CN104709197B - 车辆的集成传感器装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种车辆的集成传感器装置，其包括光发射器，所述光发射器被配置成向挡风玻璃的一个区域发出具有预定范围或更大面积的光源。光接收器，其被配置成接收由光发射器发出并从挡风玻璃的第一区域反射的光源以及从外部入射到所述挡风玻璃中的外部光源。此外，光引导器被配置成被连接到挡风玻璃，引导由光发射器发出的光源从挡风玻璃的第一区域反射并到达光接收器。图像传感器被配置成由通过挡风玻璃的第一区域反射的光源和从外部入射到挡风玻璃中的外部光源感测图像图案。

Description

车辆的集成传感器装置
技术领域
本发明涉及车辆的集成传感器装置和方法，更具体地，涉及在挡风玻璃上实施的集成传感器装置。
背景技术
感测雨滴状态的雨滴传感器已被安装在车辆的挡风玻璃上。雨滴传感器被配置成通过发射特定区域的光并使用从挡风玻璃反射的光的图像来感测雨滴状态(例如，当雨水接触挡风玻璃时)。然而，由于根据现有技术的雨滴传感器使用点光源，因此其在挡风玻璃上具有相当窄的雨滴感应区，并且其难以检测水滴的厚度。此外，在现有技术中，感测外部光源入射量而测量照度的照度传感器已被安装在挡风玻璃上。然而，当多个传感器被布置在车辆的挡风玻璃上时，传感器配置变得更加复杂，并且制作成本和其他相关成本增加。
发明内容
因此，本发明提供一种车辆的集成传感器装置，其被配置成使用集成的单传感器测量挡风玻璃表面上的雨滴状态和通过挡风玻璃入射的外部光源的照度。特别地，本发明提供一种车辆的集成传感器装置，其被配置成通过划分单个图像传感器的感测区域，通过一个区域(例如，第一区)测量雨滴状态并通过另一区域(例如，第二区域)测量照度。此外，本发明提供一种车辆的集成传感器装置，其被配置成更容易地使用面光源测量挡风玻璃表面上的雨滴状态。
在本发明的一个方面，车辆的集成传感器装置可以包括：光发射器，其被配置成向挡风玻璃的一个区域发出具有预定范围或更大面积的光源；光接收器，其被配置成接收由该光发射器发出并从挡风玻璃的一个区域反射的光源以及从外部入射到挡风玻璃中的外部光源；光导向器，其被配置成连接到挡风玻璃，引导由光发射器发出的光源从挡风玻璃的一个区域反射并到达该光接收器；以及图像传感器，其被配置成由通过挡风玻璃的一个区域反射的光源和从外部入射到挡风玻璃中的外部光源感测图像图案。
图像传感器可以包括第一感测区，其被配置成由通过挡风玻璃的一个区域反射的光源感测图像图案，以及第二感测区，其被配置成由从外部入射到挡风玻璃中的外部光源感测外部光源量。第一感测区可以是图像传感器的感测区之中与挡风玻璃的中间区域相对应的区域，该挡风玻璃的中间区域是光发射器发出的光源到达的区域，以及第二感测区可以是与挡风玻璃的左侧和右侧区域相对应的区域，该挡风玻璃的左侧和右侧区域是光发射器发出的光源未到达的区域。
该光接收器可以包括：第一光接收器，其被配置成采集由光发射器发出并通过挡风玻璃的一个区域反射的光源，并将所采集的光源传送到第一感测区；以及第二光接收器，其被配置成采集从外部入射到挡风玻璃中的外部光源，并将所采集的外部光源传送到第二感测区。第一光接收器可以包括：物镜，其被配置成会聚通过挡风玻璃的一个区域反射的光源；以及反射板，其被配置成将该物镜会聚的光源反射到达图像传感器的第一感测区。
第二光接收器可以包括：连接到挡风玻璃用以采集入射到挡风玻璃中的外部光源的集光器；连接到图像传感器的第二感测区的光线路，其将通过集光器采集的外部光源传送到图像传感器的第二感测区；以及终端，其被配置成在集光器与光线路之间会聚通过集光器采集的外部光源，将所会聚的外部光源引导到光线路。
可以设置至少两个集光器，并且所述集光器可以以预定距离并行布置在挡风玻璃的表面上。第二光接收器还可以包括布置在至少两个集光器之间的遮光膜，其阻挡各自入射到对应集光器中的外部光源的干扰。该集光器可以是光电二极管。该图像传感器可以被配置成，基于从第一感测区检测到的照度和图像像素数量的变化，感测挡风玻璃表面上的雨滴状态。图像传感器还可以被配置成，由从第二感测区的左侧区域检测到的图像像素数量和从第二感测区的右侧区域检测到的图像像素数量之和，感测照度。进一步地，图像传感器可以被配置成根据从第二感测区的左侧区域感测到的像素数量与从第二感测区的右侧区域感测到的像素数量之间的差异感测上午时间段或下午时间段。
附图说明
结合附图，本发明的上述和其他目标、特征和优点从下列具体实施方式中将变得更加明显，其中：
图1为示出根据本发明示例性实施例的车辆的集成传感器装置的配置的示例性示意图；
图2至图4为用于描述由根据本发明示例性实施例的车辆的集成传感器装置感测雨滴状态的操作的示例性参考图；
图5和图6为用于描述由根据本发明示例性实施例的挡风玻璃感测装置感测照度的操作的示例性参考图；以及
图7A-7E和图8A-8B为示出由应用于根据本发明示例性实施例的车辆集成传感器装置的图像传感器测量的结果的示例性示意图。
附图标记列表
10：挡风玻璃
100：集成传感器装置
110：光发射器
120：光引导器
130：第一光接收器
131：物镜
135：反射板
140：第二光接收器
150：图像传感器
160：接合器160
171、175：集光器
181、185：终端
191、195：光线路
200：遮光膜
具体实施方式
应当理解，本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或类似术语总体上包括机动车辆，例如包括运动型多功能车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的乘用车，包括各种船只和船舰的水运工具，航空器等等，并且包括混合动力车辆，电动车辆，插电式混合动力电动车辆，氢动力车辆以及其他可选燃料(例如，源自非石油资源的燃料)车辆。
虽然示例性实施例被描述成使用多个单元执行示例性过程，但是应当理解，所述示例性过程也可以由一个或多个模块执行。此外，应当理解，所述术语控制器指的是包括存储器和处理器的硬件装置。存储器被配置成存储模块，处理器特别被配置成执行所述模块以执行在下面进一步描述的一个或更多过程。
本文所使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不是为了限制本发明。如本文所使用的单数形式“一”、“一个”、“该”也包括复数形式，除非上下文中另外明确指明。应当进一步理解，当用于本说明书时，术语“包括”指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除一个或更多的其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在和添加。如本文所使用的术语“和/或”包括相关所列项目的一个或多个的任意和全部组合。
除非特别指明或在上下文中是显而易见的，如本文所使用的术语“大约”应当理解为在本领域正常公差范围内，例如在平均值的2个标准偏差内。“大约”可以理解为在规定值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％内。除非在上下文中特别明确，本文提供的所有数值可以由术语“大约”修饰。
在下文中，将参考附图对本发明进行更详细地描述。特别地，相同的附图标记表示附图中的相同元件。此外，现有技术中已知的功能和/或配置的详细描述将被省略。在下文中，将主要描述对理解根据本发明的各个示例性实施例的操作是必要的部分，会模糊本描述要点的对元件的描述将被省略。此外，在附图中示出的某些组件被放大、省略或简要示出。每个组件的尺寸不实际反映其真实尺寸，因此，在此描述的内容并不局限于在相应附图中绘制的组件的相对尺寸或间隔。
图1为示出根据本发明示例性实施例的车辆的集成传感器装置的示例性示意图。参照图1，根据本发明示例性实施例的车辆的集成传感器装置可以包括光发射器110、光引导器120、光接收器和图像传感器150。此外，该光接收器可以包括被配置成接收由光发射器110发出的光源的第一光接收器130，以及被配置成接收外部光源的第二光接收器140。
首先，光发射器110可以被配置成向挡风玻璃10的一个区域发出具有预定范围或更大面积的光源。特别地，光发射器110可以与被配置成发出面光源的背光单元(BLU)相对应。挡风玻璃10的一个区域可以是限定车辆乘员例如驾驶员的前方视野的区域，其可以大约是挡风玻璃10的中间区域，该区域基于雨滴的状态可能会干扰或阻挡驾驶员的视野。因此，光发射器110被应用于挡风玻璃10的本发明示例性实施例将参照图2进行描述。
光引导器120可以被安装连接到挡风玻璃10的一个表面，并且可以形成为使得由光发射器110发出的面光源从挡风玻璃10反射。特别地，光引导器120可以由棱镜形成。此外，当由光发射器110发出的面光源从挡风玻璃10的一个区域反射时，光引导器120可以被配置成引导从挡风玻璃10的一个区域反射的光源到达光接收器。第一光接收器130可以被配置成接收由光发射器110发出并从挡风玻璃10的一个区域反射通过光引导器120的面光源。特别地，第一光接收器130可以被配置成采集通过光引导器120传送的光源并将所采集的光源传送到图像传感器150。第一光接收器130的详细结构将参照图3进行描述。
如图3所示，第一光接收器130可以包括物镜131和反射板135。物镜131可以被配置成会聚从挡风玻璃10的一个区域反射并通过光引导器120传送的光源。特别地，由物镜131会聚的光源可以穿过物镜131并可以接着被传送到反射板135。反射板135可以被配置成将穿过物镜131的光源反射到图像传感器150。特别地，如下面所描述的，从反射板135反射的光源可以到达图像传感器150的第一感测区。
第二光接收器140可以被配置成采集从外部入射到挡风玻璃10中并穿过挡风玻璃10的外部光源。第二光接收器140可以被配置成将所采集的外部光源传送到图像传感器的第二感测区。特别地，从外部入射并穿过挡风玻璃10的外部光源可以是太阳光。因此，第二光接收器140的详细结构将参照图5进行描述。
如图5所示，第二光接收器140可以包括集光器171和175，终端181和185，以及光线路191和195。集光器171和175可以被安装连接到挡风玻璃10的一个表面上，用以采集从外部穿过挡风玻璃10的外部光源。作为示例，集光器171和175可以是光电二极管。此外，至少两个集光器171和175可以在从左到右的方向上彼此相距预定距离地并行设置和布置在挡风玻璃10的一个表面上。特别地，第二光接收器140可以进一步包括布置在至少两个集光器171和175之间的遮光膜，用以阻止入射到各个集光器171和175中的外部光源之间的干扰。该遮光膜可以由光不能通过其透射的材料制成。
由集光器171和175采集的外部光源可以被会聚在终端181和185上。特别地，会聚在终端181和185上的外部光源可以通过光线路191和195被传送到第二感测区，光线路191和195在终端181和185与图像传感器150的第二感测区之间传送会聚到终端181和185的外部光源。进一步地，由布置在左侧的集光器171采集的外部光源可以被传送到第二感测区的左侧区域，由布置在右侧的集光器175采集的外部光源可以被传送到第二感测区的右侧区域。
图像传感器150可以被配置成感测来自挡风玻璃10的一个区域反射的面光源和入射到挡风玻璃10的外部光源的图像图案。特别地，图像传感器150可以包括第一感测区，其由通过挡风玻璃10的一个区域反射的面光源感测图像图案，以及第二感测区，其由从外部入射并穿过挡风玻璃10的外部光源感测外部光源量。
具体地，第一感测区可以是图像传感器150的感测区之中与挡风玻璃10的大约中间区域相对应的区域，该中间区域是由光发射器110发出的面光源所到达的区域。因此，图像传感器150可以被配置成感测通过第一光接收器130到达第一感测区的面光源的图像图案。此外，由于该图像图案可以基于挡风玻璃10表面上的雨滴状态而改变，因此图像传感器150可以被配置成从第一感测区感测的图像图案感测雨滴的状态。
而且，第二感测区可以是与挡风玻璃10的左侧和右侧区域相对应的区域，挡风玻璃10的左侧和右侧区域是发射器110发出的面光源未到达的区域(例如，光未到达这个区域或面积，光不向左侧和右侧区域发射)。特别地，面光源未到达的第二感测区可以被连接到第二光接收器140的光线路191和195，以使由光接收器采集的外部光源通过光线路191和195传送。由设置在第二光接收器140左侧的集光器171采集的外部光源可以通过连接到第二感测区左侧区域的光线路被传送到第二感测区的左侧区域。同时，由设置在第二光接收器140右侧的集光器175采集的外部光源可以通过连接到第二感测区右侧区域的光线路被传送到第二感测区的右侧区域。
图2至图4为用于描述由根据本发明示例性实施例的车辆的集成传感器装置感测雨滴状态的操作的示例性参考图。首先，图2示出挡风玻璃上光发射器和图像传感器的示例性布置结构。如图2所示，光发射器110可以被配置成向挡风玻璃10的一个区域P1(例如，第一区域P1)发出具有预定范围或更大面积的面光源，以感测宽区域的雨滴状态。特别地，挡风玻璃10的一个区域P1可以是如图2所示的挡风玻璃10的大约中间区域。作为示例，挡风玻璃10的一个区域P1可以是包括除了左侧的大约10％的区域P2和右侧的大约10％的区域P3以外大约中间区域的区域。当然，挡风玻璃10的一个区域P1的范围并不局限于任何一个范围。
此外，光发射器110可以被实施为，基于挡风玻璃10的水平方向具有与挡风玻璃10的一个区域P1的长度大约相同的长度。由光发射器110发出的面光源可以通过光引导器120从挡风玻璃10的一个区域P1反射，可以穿过设置在光发射器110对侧的物镜131，并且可以到达(例如，达到)图像传感器150的第一感测区。如图2所示，当水滴已经在挡风玻璃10的一个区域P1的一部分上形成时，光源在对应区域的反射图案会不同。因此，由于到达图像传感器150的反射图案会不同，具有不同形状的图像图案可以从形成水滴的位置检测。
图3和图4示出根据本发明示例性实施例的车辆的集成传感器装置的示例性传感器结构，其示出面光源的示例性传送路径。如图3和图4所示，在车辆的集成传感器装置100中，当面光源通过光发射器110发射到形成连接到挡风玻璃10的光引导器120时，发射的面光源可以通过光引导器120从挡风玻璃10反射并可以到达第一光接收器130的物镜131。特别地，物镜131可以过滤和使传送的面光源穿过，并且穿过物镜131的面光源可以通过反射板135反射到达图像传感器150。
面光源可以通过反射板135折射到达图像传感器150的第一感测区，以增加焦距。特别地，在焦距增加时，挡风玻璃10上水滴的深度图像图案可以被检测到。因此，图像传感器150可以被配置成检测从挡风玻璃10的一个区域反射的面光源的图像图案，并且可以被配置成由检测到的图像图案检测雨滴状态。同时，根据本发明示例性实施例的车辆的集成传感器装置可以进一步包括接合器160，其被配置成将车辆的集成传感器装置固定到挡风玻璃上。
图5和图6为用于描述由根据本发明示例性实施例的车辆的集成传感器装置感测照度的操作的示例性参考图。图5示出外部光源从左侧A方向向右侧B方向入射到挡风玻璃10中，图6示出外部光源从右侧B方向向左侧A方向入射到挡风玻璃10中。
如图5和图6所示，外部光源入射到挡风玻璃10的方向可以根据外部光源的位置而改变。换句话说，外部光源可以从(A)向(B)方向((A)->(B)方向)入射到挡风玻璃10中，并且可以从(B)向(A)方向((B)->(A)方向)入射到挡风玻璃10中。特别地，分别设置在挡风玻璃10左侧和右侧的集光器171和175所接收的光量的差异可以根据外部光源的入射方向而生成。
遮光膜200可以被布置在集光器171和175之间，以阻挡分别入射到集光器171和175的外部光源的干扰。作为示例，如图5所示，当外部光源以(A)->(B)方向入射时，由左侧的集光器171采集的外部光源可以被会聚在左侧的终端181上，并且可以沿着左侧的光线路191被传送到图像传感器150的第二感测区的左侧区域R1。同时，由右侧的集光器175采集的外部光源可以被会聚在右侧的终端185上，并且可以沿着右侧的光线路195被传送到图像传感器150的第二感测区的右侧区域R2。
进一步地，更大量的外部光源可以由左侧的集光器171根据外部光源的入射方向进行采集。因此，更大量的外部光源可以被传送到R1。特别地，从R1检测到的图像图案的像素数量变得大于从R2检测到的图像图案的像素数量。图像传感器150可以被配置成由从R1检测到的像素数量和从R2检测到的像素数量之和感测照度，并且可以被配置成根据R1与R2之间像素的变化，感测上午或下午的时间范围。
作为另一个示例，如图6所示，当外部光源以(B)->(A)方向入射时，由左侧的集光器171采集的外部光源可以被会聚在左侧的终端181上，并且可以沿着左侧的光线路191被传送到图像传感器150的第二感测区的左侧区域R1。同时，由右侧的集光器175采集的外部光源可以被会聚在右侧的终端185上，并且可以沿着右侧的光线路195被传送到图像传感器150的第二感测区的右侧区域R2。
特别地，更大量的外部光源可以由右侧的集光器175根据外部光源的入射方向进行采集。因此，更大量的外部光源可以被传送到R2。从R2检测到的图像图案的像素数量变得大于从R1检测到的图像图案的像素数量。图像传感器150可以被配置成由从R1检测到的像素数量和从R2检测到的像素数量之和感测照度，并且可以被配置成根据R1与R2之间像素的变化，感测上午或下午的条件。
当从图5的示例性实施例中的R1和R2检测到的图像图案是上午时间段的图像图案时，从图6的示例性实施例中的R1和R2检测到的图像图案可以是下午时间段的图像图案，或反之亦然。进一步地，如图5和图6所示的集光器171和175的布置位置与本发明的示例性实施例相对应，并且该布置位置可以根据本发明的示例性实施例改变。
图7A-图7E为示出由应用于根据本发明示例性实施例的车辆的集成传感器装置的图像传感器测量的测量图像的示意图。参照图7A至图7E的图像，这些图像示出通过检测从挡风玻璃的一个区域反射的面光源的图像而获得的结果。在图7A至图7E中示出的图像由图像传感器每秒钟检测大约60次，并且在图7A至图7E中示出的图像中的水滴的图案可以被检测到根据时间变化而改变。特别地，图像传感器可以被配置成从图7A至图7E中示出的图像检测照度和像素数量的变化，以检测水滴的图案。因此，从面光源的图像检测到的照度和像素数量的变化如图8A-图8B所示。
图8A-图8B为示出通过使用应用于根据本发明示例性实施例的车辆的集成传感器装置的图像传感器测量的结果的示例性示意图。图8A示出通过检测在特定时间检测到的图像的照度和像素数量的变化而获得的结果，图8B示出通过检测在每个不同时间(例如，预定时间间隔)检测到的图像的照度和像素数量的变化获得的结果。
根据本发明的示例性实施例，通过划分单个图像传感器的感测区域，雨滴状态可以通过一个区域(例如，第一区域)进行测量，照度可以通过另一个区域(例如，第二区域)进行测量，以允许实施集成的单传感器来解决应用多个传感器造成的成本问题和空间应用问题。此外，根据本发明的示例性实施例，挡风玻璃表面上的雨滴状态可以通过使用面光源进行测量，以更容易地监测具有更宽面积的挡风玻璃表面上的雨滴状态。
仅以举例的方式对本发明的精神进行了说明。本领域的技术人员应当明白，在不偏离本发明的基本特征的情况下，可以对各个示例性实施例进行更改和变更。因此，在本发明和附图中公开的示例性实施例不是限制本发明，而是用于描述本发明的精神。因此，本发明并不局限于上述的示例性实施例和附图。本发明的保护范围必须通过权利要求进行分析，并且等同于权利要求范围的所有精神也包括在本发明的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种车辆的集成传感器装置，其特征在于，包括：
光发射器，其被配置成向挡风玻璃的第一区域发出具有预定范围或更大面积的光源；
光接收器，其被配置成接收由所述光发射器发出并从所述挡风玻璃的第一区域反射的光源以及从外部入射到所述挡风玻璃中的外部光源；
光引导器，其被配置成连接到所述挡风玻璃，引导由所述光发射器发出的光源从所述挡风玻璃的第一区域反射并到达所述光接收器；以及
图像传感器，其被配置成由通过所述挡风玻璃的第一区域反射的光源和从外部入射到所述挡风玻璃中的外部光源感测多个图像图案，
其中所述图像传感器包括第一感测区和第二感测区，所述第一感测区被配置成由通过所述挡风玻璃的第一区域反射的光源感测图像图案，所述第二感测区被配置成由所述从外部入射到所述挡风玻璃中的外部光源感测外部光源量，并且
其中所述第一感测区是所述图像传感器的感测区之中与所述挡风玻璃的实质中间区域相对应的区域，所述挡风玻璃的实质中间区域是所述光发射器发出的光源到达的区域，并且所述第二感测区是与所述挡风玻璃的左侧和右侧区域相对应的区域，所述挡风玻璃的左侧和右侧区域是光发射器发出的光源未到达的区域。
2.根据权利要求1所述的集成传感器装置，其特征在于，所述光接收器包括：
第一光接收器，其被配置成采集由所述光发射器发出并通过所述挡风玻璃的第一区域反射的光源，并且被配置成将所采集的光源传送到所述第一感测区；以及
第二光接收器，其被配置成采集从外部入射到所述挡风玻璃中的外部光源，并且被配置成将所采集的外部光源传送到所述第二感测区。
3.根据权利要求2所述的集成传感器装置，其特征在于，所述第一光接收器包括：
物镜，其被配置成会聚通过所述挡风玻璃的第一区域反射的光源；以及
反射板，其被配置成将所述物镜会聚的光源反射到达所述图像传感器的第一感测区。
4.根据权利要求2所述的集成传感器装置，其特征在于，所述第二光接收器包括：
集光器，其连接到所述挡风玻璃，用以采集入射到所述挡风玻璃中的外部光源；
光线路，其连接到所述图像传感器的第二感测区，将通过所述集光器采集的外部光源传送到所述图像传感器的第二感测区；以及
终端，其被配置成在所述集光器与所述光线路之间会聚通过所述集光器采集的外部光源，将所会聚的外部光源引导到所述光线路。
5.根据权利要求4所述的集成传感器装置，其特征在于，设有至少两个集光器，所述集光器以预定距离被并行布置在所述挡风玻璃的表面上。
6.根据权利要求5所述的集成传感器装置，其特征在于，所述第二光接收器还包括：
布置在所述至少两个集光器之间的遮光膜，其阻挡各自入射到对应集光器中的所述外部光源的干扰。
7.根据权利要求4所述的集成传感器装置，其特征在于，所述集光器是光电二极管。
8.根据权利要求1所述的集成传感器装置，其特征在于，所述图像传感器被配置成，基于从所述第一感测区检测到的照度和图像像素数量的变化，感测所述挡风玻璃表面上的雨滴状态。
9.根据权利要求1所述的集成传感器装置，其特征在于，所述图像传感器被配置成，由从所述第二感测区的左侧区域检测到的图像像素数量和从所述第二感测区的右侧区域检测到的图像像素数量之和，感测照度。
10.根据权利要求1所述的集成传感器装置，其特征在于，所述图像传感器被配置成，基于从所述第二感测区的左侧区域感测到的像素数量与从所述第二感测区的右侧区域感测到的像素数量之间的差异，感测上午时间段或下午时间段。
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