CN106882157A - 多区域测量雨水传感器 - Google Patents

Abstract

一种多区域测量雨水传感器，设置有：反射板，具有不同的反射角以沿着不同的光路反射从光发射器发射的光，从而根据反射光的光路的差异，通过光的顺序时间划分测量雨滴的量或者数量。具体地，使用由每一个光发射器发射的光所分离同时通过反射板具有不同的反射角的光束，多区域测量雨水传感器能够在玻璃处形成数量等于光接收器的最大数量的感测区域，其中反射板具有不同的反射角以沿着不同的光路反射从光发射器发射的光。

Description

多区域测量雨水传感器

技术领域

本发明涉及多区域测量雨水传感器，更具体地，涉及以下多区域雨水传感器：通过增加传感区域，能够精确测量落到挡风玻璃窗上的雨滴的量或者数量，从而自动地控制挡风玻璃雨刮器的运转或者速度。

背景技术

通常地，雨水传感器是在不需要驾驶员的单独操作的情况下，通过感测落到挡风玻璃上的雨滴的强度和量，自动地控制挡风玻璃雨刮器的速度或者运转时间的装置。

这种雨水传感器也称为雨滴传感器。当驾驶员在驾驶车辆的同时转动他的或者她的眼睛或者另外分心以便单独调节挡风玻璃雨刮器的运转或者速度时，雨水传感器可以帮助减少事故或者驾驶不便。

就是说，当雨滴落到挡风玻璃上时，安装在挡风玻璃的后表面的雨水传感器使用红外光感测落到挡风玻璃上的雨滴的量(即，数量)和速度，并且根据所感测的雨滴量和速度来控制挡风玻璃雨刮器以增加的或者减小的速度运转。

雨水传感器通常具有包括一个光发射器和一个光接收器的配置，并且因而其的感测面积受限，并且难以精确测量雨滴的量和速度。因此，需要增加感测面积以便实现精确测量。

图1(现有技术)示出常规雨水传感器。常规雨水传感器具有以下配置：对称布置光发射器和光接收器，并且从光发射器发射的光经由准直器和反射器入射到挡风玻璃上。

然而，因为使用一个光发射器和一个光接收器，所以图1中示出的雨水传感器还具有窄的感测区域。鉴于此，图1的雨水传感器没有多个感测区域。

韩国未审查的专利公开第10-2015-0040711号公开了使用多个透镜能够简单估计落到挡风玻璃上的雨滴的量的雨水传感器。然而，该公开仅公开了使用具有单个感测区域的单个光发射器的配置，并且因此会存在如以上提及的常规雨水传感器的相同问题。

发明内容

本发明涉及使用单个光发射器而具有多个感测区域的雨水传感器。

本发明还涉及具有如下配置的雨水传感器：通过光的顺序时间划分所设置的多个感测区域，能够测量落到挡风玻璃上的雨滴的量(即，数量)。

本发明还涉及具有集成结构的反射板，该集成结构具有多个反射角以允许从一个光发射器发射的光具有多个平行的传播路径。

在一个方面中，本发明提供车辆的多区域测量雨水传感器，包括：一个或多个光发射器，用于发射光；反射板，布置为对应于各个光发射器，同时与对应的光发射器以预设距离间隔开；玻璃，用于再次反射由反射板反射的光；以及一个或多个光接收器，用于接收由玻璃再次反射的反射光，其中，反射板在反射光的同时将从对应的光发射器发射的光分离为分别具有不同的反射角的多个反射光束，其中，由反射板分离的反射光束的数量等于感测区域的最大数量。

在优选的实施方式中，当接收器接收由反射板分离的反射光束时，到达接收器的反射光束具有相同的光量。

在另一个优选的实施方式中，分别入射到光接收器上的光量可以由以下表达式确定：

其中，“x1”是各个光发射器到第一光接收器的水平距离，“x2”是从第一光接收器到第二光接收器的水平距离，“Id10”是从光发射器初始输出到第一光接收器的光量，以及“Id20”是从光发射器初始输出到第二光接收器的光量。

在又一个优选的实施方式中，从各个光发射器发射的光，在由各反射板和玻璃反射一次之后，可以入射到光接收器上。

在再一个优选的实施方式中，光发射器中的每一个可以包括红外发光二极管(LED)。

在又一个优选的实施方式中，反射板可以包括具有多个反射角的抛物面镜。

在再一个优选的实施方式中，可以基于反射光束分别测量感测区域，反射光束中的一个或多个通过顺序时间划分依次入射到光接收器中的对应的一个上。

在又一个优选的实施方式中，反射板可以具有近似0°和15°的反射角。

在再一个优选的实施方式中，多区域测量雨水传感器可以进一步包括布置在玻璃的内表面的准直器，其中，准直器允许由反射板反射的光束形成准直光。

在又一个优选的实施方式中，准直器可以包括菲涅尔透镜。

本发明的其他方面和优选的实施方式在以下讨论。

附图说明

现在将参照附图中所示的本发明的特定示例性实施方式来详细描述本发明的上述及其他特征，在下文中，附图仅通过图示的方式给出，并且因此并非限制本发明，并且在附图中：

图1(现有技术)是示出具有用于准直光的入射的配置的常规雨水传感器的示意性视图；

图2是示出根据本发明的实施方式的多区域测量雨水传感器的配置的示意性视图；

图3是根据本发明的实施方式的多区域测量雨水传感器的侧视图；

图4是示出通过根据本发明的实施方式的多区域测量雨水传感器，由以不同的反射角反射的反射光束形成的区域的示意性视图；

图5是示出根据本发明的实施方式的多区域测量雨水传感器中的光发射器和光接收器的布置的示意性视图；

图6是示出根据本发明的实施方式的反射到多区域测量雨水传感器中的两个区域的光束的传播路径的示意性视图；以及

图7是示出根据本发明的实施方式的多区域测量雨水传感器中的反射光束的传播路径的侧视图。

应当理解，附图无需按比例绘制，而是呈现了示出本发明的基本原理的各种优选特征的一定程度上简化的表示。如本文中公开的包括例如特定尺寸、方位、位置以及形状的本发明的特定设计特征将部分地由具体预期的应用和使用环境来确定。

在附图中，贯穿附图中的几幅图，参考标号表示本发明的相同或者等效的部分。

具体实施方式

应当理解，如本文中使用的术语“车辆”或者“车辆的”或者其他类似的术语包括广义的机动车辆，诸如包括运动型多用途车辆(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的载客汽车，包括各种船只和舰船的船舶、飞行器等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合电动车辆、氢动力车辆以及其他可替代燃料车辆(例如源于除石油以外的资源的燃料)。如本文中所指代的，混合动力车辆是具有两种或更多种动力源的车辆，例如汽油动力车辆和电动车辆两者。

本文中所用的术语仅用于描述具体实施方式的目的，并不旨在限制本发明。除非上下文另外明确指示，否则如本文中使用的单数形式“一(a)”、“一个(an)”以及“该(the)”旨在也包括复数形式。将进一步理解，当在本说明书中使用术语“包含(comprises)”和/或“包括(comprising)”时，指定陈述的特征、整体、步骤、运转、元件和/或部件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、运转、元件、部件和/或其组合的存在或添加。如本文中所使用的，术语“和/或”包括相关列出项中的一个或多个的任何和所有的组合。贯穿本说明书，除非明确描述为相反地，否则词语“包括(comprise)”以及诸如“包含(comprises)”或者“含有(comprising)”的变形应当被理解为暗示包括陈述的元件，但并不排除还包括任何其他元件。此外，在说明书中描述的术语“单元(unit)”、“…器(-er)”、“…装置(-or)”或者“模块(module)”意指用于处理至少一个功能和运转的单元，并且可通过硬件部分或软件部分及其组合来实现。

进一步，本发明的控制逻辑可被体现为包含由处理器、控制器等执行的可执行程序指令的计算机可读介质上的非瞬时性计算机可读介质。计算机可读介质的实例包括但不限于ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存驱动、智能卡以及光学数据存储装置。计算机可读记录介质还可以分布在耦接网络的计算机系统中，使得以分布形式(例如，通过远程信息处理服务器或控制器局域网(CAN))存储和执行计算机可读介质。

现在将在下文中详细地参照本发明的各个实施方式，其实例在附图中示出并且在以下描述。虽然本发明将结合示例性实施方式描述，将理解，本描述并非旨在将本发明限制于那些示例性实施方式。相反地，本发明旨在不仅涵盖示例性实施方式，而且还涵盖可以包含在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内的各种替代、改变、等价物和其它实施方式。

图2示出根据本发明的实施方式的多区域测量雨水传感器的配置。

多区域测量雨水传感器包括将光发射到玻璃30上的至少一个光发射器10。在示出的实施方式中，设置了两个光发射器10。当然，本发明不限于上述配置，并且可以具有包括一个或多个光发射器的任何配置。可以由红外发光二极管(LED)构成每一个光发射器10以发射红外光。当然，可以使用各种光发射器发射除红外光以外的光。多区域测量雨水传感器还包括多个光接收器40，以接收沿着多个光路反射的光束。所接收的反射光束是从光发射器10发射之后由玻璃30的表面反射的光束。入射到玻璃30上的光可以穿透玻璃30的表面上的水滴或者被其散射。因此，入射到每一个光接收器40上的光量可以根据玻璃30的表面上是否有水滴而变化。

光接收器40利用沿着多个光学路径接收的光束所转换的光学信号的差异的变化，该光学路径由至少一个光发射器10在窄的区域中建立。就是说，多个光接收器40接收从每一个光发射器10发射之后沿着多个光学路径反射的光束，以便使用依次接收的反射光束的差异的变化，检查玻璃30的表面的状态。对于每一个光接收器40，可以使用光电二极管将光学能量转换为电能。

根据本发明的实施方式，反射板20可以分别布置在与光发射器10中的对应的一个相邻的位置，同时与对应的光发射器10以预设距离间隔开。每一个反射板20优选地与每一个光发射器10相邻以将反射光束分离为具有不同的反射角。当从每一个光发射器10发射的光由对应的反射板20反射时，反射光束可以被分离为至少两个反射光束。

每一个反射板20可以由与光吸收或者光透射相比，表现出更高的光反射的反射材料制成。例如，每一个反射板20可以由诸如Al、Ag、Au或者Cu的金属，诸如白漆、搪瓷或者釉瓷的油漆(树脂)，诸如牛皮纸、压缩纸、绘图纸或者蛋白纸的纸，或者诸如瓷砖的石头制成。

本发明的每一个反射板20具有至少一个反射角的配置。在实施方式中，反射板20具有两个反射角。就是说，反射板20包括：第一反射部21，用于反射从对应的光发射器10发射的光，以生成具有近似0°的反射角的反射光；以及第二反射部22，用于反射从对应的光发射器10发射的光，以生成具有近似15°的反射角的反射光。因此，从一个光发射器10发射的光经由对应的被配置为具有如上所述的两个反射角的反射板20，在两个区域入射到玻璃30上。因此，使用一个光发射器10，能够在玻璃30处设置两个感测区域。在优选的实施方式中，设置了两个光发射器10和各自具有两个反射角的两个反射板20。在这种情况下，玻璃30可以设置有四个感测区域A、B、C以及D。

如上所述，设置各自具有多个不同的反射角的反射板20以对应于各个光发射器10。通过对应的反射板20，将从每一个光发射器10发射的光分离为沿着多个路径传播的反射光束。在这种情况下，反射光束的数量可以等于光接收器40的最大数量。

多个反射光束入射到设置在玻璃30处的多个区域上，并且因而，可以在玻璃30处设置多个感测区域。在这种情况下，从每一个光发射器10发射之后入射到各个感测区域上的反射光束的数量可以等于光接收器40的最大数量。就是说，在本发明的实施方式中，根据使用一个光发射器10和两个光接收器40生成两个反射光束，并且因而，在玻璃30处设置两个感测区域。在本发明的优选的实施方式中，雨水传感器具有包括两个光发射器10、两个光接收器40以及具有两个反射角的反射板20的配置，并且因而，设置最大数量的四个感测区域。

因此，根据本发明，对应于一个光发射器10的反射板20可以被配置为具有n个不同的反射角。就是说，通过反射板20可以生成n个反射光束。在这种情况下，可以设置n个光接收器40接收n个反射光束。根据该配置，可以在玻璃30处设置n个感测区域。在优选的实施方式中，当对于包括反射板20的多区域测量雨水传感器设置m个光发射器10时，其中反射板20在对应于每一个光发射器10的同时各自具有n个反射角，可以在玻璃30处设置m×n个感测区域。在这种情况下，可以设置至少n个光接收器40。

进一步，当设置具有n个反射角的一个反射板20对应于一个光发射器10，并且设置了至少n个光接收器40时，与其对应的n个反射光束分别沿着不同的光路入射到光接收器40上。在这种情况下，反射光束的传播长度可以彼此不同。因此，反射光束可以依次入射到各个光接收器40上，并且因而，能够基于各个反射光束测量感测区域。因此，根据本发明，由于光束依次入射到各个光接收器40上，通过光的顺序时间划分能够对感测区域进行感测。

就是说，根据本发明，多个光接收器40执行经由反射光束的传播路径的顺序光接收。在这种情况下，通过光的顺序时间划分，基于入射到各个光接收器40上的反射光束来确定落到玻璃30上的雨滴的量。

图3示出根据本发明的实施方式的多区域测量雨水传感器的侧视图。

在这种情况下，一个光发射器10和一个光接收器40横向对称布置。从反射板20反射的光然后被玻璃30全反射。优选地，入射到玻璃30上的反射光的入射角等于从玻璃30反射的光的反射角。在这种情况下，进一步设置准直器50。准直器50布置在玻璃30的内表面。当反射光入射到玻璃30上时，反射光在入射到玻璃30之前穿过准直器50，并且因而可以准直。也可以设置与描述相同的配置以允许再次反射到光接收器40的反射光以准直光的形式入射到光接收器40上。就是说，准直器50具有促使由反射板20反射的光保持为准直光的形式的配置。

由于在这种情况下，反射板20具有多个反射角，从光发射器10发射的光可分离为多个反射光束。在这种情况下，分离的反射光束可以被设置为具有临界角，以允许反射光束分别被玻璃30全反射。

在本发明的实施方式中，由于分离的反射光束在到达玻璃30之前入射到准直器50上，准直器50可以采取菲涅尔透镜的形式并且设置临界角，允许分离的反射光束被玻璃30全反射。在优选的实施方式中，准直器50采取相对于玻璃30对称布置的菲涅尔透镜的形式。在这种情况下，入射到玻璃30上的反射光通过准直器50折射，以具有促使反射光被玻璃30全反射的临界角，然后在由玻璃30反射之后入射到光接收器40上。

在更优选的实施方式中，通过采取菲涅尔透镜形式的准直器50，分离的光束可以被玻璃30全反射，并且准直器50的结构和形状可以根据由反射板20分离的反射光束的数量以及反射板20到玻璃30的距离而变化。

此外，准直器50可以被配置为允许从玻璃30反射的多个反射光束入射到一个光接收器上。就是说，通过由于从光发射器10发射的光被反射板分离所生成的多个反射光束，在玻璃30处形成感测区域，并且准直器50具有预设曲率，允许再次从玻璃30反射的所分离的反射光入射到一个光接收器20上。

从每一个光发射器10发射的光被分离为具有不同的反射角的反射光束，然后通过具有上述配置的准直器50，从玻璃30全反射。反射光束在穿过布置在与光接收器40相邻的位置的准直器50的一部分之后，随后入射到至少一个光接收器40上。入射到一个光接收器40上的光束，分别具有不同的光路，并且因而，光接收器40可以通过光的时间划分测量依次入射到其上的反射光。

图4示出根据本发明的实施方式的多区域测量雨水传感器的配置，其中光从一个光发射器10发射以后，由一个反射板20反射。

如图4所示，从一个光发射器发射的光可以是从红外LED发射的红外光。光可以入射到布置在与光接收器40相对的壁表面处的一个反射板20上。反射板20包括第一反射部21和第二反射部22，并且因而，入射到反射板的光可以按照第一反射光束和第二反射光束的形式被反射板20反射。在本发明的实施方式中，第一反射部21相对于反射板20的平面具有近似0°的倾角，并且第二反射部22相对于反射板20的平面具有近似15°的倾角。因此，第一反射光束和第二反射光束其间在垂直方向上具有近似15°的角度差。

图5示出了在本发明的实施方式中的两个光发射器10和两个光接收器40的距离关系。

根据本发明，当从每一个光发射器10发射的光入射到光接收器40上时，光接收器40接收相同的光量。由于多个光接收器40接收具有不同的传播路径的多个反射光束，只要光接收机器40接收相同的光量，能够防止具有相同的光学灵敏度的光接收器40显示测量灵敏度差异。这是因为从每一个光发射器10发射的光经由不同的传播路径入射到每一个光接收器40上。因此，在确定从每一个光发射器10初始发射的光量时考虑光功率的变化。

在根据本发明示出的实施方式的配置中，设置了两个光发射器10和两个光接收器40，可以假设“y”是在每一个光发射器10和每一个光接收器40之间的垂直长度，“x1”是在第一光接收器41和光发射器10之间的水平距离，并且“x2”是在第一光接收器41和第二光接收器42之间的水平距离。也可以假设“Id10”是从每一个光发射器10初始输出到第一光接收器41的光量，并且“Id20”是从光发射器10初始输出到第二光接收器42的光量。

当入射到多个光接收器40上的多个反射光束没有不规则反射或者功率损耗时，能够确定由各个光接收器40接收的反射光量，使得反射光量相等。为此目的，必须计算从每一个光发射器10发射的光被分离之后，入射到各个光接收器40上的反射光束的传播距离。该计算可以使用以下表达式1实现：

[表达式1]

其中，“θ”是入射到与每一个光发射器10相邻布置的光接收器40上的反射光的角度(反射板的旋转角的一半)，并且“θ’”是入射到远离每一个光发射器10布置的光接收器40上的反射光的角度(反射板的旋转角的一半)。

此外，在反射光的传播期间发生的功率变化可以使用以下表达式2计算。

[表达式2]

当如上所述考虑从每一个光发射器10发射的光的传播路径和功率变化时，能够计算从光发射器发射的光的初始量，使得多个光接收器40接收相同的光量(Id1＝Id2)，使用以下表达式3：

就是说，可以设定具有两个不同的反射角的反射光束的量，并且所设定的反射光束的量可以入射到各自具有相同灵敏度的两个光接收器40上。在上述配置中，使用一个光发射器10和两个光接收器40，通过设定输出到光接收器40的光束的量，能够将入射到各个光接收器40上的反射光束的量设定为相等，使得输出到与光发射器10相邻布置的光接收器40的光量(即，Id10)与输出到远离光发射器10布置的光接收器40的光量(即，Id20)具有关系：

图6示出根据本发明的多区域测量雨水传感器中的光的传播路径。

参考图6，示出了包括第一反射部21和第二反射部22的反射板20。从一个光发射器10发射的光在由具有两个反射角的反射板20分离为反射光束A和反射光束B之后，入射到玻璃30上。具有上述配置的反射板20可以是具有多个反射角的抛物面反射镜。当通过抛物面反射镜构成反射板20时，其的反射角优选地近似为0°和15°。

图7是示出根据本发明的通过具有多个反射角的抛物面反射镜反射光的配置的侧视图。

在这种情况下，如上所述由红外LED构成的单个光发射器10被布置为面向反射板20。因此，从光发射器10发射的光，在由反射板20反射之后入射到玻璃30上。由反射板20反射的光是准直光，并且因而，设置对于玻璃30具有特定大小的感测区域。

此外，根据本发明的雨水传感器可以包括用于从光接收器40接收电信号的控制器，并且基于所接收的电信号计算所接收的光量的差异的变化。控制器接收对应于入射到光接收器40上的光的强度的电信号。例如，以电流值或者电压值的形式，控制器计算从各个光发射器10发射之后，依次入射到光接收器40上的光量的差异的变化。控制器可以计算根据上述光量变化瞬间的绝对变化以及基于时间根据上述光量变化的累积变化中的一项或两者。在此，瞬间的绝对变化可以是静态变化，并且对于预定时间的累积变化可以是动态变化。

控制器可以执行控制操作，以依次生成对应于从光发射器10发射之后依次入射到光接收器40上的光束的光学信号。控制器可以提供所计算的光量差异变化作为需要的信号，来控制车辆中的雨刮器系统的运转以及计算从各个光发射器10发射的光量的差异的变化。

如从以上描述中明显看出，通过上述配置及其组合，本发明可以提供以下效果。

根据本发明，不需任何额外配置，设置反射板，通过反射从一个光发射器发射的光，生成具有多个平行的传播路径的反射光束。因此，能够使用单个光发射器设置多个感测区域。

此外，通过使用单个光发射器，能够设置具有多个感测区域的雨水传感器。因此，能够在更宽阔的区域上感测雨滴的量(即，数量)。

进一步，通过设置宽阔感测区域的上述配置，能够更精确地感测雨滴的量。因此，能够实现满足驾驶员的期望的挡风玻璃雨刮器的运转。

此外，设置了具有多个反射角的反射板，并且因而，可以通过简单的构造实现更精确和更稳定的感测。

参考其优选实施方式已详细描述了本发明。然而，本领域内的技术人员将理解，在不偏离本发明的原理和精神、所附权利要求及其等价物中限定的范围的情况下，可以在这些实施方式中做出改变。

Claims (11)

1.一种车辆的多区域测量雨水传感器，包括：

一个或多个光发射器，用于发射光；

反射板，布置为对应于每一个所述光发射器，同时所述反射板与对应的所述光发射器隔开预设距离；

玻璃，用于再次反射由所述反射板反射的光，从而形成感测区域；以及

一个或多个光接收器，用于接收由所述玻璃再次反射的反射光，其中，所述反射板在对光进行反射的同时将从对应的所述光发射器发射的光分离为分别具有不同的反射角的多个反射光束，

其中，由所述反射板分离的所述反射光束的数量等于所述感测区域的最大数量。

2.根据权利要求1所述的多区域测量雨水传感器，其中，当由所述反射板分离的所述反射光束入射到所述光接收器上时，到达所述光接收器的所述反射光束具有相同的光量。

3.根据权利要求2所述的多区域测量雨水传感器，其中，分别入射到所述光接收器上的光量由以下表达式确定：

$Id10=Id20{\left(\frac{x2}{x1+x2}\right)}^2$

其中，x1是从每一个所述光发射器到第一光接收器的水平距离，x2是从所述第一光接收器到第二光接收器的水平距离，Id10是从所述光发射器初始输出到所述第一光接收器的光量，以及Id20是从所述光发射器初始输出到所述第二光接收器的光量。

4.根据权利要求1所述的多区域测量雨水传感器，其中，从每一个所述光发射器发射的光在由所述反射板和所述玻璃各反射一次之后，入射到所述光接收器上。

5.根据权利要求1所述的多区域测量雨水传感器，其中，每一个所述光发射器包括红外发光二极管(LED)。

6.根据权利要求1所述的多区域测量雨水传感器，其中，所述反射板包括具有多个反射角的抛物面镜。

7.根据权利要求1所述的多区域测量雨水传感器，其中，基于所述反射光束分别测量所述感测区域，一个或多个所述反射光束通过顺序时间划分依次入射到所述光接收器中的对应的光接收器上。

8.根据权利要求1所述的多区域测量雨水传感器，其中，所述反射板具有0°和15°的反射角。

9.根据权利要求1所述的多区域测量雨水传感器，其中，由所述反射板反射的光形成准直光。

10.根据权利要求1所述的多区域测量雨水传感器，进一步包括：

布置在所述玻璃的内表面的准直器，使由所述反射板反射的光从所述玻璃全反射。

11.根据权利要求10所述的多区域测量雨水传感器，其中，所述准直器包括菲涅尔透镜。