JP2002082044A - 付着物検出装置およびそれを用いた制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 要素の検知面に付着した雨滴など付着の有無
を高感度に判別できる付着物検出装置を提供する。 【解決手段】 発光手段１０、結像レンズ４０、受光素
子部５０などの各要素の取付けにあたり、外界光が受光
素子部５０に直接入射しない条件と、付着物の有無によ
る検知面１１０での全反射条件の満足・不満足が切り換
わりかつ全反射光が受光素子部５０で受光される条件に
より調整する。発光手段１０の照射光が入射角θ₀で検
知面１１０に入射し、付着物がない場合は検知面１１０
で全反射し、付着物がある場合は全反射せずに外界へ逃
げる。全反射光は屈折角θ₃でコンタクト媒体層３０の
中を進み、結像レンズ４０に入射角θ₄で入射する。結
像レンズ４０は取付け角度がθ₅で開口角θ_Sを有してお
り、光２１３は受光素子部５０に受光される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、検知面上に付着し
た付着物の存在を検出する付着物検出装置と、該付着物
検出装置により付着物の存在が検出されたことを契機と
して制御内容を変更する付着物検出装置を用いた制御装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】付着物の有無を検出し、付着物の存在が
検出されたことを契機として制御内容を変更するシステ
ムには様々なものがある。付着物の一例として雨滴を考
えると、車のウィンドシールドのウィンドウワイパー制
御装置は、天候の変化があり降雨が始まったことを契機
として制御内容を臨機応変に変更する必要が生じる。こ
のウィンドウワイパー制御装置の利便性を高めるための
重要な課題の一つとして、降雨中であるのか否かを検知
するレインセンサの開発が挙げられる。以下に、従来の
付着物検出装置として、車のウィンドシールドにおける
雨滴を付着物として検出する従来のレインセンサを説明
する。

【０００３】一般に普及している手動操作によるウィン
ドウワイパーの場合、運転者自身が降雨が始まったこと
を認識し、自動車の走行状態、ウィンドシールドに付着
する雨滴の量の変化を勘案し、自動車運転時に必要とす
るウィンドシールド越しの視界を確保すべく、ウィンド
ウワイパーのスイッチをオフからオンに手動で切り替え
る必要がある。この手動によるウィンドウワイパーのス
イッチ切替操作の煩わしさを緩和するため、レインセン
サを設けて自動車のウィンドシールドの検知面上の雨滴
など付着物の存在を検知し、ウィンドウの払拭が必要か
否かを判定している。

【０００４】従来のレインセンサには、雨滴の検知方法
に応じて、反射光検知型レインセンサなどが知られてい
る。図１２は、従来技術の反射光検知型レインセンサに
よる雨滴検出原理を簡単に説明した図である。図１２に
おいて、１０００は自動車のウィンドシールドである。
説明の便宜上、ウィンドシールド１０００の上側空間を
自動車内部側、つまり運転者側の空間、下側空間を外界
とした。１０１０は光源、１０２０は光源の光をウィン
ドシールド内に導入するためのプリズム、１０３０は反
射光をウィンドシールド内から導き出すためのプリズ
ム、１０４０はレンズ、１０５０は受光素子、１１１０
が検知面である。１１２０が検知面上に付着した雨滴で
ある。光源１０１０からは検知面全体をカバーしうる広
がりを持つ光束が照射され、そのうち１１３０が雨滴が
付着した部分に対して入射した光の軌跡、１１３０以外
の光１１４０が雨滴が付着していない検知面に対して入
射した光の軌跡を表している。

【０００５】反射光検知型レインセンサでは、各要素の
取り付け角度と材質（特に材質が持つ屈折率）の調整が
重要である。雨滴検出原理を簡単に言えば、検知面のう
ち雨滴が付着した部分に対して入射した光はウィンドシ
ールド１０００の外界面において全反射条件が満足され
ずに外界に逃げ、検知面のうち雨滴が付着していない部
分に対して入射した光はウィンドシールド１０００の外
界面において全反射条件が満足されて全反射し、当該反
射光の強度差を検出するわけである。

【０００６】そのため、光源１０１０とプリズム１０２
０は、照射光がウィンドシールド１０００内部に入射す
る入射条件を満たす角度、材質が選ばれ、また、ウィン
ドシールド１０００の外界面上の検知面において全反射
する角度が選ばれる。さらに、雨滴付着による屈折率の
変化により検知面１１１０における全反射条件の満足・
不満足が切り換わるように検知面に対する光入射角度が
選ばれる。

【０００７】プリズム１０３０も反射光がウィンドシー
ルド１０００外部に出射できるように出射条件を満た
す、つまり全反射条件が満足されないように材質、角度
が選ばれている。レンズ１０４０と受光素子１０５０
は、レンズ１０４０に入射した光が受光素子１０５０の
センサ部分に集光するように角度と距離が調整されてい
る。

【０００８】なお、これら１０１０〜１０５０の要素
は、ウィンドシールド１０００以外の場所、例えばボン
ネットの上や屋根の上などにも取り付け可能であるが、
検知対象はウィンドシールド１０００の状態であるので
ウィンドシールドの一部であるワイパー払拭部に取り付
けることが好ましい。また、運転者の視界を狭めないよ
うに取り付けられることが好ましい。例えば、もともと
バックミラーが取り付けられて視界が遮られているウィ
ンドシールド部分などに取り付けることが好ましい。

【０００９】以上の従来の反射光検知型レインセンサの
動作を簡単に説明すると、光源１０１０から照射された
光束は、プリズム１０２０によりウィンドシールド１０
００内部に導入され、検知面１１１０全面にわたり入射
する。いま、検知面１１１０上には雨滴１１２０が付着
していたものとする。検知面１１１０に入射した光のう
ち雨滴１１２０が付着した部分に対して入射した光１１
３０は、ウィンドシールド１０００の外界面において、
屈折率ｎが約１．３である雨滴の存在により全反射条件
が満足されず、外界に逃げ、当該光が受光素子１０５０
に入射し、検知されることはない。一方、検知面１１１
０に入射した光のうち雨滴が付着していない部分に対し
て入射した光１１４０は、ウィンドシールド１０００の
外界面には屈折率ｎが１である空気の存在により全反射
条件が満足されて全反射する。全反射した光はウィンド
シールド１０００の自動車内側の面のプリズム１０３０
の存在により全反射せずに自動車内に出射する。出射し
た光はレンズ１０４０において受光素子１０５０上の光
センサ部分に集光される。

【００１０】このように、受光素子１０５０が検知する
光量は、雨滴１１２０が存在すると減少し、雨滴１１２
０が検知面１１１０上を覆う面積が大きくなるほど受光
する光量は減少することとなる。この光量の変化を検出
して検知面１１１０上の雨滴の存在を検知する。以上が
従来の反射光検知型レインセンサによる雨滴検出原理で
ある。

【００１１】なお、上述したタイプのレインセンサは、
上記したような信号変化を検知すれば雨滴検出信号を出
力するように構成されている。レインセンサからの雨滴
検出信号は、ウィンドウワイパーの制御部に入力され、
当該雨滴検出信号の入力を契機として所定のウィンドウ
ワイパーの制御などが行われる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のレ
インセンサには以下に示すような問題点があった。

【００１３】上記従来技術に見たように、雨滴検知確率
は検知面積に依存するため雨滴検知確率を高めるべくで
きるだけ検知面１１１０を広くとり、該検知面１１１０
からの反射光を一つの受光素子１０５０で受けて反射光
量の変化を検出していた。例えば、ウィンドシールド１
０００上での運転者の視界を確保する必要性や車の美観
を確保する理由からレインセンサをバックミラー付近の
ウインドシールドなどに設置して、そこで検知面をでき
るだけ広くしようとするものであった。

【００１４】しかし、従来技術における反射光検知型レ
インセンサは、感度の面で問題があった。従来の反射光
検知型レインセンサは、ウィンドシールド１０００上の
検知面１１１０からの反射光量の変化を感度良く検知す
る必要があるが、ウィンドシールド１０００上への雨滴
付着により生じた反射光量変化を高感度に把捉すること
を困難にする以下の理由がある。

【００１５】第１の検討事項は、外界光の影響の除去で
ある。ウィンドシールド１０００はガラスなどの透明性
基板からなり、太陽光など外界からの自然光や、街路
灯、ネオンサインなどの人工照明光や、対向車のヘッド
ライト光などの外界光が入りやすく、該外界光がウィン
ドシールド１０００、プリズム１０３０、レンズ１０４
０を介して受光素子１０５０に対して入射し、光ノイズ
として受光されやすい。レンズ１０４０で集光された検
知面１１１０からの反射光量が基準信号値を決定し、検
知面１１１０中で雨滴が付着した部分から外界に逃げる
光量のみが信号変化分を決定する。この信号変化分に対
する外界光の光量が相対的に無視できない大きさであれ
ば、受光素子からの検出信号変化有無の判定が困難とな
り雨滴付着検出精度が低下してしまうという問題を招い
ていた。

【００１６】第２の検討事項は、付着物の有無による検
知面１１１０での全反射条件の満足、不満足が切り換わ
るように、発光手段１０１０から検知面１１１０への光
の入射角度、透明性基板の屈折率を選択しなければなら
ない点である。これは主に発光手段１０１０から検知面
１１１０への出射光の入射角度、ウィンドシールド１０
００の材質（屈折率）、付着物の材質（屈折率）が検討
事項となる。

【００１７】第３の検討事項は、レンズ１０４０の有す
る開口角や取付け角度を考慮して各要素を配置する点で
ある。検知面１１１０からの反射光をプリズム１０３０
から捉えて受光素子１０５０に集光するためにレンズ１
０４０が用いられるが、該レンズ１０４０は、開口角を
有しており、該開口角の如何によっても外界光を拾うか
否かが影響される。外界光は拾わず、検知面１１１０か
らの反射光のみを拾うようにレンズ１０４０の開口角と
取付け角度を選択しなければならない。これは主に、検
知面１１１０からの反射光の反射角度、ウィンドシール
ド１０００からの出射角度、プリズム１０３０の材質
（屈折率）、レンズ１０４０の開口角、レンズの取付け
角度などが検討事項となる。

【００１８】第４の検討事項は、ウィンドシールド１０
００などの透明性基板の光損失の軽減である。透明性基
板と言えども、光が通過する際には材質の特性に応じた
割合の光損失が見られる。この光損失が大きいと、受光
素子１０５０で受光すべき反射光量の大きさが低くなっ
てしまうという問題を招いてしまう。

【００１９】上記４つの検討事項を検討し、雨滴付着に
より生じた反射光量変化の高感度把捉を可能としなけれ
ばならない。

【００２０】上記問題点に鑑み、本発明は、外界光の影
響の除去し、付着物の有無による検知面での全反射条件
の満足・不満足が感度良く切り換わり、検出すべき光の
損失が小さく、雨滴などの付着の有無を感度良く判別で
きる付着物検出装置と当該付着物検出装置を用いた制御
装置を提供することを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の付着物検出装置は、発光手段から出射され
透明性基板内に導入された入射光が反射される前記透明
性基板の外表面を検知面とし、前記検知面からの反射光
が光学結像系を介して受光手段により受光され、前記受
光手段が検知した光検出信号における、前記付着物によ
る前記検知面上での反射条件の変化による光検出信号の
変化を検出して前記付着物の存在を検出する付着物検知
手段を備えた付着物検出装置であって、外界からの外界
光が前記透明性基板から入射して前記受光手段に直接受
光されないように、前記外界から受光手段に至るまでに
存在する物質の屈折率に応じて、前記発光手段、前記透
明性基板、前記結像光学系、前記受光手段の配置角度が
調整されたことを特徴とする。

【００２２】上記構成により、外界光が直接受光手段に
入射することがないように遮断することができ、外界光
に起因する光ノイズを低減することが可能となり、付着
物の有無検出精度を高めることができる。

【００２３】なお、上記付着物検出装置では、前記透明
性基板の外表面側の媒質の屈折率をｎ₁とし、前記透明
性基板から前記結像光学系までの媒質の屈折率をｎ₃と
し、前記結像光学系の取付け角度をθ₅とし、前記結像
光学系の持つ開口角をθ_Sとした場合、（数５）を満た
すように、前記発光手段、前記透明性基板、前記結像光
学系、前記受光手段の配置角度が調整する。

【００２４】

【数５】

【００２５】次に、本発明の付着物検出装置は、発光手
段から出射され透明性基板内に導入された入射光が反射
する前記透明性基板の外表面を検知面とし、前記検知面
からの反射光が光学結像系を介して受光手段により受光
され、前記受光手段が検知した光検出信号における、前
記付着物による前記検知面上での反射条件の変化による
光検出信号の変化を検出して前記付着物の存在を検出す
る付着物検知手段を備えた付着物検出装置であって、前
記検知面上に前記付着物がない場合に前記発光手段から
出射された光の前記検知面における反射光が受光手段に
より受光されるように前記発光手段、前記透明性基板、
前記結像光学系、前記受光手段が配置され、かつ、前記
検知面上に前記付着物がある場合に前記付着物による前
記検知面上での反射条件の変化により前記発光手段から
出射された光が前記検知面において反射しないように前
記発光手段、前記透明性基板、前記結像光学系、前記受
光手段の配置角度が調整されたことを特徴とする。

【００２６】上記構成により、付着物の有無による検知
面での全反射条件の満足・不満足が感度良く切り換わる
ように構成されているので、付着物の有無を感度良く判
別することができる。

【００２７】なお、上記付着物検出装置では、前記透明
性基板の外表面側の媒質の屈折率をｎ₁とし、前記透明
性基板から前記結像光学系までの媒質の屈折率をｎ₃と
し、前記付着物の屈折率をｎ₁’とし、前記透明性基板
内への屈折角をθ₂とした場合、（数６）を満たすよう
に、前記発光手段、前記透明性基板、前記結像光学系、
前記受光手段の配置角度が調整する。

【００２８】

【数６】

【００２９】なお、上記（数５）および（数６）を同時
に満たすように前記付着物検出装置を構成することが好
ましい。

【００３０】次に、本発明の付着物検出装置において
は、前記発光手段、前記透明性基板、前記結像光学系、
前記受光手段の配置角度の調整において、前記発光手段
から出射された光の前記検知面における反射光が通る前
記透明性基板内の経路がもっとも短くなるように配置角
度が選択することが好ましい。

【００３１】上記構成により、ウィンドシールドなど透
明性基板における光損失を軽減することができ、受光素
子における光検出の有無に基づく光検出信号の相対変化
を大きく保つことができる。

【００３２】また、上記付着物検出装置において、前記
受光手段が受光素子を備えた受光手段であり、前記各受
光素子の受光面と、各受光素子に対応する前記検知面と
が、結像光学系を形成するように配置され、前記結像光
学系が、前記（数５）の条件を満たす開口角θ_Sを持つ
結像レンズによる結像系であることが好ましい。

【００３３】上記構成により、検知面に対応する受光素
子を設け、検知面と受光素子とを対応させた結像光学系
を提供でき、かつ、結像光学系において外界光が直接受
光手段に入射することがないように遮断することがで
き、付着物の有無による検知面での全反射条件の満足・
不満足が感度良く切り換わるように構成される。なお、
前記結像レンズとして、ロッドレンズアレイまたは屈折
率分布型レンズアレイを用いることができる。

【００３４】さらに、上記課題を解決するため、本発明
の付着物検出装置を用いた制御装置は、上記レインセン
サとして用いる本発明の付着物検出装置と、ウィンドウ
ワイパー駆動手段と、ウィンドウワイパー制御手段を備
え、前記ウィンドウワイパー制御手段が前記付着物検出
装置からの付着物の検出信号を受け、前記検出信号に基
づいてウィンドウワイパー駆動手段の制御内容を変更す
るウィンドウワイパーとする。

【００３５】上記構成により、降雨の始まりを即座かつ
確実に検出し、適切なタイミングでウィンドウワイパー
駆動を開始することができるウィンドウワイパー装置を
提供することができる。

【００３６】

【発明の実施の形態】本発明の付着物検出装置およびそ
れを用いた制御装置の実施形態について図を参照しつつ
説明する。

【００３７】（実施形態１）実施形態１は、本発明の付
着物検出装置をレインセンサとして用いる場合を例にと
り、各要素およびその取付け角度などを説明したもので
ある。

【００３８】本発明の付着物検出装置をレインセンサ
は、雨滴などの付着の有無を高感度に判別するため、以
下の条件を満たすように、発光手段の取付け角度、結像
レンズの有する開口角の選択、結像レンズの取付け角度
などを調整する。

【００３９】第１の条件は、ノイズとなる外界光の影響
の除去するため、外界光がレインセンサの受光素子に直
接入射しないように、発光手段の取付け角度、結像レン
ズの有する開口角、結像レンズの取付け角度を選択する
ものである。解決しようとする課題の項で第１の検討課
題を解決する条件である。

【００４０】ここでは、解決しようとする課題の項で第
３の検討課題として挙げたレンズアレイの有する開口角
や取付け角度も考慮して各要素を配置する。

【００４１】第２の条件は、付着物の有無による検知面
での全反射条件の満足、不満足が切り換わるように、発
光手段から検知面への光の入射角、透明性基板の屈折率
を選択するものである。解決しようとする課題の項で説
明した第２の検討課題を解決する条件である。

【００４２】第３の条件として、ウィンドシールドなど
の透明性基板の光損失を軽減するため、透明性基板内の
光経路がもっとも短くなるように、発光手段の取付け角
度、結像レンズの有する開口角の選択、結像レンズの取
付け角度を選択するというものが挙げられる。解決しよ
うとする課題の欄で説明した第４の検討課題を解決する
条件である。

【００４３】まず、第１の条件である、外界光がレイン
センサの受光素子に直接入射しない発光手段の取付け角
度、結像レンズの有する開口角、結像レンズの取付け角
度の選択について説明する。

【００４４】図１は、本発明の付着物検出装置におけ
る、外界から外界光が入射して受光素子において受光さ
れる場合の外界光の経路を模式的に示した図であり、本
発明の付着物検出装置の断面から概念的に簡単に示した
ものである。入射後の検知面などで屈折した光が受光素
子に受光されるまでの光経路および装置要素の取付け角
度や材質が示されている。なお、図１は外界光が受光さ
れてしまう臨界条件を検討することで外界光が受光され
ない条件を見い出すことを目的とした図であり、構成例
を示すものではない。本発明の付着物検出装置の構成例
を模式的に示した図は図２に示している。

【００４５】図１において、３つの層が記載されてい
る。下層が外界、中層が透明性基板としての自動車のウ
ィンドシールド１００、上層がウィンドシールド１００
と結像レンズ４０の間を埋めて両者をコンタクトさせる
プリズムであるコンタクト媒体層３０である。ウィンド
シールド１００の上側空間を自動車内部側、つまり運転
者側の空間、下側空間が自動車正面の外界である。検知
面１１０はウィンドシールド１００と外界との境界面の
一定領域にあることとなる。なお、４０は結像レンズ、
５０は受光手段の受光素子である。

【００４６】いま、外界の屈折率をｎ₁、ウィンドシー
ルド１００の屈折率をｎ₂、コンタクト媒体層３０の屈
折率をｎ₃とする。

【００４７】外界光が受光素子５０に直接入射する場合
の光の経路を今一度追うと、外界から入射角度θ₁で検
知面１１０に入射し（この光を２０１とする）、ウィン
ドシールド１００との境界面で屈折し、屈折角θ₂でウ
ィンドシールド１００内を通過する（この光を２０２と
する）。次に、光２０２はウィンドシールド１００とコ
ンタクト媒体層３０との境界面でさらに屈折し、屈折角
θ₃でコンタクト媒体層の中を進む（この光を２０３と
する）。光２０３は結像レンズ４０に入射角θ ₄で入射
する。結像レンズの取付け角度をθ₅とする。ここで、
結像レンズは開口角θ_Sを有しており、後述するように
コンタクト媒体層３０の屈折率をｎ₃と入射角θ₄が一定
関係を満たせば、入射角θ₄で入射した光２０３は、集
束され、角度θ₅で結像レンズ４０内を通過し（この光
を２０４とする）、受光素子５０に受光される。

【００４８】外界光がレインセンサの受光素子に直接入
射しない条件の検討は、上記示した経路で光が進むため
の条件が満たされない場合を検討すれば良いこととな
る。

【００４９】まず、検知面１１０に対する入射角度θ₁
として、採りうる最大角度は９０°である。

【００５０】

【数７】

【００５１】次に、各角度の関係を整理する。

【００５２】検知面１１０、つまり、外界とウィンドシ
ールド１００との境界面における光２０１と光２０２と
の関係は（数８）のように記述できる。

【００５３】

【数８】

【００５４】さらに、ウィンドシールド１００とコンタ
クト媒体層３０との境界面における光２０２と光２０３
との関係は（数９）のように記述できる。

【００５５】

【数９】

【００５６】また、コンタクト媒体層３０と結像レンズ
４０との間での光集束の関係から、光２０３と光２０４
との関係は（数１０）のように記述できる。

【００５７】

【数１０】

【００５８】外界光がレインセンサの受光素子に直接入
射しない場合とは、上記（数１０）において左辺の値が
θ₅より小さくなる場合であるので、（数８）〜（数１
０）の関係から（数１１）のように表すことができる。

【００５９】

【数１１】

【００６０】ここで、結像レンズ４０への入射角θ₄と
結像レンズ４０の開口角θ_Sとの関係は（数１２）のよ
うになる。

【００６１】

【数１２】

【００６２】（数１１）と（数１２）から、外界光がレ
インセンサの受光素子に直接入射しない条件は（数１
３）のように表すことができる。なお、ウィンドシール
ド１００の外界は空気であるのでその屈折率ｎ₁は１で
ある。

【００６３】

【数１３】

【００６４】（数１３）に示す境界条件を具体的な数値
を挙げて示す。コンタクト媒体層３０の材質例は、シリ
コーン、ガラス、ポリカーボネートなどであり、それぞ
れの屈折率ｎ₃は順に、１．４１、１．５１、１．５９
である。ｎ₃をパラメータとして、結像レンズ４０の開
口角θ_Sと結像レンズ４０の取付け角度θ₅の関係を表に
示したものが（表１）である。

【００６５】

【表１】

【００６６】外界光がレインセンサの受光素子に直接入
射しない条件は、（表１）において、左欄に示す角度の
開口角θＳを有する結像レンズ４０を選んだ場合におけ
る、許容されうる最小の結像レンズ４０取付け角度θ₅
が、コンタクト媒体層３０の材質別に右の３つの欄に示
されている。

【００６７】結像レンズ４０は光軸がウィンドシールド
に垂直に近いほど外界光を取り込みやすく、例として
（表１）に示した数値以下の取付け角度となると直接外
界光を受光することはなくなる。

【００６８】以上、第１の条件の結論として、（表１）
に示した数値より大きい取付け角度θ₅であれば、外界
光がレインセンサの受光素子に直接入射しない。

【００６９】次に、第２の条件である、付着物の有無に
よる検知面での全反射条件の満足、不満足が切り換わる
ように、発光手段から検知面への光の入射角、透明性基
板の屈折率の選択について説明する。

【００７０】図２は、本発明の付着物検出装置におけ
る、発光手段から検知面に入射し、反射した光の経路に
ついて示したもので、受光素子に入射するまでの光の経
路および装置要素の取付け角度や材質が示されている。

【００７１】図２の３つの層、外界層、ウィンドシール
ド１００、コンタクト媒体層３０は、それぞれ図１と同
様である。また、各要素の要素番号や各要素の材質（屈
折率）も図１のものを流用できるものについては同じも
のを用いた。

【００７２】１０は発光手段である。発光手段１０から
出射された光の経路を今一度追うと、発光手段１０から
出射された光が入射角θ₀で検知面１１０に入射し（こ
の光を２１１とする）、検知面１１０に付着物がない場
合は検知面１１０で全反射し、ウィンドシールド１００
内に反射する（この光を２１２とする）。この反射角
は、第１の条件での検討結果を一部流用するため、便宜
上ウィンドシールド１００内を進む光の角度としてθ₂
を流用する。光２１２はウィンドシールド１００とコン
タクト媒体層３０との境界面でさらに屈折し、屈折角θ
₃でコンタクト媒体層の中を進む（この光を２１３とす
る）。光２１３は結像レンズ４０に入射角θ₄で入射す
る。結像レンズ４０の取付け角度をθ₅とする。ここ
で、結像レンズ４０は開口角θ_Sを有しており、コンタ
クト媒体層３０の屈折率をｎ₃と入射角θ ₄が一定関係を
満たせば、入射角θ₄で入射した光２１３は、集束さ
れ、角度θ₅で結像レンズ４０内を通過し（この光を２
１４とする）、受光素子５０に受光される。

【００７３】まず、付着物が無い場合に、検知面１１０
で全反射条件が満足される場合は、（数１４）が成立し
なければならない。

【００７４】

【数１４】

【００７５】いま、ウィンドシールド１００には付着物
がない、つまり外界の空気と接しているのでその屈折率
ｎ₁は１であり、ガラスのウィンドシールド１００の屈
折率ｎ₂を１．５１とすると、４１．４７°＜θ₂とな
る。

【００７６】次に、付着物が有る場合に、検知面１１０
で全反射条件が不満足となるためには、（数１５）が成
立しなければならない。付着物の屈折率をｎ₁’とす
る。

【００７７】

【数１５】

【００７８】いま、ウィンドシールド１００には付着物
として雨滴がある、つまり雨滴と接しているとすれば、
その屈折率ｎ₁’は１．３３であり、ウィンドシールド
の屈折率ｎ₂を１．５１とすれば、θ₂＜６１．７４°と
なる。

【００７９】以上から、付着物の有無による検知面での
全反射条件の満足、不満足が切り換わる条件は（数１
６）のようにまとめることができる。

【００８０】

【数１６】

【００８１】そして、（数１６）より与えられる具体的
数値は（数１７）のようになる。

【００８２】

【数１７】

【００８３】次に、ウィンドシールド１００とコンタク
ト媒体層３０との境界面における光２１２と光２１３と
の関係は第１の条件で前述した（数９）を変形して（数
１８）のように記述できる。

【００８４】

【数１８】

【００８５】（数１８）に示す境界条件を具体的な数値
を挙げて示す。コンタクト媒体層３０の材質例は、シリ
コーン、ガラス、ポリカーボネートなどであり、それぞ
れの屈折率ｎ₃は順に、１．４１、１．５１、１．５９
であるので、ｎ₃をパラメータとして、検知面１１０に
おける反射角θ₂と、コンタクト媒体層３０への入射角
θ₃の関係を表に示したものが（表２）である。

【００８６】

【表２】

【００８７】また、ｎ₃をパラメータとして、結像レン
ズ４０の開口角θ_Sと光２１３の入射角θ₄との関係を示
す（数１２）の数値例を示した表が（表３）である。

【００８８】

【表３】

【００８９】いま、θ₂の範囲は（数１６）、（数１
７）で与えられているので、θ₂とθ₃の関係を示す（表
２）、θ₃とθ₄とθ₅の関係を示す（数１０）、開口角
θ_Sとθ ₄の関係を示す（表３）より、開口角θ_Sとθ₅の
関係を、ｎ₃をパラメータとしてまとめた表が（表４）
である。

【００９０】

【表４】

【００９１】以上、第２の条件の結論として、結像レン
ズ４０の取付け角度θ₅が（表４）に示した範囲内（境
界値は除く）であれば、検知面１１０に雨滴付着物がな
い場合は、発光手段１０からの照射光が受光素子５０に
受光され、雨滴付着物がある場合には受光されない。

【００９２】次に、上記に検討した第１の条件と第２の
条件の双方を同時に満たす範囲について検討する。

【００９３】（表１）に示した第１の条件の数値例と、
（表４）に示した第２の条件の数値例を同じグラフ上に
プロットした結果が図３である。

【００９４】図３（ａ）がコンタクト媒体層３０をシリ
コーンとした場合（屈折率ｎ₃＝１．４１）のグラフで
ある。３０１が第１の条件による境界であり、３０２が
第２の条件による境界であり、３０１よりθ₅が大きい
範囲で第１の条件が満たされ、３０２よりθ₅が小さい
範囲で第２の条件が満たされる。つまり、第１の条件と
第２の条件を同時に満たす範囲は、斜線でハッチングし
た範囲となる。概ね開口角θ_Sは１８°以下である必要
がある。つまり、コンタクト媒体層３０をシリコーンと
した場合は、開口角θ_Sが１８°以下の結像レンズ４０
を用いれば良く、その選択した開口角θ_Sに応じて結像
レンズの取付け角度θ₅を調整すれば良いこととなる。

【００９５】次に、図３（ｂ）がコンタクト媒体層３０
をガラスとした場合（屈折率ｎ₃＝１．５１）のグラフ
である。同様に、３０３が第１の条件による境界であ
り、３０４が第２の条件による境界であり、第１の条件
と第２の条件を同時に満たす範囲は、斜線でハッチング
した範囲となる。概ね開口角θ_Sは１５°以下である必
要がある。つまり、コンタクト媒体層３０をシリコーン
とした場合は、開口角θ _Sが１５°以下の結像レンズ４
０を用いれば良く、その選択した開口角θ_Sに応じて結
像レンズの取付け角度θ₅を調整すれば良いこととな
る。

【００９６】図３（ｃ）がコンタクト媒体層をポリカー
ボネートとした場合（屈折率ｎ₃＝１．５９）のグラフ
である。同様に、３０５が第１の条件による境界であ
り、３０６が第２の条件による境界であり、第１の条件
と第２の条件を同時に満たす範囲は、斜線でハッチング
した範囲となる。概ね開口角θ_Sは１４°以下である必
要がある。つまり、コンタクト媒体層３０をシリコーン
とした場合は、開口角θ _Sが１４°以下の結像レンズ４
０を用いれば良く、その選択した開口角θ_Sに応じて結
像レンズの取付け角度θ₅を調整すれば良いこととな
る。

【００９７】以上、本発明の付着物検出装置の装置構成
は、上記検討に基づいて、検知面上に付着物がない場合
に発光手段から出射された光の検知面における反射光を
受光手段により受光できるように発光手段、透明性基
板、結像光学系、受光手段を配置し、かつ、透明性基板
の外表面からの外界光が透明性基板から入射して受光手
段に直接受光されないように、外界から受光手段に至る
までに存在する物質の屈折率に応じて、発光手段、透明
性基板、結像光学系、受光手段の配置角度を調整する。

【００９８】次に、第３の条件として、ウィンドシール
ドなどの透明性基板の光損失を軽減するため、透明性基
板内の光経路がもっとも短くなるように、発光手段１０
の取付け角度、結像レンズ４０の有する開口角θ_Sの選
択、結像レンズ４０の取付け角度θ₅を選択することを
説明する。

【００９９】図３から明らかなように、ウィンドシール
ド１００内を通る光２１１と光２１２の経路がもっとも
短くなるようにするには、入射角θ₀および反射角θ₂が
できるだけ小さくなるように調整すれば良いこととな
る。θ₂が小さくすると言う事はコンタクト媒体層３０
への屈折角θ₃ができるだけ小さくすることを意味し、
結像レンズ４０への入射角θ₄ができるだけ大きくする
ことを意味し、結局、結像レンズ４０の取付け角度θ₅
ができるだけ小さくなるように調整することを意味す
る。

【０１００】つまり、図３（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ示
した図において、選択した開口角θ _Sを持つ結像レンズ
４０に対してその取付け角度θ₅が小さくなるように調
整、つまり、ハッチングで示した範囲のうち、第１の条
件の境界を示す３０１、３０３、３０５に近い取付け角
度θ５を選択すれば良い事となる。もっとも実際の実装
にあたっては、材料の屈折率のバラツキ、実装における
取付け誤差などを考慮したマージンも考慮することが好
ましい。

【０１０１】このように結像レンズ４０の取付け角度θ
₅を調整することにより、ウィンドシールド１００内を
通過する経路が短くなり、ウィンドシールド１００内で
生じる光損失をできるだけ低減することが可能となる。

【０１０２】（実施形態２）実施形態２は、本発明の付
着物検出装置をレインセンサとして用いた場合の装置構
成例を示すものである。なお、各要素の取付け角度の調
整に関しては、実施形態１において説明したものと同様
の範囲で調整するものとし、ここでの詳しい説明は省略
する。

【０１０３】本実施形態２では各要素がアレイ状に構成
されており、図４（ａ）はそのうちの一セットのみを断
面状に示したものである。紙面垂直方向に図４（ａ）の
各要素のセットが複数設けられている。

【０１０４】図４（ａ）において、１００は透明性基板
としての自動車のウィンドシールドである。実施形態１
と同様、ウィンドシールド１００の上側空間を自動車内
部側、つまり運転者側の空間、下側空間を外界とした。
１１０は付着物の検知面であり、ウィンドシールド１０
０の表面にある。

【０１０５】１０ａは発光手段としての光源部、２０は
光源からの光をウィンドシールド内に導入するためのプ
リズム、３０は反射光をウィンドシールド内から導き出
すためのプリズム、４０ａは結像レンズ、５０ａは受光
手段としての受光素子部（電荷結合素子）である。

【０１０６】なお、光源部１０からの照射光の入射角θ
₀、検知面１１０における反射角θ₂、結像レンズ４０の
開口角θ_Sとその取付け角度θ₅という各要素の取り付け
角度は、実施形態１で説明したように、コンタクト媒体
層となるプリズム３０の屈折率などのパラメータに応じ
て調整されている。なお、一例としてθ₂＝４７°とし
ている。

【０１０７】本実施形態２では、光源部１０ａは、複数
のＬＥＤなどの微小光源を一端または両端など端部に持
ち、均一光を出射するものとする。光源部１０ａは、例
えば複数の微小光源を端部に設け、線状に設けられてい
る開口部から取り出すものであり、線状の開口部から微
小光線として各々出射され、並列平行の直進光として複
数取り出される。また、受光素子部５０ａは受光素子を
持ち、それらは光源部１０ａの並列平行の直線光に対応
するように複数配置されている。つまり、光源部１０ａ
から照射された複数の直進光を個別に検知する受光手段
を備えていることとなる。結像レンズ４０ａは複数の結
像系を構成する結像レンズアレイであり、光源部１０ａ
の照射光を対応する受光素子部５０ａの受光素子上に結
像させるように構成されている。

【０１０８】つまり、実施形態１で説明したような条件
を満たすように取り付けられている光源部と結像レンズ
と受光手段を備えた付着物検出装置のセットが、複数セ
ット並列化されて構成され、検知面１１０上の対応する
検知面の付着物の有無を検出するものである。

【０１０９】各要素は、実施形態１で説明した条件を満
たすように取り付けられ、材質が選択されているので、
付着物がウィンドシールド１００の検知面１１０上に付
着していない場合は、照射光が検知面１１０上で全反射
し、その反射光がウィンドシールド１００表面に取り付
けられたプリズム３０を介してウィンドシールド１００
外に出射し、結像レンズ４０ａにより受光素子部５０ａ
の対応する受光素子の受光面上に結像し、光検知信号を
得る。一方、付着物である雨滴が検知面上に付着してい
る場合は検知面１１０上での全反射条件が満足されず照
射光が外界へ逃げ、受光素子部５０ａの対応する受光素
子の受光面上に結像することはなく、光検知信号が検出
されない。

【０１１０】さらに、図４に示した各要素を詳しく説明
する。図５（ａ）が光源部１０ａの端面を表し、図５
（ｂ）が開口部１４が見える面を正面から様子を示して
いる。光源部１０ａは例えば複数の微小光源を端部に設
け、線状に設けられている開口部１４から取り出すもの
であり、線状の開口部１４から微小光線として各々出射
され、並列平行の直進光１５として複数取り出される。
図５（ａ）において、１１が微小光源としてのＬＥＤ、
１２が導光体、１３が光を遮蔽するカバー、１４がＬＥ
Ｄ光を取り出す開口部、１５がＬＥＤ１１から出射され
た微小光線である。なお、ＬＥＤ１１は図５（ｂ）の左
右の一端または両端部設け、カバー１３の内面における
反射を繰り返して開口部１４の各部分に導く構成であ
る。また、ＬＥＤはガラス導光体の開口部１４に対向す
る面に等間隔で配置しても良い。

【０１１１】図５（ｂ）の開口部１４から取り出された
光は指向性を持ち、散乱しない直進光としてプリズム２
０に入射される。

【０１１２】以下に、ウィンドシールド１００上に付着
する雨滴の大きさを検討した。もっとも、降雨した雨滴
の大きさやウィンドシールド１００上での付着の状態に
より付着した雨滴の大きさは多様に変化するが、目安と
して具体的数値を挙げて検討した。一般的に、霧雨と言
われる雨滴の空気中での直径は０．１〜０．２ｍｍ程
度、小粒の雨と言われる雨滴の空気中での直径は０．２
〜１ｍｍ程度、大粒の雨と言われる雨滴の空気中での直
径は２〜４ｍｍ程度、夕立など特に激しい雨の雨滴の空
気中での直径は４〜６ｍｍ程度である。これら雨滴がウ
ィンドシールド１００に付着したときの大きさは、ガラ
ス表面が親水性か撥水性かにより変化するが、撥水性で
あると想定すると、雨滴はほぼ空気中の大きさと同じ大
きさで表面に付着する。ここで、検出すべき最小の雨滴
として、小粒の雨の平均的サイズ、例えば、０．５ｍｍ
直径の雨滴を選択すれば、当該雨滴一粒に相当する微小
領域の面積は、約０．２ｍｍ²である。さらに感度を上
げるため、検出すべき最小の雨滴として小粒の雨の最小
サイズ、０．２ｍｍ直径の雨滴を選択すれば、当該雨滴
一粒に相当する微小領域の面積は、約０．０３ｍｍ²で
ある。

【０１１３】以上、光源部１０ａの微小光源としてのＬ
ＥＤ１１一つあたりからセルガイド１２を通して導かれ
る光の断面積は、好ましくは約０．２ｍｍ²以下、さら
に好ましくは約０．０３ｍｍ²以下とする。また、検知
面１１０上の微小領域の面積もこの面積となる。

【０１１４】次に、結像レンズ４０ａを詳しく説明す
る。図６は、結像レンズ４０ａの一例を模式的に示した
図である。結像レンズ４０ａとして、屈折率分布型レン
ズアレイを用いることができる。図６の例は、等倍結像
系の屈折率分布型レンズアレイの一種である、ＳＬＡ
^(R)（Selfoc Lense Array）の簡単な構成図である。４
１が微小レンズとしてのロッドレンズ、４２黒色樹脂、
４３がＦＲＰ板である。ロッドレンズ４１は棒状のもの
であり、図６ではそのレンズ面が見えている。また、図
４はこのロッドレンズ４１一つのみの側断面を示してい
る。このＳＬＡを用いれば、入射された光線を屈曲させ
て、所定位置に正立・等倍の像を結像させることができ
る。つまり、検知面１１０上の一つの微小領域から得ら
れた反射光をそのまま一つの受光素子上に結像させるこ
とができる。

【０１１５】上記例は、ロッドレンズ４１が直線状に配
置されたものであるが、光源部１０ａから取り出す微小
光線の並び、後述する受光素子部５０ａの各受光素子の
配置に応じたレンズ配置とする。図６の例は、図５のＬ
ＥＤを直線状に開口部１４を配置した光源部１０ａの例
に対応したＳＬＡである。

【０１１６】なお、上記説明は、等倍結像系の例である
が、受光素子部５０ａの受光素子であるそれぞれの受光
素子受光面と、検知面１１０とが、結像光学系を形成し
ていることが重要である。

【０１１７】次に、受光素子部５０ａを詳しく説明す
る。図７は、受光素子部５０ａの一例を模式的に示した
図である。図７の例は各受光素子部５０の各受光素子を
直線状に配置した例となっている。５１は各受光素子で
あり受光面を概念的に示したものである。なお、受光素
子５１内部のキャパシタやトランジスタ回路、センスア
ンプ回路などは図示を省略し、受光素子５１の受光面が
直線状に配置されていることが分かる図とした。各受光
素子５１の受光面は、光源部１０ａの開口部１４の配置
および結像レンズ４０ａの各レンズの配置と対応するよ
うに配置され、結像レンズ４０ａを介して検知面１１０
からの反射光が結像するように、その距離、角度が調整
されて取り付けられる。

【０１１８】なお、受光素子５１の受光面の有効面積
は、検出すべき付着物の面積に対応して調整することが
でき、上記のＬＥＤから導く光の断面積や検知面１１０
の微小領域の面積の検討に従って、結像レンズ４０ａが
等倍結像系であれば、好ましくは約０．２ｍｍ²以下、
さらに好ましくは約０．０３ｍｍ²以下とする。もっと
も上記範囲と異なる受光面有効面積を持つ受光素子を用
いることができる。

【０１１９】次に、図４（ａ）に示した付着物検出装置
の動作および付着物検出の原理を詳しく説明する。

【０１２０】図４（ｂ）および図４（ｃ）には、検知面
１１０の一部に付着物としての雨滴が付着している場合
と付着していない場合の２つの光軌跡が示されている。
１２０が検知面１１０上に付着した雨滴、１３０が雨滴
が付着した微小領域に対して入射した光の軌跡、１４０
が雨滴が付着していない微小領域に対して入射した光の
軌跡である。

【０１２１】光源部１０ａからウィンドシールド１００
内に導かれた複数の光が検知面１１０に入射している。
図４（ｃ）のように雨滴１２０が存在しない検知面１１
０上の微小領域に入射した光は、上記に説明したとお
り、検知面１１０表面において全反射条件が満たされて
おり、１４０の軌跡に示すようにウィンドシールド１０
０内に反射する。反射光はプリズム３０、結像レンズ４
０ａを通って受光素子部５０ａにより受光される。この
際、受光素子５１の受光面全面において受光されるた
め、対応する受光素子５１一つが検知する信号値は十分
大きくなる。

【０１２２】一方、図４（ｃ）のように雨滴１２０が存
在する検知面１１０上の微小領域に入射した光は、検知
面１１０表面において全反射条件が満たされておらず、
１４０の軌跡に示すようにウィンドシールド１００を透
過し、外界に出射する。つまり雨滴１２０が付着した検
知面１１０の微小領域に対応する受光素子部５０ａの受
光素子５１はほとんど受光せず、検知する信号値は十分
小さくなる。

【０１２３】図８は、各受光素子部５０ａを構成する、
ある一つの受光素子５１からの光検出信号例を示す図で
ある。図８の例では、８つの受光素子５１ａ〜ｈから得
られた光検出信号が示されている。５１ａ〜ｄ，５１ｇ
〜ｈの６つの受光素子から得られた光検出信号の値は相
対的に十分大きいものとなっているが、受光素子５１
ｅ，ｆから得られた光検出信号の値は相対的に十分小さ
いものとなっている。つまり、受光素子５１ｆが受光す
る検知面１１０上の微小領域において雨滴が存在し、図
４の光軌跡１４０のように入射光が外界へ逃げてしまっ
たため受光されず、光検出信号レベルが下がったと推定
できる。図８のように、各受光素子５１からの光検出信
号が、デジタル的に“ハイ”か“ロー”か明瞭に表れる
ため、検知面１１０上の付着物の有無を確実に検知でき
る。つまり、検知面１１０における想定した付着物の有
無を高感度に検出することができる。

【０１２４】なお、この各受光素子５１からの光検出信
号がデジタル的に“ハイ”か“ロー”か明瞭に表れるこ
とを利用して、光検出信号に対する適度なしきい値を設
けて判断する。また、基準となる光検出信号レベルから
低下した差分値の大きさを基準とし、各受光素子５１か
らの光検出信号をデジタル信号化することも可能であ
る。

【０１２５】以上、本実施形態２に示した付着物検出装
置は、一例であり、本発明の付着物検出装置は、上記の
具体的装置構成例に限定されることなく、本発明の技術
的思想に基づいて他の装置構成も可能であり、雨滴検出
以外の用途にも用いることができることは言うまでもな
い。

【０１２６】（実施形態３）本実施形態３は、本発明の
付着物検出装置を用いた制御装置の一実施形態として、
付着物検出装置をレインセンサとして用いるウィンドウ
ワイパー制御装置の装置構成例を示すものである。

【０１２７】図９は、付着物検出装置をレインセンサと
して用いるウィンドウワイパー制御装置のブロック図の
例である。７００が実施形態１において示した本発明の
付着物検出装置であるレインセンサの機能ブロック、７
１０がウィンドウワイパー制御手段、７２０がウィンド
ウワイパー駆動手段、７３０がウィンドウワイパーであ
り、図示のように接続されている。また、図１０は、本
実施形態３のウィンドウワイパー制御装置の処理動作の
流れの一例を示すフローチャートである。

【０１２８】レインセンサ７００は実施形態１において
説明したように各要素の取付け角度や材質が選択された
ものであり、降雨による雨滴を検知対象とし、各受光素
子からの光検出信号を出力するものである。実施形態２
のように光源、結像レンズ、受光素子を備えた付着物検
出装置を複数セット備えた構成のものを用いることもで
きる。

【０１２９】ウィンドウワイパー制御手段７１０は、レ
インセンサ７００の各受光素子からの光検出信号を入力
とし、光検出信号に“ロー”である光検出信号が含まれ
ていれば、ウィンドシールド上に雨滴がある、つまり、
降雨が開始したと推定し、ウィンドウワイパー駆動手段
７２０に対してワイパー制御信号を出力するものであ
る。

【０１３０】ウィンドウワイパー駆動手段７２０はウィ
ンドウワイパー制御手段７１０からの制御信号を入力と
し、ウィンドウワイパー７３０の駆動を制御するもので
ある。

【０１３１】ウィンドウワイパー７３０は、ウィンドウ
ワイパー駆動手段７２０により駆動力が与えられて駆動
され、停止状態、駆動状態を持つ。駆動状態には間欠駆
動のピッチが短いものや長いものなど複数の状態があり
うる。駆動状態においてウィンドシールドの所定表面を
掃除する。

【０１３２】図１０のフローチャートを参照しつつ、ウ
ィンドウワイパー制御装置の処理動作の流れを説明す
る。

【０１３３】ウィンドウワイパー制御装置が稼動中の場
合（ステップＳ８０１：Ｙ）、ウィンドウワイパー制御
手段７１０は、レインセンサ７００の各受光素子からの
光検出信号を入力し、光検出信号レベルをモニタする
（ステップＳ８０２）。ウィンドウワイパー制御手段７
１０は、光検出信号のうち、所定レベルより小さいレベ
ルまたはデジタル値としての“ロー”信号が含まれてい
るかをチェックする（ステップＳ８０３）。

【０１３４】ウィンドウワイパー制御手段７１０は、光
検出信号に所定レベルより小さいレベルまたはデジタル
値としての“ロー”信号が含まれていない場合（ステッ
プＳ８０３：Ｎ）は、降雨が開始していないまたは降雨
が終了したと判断し、ウィンドウワイパー７３０を停止
状態とするウィンドウワイパー制御信号を出力する（ス
テップＳ８０４）。ウィンドウワイパー駆動手段７２０
はウィンドウワイパー制御手段７１０からの制御信号を
受け、ウィンドウワイパー７３０を停止状態に維持する
（ステップＳ８０５）。ステップＳ８０５の後、再度ス
テップＳ８０１にループして制御を継続する（ステップ
Ｓ８０１へ戻る）。

【０１３５】降雨が始まり、ウィンドシールドの検知面
に雨滴が付着したとする。ウィンドウワイパー制御手段
７１０は、光検出信号に所定レベルより小さいレベルま
たはデジタル値としての“ロー”信号が含まれている場
合（ステップＳ８０３：Ｙ）、降雨が開始したまたは降
雨中であると判断し（ステップＳ８０６）、ウィンドシ
ールドに付着した雨滴を掃除すべく、ウィンドウワイパ
ー７３０を駆動状態とするウィンドウワイパー制御信号
を出力する（ステップＳ８０７）。ウィンドウワイパー
駆動手段７２０はウィンドウワイパー制御手段７１０か
らの制御信号を受け、ウィンドウワイパー７３０を駆動
状態にする（ステップＳ８０８）。ステップＳ８０８の
後、再度ステップＳ８０１にループして制御を継続する
（ステップＳ８０１へ戻る）。

【０１３６】上記処理の流れが遅滞なく連携、推移する
ことにより、降雨が始まれば、確実かつ即座にウィンド
ウワイパー７３０の駆動が開始され、降雨が終われば、
適切にウィンドウワイパー７３０の駆動が終了する。

【０１３７】図１１は、本発明の付着物検出装置をレイ
ンセンサとして用いたウィンドウワイパー制御装置の取
り付け構成例を簡単に示した図である。図１１に示すよ
うに、付着物検出装置であるレインセンサ７００を、車
のバックミラー９００の裏面にあるウィンドシールド部
分９１０に取り付けている。このようにバックミラー９
００の裏面のウィンドシールド部分９１０に取り付ける
ことにより運転者の運転視界を不必要に遮ることなく、
かつ、検知面をウィンドシールド上に確保できる。ウィ
ンドウワイパー制御手段７１０とウィンドウワイパー駆
動手段７２０は図示していないが、ウィンドウワイパー
７３０付近の車装品としてキャビン内に格納されている
ものとする。

【０１３８】以上、本実施形態３に示した付着物検出装
置を用いた制御装置は、一例であり、本発明の付着物検
出装置は、上記の具体的装置構成例に限定されることな
く、本発明の技術的思想に基づいて他の装置構成も可能
であり、ウィンドウワイパー制御装置以外の用途にも用
いることができることは言うまでもない。

【０１３９】

【発明の効果】本発明の付着物検出装置によれば、外界
光が直接受光手段に入射することがないように遮断する
ことができ、外界光に起因する光ノイズを低減すること
が可能となり、付着物の有無検出精度を高めることがで
きる。

【０１４０】また、本発明の付着物検出装置によれば、
付着物の有無による検知面での全反射条件の満足・不満
足が感度良く切り換わるように構成されているので、付
着物の有無を感度良く判別することができる。

【０１４１】また、本発明の付着物検出装置によれば、
光源から照射された光が受光手段で受光されるまでの光
の経路うち、光損失があるウィンドシールドなどの中を
通過する経路を短くなるように選択することができるの
で、検出すべき光の損失が小さく、光検出信号を大きく
することができ、付着物の有無を感度良く判別すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の付着物検出装置における、外界から
入射する外界光の経路の概略について示した図

【図２】 本発明の付着物検出装置における、発光手段
から検知面に入射し、反射した光が受光素子に入射する
までの光の経路および装置要素の取付け角度や材質を示
した図

【図３】 （表１）に示した第１の条件の数値例と、
（表４）に示した第２の条件の数値例を同じグラフ上に
プロットした結果を示す図

【図４】 本発明の付着物検出装置をレインセンサとし
て用いる場合の装置構成例を示す図

【図５】 光源部１０ａが持つ光源の配置例を概略的に
示した図

【図６】 結像レンズ４０ａの一例を概略的に示した図

【図７】 各受光素子部５０ａの一例を模式的に表した
図

【図８】 各受光素子部５０ａを構成する各受光素子５
１からの光検出信号例を示す図

【図９】 付着物検出装置をレインセンサとして用いる
ウィンドウワイパー制御装置のブロック図

【図１０】 本実施形態２のウィンドウワイパー制御装
置の処理動作の流れの一例を示すフローチャート

【図１１】 本発明の付着物検出装置をレインセンサと
して用いたウィンドウワイパー制御装置の取り付け構成
例を簡単に示した図

【図１２】 従来の反射光検知型レインセンサによる雨
滴検出原理を簡単に説明した図

【符号の説明】

１０，１０ａ 光源部 １１ ＬＥＤ １２ セルガイド ２０，３０ プリズム ４０ 結像レンズ ４０ａ 結像レンズ ５０，５０ａ 受光素子部 ５１ 受光素子 １００ ウィンドシールド １１０ 検知面 １２０ 雨滴 １３０ 雨滴が付着した微小領域に対して入射した光の
軌跡 １４０ 雨滴が付着していない微小領域に対して入射し
た光の軌跡 ７００ レインセンサ ７１０ ウィンドウワイパー制御手段 ７２０ ウィンドウワイパー駆動手段 ７３０ ウィンドウワイパー ９００ バックミラー ９１０ バックミラー裏面のウィンドシールド部分

フロントページの続き (72)発明者 今西 秀樹 大阪府大阪市中央区道修町３丁目５番11号 日本板硝子株式会社内 (72)発明者 ▲吉▼田 治信 大阪府大阪市中央区道修町３丁目５番11号 日本板硝子株式会社内 (72)発明者 脇坂 政英 大阪府大阪市中央区道修町３丁目５番11号 日本板硝子株式会社内 (72)発明者 徳田 健己 大阪府大阪市中央区道修町３丁目５番11号 日本板硝子株式会社内 Ｆターム(参考） 2G059 AA05 BB02 CC11 EE02 GG02 JJ11 JJ12 KK01 3D025 AA01 AB01 AD01 AD09 AG42

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光手段から出射され透明性基板内に導
   入された入射光が反射される前記透明性基板の外表面を
   検知面とし、前記検知面からの反射光が光学結像系を介
   して受光手段により受光され、前記受光手段が検知した
   光検出信号における、前記付着物による前記検知面上で
   の反射条件の変化による光検出信号の変化を検出して前
   記付着物の存在を検出する付着物検知手段を備えた付着
   物検出装置であって、 外界からの外界光が前記透明性基板から入射して前記受
   光手段に直接受光されないように、前記外界から受光手
   段に至るまでに存在する物質の屈折率に応じて、前記発
   光手段、前記透明性基板、前記結像光学系、前記受光手
   段の配置角度が調整されたことを特徴とする付着物検出
   装置。
2. 【請求項２】 前記透明性基板の外表面側の媒質の屈折
   率をｎ₁とし、前記透明性基板から前記結像光学系まで
   の媒質の屈折率をｎ₃とし、前記結像光学系の取付け角
   度をθ₅とし、前記結像光学系の持つ開口角をθ_Sとした
   場合、 （数１）を満たすように、前記発光手段、前記透明性基
   板、前記結像光学系、前記受光手段の配置角度が調整さ
   れた請求項１に記載の付着物検出装置。 【数１】
3. 【請求項３】 発光手段から出射され透明性基板内に導
   入された入射光が反射する前記透明性基板の外表面を検
   知面とし、前記検知面からの反射光が光学結像系を介し
   て受光手段により受光され、前記受光手段が検知した光
   検出信号における、前記付着物による前記検知面上での
   反射条件の変化による光検出信号の変化を検出して前記
   付着物の存在を検出する付着物検知手段を備えた付着物
   検出装置であって、 前記検知面上に前記付着物がない場合に前記発光手段か
   ら出射された光の前記検知面における反射光が受光手段
   により受光されるように前記発光手段、前記透明性基
   板、前記結像光学系、前記受光手段が配置され、かつ、
   前記検知面上に前記付着物がある場合に前記付着物によ
   る前記検知面上での反射条件の変化により前記発光手段
   から出射された光が前記検知面において反射しないよう
   に前記発光手段、前記透明性基板、前記結像光学系、前
   記受光手段の配置角度が調整されたことを特徴とする付
   着物検出装置。
4. 【請求項４】 前記透明性基板の外表面側の媒質の屈折
   率をｎ₁とし、前記透明性基板から前記結像光学系まで
   の媒質の屈折率をｎ₃とし、前記付着物の屈折率をｎ₁’
   とし、前記透明性基板内への屈折角をθ₂とした場合、 （数２）を満たすように、前記発光手段、前記透明性基
   板、前記結像光学系、前記受光手段の配置角度が調整さ
   れた請求項３に記載の付着物検出装置。 【数２】
5. 【請求項５】 発光手段から出射され透明性基板内に導
   入された光が入射して反射する前記透明性基板の外表面
   を検知面とし、前記検知面からの反射光が光学結像系を
   介して受光手段により受光され、前記受光手段が検知し
   た光検出信号における、前記付着物による前記検知面上
   での反射条件の変化による光検出信号の変化を検出して
   前記付着物の存在を検出する付着物検知手段を備えた付
   着物検出装置であって、 前記検知面上に前記付着物がない場合に前記発光手段か
   ら出射された光の前記検知面における反射光が受光手段
   により受光されるように前記発光手段、前記透明性基
   板、前記結像光学系、前記受光手段が配置され、かつ、
   前記検知面上に前記付着物がある場合に前記付着物によ
   る前記検知面上での反射条件の変化により前記発光手段
   から出射された光が前記検知面において反射しないよう
   に前記発光手段、前記透明性基板、前記結像光学系、前
   記受光手段の配置角度が調整され、さらに、前記透明性
   基板の外表面からの外界光が前記透明性基板から入射し
   て前記受光手段に直接受光されないように、前記外界か
   ら受光手段に至るまでに存在する物質の屈折率に応じ
   て、前記発光手段、前記透明性基板、前記結像光学系、
   前記受光手段の配置角度が調整されたことを特徴とする
   付着物検出装置。
6. 【請求項６】 前記透明性基板の外表面側の媒質をｎ₁
   とし、前記透明性基板から前記結像光学系までの媒質を
   ｎ₃とし、前記付着物の屈折率をｎ₁’とし、前記透明性
   基板内への屈折角をθ₂とし、前記結像光学系の取付け
   角度をθ₅とし、また、前記結像光学系の持つ開口角を
   θ_Sとした場合、 （数３）および（数４）を満たすように、前記発光手
   段、前記透明性基板、前記結像光学系、前記受光手段の
   配置角度が調整されたことを特徴とする請求項５に記載
   の付着物検出装置。 【数３】 【数４】
7. 【請求項７】 前記発光手段、前記透明性基板、前記結
   像光学系、前記受光手段の配置角度の調整において、前
   記発光手段から出射された光の前記検知面における反射
   光が通る前記透明性基板内の経路がもっとも短くなるよ
   うに配置角度が選択された請求項１〜６のいずれかに記
   載の付着物検出装置。
8. 【請求項８】 前記受光手段が受光素子を備えた受光手
   段であり、 前記各受光素子の受光面と、各受光素子に対応する前記
   検知面とが、結像光学系を形成するように配置され、 前記結像光学系が、前記（数１）の条件を満たす開口角
   θ_Sを持つ結像レンズによる結像系である請求項１〜７
   のいずれかに記載の付着物検出装置。
9. 【請求項９】 前記結像レンズが、ロッドレンズアレイ
   または屈折率分布型レンズアレイである請求項８に記載
   の付着物検出装置。
10. 【請求項１０】 検出すべき付着物を雨滴とし、前記検
    知面を自動車のウィンドシールド上に設け、前記ウィン
    ドシールドに付着した雨滴の存在を検知するレインセン
    サとして構成した請求項１〜９のいずれかに記載の付着
    物検出装置と、ウィンドウワイパー駆動手段と、 ウィンドウワイパー制御手段を備え、 前記ウィンドウワイパー制御手段が前記付着物検出装置
    からの付着物の検出信号を受け、前記検出信号に基づい
    てウィンドウワイパー駆動手段の制御内容を変更するウ
    ィンドウワイパー装置。