6mm。壳体上开了两个导向槽53，导光柱30安装时，两个凸起卡脚41、42可以延壳体导向槽插入壳体内并卡紧在壳体中的结构处，防止导光柱30退出。另外，光照传感器100还设有底盖70，如图1所示。底盖70对导光体和PCB板60起固定支撑、防尘作用。整个结构简单，体积小，同时可以集合到其它结构上，例如雨量传感器。其中，所述光照传感器100例如可以设置在风挡玻璃的内壁上。

本发明还提供了一种集成于雨量传感器的光照传感器100。其中，所述壳体51为车辆的雨量传感器的结构的一部分。具体而言，上述光照传感器100的壳体51与雨量传感器的壳体结合为一体，即光照传感器100与雨量传感器共用一个壳体，从而可以节省空间。这样一来，整个光照传感器100只有一个导光柱30，其安装定位结构集成到雨量传感器上，结构件相比以往光照传感器100少了许多，而且模具成本少了许多。同时，由于结构减少，相比以往的光照传感器100装配更简单、方便，只需要将导光柱30轻轻压入壳体内，就可以完成装配，所以装配过程中出现的不良率也相对较低。

已经知道，光照雨量传感器是一款将光照集成到雨量传感器的新型传感器。光照传感器100的壳体51集成到雨量传感器的结构，依靠雨量导光体的卡槽，将导光柱30的两个凸起卡脚41、42固定。雨量传感器同样是利用光线折射、全反射原理设计结构，与光照传感器100不同的地方是雨量传感器利用本身发出的红外光与外部环境建立关系，这样可以避免许多不利于检测结果的环境因素，从而使检测结果更准确。雨量传感器依靠内部的发射管发射红外光线，在导光体的聚光面将发散的红外线聚集到一定角度范围内，穿过胶、玻璃，在玻璃表面处发生折射，所以雨量传感器的敏感区域。当入射光线与玻璃面的法线夹角超过一定角度例如40°时，光线会在发生全反射，反射的红外线再次穿过玻璃、胶进入导光体，通过聚焦面将红外线会聚到接收管处，此时接收管将会检测到一个相应的电压值。此时接收管检测到的电压值将会减小。控制电路根据电压值的变化，判断外部雨量的大小，从而控制雨刷的运动。

由于结构件可集成到雨量传感器中，结构件减少，相比旧光照传感器，模具成本更低。同时，由于该光照传感器100的结构简单，拆装简便，安装工序少，在装配过程中不易出现错误，所以更适合目前半机械化的生产模式。此发明在以往的光照雨量传感器结构上进行了改进，结构简单新颖，性能可靠，成本更低，彻底解决了传统光照传感器100中的结构复杂、安装繁琐、成本高的问题。

本领域技术人员容易知道，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围由权利要求书确定。

Claims (9)

1.光照传感器，其特征在于，所述光照传感器包括壳体、安装于所述壳体的导光元件、以及感应元件，所述导光元件具有聚光体和导光柱，且为一体成型件，所述聚光体设置在所述壳体外部，所述导光柱和所述感应元件设置在所述壳体内部，所述感应元件检测经所述导光柱进入的光。

2.根据权利要求1所述的光照传感器，其特征在于，所述导光元件的材料透视波长为550nm的红外光，其透光率为87％-92％，折射率为1.59；且所述导光元件的材料的热变形温度为110℃-140℃。

3.根据权利要求1或2所述的光照传感器，其特征在于，所述导光元件的材料为聚碳酸酯。

4.根据权利要求3所述的光照传感器，其特征在于，所述聚光体的半径为所述导光柱的半径的1.5倍；所述聚光体具有受光球面，所述受光球面的半径为所述导光元件的总长的0.6倍。

5.根据权利要求4所述的光照传感器，其特征在于，所述聚光体的半径为1.5mm至3.5mm，所述导光柱的半径为1mm至3mm，所述受光球面的半径为4mm至8mm，所述导光元件的总长为6.5mm至13.5mm。

6.根据权利要求5所述的光照传感器，其特征在于，所述感应元件与所述导光元件之间的距离为所述受光球面的半径的0.1倍。

7.根据权利要求6所述的光照传感器，其特征在于，所述壳体内开设有安装导光元件的通孔，所述通孔的半径大于所述导光柱的半径并小于所述聚光体的半径。

8.根据权利要求7所述的光照传感器，其特征在于，所述壳体内用于安装导光元件的通孔的内壁上设有导向槽，所述导光柱上相应地凸设有卡脚。

9.雨量传感器，其特征在于集成有权利要求1至8任一项所述的光照传感器。

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