JP2007278711A - 雨滴センサ - Google Patents

Abstract

【課題】ウインドシールドに付着した雨滴を光学的に検知する雨滴センサにおいて、レンズの高さを小さくする。
【解決手段】複数の発光素子１と、これらによって発光された光を受光する１つの受光素子２と、発光素子１によって発光された光を平行光にしてウインドシールド８の外側面で全反射させる複数の発光側レンズ５と、ウインドシールド８で全反射した平行光を受光素子２へ集光させる受光側レンズ６とを備えている。発光側レンズ５および受光側レンズ６は、凸レンズを同心円状に多分割してそれらの曲面部分を平面上に並べた形に一体に形成され、それらの光軸は、平行光がウインドシールド８の外側面で全反射するよう臨界角未満に傾斜されている。
【選択図】図１

Description

本発明は雨滴センサに関し、特に、車両等のウインドシールドの内側面に取り付けられてそのウインドシールドの外側面に付着した雨滴を光学的に検知するようにした雨滴センサに関する。

車両には、降雨時にウインドシールドに付着する雨滴を検知してワイパを自動的に作動させるようにしたオートワイパ装置が取り付けられているものがある。このようなオートワイパ装置に採用されている雨滴センサとして、ウインドシールドへ付着した雨滴を静電容量の変化として検出するタイプ（例えば、特許文献１参照）と光学的に検出するタイプ（例えば、特許文献２参照）とが知られている。

雨滴を光学的に検出するタイプの雨滴センサは、発光素子からウインドシールドに向けて発光された光がウインドシールドの外側面で全反射して受光素子へ入射するように構成され、ウインドシールドに雨滴の付着がある場合とない場合とでウインドシールドの外側面を反射する光量が相違することを利用している。すなわち、ウインドシールドを構成するガラスと雨滴とは、屈折率がほぼ等しいので、発光素子からウインドシールドに入射された光は、その外側面に雨滴が付着していると、外側面で全反射することなく雨滴へ直進してしまい、ウインドシールドで反射して受光素子へ向かう光量が減少することになる。したがって、受光素子の受光量が減少すれば、雨滴センサは、ウインドシールドに雨滴があると判断することができる。

雨滴センサは、基本的に、発光素子によって発光された光を斜めに配置された平凸レンズがウインドシールドの外側面に対して全反射するような入射角に屈折させ、ウインドシールドの外側面で反射された光を別の平凸レンズが受光素子に集光させる構造になっている。特に、特許文献２に記載の雨滴センサでは、平凸レンズを２分割してレンズを形成したプリズム本体の形状を小さくした構造にしている。これにより、雨滴センサは、広い雨滴検出領域を確保しつつ小型化を可能にしている。
特開２０００−７５０５２号公報 特許第３５３６７３８号明細書

このような雨滴センサは、車両等のフロント側におけるウインドシールドの内側に突出して状態で取り付けられるので、高さが低く視界の妨げにならないようさらなる小型化が望まれているが、上記のような従来の雨滴センサでは、ウインドシールドに対する入射角および出射角に応じて斜めに配置されるレンズとして１枚の平凸レンズを２分割して光軸方向にずらしたものであるので、レンズの高さを低くすることが難しいという問題点がある。

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、レンズの高さを小さくすることができる雨滴センサを提供することを目的とする。

本発明では上記課題を解決するために、ウインドシールドに付着した雨滴を光学的に検知する雨滴センサにおいて、前記ウインドシールドに向けて発光する複数の発光素子と、前記ウインドシールドによって反射された光を受光する１つの受光素子と、前記発光素子によって発光された光を平行光にして前記ウインドシールドの外側面で全反射させる複数の発光側レンズと、前記ウインドシールドで全反射した平行光を前記受光素子へ集光させる１つの受光側レンズと、を備え、前記発光側レンズおよび前記受光側レンズは、凸レンズを多分割してそれらの曲面部分を平面上に並べた形に一体に形成され、かつ、臨界角未満に傾斜した光軸を有していることを特徴とする雨滴センサが提供される。

このような雨滴センサによれば、発光側レンズと受光側レンズとが凸レンズを多分割してそれらの曲面部分を平面上に並べた形に一体に形成されているので、レンズの高さを低くすることができる。

本発明の雨滴センサは、発光側レンズおよび受光側レンズが凸レンズを多分割してそれらの曲面部分を平面上に並べた形に一体に形成されているので、レンズの高さを低くすることができ、小型化することができるという利点がある。

また、一体に形成された発光側レンズおよび受光側レンズは、極端に肉厚の異なる部分がないので、樹脂成型した場合に、引けのない部品を製作することができる。
さらに、較正手段を備えたことで、オートワイパ装置で雨滴の検出を開始する前に必要であったウインドシールドのワイパによる払拭動作が不要になる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態に係る雨滴センサの構成を示す断面図、図２は雨滴センサの要部を示す平面図である。

この雨滴センサは、赤外光等の光を放射する複数の、図示の例では４つの発光素子１およびその光を受光する単一の受光素子２を有し、これらの部品が雨滴検出を処理する回路部品とともに配線基板３に実装されている。

発光素子１および受光素子が実装されている面に対向してプリズム４が配置されている。このプリズム４は、４つの発光素子１に対応して４つの発光側レンズ５と単一の受光素子２に対応して１つの受光側レンズ６とを有し、図２に示したように隣接配置されている。このプリズム４において、発光側レンズ５および受光側レンズ６は、透明の樹脂で一体に成型されていて、いわゆるフレネルレンズのように、凸レンズを同心円状に多分割し、分割されたセグメントの曲面部分のみを平面上に並べた形を有するものであるが、光軸が平面に対して直角方向ではなく、ウインドシールド８への入射角に等しい向きに傾斜するように構成されている。プリズム４は、接着層７を介してウインドシールド８の内側面に接着され、プリズム４の部分を除いて全体がケース９に覆われ、背後から蓋１０が被せられている。

発光側レンズ５は、ウインドシールド８の外側面に対して発光素子１から放射された光の入射角が臨界角（４５度）未満になるような光軸を有し、受光側レンズ６の光軸も、ウインドシールド８の外側面に対して臨界角未満に傾斜するよう設定されている。

上記のように構成された雨滴センサにおいて、発光素子１からそれぞれ放射した光は、対応する発光側レンズ５に至り、ここで平行光にされて、ウインドシールド８に入射され、ウインドシールド８の外側面の４つの検出領域に向けて進む。それぞれの検出領域にて臨界角未満の入射角で入射された光は、ウインドシールド８の外側面で全反射する。その全反射した光は、受光側レンズ６にて受けられ、ここで集光されて、受光素子２へ入射する。

ここで、雨が降っていないとき、発光素子１から放射して発光側レンズ５に入った光は、ウインドシールド８の外側面で全反射し、受光側レンズ６を介して受光素子２に入射されるので、受光素子２が受光する光量は多い。

これに対し、降雨時では、ウインドシールド８の外側面における検出領域内に雨滴が付着するので、発光素子１から放射して発光側レンズ５に入った光は、ウインドシールド８の外側面で全反射することなく、少なくとも一部は、ウインドシールド８の外側面からそのまま雨滴中を直進し、雨滴の外表面から外部に発散してしまう。このため、雨滴が付着した部分で全反射しなかった分、受光素子２に入射する光量が減少することになる。

したがって、受光素子２に入射する受光量を逐次測定し、その受光量の変化を見ることによって、ウインドシールド８の外側面の雨滴の付着を検知することができ、車両のワイパを自動的に作動させるような制御が可能となる。

ところで、この雨滴センサにおいては、発光側では、４つの発光素子１をたとえば所定の周期で同時または順次発光させるようにし、受光側では、発光のタイミングに合わせて受光素子２が受光するようにし、今回受光した受光量を前回の発光時に受光していた受光量と比較することで、受光量の変化を判断している。しかし、最初に発光させたときの受光量については、比較するデータがないので、一般には、雨滴検出を行うに当たって、ワイパを動作させ、ウインドシールド８の外側面を払拭して雨滴が付着していない状態にしたときの受光量を基準にして受光量の変化を判断している。したがって、オートワイパ装置を起動して雨滴の検出を開始するときには、必ずこのような判断の基準となる受光量の初期設定を行う必要があり、そのためには、降雨の有無に関係なく、ワイパを動作させなければならない。次に、雨滴検出を開始する前にそのようなワイパの動作を不要にした雨滴センサについて説明する。

図３は本発明の第２の実施の形態に係る雨滴センサの構成を示す断面図、図４は雨滴センサの要部を示す平面図である。なお、図３および図４において、図１および図２に示した構成要素と同じ構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

この雨滴センサは、第１の実施の形態に係る雨滴センサに受光素子２の受光量を較正するための較正手段を備えている。この較正手段は、受光素子２を挟んで発光素子１と反対側に配置された較正用の発光素子１１と、この発光素子１１と受光素子２との間に配置された発光側レンズ１２および受光側レンズ１３と、ウインドシールド８を模擬した擬似ウインドシールド１４とを有している。

較正用の発光側レンズ１２および受光側レンズ１３は、測定用の発光側レンズ５および受光側レンズ６と透明の樹脂で一体に成型され、擬似ウインドシールド１４は、発光側レンズ５および受光側レンズ６のウインドシールド８側にウインドシールド８と平行な平面を形成することによって作られる。擬似ウインドシールド１４のウインドシールド８側は、密閉された空間１５になっていて、その空間１５は、真空になっているか乾燥された空気が充填されている。これにより、この雨滴センサが取り付けられている車室内温度が低温になっても擬似ウインドシールド１４の空間１５側の面に結露することはない。

このように構成された雨滴センサにおいて、雨滴の検出を開始する前に、較正用の発光素子１１が発光される。その光は、まず、発光側レンズ１２で平行光にされ、擬似ウインドシールド１４で全反射され、受光側レンズ１３で集光され、受光素子２によって受光される。このとき、擬似ウインドシールド１４の空間１５側の面は、常にきれいであるため、受光素子２では、基準となる受光量を安定して得ることができる。

図５は本発明の第３の実施の形態に係る雨滴センサの構成を示す断面図である。この図５において、図３および図４に示した構成要素と同じ構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

この雨滴センサは、第２の実施の形態に係る雨滴センサに対して受光素子２をサンセンサとして機能できるようにしたものである。サンセンサは、車両に当たる日射量を検出するもので、検出したデータはエアコンの制御に利用される。

この雨滴センサによれば、プリズム４の受光素子２に対向する面に凹レンズ１６が形成され、その凹レンズ１６と同一軸線上に凸レンズ１７がプリズム４に嵌合される形で配置されている。凹レンズ１６と凸レンズ１７とは離間されていて、その間は密閉された空間１８になっている。

このような雨滴センサにおいて、雨滴センサとしての機能は第２の実施の形態に係る雨滴センサとまったく同じである。つまり、この雨滴センサとしては、雨滴の検出を開始する前に、較正手段が動作し、その後は、たとえば所定の周期で所定の短期間、発光素子１を発光させ、それに同期して受光素子２が受光し、受光した受光量の変化を見ることで、ウインドシールド８へ雨滴が付着したか否かを判断している。このように、発光素子１および受光素子２は、発光および受光を間欠的に行っているが、それ以外の遊休期間は、何もしていない。

この雨滴センサでは、その雨滴センサとしての遊休期間は、受光素子２をサンセンサとして機能させるようにしている。すなわち、凹レンズ１６がウインドシールド８の外側から広角に光を取り込んで平行光にし、その平行光を凸レンズ１７が受光素子２に集光させるようにする。なお、この車外の光は、雨滴センサとして機能しているときにも受光素子２に入射しているが、発光素子１から放射される光のパワーに比べて遥かに小さいので実質的に外乱となることはなく、たとえ、太陽光が直接入射して大きな外乱となったとしても、そのときは晴れていて雨滴の検出の必要がないときなので、雨滴センサが誤検出するということはない。

本発明の第１の実施の形態に係る雨滴センサの構成を示す断面図である。 雨滴センサの要部を示す平面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る雨滴センサの構成を示す断面図である。 雨滴センサの要部を示す平面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る雨滴センサの構成を示す断面図である。

符号の説明

１ 発光素子
２ 受光素子
３ 配線基板
４ プリズム
５ 発光側レンズ
６ 受光側レンズ
７ 接着層
８ ウインドシールド
９ ケース
１０ 蓋
１１ 発光素子
１２ 発光側レンズ
１３ 受光側レンズ
１４ 擬似ウインドシールド
１５ 空間
１６ 凹レンズ
１７ 凸レンズ
１８ 空間

Claims (4)

1. ウインドシールドに付着した雨滴を光学的に検知する雨滴センサにおいて、
   前記ウインドシールドに向けて発光する複数の発光素子と、
   前記ウインドシールドによって反射された光を受光する１つの受光素子と、
   前記発光素子によって発光された光を平行光にして前記ウインドシールドの外側面で全反射させる複数の発光側レンズと、
   前記ウインドシールドで全反射した平行光を前記受光素子へ集光させる１つの受光側レンズと、
   を備え、
   前記発光側レンズおよび前記受光側レンズは、凸レンズを多分割してそれらの曲面部分を平面上に並べた形に一体に形成され、かつ、臨界角未満に傾斜した光軸を有していることを特徴とする雨滴センサ。
2. 前記発光側レンズおよび前記受光側レンズは、透明の樹脂で一体成型されていることを特徴とする請求項１記載の雨滴センサ。
3. 較正用発光素子と、前記ウインドシールドを模擬した擬似ウインドシールドと、前記較正用発光素子によって発光された光を平行光にして前記擬似ウインドシールドの外側面で全反射させる較正用発光側レンズと、前記擬似ウインドシールドで全反射した平行光を前記受光素子へ集光させる較正用受光側レンズとを有する較正手段を備え、前記擬似ウインドシールド、前記較正用発光側レンズおよび前記較正用受光側レンズは、前記発光側レンズおよび前記受光側レンズと一体に形成されていることを特徴とする請求項１記載の雨滴センサ。
4. 前記受光素子に対向する位置に配置され前記ウインドシールドの外側から広角に光を取り込む凹レンズと、前記凹レンズと同一軸線上に配置されて前記凹レンズによって取り込まれた光を前記受光素子に集光させる凸レンズとを備え、前記凹レンズは、前記発光側レンズおよび前記受光側レンズと一体に形成されていることを特徴とする請求項１記載の雨滴センサ。
   

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