JP2007303887A - 雨滴検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学的に雨滴に関する情報を検知する雨滴検知装置において、大型化、コストアップを抑えつつ、周囲の光が強い場合であっても正確に雨滴に関する情報を検知すること。
【解決手段】オペアンプ６の入力端子を増幅回路７の入力端子側に接続する。抵抗素子１３と並列にトランジスタ１２を接続する。オペアンプ６の出力端子とトランジスタ１２のベース端子を、スイッチング素子１０を介して接続する。オペアンプ６の出力電圧を充電するコンデンサ１５をスイッチング素子１０とトランジスタ１２の間に設ける。受光電流が増えて、電圧源１４にて生じる基準電圧よりも、増幅回路７に入力される電圧が大きくなった場合、受光電流のうち一部がトランジスタ１２に流れる。ＬＥＤ３を発光させるときにはＣＰＵ９はスイッチング素子１０を開放する。トランジスタ１２には、コンデンサ１５に充電されていた電圧によって、ＬＥＤ３を発光させる前後で同じ電流が流れる。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば自動車のワイパ制御のために用いられる、雨が降っているか否か又は雨滴量など雨滴に関する情報を検知する雨滴検知装置に関する。

従来、雨滴検知装置として、例えば自動車のワイパ自動制御装置に適用されたものが知られている（特許文献１〜４）。これら特許文献１〜４に記載の雨滴検知装置は光学的に雨滴に関する情報を得るものである。図５に示す図は、特許文献１の雨滴検知装置を示している。同図に示すように、この雨滴検知装置は、電流を流すことによって発光する発光素子３０と、受光して電流を生じる受光素子４０を備えている。この発光素子３０はウィンドウガラスに向けて発光するように設置されており、受光素子４０は、発光素子３０が発光した光がウィンドウガラスで反射されて、その反射光を受光できる位置に設置されている。

そして、雨滴に関する情報を検知する際には、ＣＰＵ７０からの指示信号に基づいて駆動部８０を駆動して発光素子３０に電流を流す。これによって発光素子３０からウィンドウガラスに向けて発光させ、ウィンドウガラスで反射された光をプリズム等からなる光学系を介して受光素子４０で電流として検知する。この電流は、微小電流であるので、抵抗素子９０で電圧に変換し、その電圧を増幅回路５０によって増幅する。次いでＡＣ増幅回路（図示せず）によって周囲の光に対応する電圧を除き、発光素子３０からの反射光に対応する電圧のみを増幅する。その後、ＣＰＵ７０は、この電流値をＡＤ変換して取り込む。

ここで、発光素子３０から光を発光させた場合に、降雨しているときに対する受光電流は、発光素子３０から発光された光がウィンドウ界面で雨により透過する割合が大きくなるために、降雨していないときに比べて小さくなる。したがって、予め、降雨していないときの受光電流を記憶しておくことにより、降雨しているか否かを判断することができる。また、降雨している場合であっても、雨滴量の違いによっても、発光素子３０から発光された光がウィンドウで反射する割合が異なってくる。したがって、雨滴量の違いによって、受光素子４０で受光した光に対する電流は異なる。その結果、雨滴検知装置は、雨滴量も検知することができる。したがって、ワイパ自動制御装置は、雨が降ってきたときには自動でワイパを駆動させたり、雨滴量によってワイパの間欠時間や速さを変えることができる。なお、特許文献１の雨滴検知装置には、ＡＣ増幅回路の図示が省略されている。

なお、特許文献２に記載の雨滴検知装置は、周囲の光の受光を抑えて発光素子で発光した光に対する反射光のみを透過させるような特殊光学フィルタで、受光素子を収納している。
特開２００２−２６７５９８号公報 特開２０００−２８７５３号公報

上述したように、受光素子４０で受光した光に対応する電流は、増幅回路５０によって増幅しなければならない。しかしながら、増幅回路５０には、増幅可能な範囲が存在し、入力電圧が増幅回路の動作電圧以上になると、出力電圧が飽和してしまう。この場合、正確に雨滴量を検知することができない。

これを解決する手段としては、抵抗素子９０の値を小さくして、増幅回路５０に入力する電圧を小さくすることが考えられる。しかし、この場合、微小電圧をさらに小さくしていることから、増幅回路５０、ＡＣ増幅回路６０の増幅率を上げなければならないが、増幅率を上げるとノイズなどの影響により雨滴に関する情報として誤検知の原因となる可能性がある。

また、特許文献２のように、受光素子を特殊光学フィルタで収納する方法も考えられる。しかし、特殊光学フィルタを設置するために雨滴検知装置が大型化したり、またコストアップとなってしまう。

本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、大型化、コストアップを抑えつつ、周囲の光が強い場合であっても正確に雨滴に関する情報を検知できる雨滴検知装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１の雨滴検知装置は、表面に雨滴が付着する光透過部材の裏面側から表面側に向けて光を発する発光素子と、前記発光素子に発光を指示する発光指示部と、前記発光素子が発した光の内、前記光透過部材の表面において当該光透過部材の裏面側に向かって反射する反射光を受光して、その受光量に応じた電流を発生する受光素子と、前記受光素子と直列に接続され、前記受光素子によって発生された電流に応じた電圧を発生する第１の抵抗素子と、増幅可能な電圧が所定電圧に制限されたものであって、前記第１の抵抗素子によって発生された電圧を入力して増幅する第１の増幅回路と、前記第１の増幅回路で増幅された電圧の内、前記発光素子からの光の前記光透過部材表面での反射光の受光に基づく電圧を取り出して、その電圧を増幅する第２の増幅回路と、前記第２の増幅回路の増幅電圧に基づき、雨滴に関する情報を検知する雨滴検知手段とを備えた雨滴検知装置において、前記第１の増幅回路への入力電圧と、所定の基準電圧との差に対応した電圧信号を出力する出力回路と、前記第１の抵抗素子と並列に接続され、前記出力回路が出力する電圧信号に応じた電流を、前記第１の抵抗素子をバイパスするように流すことによって、前記第１の増幅回路の入力電圧を前記基準電圧に対応した電圧に制限する電流制御素子と、前記出力回路が出力する電圧信号を保持する保持回路と、前記発光素子が発光している間、前記保持回路に保持された電圧信号によって前記電流制御素子を駆動するように、前記出力回路と前記保持回路との接続を遮断する遮断回路とを備えたことを特徴とする。

これによれば、周囲の光が強くなることによって受光素子で生じた電流が大きくなった場合、第１の増幅回路に入力される電圧を基準電圧に保つように、受光素子で生じた電流の一部が電流制御素子に流れることになる（このときの制御をフィードバック制御という）。その後、発光素子を用いて発光させる場合には、遮断回路によって上記フィードバック制御は中止される。この中止をしなければ、発光素子で発光させた前後で第１の増幅回路に入力される電圧は変化しないことになり、周囲の光に対応する電圧と発光素子から発せられた光に対応する電圧とが区別できないためである。

また、フィードバック制御が中止された場合であっても、電流制御素子に流れる電流は、保持回路によって、中止する前と同じ値に保持される。その結果、第１の増幅回路に入力される電圧は、瞬間的に発光前に制御していた電圧と発光によって生じた電圧との足し合わせた電圧が入力されることになる。したがって、発光前に制御していた基準電圧を適切な値に設定することにより、上記足し合わせた電圧を第１の増幅回路の増幅可能範囲に収めることができる。これにより、周囲の光が強い場合であっても、雨滴に関する情報を検知することができる。

また、周囲光を抑えるための特殊光学フィルタ等を用いていないので、大型化、コストアップを抑えることができる。

さらに、この雨滴検知装置は、第１の増幅回路に入力される電圧を制御するために、受光素子にて生じた電流の一部を電流制御素子に流している。つまり、電流によって第１の増幅回路に入力される電圧を制御している。これによって、受光電流が大きい場合（周囲の光が強い場合や、発光素子から発光する光が強い場合）であっても、電源電圧の制約を受けることなく、雨滴に関する情報を検知することができる。

請求項２の雨滴検知装置において、前記出力回路は、非反転入力端子と反転入力端子の一方が前記第１の増幅回路の入力端子と接続され、他方が前記基準電圧を生じさせる電圧源と接続され、出力端子が前記電流制御素子と接続されたオペアンプから構成されていることを特徴とする。オペアンプを用いることにより、簡易に請求項１の作用をする出力回路を構成することができる。

請求項３の雨滴検知装置において、前記電流制御素子は、前記第１の増幅回路に入力される電圧が前記基準電圧より小さい場合は、前記電流のバイパスを停止することを特徴とする。これによれば、第１の増幅回路に入力される電圧が上記基準電圧以下の場合には、電流制御素子に電流が流れない。この場合、従来の雨滴検知装置と同様な方法で雨滴に関する情報を検知することになる。

請求項４の雨滴検知装置において、前記電流制御素子は、トランジスタであり、当該トランジスタのベース端子に、前記出力回路及び前記保持回路が接続されていることを特徴とする。これによれば、出力回路と保持回路が遮断されていないときは、出力回路から出力される電圧信号によって、トランジスタに流れる電流が制御される。一方、出力回路と保持回路とが遮断された場合には、上記フィードバック制御は解かれるものの保持回路に保持されている電圧信号によって、遮断される前と同じ電流がトランジスタに流れることになる。このように、トランジスタを用いれば、上記請求項１、３の作用をする電流制御を簡易に構築することができる。

請求項５の雨滴検知装置において、前記遮断回路は、導通／遮断をするスイッチング素子と、当該スイッチング素子に導通又は遮断するように指示をするスイッチング指示部とを備え、前記スイッチング素子が前記出力回路と前記保持回路との間に接続されていることを特徴とする。これによれば、スイッチング素子を遮断することによって、上記フィードバック制御を中止することができる。

請求項６の雨滴検知装置において、前記保持回路は、コンデンサであることを特徴とする。このように、コンデンサを用いることによって、出力回路の出力電圧信号を保持しておくことができる。

請求項７の雨滴検知装置において、前記遮断回路は、前記電流制御素子に接続された第２の抵抗素子と、２つの入力端子のうち一方に前記第２の抵抗素子の端子電圧が入力され、他方に前記保持回路に保持された電圧が入力されるように接続され、かつ、出力端子が前記電流制御素子に流れる電流を制御する端子と接続されているオペアンプとを備え、前記遮断回路によって、前記出力回路と前記保持回路との接続が遮断された場合、前記保持回路に保持されている電圧信号の放電を鈍感にしたことを特徴とする。

これにより、コンデンサによる放電を鈍くすることができる。その結果、発光前後で電流制御素子に流れる電流値の変動を低く抑えることができる。なお、第２の抵抗素子は、第２のオペアンプの基準電圧とするためのものである。但し、この第２の抵抗素子を電流制御素子に接続することにより、電流制御素子に流れる電流値が制限されることになる。

以下、本発明に係る雨滴検知装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。本実施形態の雨滴検知装置１００は、自動車のワイパの自動制御のために用いられる。図１は、雨滴検知装置１００を車両フロントウィンドウの車室内側に設置したときにおける雨滴検知装置１００の断面と、図２は雨滴検知装置１００の電気回路部分を示す概略構成図である。

図１に示すように、雨滴検知装置１００は、車両のフロントウィンドウシールド２上の車室内側の運転者の視界を妨げない部位、例えば上方に、光を透過する透明接着材を用いて取り付けられる。そして、この雨滴検知装置１００は、光学的に雨滴Ｘの状態（有無及び雨滴量）を検知でき、ＣＰＵ９（図２に示す）からの駆動信号に応じた入射光を発光させる発光素子３（以下、単にＬＥＤという）、雨滴Ｘの付着した量に応じて減光される反射光を受光し、この反射光の受光量に応じた電流を生じる受光素子４（以下、単にＰＤ（フォトダイオード）という）、入射光及び反射光を案内するプリズム５等からなる光学系と、この光学系への入出力信号を制御して雨滴付着対象物であるフロントウィンドウシールド２に付着する雨滴Ｘの状態（有無及び雨滴量）を判断する電気回路等から構成される。

そして、雨滴に関する情報を検知する際には、ＣＰＵ９からの指示信号に基づいてトランジスタ１１（図２に示す）を駆動して発光素子３に電流を流す。これによって発光素子３からウィンドウガラスに向けて発光させ、ウィンドウガラスで反射された光をプリズム等からなる光学系を介して受光素子４で電流として検知する。この電流は、微小電流であるので、抵抗素子１３（図２に示す）で電圧に変換し、その電圧を増幅回路７（図２に示す）によって増幅する。次いでＡＣ増幅回路８（図２に示す）によって例えばハイパスフィルターを用いて周囲の光に対応する電圧を除き、発光素子３からの反射光に対応する電圧のみを増幅する。その後、ＣＰＵ９（図２に示す）は、この電流値をＡＤ変換して取り込む。

ここで、発光素子３から光を発光させた場合に、降雨しているときに対する受光電流は、発光素子３から発光された光がウィンドウ界面で雨により透過する割合が大きくなるために、降雨していないときに比べて小さくなる。したがって、予め、降雨していないときの受光電流を記憶しておくことにより、降雨しているか否かを判断することができる。また、降雨している場合であっても、雨滴量の違いによっても、発光素子３から発光された光がウィンドウで反射する割合が異なってくる。したがって、雨滴量の違いによって、受光素子４で受光した光に対する電流は異なる。その結果、雨滴検知装置１００は、雨滴量も検知することができる。

次に、この雨滴検知装置１００の電気回路部分（以下、単に雨滴検知装置と言う）の構成を図２に基づいて説明する。図２に示す雨滴検知装置１００は、ＬＥＤ３、ＰＤ４、オペアンプ６、増幅回路７、ＡＣ増幅回路８、ＣＰＵ９、スイッチング素子１０、トランジスタ１１、１２、抵抗素子１３、電圧源１４、コンデンサ１５から構成される。

ＣＰＵ９は、ＬＥＤ３に電流を流して発光させる際（以下、このときの時間区間を検知区間という）、駆動信号をトランジスタ１１のベース端子に送信して、トランジスタ１１をオンにする。これによって、電圧源Ｖｃ（例えば５Ｖ）による電圧によって、ＬＥＤ３に電流が流れ、その電流量に応じた光がＬＥＤ３から発光される。

また、ＣＰＵ９は、スイッチング素子１０を開放させたり、導通させたりする。具体的には、ＬＥＤ３から光を発光させないとき（以下、このときの時間区間を非検知区間という）には、スイッチング素子１０に導通を指示する信号を送信し、スイッチング素子１０を駆動させ導通状態にする。これに対し、検知区間では、このスイッチング素子１０に送信していた信号の送信を解除する。これによって、スイッチング素子１０は開放状態となる。なお、スイッチング素子１０としては、例えばバイポーラトランジスタや電界効果型トランジスタなどを用いることができる。

また、ＣＰＵ９は、発光と同期してＡＣ増幅回路８から送信されてきた信号をＡＤ変換し、その変換後の信号に基づいて、雨滴の有無の判定及び雨滴量の算出を行う。そして、ＣＰＵ９は雨滴が有ると判定して雨滴量を算出したときには、図示しないワイパ制御機にワイパの駆動及び間欠時間や駆動速さを指示する信号を送信する。

なお、雨滴が無い状態におけるＡＣ増幅回路８から送信される信号を、予め図示しない記憶装置に記憶しておく。これにより、ＣＰＵ９は、その雨滴が無い状態における信号を参照することにより、雨滴の有無の判定を行うことができる。また、ＡＣ増幅回路８から送信される信号の大きさと雨滴量との対応関係を予め計測し、その対応関係を図示しない記憶装置に記憶しておく。これにより、ＣＰＵ９はその対応関係に基づいて、雨滴量を算出することができる。

ＰＤ４は、ＬＥＤ３による光及び周囲の光を受光するとともに、その受光量に応じた受光電流を生じさせる。したがって、周囲の光が強ければ強いほど、受光する光量も多くなり、受光電流は増えることになる。なお、検知区間においては、ＰＤ４は、周囲の光とともに、ＬＥＤ３が発光した光がウィンドウガラスで反射された光も受信する。これに対し、非検知区間においては、ＰＤ４は、周囲の光のみを受光する。

抵抗素子１３は、受光電流を電圧に変換する。そして、その電圧は増幅回路７に入力される。増幅回路７は、入力された電圧を増幅する回路であり、例えば、特許文献１に記載の回路が用いられる。受光電流に対応する電圧が微小であるために、この増幅回路７が用いられる。また、増幅回路７は、自身を駆動するための動作電圧以上には増幅できず、飽和してしまう特性を有している。したがって、周囲の光が強くなって受光電流が大きくなると、増幅回路７の出力電圧が飽和してしまう可能性があることになる。なお、検知区間における増幅回路７の出力端子には、ＬＥＤ３から発光された光に対応する電圧と、周囲の光に対応する電圧との足し合わせた電圧が出力される。したがって、従来の雨滴検知装置は受光電流が大きい場合には、検知区間においては、増幅回路７が増幅可能な閾値電圧以上となってしまう場合がある。その結果、増幅回路７の出力電圧には、一定の飽和電圧が出力されるため、本来のＬＥＤ３から発光された光に対応する電圧を正確に増幅できなくなる。したがって、正確に雨滴に関する情報が検知できない問題があった。なお、非検知区間における増幅回路７の出力端子には、周囲の光に対応する電圧のみ増幅されて出力されるのは言うまでもない。

ＡＣ増幅回路８は、その入力端子に増幅回路７の出力電圧が入力される。そして、ＡＣ増幅回路８は、増幅回路７の出力電圧のうち、例えばハイパスフィルターによって周囲の光に対応する電圧を取り除き、ＬＥＤ３から発光された光に対応する電圧のみを増幅し、その増幅した電圧を出力する。従来の雨滴検知装置では、例えば、ＬＥＤ３で発光し、その反射光をＰＤ４で受光したにもかかわらず、ＡＣ増幅回路７の出力電圧がゼロとなることもあった。なぜなら、周囲の光が強い場合に、増幅回路６で出力した時点で、ＬＥＤ３に対応する電圧が全て飽和電圧に達してしまうことがあるからである。

オペアンプ６は、増幅回路７に入力される電圧をモニターするとともに、その電圧に応じた電圧を出力する。具体的には、オペアンプ６の非反転入力端子は、増幅回路７の入力端子と接続されており、反転入力端子は、電圧源１４に接続されている。この電圧源１４は、検知区間において、増幅回路７に入力される電圧が、増幅回路７の増幅可能な閾値電圧以下の電圧となるような電圧を生じる。また、オペアンプ６の出力端子は、スイッチング素子１０に接続されている。

コンデンサ１５は、スイッチング素子１０が導通されている場合に、オペアンプ６の出力電圧が充電される。そのため、コンデンサ１５は、オペアンプ６の出力電圧が充電できるような容量を有している。なお、あまりに大きな容量のコンデンサ１５を用いると、周囲の光の量が頻繁に変化する状況においては、迅速に充放電できず、オペアンプ６の出力電圧を迅速に充電することができなくなる。

トランジスタ１２は、増幅回路７に入力される電圧が基準電圧よりも大きくなった場合に、増幅回路７に入力される電圧を基準電圧に下げるために、受光電流の一部を流すためのものである。トランジスタ１２のベース端子は、スイッチング素子１０を介してオペアンプ６の出力端子と接続されており、コレクタ端子はＰＤ４と抵抗素子１３の間に接続されており、エミッタ端子はグランド線に接続されている。なお、トランジスタ１２はＮＰＮバイポーラトランジスタを用いている。したがって、ベース−エミッタ間電圧が正のときにトランジスタ１２に電流が流れる。したがって、スイッチング素子１０が導通しているときは、オペアンプ６の出力電圧が正、つまり増幅回路６に入力される電圧が基準電圧よりも大きいときに、トランジスタ１２は駆動される。その結果、受光電流の一部がトランジスタ１２に流れ込む。また、スイッチング素子１０が開放されているときは、コンデンサ１５に充電されている電圧によって、トランジスタ１２は駆動される。その結果、トランジスタ１２には、スイッチング素子１０が導通されていたときに流れていた電流と同じ電流が流れる。つまり、スイッチング素子１０の導通、開放の前後で、トランジスタ１２に流れる電流は同じとなる。但し、コンデンサ１５に充電されている電圧によって、トランジスタ１２が駆動されているときにおいて、コンデンサ１５に充電されている電圧は放電することから、厳密に言えば、スイッチング素子１０の導通、開放の前後で、トランジスタ１２に流れる電流は同じと言えない。しかし、通常、検知区間は短時間であるので、コンデンサ１５の充電に伴うトランジスタ１２に流れる電流値の変化は非常に小さいと言える。

次に、この電気回路の動作を図３のタイムチャートを用いて、非検知区間と検知区間とに分けて説明する。なお、図３のタイムチャートには、周辺光が無しの場合と、周辺光が弱い場合と、周辺光が強い場合について示してある。なお、説明の便宜上、周辺光が無しの場合とは、非検知区間において受光電流がゼロの場合を言い、周辺光が弱い場合とは、非検知区間において受光電流が３ｍＡより小さい場合を言い、周辺光が強い場合とは、非検知区間において受光電流が３ｍＡより大きい場合を言うものとする。また、電圧源１４は３Ｖの電圧を生じるものとし、抵抗素子１３は１ｋΩ、増幅回路７が増幅可能な閾値電圧を４Ｖとする。

先ず、非検知区間（発光電流＝０）において、各周辺光に対して、受光電流の大きさ（図３（ｂ））、各端子Ａ〜Ｄの電位（図３（ｃ）〜（ｆ））、ＡＣ増幅回路８の出力電圧（図３（ｇ））の状態を説明する。なお、図３（ａ）は、発光電流の状態を示したタイムチャートである。

同図（ｂ）に示すように、周辺光が強くなるほどＰＤ４にて生じる受光電流は大きくなる。また同図（ｃ）に示すように、非検知区間では、端子Ａ（スイッチング素子１０の入力端子）に正信号が送信され続け、その結果スイッチング素子１０が導通状態となっている。これは、増幅回路６に入力される電圧が基準電圧よりも大きくなった場合に、オペアンプ６から出力される正の電圧をコンデンサ１５に充電するためである。

同図（ｄ）に示すように、端子Ｂの電位（オペアンプ６の出力電圧又はコンデンサ１５に充電されている電圧）は、周辺光無し、周辺光弱の場合には、負又はゼロとなる。これは、受光電流が３ｍＡより小さい場合には、増幅回路７に入力される電圧は３Ｖより小さくなり（抵抗素子１３が１ｋΩであるため）、オペアンプ６の出力電圧は負又はゼロとなるためである。これに対し、周辺光強の場合には、増幅回路７に入力される電圧は３Ｖより大きくなり、オペアンプ６の出力電圧が正となる。トランジスタ１２は、この端子Ｂの電位に従って、駆動されたりされなかったりする。

また、同図（ｅ）に示すように、端子Ｃの電位は、周辺光が強くなるにしたがって、大きくなる。但し、周辺光強の場合（受光電流＞３ｍＡ）は、上述したように端子Ｂの電位が正であるので、トランジスタ１２が駆動し、端子Ｃが３Ｖになるように受光電流のうちの一部がトランジスタ１２に流れ込む。例えば、受光電流が１０ｍＡとすると、７ｍＡがトランジスタ１２に流れることになる（抵抗素子１３＝１ｋΩのため）。つまり、周辺光強の場合は、受光電流の大きさにかかわらず、端子Ｃの電位が３Ｖに制御されることになる。一方、周辺光弱の場合は、トランジスタ１２は駆動されないので、純粋に受光電流を抵抗素子１３で変換した電圧が端子Ｃに出力される。

その結果、同図（ｆ）に示すように、端子Ｄの電位（増幅回路７の出力電圧）も、周辺光が強くなるにしたがって大きくなる。この場合も、周辺光強の場合（受光電流＞３ｍＡ）には、受光電流の大きさにかかわらず、増幅回路７が飽和したときの出力電圧以下の一定電圧となる。

なお、非検知区間では、ＬＥＤ３から発光されていないので、反射光がない。したがって、同図（ｇ）に示すように、ＡＣ増幅回路８の出力電圧はゼロとなる。

次に検知区間（発光電流≠０）において、各周辺光に対して、受光電流の大きさ（図３（ｂ））、各端子Ａ〜Ｄに電位（図３（ｃ）〜（ｆ））、ＡＣ増幅回路８の出力電圧（図３（ｇ））の状態を説明する。なお、ＬＥＤ３が発光する直前の受光電流の大きさ、端子Ａ〜Ｄの電位、ＡＣ増幅回路８の出力電圧は、図３に示す状態になっているとする。

同図（ａ）に示すように、ある一定の発光電流が流れると、ＬＥＤ３が発光した光がフロントウィンドウで反射されて、ＰＤ４はその反射光を受光する。その結果、同図（ｂ）に示すように、受光電流は、周辺光による電流とＬＥＤ３が発光した光に対応する電流とを足し合わせた値になる。

また、同図（ｃ）に示すように、検知区間においては、ＣＰＵ９は、端子Ａに負又はゼロの信号を送信して、スイッチング素子１０を開放させる。したがって、トランジスタ１２は、オペアンプ６の出力端子から切断されることになる。しかし、この場合であっても、コンデンサ１５には、スイッチング素子１０が開放される直前のオペアンプ６の出力電圧が充電されている。したがって、トランジスタ１２は、この充電電圧によって引き続き駆動され、スイッチング素子１０が開放される直前に自身に流れていた電流が保持されることになる。よって、同図（ｄ）に示すように、端子Ｂの電圧は、検知区間と非検知区間とで変化しないことになる。なお、周辺光がゼロ又は弱いときには、コンデンサ１５には電圧が充電されていないので、トランジスタ１２は駆動されない。

なお、検知区間においてスイッチング素子１０を開放しているのは、開放しないと周辺光強の場合には、増幅回路７に入力される電圧が基準電圧に制御されてしまい、非検知区間と検知区間とで、増幅回路７に入力される電圧が変化しないためである。つまり、ＬＥＤ３に対応する電圧を検知できなくなるためである。

同図（ｅ）に示すように、端子Ｃの電位は、非検知区間における電位に、ＬＥＤ３に対応する電位を足し合わせた電位となる。非検知区間の説明で述べたように、周辺光強の場合（受光電流＞３ｍＡ）は、受光電流の大きさにかかわらず、増幅回路７の増幅可能な閾値電圧以下の電圧となる。例えば、雨滴が無い状態におけるＬＥＤ３に対応する受光電流が、１ｍＡとすると、雨滴がある状態におけるそれは１ｍＡより以下となる。このため、周辺光強に対する端子Ｃの電位は、増幅回路７が増幅可能な閾値電圧（４V）以下となる（抵抗素子が１ｋΩのため）。

したがって、同図（ｆ）に示すように、端子Ｄの電位（増幅回路６の出力電圧）は、増幅回路の飽和電圧に達することがない。このため、同図（ｇ）に示すように、ＡＣ増幅回路８の出力端子には、周辺光強の場合であっても、周辺光無し、周辺光弱と同様に、ＬＥＤ３の発光に対応する電圧が出力される。これにより、ＣＰＵ９は、周辺光強の場合であっても、雨滴の有無及び雨滴量を検知することができる。

その後ＣＰＵ９は、図示しないワイパ制御装置に、ワイパを駆動させたり、その間欠時間や駆動する速さを指示する信号を送信する。

以上、本実施形態の雨滴検知装置１００は、増幅回路７に入力される電圧が基準電圧より小さい場合には、従来のように受光電流をそのまま電圧に変換して増幅回路７で増幅する。これに対し、周囲の光が強くなることにより受光電流が大きくなって、増幅回路７に入力される電圧が基準電圧より大きくなった場合は、増幅回路７に入力される電圧が基準電圧になるように制御される。この際、増幅回路７に入力される電圧を基準電圧に制御するために、受光電流のうち一部をトランジスタ１２に流し込んでいる。

そして、雨滴に関する情報を検知する際には、スイッチング素子１０を開放して、増幅回路７に入力される電圧のフィードバック制御を解く。この際コンデンサ１５に充電されている電圧により、トランジスタ１２に流れる電流が、スイッチング素子１０を開放する前後で同じ値となる。その結果、増幅回路７に入力される電圧は、検知区間の直前における増幅電圧が基準電圧に制御されている場合には、基準電圧とＬＥＤ３の発光に対応する電圧との足し合わせた値になる。なお、検知区間において、増幅回路７に入力される電圧が、増幅回路７が増幅可能な閾値電圧以下に基準電圧は設定されている。これにより、周辺光が強い場合であっても、増幅回路７の出力が飽和することなく雨滴に関する情報を検知することができる。

また、増幅回路７に入力される電圧を基準電圧に制御するために、受光電流のうち一部をトランジスタ１２に流し込んでいる。これに対し、増幅回路７に入力される電圧を電圧によって制御すると、電源電圧の制約を受けてしまい、受光電流が大きくなった場合には正確に雨滴に関する情報を検知することができない。換言すれば、受光電流のうち一部をトランジスタ１２に流し込んで、増幅回路７に入力される電圧を基準電圧に制御すると、受光電流の許容範囲を大きくとることができる。

また、特許文献４のように周囲の光を抑えるために特殊光学フィルタを用いていないので、コストアップ、大型化を抑えることができる。

なお、本発明に係る雨滴検知装置は、上記実施形態に限定されるわけではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々変形してもよい。例えば、上記実施形態では、非検知区間においては常にスイッチング素子１０を導通させている。これは、増幅回路７に入力される電圧が基準電圧以上となった場合に、オペアンプ６の出力電圧をコンデンサ１５に充電するためである。このことから、雨滴に関する情報を検知する一定時間前からスイッチング素子１０を導通させるようにしてもよい。つまり、それまではスイッチング素子１０を開放しておく。

また、周辺光が小さい場合は、検知区間と同様に非検知区間の場合も、スイッチング素子１０を常に開放させてもよい。なお、この場合、従来の雨滴検知装置と同様の構成になる。

（変形例）
上記実施形態では、検知区間において、コンデンサ１５に電圧が充電されている場合は、その電圧によって、トランジスタ１２は駆動され、ＬＥＤ３を発光する前後でトランジスタ１２に流れる電流が変化しないようにしていた。

しかし、コンデンサ１５の放電が速いと、トランジスタ１２に流れる電流が、ＬＥＤ３を発光する前後で変化してしまう可能性もある。そこで、図４に示すように、コンデンサ１５と、トランジスタ１２の間にオペアンプ１６を挿入する。具体的には、オペアンプ１６の非反転入力端子に、コンデンサ１５に充電されている電圧が入力されるように接続し、反転入力端子には、トランジスタ１２のエミッタ端子側に接続する。また、オペアンプ１６の基準電圧を決めるための抵抗素子１７をトランジスタ１２のエミッタ端子側に接続する。これにより、コンデンサ１５の放電を鈍くすることができると考えられる。よって上記問題点を防ぐことができる。

但し、抵抗素子１７をトランジスタ１２に接続することにより、トランジスタ１２に流れる電流値が制限されることになる。その結果、受光電流の許容範囲が上記実施形態に比べて小さくなると考えられる。

なお、図４において、上記実施形態と同一の働きをするものには、図２に示す符号と同一の符号を付している。

雨滴検知装置１００の断面と、雨滴検知装置１００をフロントウィンドウに取り付けた状態を示した図である。 本実施形態における雨滴検知装置１００の全体構成を示す概略図である。 発光電流、受光電流、端子Ａ〜Ｄの電位、ＡＣ増幅回路の出力電圧に対するタイムチャートである。 変形例における雨滴検知装置２００の全体構成を示す概略図である。 従来の雨滴検知装置の全体構成を示す概略図である。

符号の説明

１００、２００ 雨滴検知装置、３ ＬＥＤ、４ ＰＤ、６ オペアンプ、７ 増幅回路、８ ＡＣ増幅回路、９ ＣＰＵ、１２ バイパス用トランジスタ、１３ 抵抗素子、１４ 電圧源、１５ コンデンサ、１６ オペアンプ、１７ 抵抗素子

Claims (7)

1. 表面に雨滴が付着する光透過部材の裏面側から表面側に向けて光を発する発光素子と、
   前記発光素子に発光を指示する発光指示部と、
   前記発光素子が発した光の内、前記光透過部材の表面において当該光透過部材の裏面側に向かって反射する反射光を受光して、その受光量に応じた電流を発生する受光素子と、
   前記受光素子と直列に接続され、前記受光素子によって発生された電流に応じた電圧を発生する第１の抵抗素子と、
   増幅可能な電圧が所定電圧に制限されたものであって、前記第１の抵抗素子によって発生された電圧を入力して増幅する第１の増幅回路と、
   前記第１の増幅回路で増幅された電圧の内、前記発光素子からの光の前記光透過部材表面での反射光の受光に基づく電圧を取り出して、その電圧を増幅する第２の増幅回路と、
   前記第２の増幅回路の増幅電圧に基づき、雨滴に関する情報を検知する雨滴検知手段とを備えた雨滴検知装置において、
   前記第１の増幅回路への入力電圧と、所定の基準電圧との差に対応した電圧信号を出力する出力回路と、
   前記第１の抵抗素子と並列に接続され、前記出力回路が出力する電圧信号に応じた電流を、前記第１の抵抗素子をバイパスするように流すことによって、前記第１の増幅回路の入力電圧を前記基準電圧に対応した電圧に制限する電流制御素子と、
   前記出力回路が出力する電圧信号を保持する保持回路と、
   前記発光素子が発光している間、前記保持回路に保持された電圧信号によって前記電流制御素子を駆動するように、前記出力回路と前記保持回路との接続を遮断する遮断回路とを備えたことを特徴とする雨滴検知装置。
2. 前記出力回路は、非反転入力端子と反転入力端子の一方が前記第１の増幅回路の入力端子と接続され、他方が前記基準電圧を生じさせる電圧源と接続され、出力端子が前記電流制御素子と接続されたオペアンプから構成されていることを特徴とする請求項１に記載の雨滴検知装置。
3. 前記電流制御素子は、前記第１の増幅回路に入力される電圧が前記基準電圧より小さい場合は、前記電流のバイパスを停止することを特徴とする請求項１又は２に記載の雨滴検知装置。
4. 前記電流制御素子は、トランジスタであり、当該トランジスタのベース端子に、前記出力回路及び前記保持回路が接続されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の雨滴検知装置。
5. 前記遮断回路は、導通／遮断をするスイッチング素子と、当該スイッチング素子に導通又は遮断するように指示をするスイッチング指示部とを備え、前記スイッチング素子が前記出力回路と前記保持回路との間に接続されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の雨滴検知装置。
6. 前記保持回路は、コンデンサであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の雨滴検知装置。
7. 前記遮断回路は、前記電流制御素子に接続された第２の抵抗素子と、
   ２つの入力端子のうち一方に前記第２の抵抗素子の端子電圧が入力され、他方に前記保持回路に保持された電圧が入力されるように接続され、かつ、出力端子が前記電流制御素子に流れる電流を制御する端子と接続されているオペアンプとを備え、
   前記遮断回路によって、前記出力回路と前記保持回路との接続が遮断された場合、前記保持回路に保持されている電圧信号の放電を鈍感にしたことを特徴とする請求項１に記載の雨滴検知装置。

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