CN210465732U - 一种透镜、传感器组件和车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于传感器技术领域，提供了一种透镜，包括该透镜的传感器组件，以及包括该传感器组件的车辆，透镜包括相对设置的第一光学表面和第二光学表面，透镜外存在一会聚点，第一光学表面包括围绕透镜的光轴呈旋转对称的第一透镜区，用于将会聚点处发出的发散光线偏折并射向第二透镜区，第二光学表面包括具有多个齿状结构的第二透镜区，用于将光线再次偏折后从第二光学表面射出，光线从第二光学表面射出的方向与透镜的光轴方向呈预定的空间夹角。本实用新型提供的透镜，其第二透镜区由多个齿状结构组成，获取向特定方向出射的平行光线需要的透镜厚度更小，缩小透镜的空间体积并减小透镜的重量，进而减小了使用该透镜的传感器的尺寸和重量。

Description

一种透镜、传感器组件和车辆

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域，特别涉及一种透镜、传感器组件和车辆。

背景技术

自动化技术水平的不断进步与升级为生活带来了极大的便利，目前，很多车辆开始加装降雨雨量自动检测***对降雨情况进行判断，检测***可以根据降雨对驾驶员视线的阻挡程度，对雨刮工作状态进行自动控制，以保证驾驶员不必分心控制雨刮的同时，能够获得足够良好的视线，提升驾驶安全水平与驾驶体验。

雨量传感器识别***通常采用光学传感器对雨量进行自动检测，具体的，光学传感器包括光源和感光元件，光源发出的光线倾斜射入挡风玻璃，当没有降雨、挡风玻璃处于干燥的状态时，光线在挡风玻璃与空气的表面上几乎全部反射，或者能够发生全反射，几乎所有的光线都会反射到感光元件上；下雨时，挡风玻璃上的雨水会破坏光线的反射或者全反射条件，感光元件接收到的光线强度发生变化，根据该变化即可确定当前降雨对驾驶员视线的阻挡程度。雨量传感器通常安装有镜片组，用于偏折并发散光源发出的光线并将反射的光线会聚至感光元件处，镜片组的厚度往往影响着整个雨量传感器的厚度，传统的雨量传感器由于镜片组厚度过大，往往导致传感器占用空间过大，不利于传感器的小型化与车辆其他设备的安装布局。

实用新型内容

本实用新型的一个目的在于提供一种透镜，旨在解决现有的雨量传感器的透镜厚度过大的技术问题。

本实用新型是这样实现的，一种透镜，包括相对设置的第一光学表面和第二光学表面，所述第一光学表面包括围绕所述透镜的光轴呈旋转对称的第一透镜区，所述第二光学表面包括具有多个齿状结构的偏折镜面的第二透镜区，所述透镜外存在一会聚点，所述第一透镜区用于将所述会聚点处发出的发散光线偏折并射向所述第二透镜区，所述第二透镜区用于将光线再次偏折后从所述第二光学表面射出，光线从所述第二光学表面射出的方向与所述透镜的光轴方向呈预定的空间夹角。

在本实用新型的一个实施例中，所述第二透镜区为相互平行设置的多个齿状结构。

在本实用新型的一个实施例中，光线相对于所述透镜的光轴偏折的一侧为出光侧，所述齿状结构背对所述出光侧的一面为反射面，所述齿状结构正对所述出光侧的一面为透射面。

在本实用新型的一个实施例中，所述透射面的顶部向背对所述出光侧的方向偏折，且所述透射面向背对所述出光侧方向偏折的部分为出光面。

在本实用新型的一个实施例中，所述反射面和所述出光面均为平面，各所述齿状结构的所述反射面相互平行，各所述齿状结构的所述出光面相互平行。

在本实用新型的一个实施例中，所述第一透镜区包括由内向外依次连接的凸透镜部、内侧面部和外侧面部，所述会聚点向所述凸透镜部发出的光线经所述凸透镜部折射后射向所述第二透镜区，所述会聚点向所述内侧面部发出的光线经所述内侧面部的折射，并经所述外侧面部的反射后射向所述第二透镜区。

在本实用新型的一个实施例中，所述会聚点发出的发散光线经所述第一透镜区的偏折后平行射向所述第二透镜区。

本实用新型的另一目的在于提供一种传感器组件，包括至少两个如上所述的透镜的传感器组件，至少两个所述透镜的光轴平行且位于同一平面上，至少两个所述透镜的出光方向相对，所述传感器组件还包括光源和感光元件，所述光源和所述感光元件分别位于至少两个所述透镜的所述会聚点上。

在本实用新型的一个实施例中，所述光源采用发光二极管，所述感光元件采用与所述发光二极管的发光波长相匹配的光敏二极管。

本实用新型的又一目的在于提供一种包括了如上所述的传感器组件的车辆，所述车辆还包括玻璃，所述传感器组件通过胶层连接在所述玻璃朝向所述车辆内部空间的一侧。

实施本实用新型的一种透镜，至少具有以下有益效果：

由于包括相对设置的第一光学表面和第二光学表面，第一光学表面包括围绕透镜的光轴旋转对称的第一透镜区，第二光学表面包括多个齿状结构组成的第二透镜区，透镜外存在一会聚点，会聚点发出的发散光线经过第一透镜区的偏折射向第二透镜区，从在第二透镜区第二次偏折，被引导照射向预定的空间方向，由于第二透镜区由多个齿状结构组成，获取向特定方向出射的平行光线需要的透镜厚度更小，缩小透镜的空间体积并减小透镜的重量，进而减小了使用该透镜的传感器的尺寸和重量。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的透镜的示意图；

图2是本实用新型实施例提供的透镜的俯视图；

图3是本实用新型的一个实施例中的透镜沿图2的A-A方向的剖面图；

图4是图3所示实施例中的透镜的光路示意图；

图5是本实用新型实施例提供的传感器安装于车辆时的剖面示意图。

上述附图所涉及的标号明细如下：

1-透镜；11-第一透镜区；111-凸透镜部；112-内侧面部；113-外侧面部；12-第二透镜区；121-反射面；122-出光面；2-光源；3-感光元件；4-胶层；5-玻璃。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接位于该另一个部件上。当一个部件被称为“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是为了便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

为了说明本实用新型所述的技术方案，以下结合具体附图及实施例进行详细说明。

请参阅图1至图3，本实用新型实施例提供了一种透镜1，包括相对设置的第一光学表面和第二光学表面，第一光学表面包括围绕透镜1的光轴呈旋转对称的第一透镜区11，第二光学表面包括具有多个齿状结构的偏折镜面的第二透镜区12，透镜1外存在一会聚点，第一透镜区11用于将会聚点处发出的发散光线偏折并射向第二透镜区12，第二透镜区12用于将光线再次偏折后从第二光学表面射出，光线从第二光学表面射出的方向与透镜1的光轴方向呈预定的空间夹角。

请参阅图4，本实施例提供的透镜1，由于包括相对设置的第一光学表面和第二光学表面，第一光学表面包括围绕透镜1的光轴旋转对称的第一透镜区11，第二光学表面包括多个齿状结构组成的第二透镜区12，透镜1外存在一会聚点，会聚点发出的发散光线经过第一透镜区11的偏折射向第二透镜区12，从在第二透镜区12第二次偏折，被引导照射向预定的空间方向，由于第二透镜区12由多个齿状结构组成，获取向特定方向出射的平行光线需要的透镜1厚度更小，缩小透镜1的空间体积并减小透镜1的重量，进而减小了使用该透镜1的传感器的尺寸和重量。

本领域技术人员应当理解，对于光学***的透镜1而言，光路是可逆的，对于从上述预定的空间夹角方向投射向本实施例提供的透镜1的平行光，透镜1也能够将平行光会聚在会聚点上。本实用新型权利要求书以及实施例各处对于透镜1各个表面功能的说明，仅是为了方便对透镜1对光路的控制行为进行描述，不应对上述透镜1的实际作用产生任何限定。

请参阅图1至图3，在本实用新型的一个实施例中，第二透镜区12为相互平行设置的多个齿状结构。在入射光线为平行光线的情况下，平行的齿状结构投射出的光线，在齿状结构延伸的方向上是平行的而非发散的。

第二透镜区12为平行设置的齿状结构，提高了从第二透镜区12出射的光线的平行性，对于使用本实施例提供的透镜1的传感器，会聚点的光源2发射出的光线会更多地被感光元件3探测到，而不会使得信号强度随着光源2与感光元件3之间距离的增加而减弱，提高了传感器对光源2光强度的利用率以及感光元件3接收到的信号强度。

请参阅图3，在本实用新型的一个实施例中，光线相对于透镜1的光轴偏折的一侧为出光侧，齿状结构背对出光侧的一面为反射面121，齿状结构正对出光侧的一面为透射面。在一般的情形下，透镜1周围的介质是空气，光线在反射面121上发生全反射，然后从透射面射出，从而以预定的空间方向从第二光学表面投射离开透镜1。

作为本实施例的一个优选方案，反射面121上涂覆有反光材料，这样，在反射面121嵌入高折射率的介质中的情况下，如当第二光学表面浸入水中、嵌入胶状物质或者嵌入玻璃5的情形下，仍能保证反射面121对光线的反射能力。

请参阅图3和图4，在本实用新型的一个实施例中，透射面的顶部向背对出光侧的方向偏折，且透射面向背对出光侧方向偏折的部分为出光面122。经反射面121反射的光线射向透射面，在一般的情形下，透镜1周围介质的折射率小于透镜1本身，透射面顶部向背对出光侧的方向偏折形成出光面122，有利于减小光线从出射面离开透镜1时的入射角，可以避免光线在透射面再次全反射，在光线能够出射的情形下也能提高光线的透过率，并确保光线的方向不在出射面发生过大的偏折。

作为本实施例的一个优选方案，出光面122的方向与光线经反射面121反射后的方向垂直，可以将光线在出光面122的透射率最大化。

请参阅图3，在本实用新型的一个实施例中，反射面121和出光面122均为平面，各齿状结构的反射面121相互平行，各所有齿状结构的出光面122相互平行。这样的设置可以确保平行光线射向第二透镜区12时，经过反射面121的反射并从出光面122出射后的光线，在垂直于齿状结构延伸的方向上是平行的而非发散的。

作为本实施例的一个优选的方案，第一透镜区11用于将会聚点发出的光线偏折为平行光线，会聚点发出的发散光线经第一透镜区11和第二透镜区12的偏折后依然是平行的，且向空间的预定方向投射。

请参阅图3，在本实用新型的一个实施例中，第一透镜区11包括由内向外依次连接的凸透镜部111、内侧面部112和外侧面部113，会聚点向凸透镜部111发出的光线经凸透镜部111折射后射向第二透镜区12，会聚点向内侧面部112发出的光线经内侧面部112的折射，并经外侧面部113的反射后射向第二透镜区12。

在本实用新型的一个实施例中，会聚点发出的发散光线经第一透镜区11的偏折后平行射向第二透镜区12。

请参阅图3和图4，作为本实施例的一个具体方案，会聚点发出的光线经凸透镜部111、内侧面部112和外侧面部113的偏折后，平行射向第二透镜区12，且第二透镜区12为平行设置的齿状结构，齿状结构背对出光侧的一面为反射面121，齿状结构正对出光侧的一面为透射面，透射面的顶部向背对所述出光侧的方向偏折，该部分偏折即为出光面122，反射面121和出光面122均为平面，齿状结构的反射面121相互平行，齿状结构的出光面122相互平行，这样，可以将会聚点发出的光线平行地投射向预定的空间方向，也可以将预定的空间方向投射来的平行光偏折并会聚至会聚点处，能够实现偏光和聚光的效果的同时，可以极大地缩小透镜1的空间体积并减小透镜1的重量，进而减小使用该透镜1的光学设备的尺寸和重量

作为本实施例的一个优选方案，第一透镜区11包括多个内侧面部112和与多个内侧面部112一一对应的外侧面部113，多个内侧面部112和外侧面部113形成围绕透镜1的轴线同心设置环形齿状结构，这样的设置可以进一步地减小透镜1的体积和重量。

请参阅图5，本实用新型实施例还提供了一种传感器组件，包括至少两个如上所述的透镜1的传感器组件，至少两个透镜1的光轴平行且位于同一平面上，至少两个透镜1的出光方向相对，传感器组件还包括光源2和感光元件3，光源2和感光元件3分别位于至少两个透镜1的会聚点上。

在本实用新型的一个实施例中，光源2采用发光二极管，感光元件3采用与发光二极管的发光波长相匹配的光敏二极管。

作为本实施例的一个具体方案，发光二极管为波长850nm的红外二极管，光敏二极管的接收波长830nm-880nm的红外接收管，使用红外二极管可以避免传感器光学器件的工作影响驾驶员的视线与注意力。

请参阅图5，本实用新型的还提供一种包括了如上所述的传感器组件的车辆，车辆还包括玻璃5，传感器组件通过胶层4连接在玻璃5朝向所述车辆内部空间的一侧。作为本实施例的一个具体方案，传感器组件的透镜1的第二光学表面伸入胶层4中，但是不与胶层4连接，胶层4采用PVA材料，厚度在1.5mm-2mm之间，折射率为1.4，透光率可以达到90％，玻璃5的厚度在4.75mm-4.95mm之间，两个透镜1的间距设置为12mm-13mm；作为本实施例的一个优选方案，两个透镜1的间距设置为12.55mm，玻璃5的厚度为4.8mm，胶层4的厚度为1.75mm；可选的，胶层4与玻璃5之间设置有PVB隔热夹层，两个透镜1的间距根据夹层的厚度进行适当调整，只需满足感光元件3能够稳定接收到光源2的光信号即可。

以上仅为本实用新型的可选实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种透镜，其特征在于，包括相对设置的第一光学表面和第二光学表面，所述第一光学表面包括围绕所述透镜的光轴呈旋转对称的第一透镜区，所述第二光学表面包括具有多个齿状结构的偏折镜面的第二透镜区，所述透镜外存在一会聚点，所述第一透镜区用于将所述会聚点处发出的发散光线偏折并射向所述第二透镜区，所述第二透镜区用于将光线再次偏折后从所述第二光学表面射出，光线从所述第二光学表面射出的方向与所述透镜的光轴方向呈预定的空间夹角。

2.如权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述第二透镜区为相互平行设置的多个齿状结构。

3.如权利要求2所述的透镜，其特征在于，光线相对于所述透镜的光轴偏折的一侧为出光侧，所述齿状结构背对所述出光侧的一面为反射面，所述齿状结构正对所述出光侧的一面为透射面。

4.如权利要求3所述的透镜，其特征在于，所述透射面的顶部向背对所述出光侧的方向偏折，且所述透射面向背对所述出光侧方向偏折的部分为出光面。

5.如权利要求4所述的透镜，其特征在于，所述反射面和所述出光面均为平面，各所述齿状结构的所述反射面相互平行，各所述齿状结构的所述出光面相互平行。

6.如权利要求1-5任一项所述的透镜，其特征在于，所述第一透镜区包括由内向外依次连接的凸透镜部、内侧面部和外侧面部，所述会聚点向所述凸透镜部发出的光线经所述凸透镜部折射后射向所述第二透镜区，所述会聚点向所述内侧面部发出的光线经所述内侧面部的折射，并经所述外侧面部的反射后射向所述第二透镜区。

7.如权利要求6所述的透镜，其特征在于，所述会聚点发出的发散光线经所述第一透镜区的偏折后平行射向所述第二透镜区。

8.一种传感器组件，其特征在于，包括至少两个如权利要求1至7任一项所述的透镜，至少两个所述透镜的光轴平行且位于同一平面上，至少两个所述透镜的出光方向相对，所述传感器组件还包括光源和感光元件，所述光源和所述感光元件分别位于至少两个所述透镜的所述会聚点上。

9.如权利要求8所述的传感器组件，其特征在于，所述光源采用发光二极管，所述感光元件采用与所述发光二极管的发光波长相匹配的光敏二极管。

10.一种车辆，包括如权利要求8或9所述的传感器组件，所述车辆还包括玻璃，所述传感器组件通过胶层连接在所述玻璃朝向所述车辆内部空间的一侧。

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