CN1046670C - 雨量传感器 - Google Patents

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Abstract

一种雨量传感器，一有效光线(11)在一玻璃(16)内至少进行一次全反射。在测量路段(21)端部从玻璃(16)耦合入输出耦合端(22)的有效光线(11)和存在的干扰光线(31’)入射到一分离面(25)上，在该分离面(25)上只有两条光线(11，31’)之一发生全反射。该分离面(25)可实现干扰光线(31’)同有效光线(11)的分离。本发明降雨传感器尤其适合应用于汽车上与一玻璃清洁装置相连，该玻璃清洁装置附属于该降雨传感器并可被自动连通而工作。

Description

雨量传感器
本发明涉及一种雨量传感器，特别是一种一有效光线在一玻璃内至少进行一次全反射的雨量传感器。
文件DE-PS2354100介绍了一此种类型的雨量传感器，该雨量传感器按照减弱的全反射原理工作。从光源发出的光线沿一测量路段，在一玻璃的内部传播并在该玻璃的外表面和内表面进行多次全反射，接下来被一光线测量装置感知。在该玻璃外表面上的污垢颗粒或雨滴会阻碍该全反射的发生，并将一部分所述光线耦合到该玻璃外。每次光线输出耦合导致一信号减弱，光线测量装置感知该信号减弱。附属于上述测量方法，可采用一种玻璃清洁装置自动清洁所述玻璃。
在应用此种传感器时，必须考虑到附加于从光源发出的有效光线之上的干扰光线。当该玻璃设置于汽车上时，该干扰光线例如主要为太阳光线。
本发明的目的在于提供一种雨量传感器，该雨量传感器可减少太阳光线对测量结果的影响。
本发明的技术方案在于，提供一种雨量传感器，一有效光线在一玻璃内至少进行一次全反射，其特征在于，在一测量路段端部从所述玻璃耦合入一输出耦合端的有效光线和存在的干扰光线至少入射到一分离面上，在该分离面上只有两条光线之一发生全反射。
本发明雨量传感器具有一分离面，在测量路段的终端从所述玻璃耦合过来的有效光线和干扰光线入射到该分离面。该分离面设置为只能使上述两种光线之一发生全反射，而另外一种光线从该分离面透射出。用这种方法，可以有效地实现对有效光线和干扰光线的分离。该分离可以容易地实现，因为有效光线和干扰光线是以不同的角度范围入射到该分离面上的。该有效光线以与玻璃法线夹角大于42°的角度从玻璃入射到输出耦合端内。该角度以下述条件为前提，即该玻璃的折射率和该输出耦合端的折射率至少要大致相同并且约为1.49。该干扰光线原则上是以0°至180°的角度范围入射到输出耦合端内的，该角度范围与该玻璃前的整个半个空间相等。在玻璃和输出耦合端内，干扰光线与圆盘的法线夹角的最大值为42°，因此，总能实现有效光线从干扰光线中分离出来。本发明使用分离面的方法具有简单、可行的优点。该分离面主要为输出耦合端的一边界面。
本发明的雨量传感器的具有其它优点的结构和布置由从属权利要求给出。
另外一具有优点的结构为，不仅有效光线，而且干扰光线，在从玻璃耦合输出后，首先入射到一反射面上，该反射面反射该两种光线，并接下该两种光线入射到分离面上。该结构的优点在于，该有效光线在一角度范围内被偏转，使一必需的光线测量装置的具优点的布置成为可能。所述反射面与有效光线和干扰光线之间总存在一夹角，该夹角使这两种光线发生全反射。另外，该反射面可为一反射镜，入射角总是与反射角相同。
一种布置为，该输出耦合端被染色，这样对有效光线不吸收或很少吸收，而对干扰光线却吸收很大。
另外一具优点的结构为，从输出耦合端耦合出的有效光线通过一聚光透镜聚焦或成像到所述光线测量装置上。另外一具有优点的减少剩余干扰光线的方法为，设置一滤光镜，该滤光镜的可通过波长范围与有效光线的波长相一致；以及设置一遮光板，该遮光板置于光线测量装置前。
另外一具优点的结构为布置在输出耦合端的反射面或分离面对面的边缘面，只有干扰光线入射到该边缘面。该边缘面为阶梯形结构，干扰光线入射到该边缘面后经过多次反射而被吸收掉，当所述的剩余干扰光线从该边缘面射出时，该干扰光线例如可通过漫反射而被减少。该边缘面的另一种结构为，该边缘面与干扰光线呈一夹角，该夹角使干扰光线不发生全反射。由此，该入射到边缘面的干扰光线，通过该边缘面结构而透射出输出耦合端。
本发明雨量传感器的其它具优点的结构和布置由从属权利要求结合附图给出。
图1为本发明雨量传感器的简要示意图。
一光源10发出一有效光线11，该有效光线11通过一第一聚光透镜12进入到输入耦合端13。该有效光线11在第一边界面14和第二边界面15总是发生全反射，并接下来耦合入一玻璃16。在第一边界面上的入射角α，该入射角α为该有效光线11与边界面14的第一法线17间的夹角，以及入射角b为有效光线11与第二边界面15的第二法线18之间的夹角，均使入射光线11在两边界面14,15上发生全反射。
输入耦合端13接下来将有效光线11导入玻璃16。当输入耦合端13的折射率和玻璃16的折射率一致时，该有效光线11沿直线耦合入玻璃16。其关键在于，玻璃表面20的第三法线19与有效光线11之间的夹角c具有一角度值，该角度值使有效光线11在玻璃16内发生全反射。在该玻璃16的折射率约为1.49并且该玻璃16被空气所包围的前提下，该夹角c必须大于42°。如开头已经提到过的，所有的角度数据均与该前提有关。
有效光线11在玻璃16内的测量路段21发生至少一次，主要是多次全反射，在测量路段21的终端设有一输出耦合端22，该输出耦合端22用于耦合从玻璃16射出的有效光线11，该耦合发生于夹角d的情况下，该夹角d为玻璃表面20的第四法线23与有效光线11之间的夹角。若输出耦合端22的折射率与玻璃16的折射率相一致，则光线在入射点不会发生角度偏移，因此该夹角d与夹角c相同，该夹角d大于42°。
该有效光线11到达一反射表面24，在本实施例中，该反射面24为耦合端22的边界面。在该反射面24上反射的有效光线11到达分离面25，该分离面25同样主要为输出耦合端22的一边界面。该有效光线11与分离面25的第五法线26之间形成一夹角e，该夹角e具有一角度值，该角度值使有效光线11不发生或发生全反射。在图示的实施例中，该夹角e小于或者等于42°，以使有效光线11在分离面25上发生全反射。该有效光线11离开输出耦合端22后，经过一第二聚光透镜27及一具有一定可通过波长范围的光学滤光镜28，经滤光镜28透射后，通过一遮光板29到达一光线测量装置30。
在输出耦合端22范围内，除了有效光线11外，一不希望的干扰光线31也可耦合入该输出耦合端22内。该干扰光线31原则上可从玻璃16前面的整个半空间入射，由此位于干扰光线31与玻璃表面20的第六法线32之间的夹角f的角度范围为0°至180°的角度范围折合到输出耦合端22内的角度范围为0°至42°。进入到输出耦合端22内的干扰光线31仅产生两条边缘光线31’,31”。该干扰光线31的边缘光线31’与玻璃表面20的第六法线32之间形成夹角g，该干扰光线31的边缘光线31”与该第六法线32之间形成夹角g’。该夹角g,g’的范围为0°至42°，因此不与大于或者等于42°的夹角d重叠。干扰光线31的在端出耦合端22内的边缘光线31’，在反射面24反射并到达分离面25。该干扰光线31的边缘光线31’与分离面25的第七法线33之间形成夹角h。其关键在于，该夹角h从属于夹角e。如果夹角e大于42°，有效光线11发生全反射，则夹角h的值小于42°，干扰光线31不发生全反射。如果夹角e小于42°，有效光线11不发生全反射，则夹角h的值大于42°，干扰光线31发生全反射。该光线11，31’中没有发生全反射的，以一大于42°的夹角i离开输出耦合端22。该夹角i为该第七法线33与耦合输出的光线34之间的夹角。在图示的实施例中，如已经提到过的夹角e小于42°，由此可实现全反射。夹角h在此处大于42°，干扰光线31耦合输出，该干扰光线作为耦合输出的光线34离开输出耦合端22。在实际中，该夹角e,h并不是完全互相不依赖的。通过分离面25的旋转，总能实现一较大的角度范围，此时一条光线全反射，而另一条光线耦合输出。值得注意的是，图示实施例中，干扰光线31具有一边缘光线31’，该边缘光线31’导致一最大夹角h。夹角g越小，夹角h也就越小。
反射面24在一角度范围内偏转两光线11,31，该反射面24使光线测量装置30的布置成为可能。原则上可再设置一反射面24，一在实施例中没有描述的反射面。另外，可干脆省去实施例中所述的反射面24。有效光线11及干扰光线31直接到达分离面25。既使在这种情况下，也可以可靠地实现有效光线11与干扰光线31的分离，因为夹角e,h原则上也是没有经过在反射面24上反射而形成的。
其它的方法也可实现抑制在输出耦合端22内的干扰光线31，该方法为，将输出耦合端22染色，因此可使有效光线11无阻碍地通过，而在一定波长范围内的干扰光线31则被吸收。当从光源10发出的有效光线11的波长处于红外区域时，可将输出耦合端22染成深色，因此可以吸收大量的可见光。由太阳引起的干扰光线31可通过这种方法而得到有效地抑制。替换该染色法或对该染色法进行补充，可设一光学滤光镜28，该滤光镜具有一可通过的波长范围，该波长范围与有效光线11的波长相一致。另外一种方法为设置一遮光板29，该遮光板可选除没有被消除的干扰光线31，而对于有效光线11则具有极小的角偏移。
另外一种有效抑制干扰光线31的方法为，提供给位于输出耦合端22的反射面24和分离面25对面的边缘面35一特殊的布置。该边缘面35制成阶梯形，如图所示的边缘光线31”入射到该边缘面35后，通过多次反射而被吸收。该阶梯形的边缘面结构可被称为光学沼泽。通过给该边缘面35表面涂黑，可促进该干扰光线的吸收。如果该边缘面35不涂色，由于该入射到该边缘面35上的干扰光线31的一部分不发生全反射而透射到外界，因此也可用同样实现干扰光线的减少。
另外一种具优点的结构为，位于输入耦合端13的第二边界面15对面的边缘面36同样也制成阶梯形结构。通过这种方法一方面可抑制干扰光线，该干扰光线可进入输入耦合端13内，并于那里被偏转一角度，该角度与有效光线11耦合入玻璃16的角度大致相同。另一方面，将输入耦合端13的边缘面36制成阶梯形结构，该输入耦合端13与输出耦合端22结构相同。制造该耦合端的模具可采用塑料模塑成型件，因此可较大地节约成本。
其优点还在于，抑制了光源10在边缘面36上产生光线反射，该反射的光线为一种干扰光线。

Claims (10)

1、一种雨量传感器，一有效光线在一玻璃内至少进行一次全反射，其特征在于，在一测量路段(21)端部从所述玻璃(16)耦合入一输出耦合端(22)的有效光线(11)和存在的干扰光线(31’)至少入射到一分离面(25)上，在该分离面(25)上只有两条光线(11,31’)之一发生全反射。
2、如权利要求1所述的雨量传感器，其特征在于，所述有效光线(11)在分离面(25)上发生全反射。
3、如权利要求1所述的雨量传感器，其特征在于，在所述分离面(25)前至少设有一反射面(24)，在该反射面(24)上有效光线(11)和干扰光线(31’)都发生反射。
4、如权利要求1所述的雨量传感器，其特征在于，所述输出耦合端(22)被染色，有效光线(11)可通过，而干扰光线(31,31”)被吸收。
5、如权利要求1所述的雨量传感器，其特征在于，所述有效光线(11)通过一聚光透镜(27)被耦合到输出耦合端(22)外。
6、如权利要求1所述的降雨传感器，其特征在于，在所述输出耦合端(22)和一感知有效光线(11)的光线测量装置(30)之间，设有一光学滤光镜(28)，有效光线(11)可通过该滤光镜(28)，而干扰光线(31’)被阻挡。
7、如权利要求1所述的雨量传感器，其特征在于，在所述输出耦合端(22)和光线测量装置(30)之间设有一遮光板(29)。
8、如权利要求1所述的雨量传感器，其特征在于，位于输出耦合端(22)的反射面(24)或分离面(25)对面具有一边缘面(35)，只有干扰光线(31”)入射到该边缘面(35)上，该边缘面(35)制成阶梯形状，入射到该边缘面(35)上的干扰光线(31,31’,31”)通过多次反射被吸收。
9、如权利要求1所述的雨量传感器，其特征在于，位于输出耦合端(22)的反射面(24)或分离面(25)对面具有一边缘面(35)，只有干扰光线(31”)入射到该边缘面(35)上，该边缘面(35)的结构使干扰光线(31,31’,31”)不发生全反射。
10、如权利要求1所述的雨量传感器，其特征在于，具有一将有效光线(11)耦合入玻璃(16)内的输入耦合端(13)，该输入耦合端(13)的结构与输出耦合端(22)相同。
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