JP2009025274A - 雨滴量検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
ワイパ拭払いを雨滴量に応じて間歇制御するため、フロントガラス面上に付着した雨滴量を太陽光などの外来光の影響を抑止し、的確に検出し、運転者視野を阻害せず小型低廉にできる雨滴量測定装置。
【解決手段】
運転者視野を妨害しない位置のフロントガラス5の車内面上部に、発光素子21と投光用プリズム22からなる投光部２および受光素子31と受光用プリズム32とからなる受光部3とを水平方向（横方向）に配列して、縦寸法を短くし雨滴量検出装置１を装着し、また外来光の影響を減少するため、前記受光用プリズム32の形状を太陽光などの外来光が透過しにくい角度に形成し、前記発光素子21の発光のみを前記受光素子31が受光するようにして前記外来光を抑止し、更に外来光補正用発光素子33を前記受光用プリズム32面に設置して前記受光素子32において前記外来光影響を除去し、フロントガラス5に付着した雨滴により散乱し減衰する投射光量を正確に検出する。
【選択図】図５

Description

本発明は車両フロントガラスの車内面に装着し、フロントガラスの車外面に付着した雨滴量を太陽光などの外来光に影響されず的確に検出してワイパ間歇駆動を制御し、かつ運転者視野を阻害しない形状で簡易な回路構成で小型軽量な光学式の雨滴量検出装置に関する。

従来の光学式雨滴量検出装置７は、図１に示すように発光部２と受光部３とで構成し、前記発光部２は発光ダイオード（ＬＥＤ）などの発光素子とこの発光ビームをフロントガラス５に投光する投光用プリズムからなり、前記受光部は前記フロントガラス５内を通って来る前記発光ビームを集光する受光用プリズムと前記受光用プリズムから受光するホトダイオード（ＰＤ）などの受光素子からなる。前記検出装置では、前記発光部と前記受光部とを前記フロントガラス５の車内面に一定間隔で配置して導光経路４を形成し、前記フロントガラス５の車外面に付着した雨滴により前記導光経路４で起こる光散乱で発生する前記光ビームの減衰量を受光部３で検出し、前記減衰量から付着雨滴量を算出し、フロントガラス５上のワイパ駆動を制御している。

従来の光学式雨滴量検出装置７は雨滴検出がしやすくかつ車両の上前方の方向から来る太陽光などの外来光の影響を小さくするため、図１のように、前記フロントガラス５のワイパ作動範囲の最上部に当たる車内側位置に、前記発光部１と前記受光部２とを上下方向に一定間隔で配置し前記導光経路３を縦方向に形成している。このような縦配置方法では前記検出装置形状が縦方向に大きくなるため、運転者視界を阻害する欠点が生じている。

また光学式雨滴量検出方法では、図３(ａ）のように発光部２の前記発光素子を高速の矩形波時系列電圧で駆動し、図３(ｂ)のように発光させ前記投光用プリズムで集光した矩形波時系列の光ビームを前記フロンガラス５に投光する。受光部３では前記導光経路４で付着雨滴による散乱で減衰された前記光ビームを前記受光用プリズムで集光して前記受光素子に受光させ、図３(ｃ）のような矩形波時系列出力信号を得る。前記出力信号の振幅レベルは、図３(ａ)の前記発光素子が発光せず受光が無い区間ｆでは電源電圧Vccに近くなり、前記発光素子が発光し受光した区間ｎでは受光量に応じて出力振幅レベルが低下する矩形波波形になる。前記光ビームの減衰量は前記雨滴付着量に対応して変動するから、前記出力振幅レベルの変動量から前記付着雨滴量が算出できる。図３(ｃ）の前記受光素子出力の矩形波発振数に比べて極めて変動の低い外来光受光信号をフィルタで分離し、前記受光素子出力を検出し前記付着雨滴による減衰量を算出する回路構成にしているため、検出回路素子が増加し検出回路を簡易に構成できず、検出装置形状も大きくなるなどの欠点があった。

従来の検出装置７では図1に示したように前記導光経路をフロントガラス上下方向に形成する構成にしているため、前記検出装置７の縦寸法が大きくなり運転者視界を阻害する欠点がある。
本発明では図２に示すように、前記発光部２と前記受光部３とを前記フロントガラス５の車内面上部に横方向に設置する構成とし、前記導光経路４を横方向に形成している。これにより前記検出装置１の縦寸法を短くでき、運転者視界を阻害することがなくなる。前記導光経路４を横方向にとると、前記受光部３では車両上前方向から照射される前記外来光を受けやすくなり受光量が増加するため、前記外来光の受光阻止手法や出力補正処理が必要になる。

これらの課題を解決する本発明の方法を説明する。
（１）請求項１に記載している雨滴量検出装置では、図２に示すように前記発光部２と前記受光部３とをワイパ作動範囲の最上点位置になるフロントガラス５の車内側に横方向に一定間隔で対向して接着設置し、前記導光経路４を水平方向に形成する。これにより前記雨滴量検出装置１の縦寸法を小さくでき、運転者視界を阻害することはなくなる。

反面、このように前記導光経路を水平方向に形成すると、前記外来光の受光量が増大するため、外来光受光を抑止する必要がある。
（２）本発明は請求項２に記載した外来光を防止する雨滴量検出装置として図４に示す構成にしており、図４に示すような形状のプリズム構成を用いることにより、前記付着雨滴量検出信号と前記外来光受光信号とを分離するフィルタ回路を使用する必要がないようにし、検出回路構成の簡易化と前記検出装置の小型軽量化と低廉化をはかっている。図４に示すように、発光部２の発光素子21から投光用プリズム22を介して図３(ｂ)に示す矩形波時系列の光ビームをフロントガラス５に投射する。受光部３まで到達する前記フロントガラス５の内部で導光経路３における反射回数を最大にして雨滴量検出精度を高めるため、前記フロントガラス５への投光入射角度が45度から55度の範囲になるように前記投射用プリズム22の形状を形成する。

受光部３の受光用プリズム32は、図４に示すように外来光の受光が最小になるように、プリズム放出角度を65度から75度の範囲に形成し、このプリズム面に接して受光素子31を設置する。このようなプリズム構成により前記受光素子31における外来光受光量を減少でき、前記発光部２からの前記投射光ビーム受光量比率が増大するため、分離用のフィルタを用いなくても付着雨滴量の検出精度を向上することができる。

（３）前記受光用プリズム32の形状だけでは防止できない外来光に対しては、本発明は請求項３に記載した外来光を補正する雨滴量検出装置としており、図５に示す補正方法の構成にしている。図５は図４と同様のプリズム構成であるが、図５に示すように前記受光用素子31と前記受光用プリズム32を挟む面に外来光補正用発光素子33を設置し前記受光素子31に投光する。

この構成による外来光補正動作を図６を用いて説明する。外来光が無い場合には前記受光素子31の出力は図６(b)のように変動のない矩形波時系列信号になっているが、図６(ｃ)のように照度が変動する外来光を受光すると図６(ｄ)のように前記光ビーム受光量に前記外来光受光量が重畳され、振幅レベルが変動した矩形波時系列信号になって出力されてしまう。なお前記光ビーム矩形波時系列の発振周波数を前記外来光の照度変動に比べて極めて高速に設定するので、図６では前記外来光照度変動を直線で示している。

このような前記外来光に起因する振幅レベル変動を打消す補正処理は次のように行う。図６(ａ)で前記発光素子21が発光しない区間ｎでは図６(ｄ）の前記受光素子32の振幅レベルは前記外来光受光量であるから、区間ｎで前記受光素子32の振幅レベルを記憶保持し次の区間ｆで前記補正用発光素子33を駆動し図６(e)に示す光度の光ビームを生成し、前記受光用プリズム32を介して前記受光素子31に投射する。このときの前記光ビーム光度は図６(ｃ)に示した前記外来光の照度と反比例した強さになっているから、前記受光素子33の出力は図６(ｆ)に示すように前記外来光による振幅変動が打消されるように補正された矩形波時系列信号になる。このような補正処理で前記外来光に起因するレベル変動を消去した矩形波時系列信号が得られ前記付着雨滴量を的確に算出できるようになる。

（４）車両走行方向変化によって前記フロントガラスへの前記外来光照射方向が変化することにより、前記補正方法では前記検出レベル変動が補正できない場合は、本発明は請求項４に記載した雨滴量検出装置としており図７に示す構成としている。図7では、図5に示した検出装置１の発光部２と受光部３とをそれぞれ左右対称に配置した検出装置11と検出装置12の２個の検出装置を並べて設置し、両者の前記レベル変動量を比較し変動量の少ないほうの検出装置出力を切替器６で選択する構成とし、前記外来光の照射方向変化の影響を抑止する。

本発明により運転者視野を阻害せず、簡易な回路構成で外来光の影響を抑止して付着雨滴量を的確に検出できる小型軽量で安価な光学式雨滴検出装置が得られる。

本発明の実施例を説明する。

図８のブロック図に図５で説明した光学式雨滴量検出装置の構成を示す。
前記検出装置１のすべての演算制御処理は図８のＣＰＵ11(演算処理装置LSI）で行っており、必要な電力は車両搭載の電池から供給するものとする。図８の構成図と図９のフローチャート図を用いて前記検出装置１の制御手順を示す。
前記検出装置１が起動し制御がスタートすると、初期設定で最大値Ｌとこれの2/3に基準値Ｈを設定する。次に発光素子21(以下ＬＥＤ21と記す）が駆動ONで発光区間ｎか駆動OFFで非発光区間ｆかを判定しそれぞれ次の該当する区間の処理に入る。

（１）前記ＬＥＤ21が発光していない区間fにはいると以下の処理を行う。受光素子31(以下ＰＤ31と記す）の出力振幅をＡＤ変換器35（以下ＡＤＣ35と記す）でデジタル値Ｐに変換し既に設定している基準値Ｈより大きいときは発光素子33(以下ＬＥＤ33と記す）を駆動電圧値Ｖで発光させ受光用プリズム32を介してＰＤ31に受光させ前記標準値Ｈに前記Ｐ1を近づける。前期振幅デジタル値Ｐの平均値Ｍ1を算出しこの時の前記駆動電圧値Ｖと共に前記メモリ12内に格納する。

(２）前記ＬＥＤ21が発光区間ｎに入ると次の処理を行う。
この区間中では発光終了時点か否かを判定し、終了時点でないときは次の処理を行う。前記平均値Ｍ1と前記基準値Ｈを比較し、前記Ｍ1と同値の時は前記補正用ＬＥＤ33の前記駆動電圧Ｖを保持発光する。この状態で（１）と同様に前記ＰＤ31の前記出力デジタル値Ｐを得てこれの平均値Ｍ2を算出し前記メモリ12内に記憶格納する。

前記ＬＥＤ21が発光終了時点になったときは、前記平均値Ｍ2と前記最大値Ｌとを比較し前記平均値Ｍ2が前記最大値Ｌより小さいときは最大値Ｌを前記平均値Ｍ2と同値に設定し、（１）に述べた処理に入る。
前記平均値Ｍ2が前記最大値Ｌより大きい場合は雨滴があると判定しワイパ拭払い動作指示をワイパ駆動部に送信し、（１）に述べた処理に移る。

本発明は運転者の視野を妨げず、外来光の影響を無くし確実に装着雨滴量を検出する方法を提供し、構成部品が少なく構成し小型軽量で廉価な雨滴検出装置の実現に寄与するものであり、雨天時にワイパ間歇動作切換えを運転者手動による煩雑さを無くしたワイパ自動制御装置に適用できる。

従来の雨滴検出路 本発明の雨滴検出路 発光信号と受光信号波形図 雨滴量検出装置 外来光補正付き検出装置 外来光補正処理 検出切換え装置 雨滴検出装置ブロック図 雨滴検出処理フロー図

符号の説明

1 検出装置
11 ＣＰＵ（演算処理部）
12 内蔵メモリ部
２ 発光部
21 発光素子（ＬＥＤ）
22 投光用プリズム
23 駆動回路
３ 受光部
31 受光素子（ＰＤ）
32 受光用プリズム
33 補正用発光素子（ＬＥＤ）
34 受光回路
35 ＡＤ変換器
36 駆動回路
４ 導光経路
５ フロントガラス
６ 切換え

Claims (4)

1. 車両フロントガラスのワイパ拭払い最上部位置の車内面に発光素子と投射用プリズムからなる発光部および受光用プリズムと受光素子とからなる受光部とを水平方向(横方向）に一定間隔で対向装着し、前記発光部と前記受光部の間で前記フロントガラス内に導光経路を水平方向(横方向）に形成し、前記発光素子をパルス状電圧で駆動してパルス発光させて光ビームを生成し、前記導光経路での反射回数を最大にする入射角度を持つ前記投射用プリズムを介して前記フロントガラスに前記光ビームを投射し、前記フロントガラス車外面に付着した雨滴により散乱して減衰して来る前記光ビームを前記受光用プリズムを介して前記受光素子で受光し、前記光ビームの減衰量を検出して前記フロントガラスに付着した雨滴量を算出する運転者視野を妨害しないように縦寸法を短くした雨滴量検出装置。
2. 水平方向に設置されるため、前記受光素子で増大する前記外来光受光量により正確な雨滴量の検出が妨害されないように、前記受光部の前記受光用プリズムを前記外来光が入光しにくい受光角度にプリズム面を形成して前記外来光の影響を抑止し、付着雨滴により減衰してくる前記ビーム光と前記外来光との分離用フィルタ使用しなくとも付着雨滴量を的確に検出できるようにし、簡易な回路構成により小型で低廉にできる請求項１に記載の雨滴量検出装置。
3. 前記受光用プリズムだけでは抑止できない前記外来光受光の影響を補正するため、前記受光部において前記受光素子の設置面とは反対側の前記受光用プリズム面に接して外来光補正用発光素子を設置し、前記発光素子が発光していない区間で前記受光素子の出力振幅値を前記外来光の受光量として検出記憶し、前記発光素子の次の発光区間で前記記憶量に応じた強度で前記外来光補正用発光素子を発光させ、前記受光素子に受光させることで、前記外来光の受光量に応じた出力信号補正を行い、外来光分離用フィルタを使用せずに前記外来光の影響を補正した信号を生成し、前記付着雨滴量を的確に検出できるようにした請求項２に記載の雨滴量検出装置。
4. 前記雨滴量検出装置の前記発光部と前記受光部の組合せをそれぞれ左右反対に２組設置し、前記外来光の照射方向に対応して前記外来光の影響の少ないほうの組合せに切換えて、前記外来光の影響を補正し前記付着雨滴量を的確に検出できるようにした請求項３に記載の雨滴量検出装置。
   
   

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