JP2018017546A

JP2018017546A - レインセンサ

Info

Publication number: JP2018017546A
Application number: JP2016146362A
Authority: JP
Inventors: 彩奈島崎; Ayana Shimazaki
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2016-07-26
Filing date: 2016-07-26
Publication date: 2018-02-01

Abstract

【課題】検出性能の低下を抑制しつつ、受光素子への不要光の入射を抑制することができるレインセンサを提供する。【解決手段】発光素子１１０は、ウィンドシールド２００の内面２２０側に配置されると共に、当該内面２２０側に向かって発光する。受光素子１２０は、ウィンドシールド２００の内面２２０側に配置されると共に、ウィンドシールド２００の外面２１０で反射した光を受光する。レンズ１４０は、発光素子１１０から照射された光をウィンドシールド２００に導くと共にウィンドシールド２００の外面２１０で反射した光を受光素子１２０に導くレンズ面としての各面１４２〜１４６を有する。レンズ１４０は、当該レンズ１４０の表面１４１のうちレンズ面１４２〜１４６とは異なる部分の少なくとも一部に、各面１４２〜１４６を反射または透過する光以外の不要光を吸収する吸収面１４７を有している。【選択図】図２

Description

本発明は、ウィンドシールドに雨滴が付着したことを検出するレインセンサに関する。

従来より、車両のウィンドシールドに付着した雨滴を検出する雨滴検出装置が、例えば特許文献１で提案されている。具体的には、ウィンドシールド側に向かって発光する発光素子、ウィンドシールドで反射した光を受光する受光素子、及び発光素子の測定光を受光素子に導く光路を形成するレンズと、を備えた構成が提案されている。レンズは、発光素子から照射された光をウィンドシールドに導くと共に、ウィンドシールドで反射した光を受光素子に導くように形成されている。

特開２０１６−４４９９７号公報

しかしながら、上記従来の技術では、外光等の光が、レンズのうち測定光の光路を形成する面とは異なる面で反射することにより、不要光として受光素子に入射してしまう。このため、雨滴検出装置の検出性能が低下してしまうという問題がある。

ここで、レンズのうち遮光が必要な部分に遮光性を有する別部品を組み合わせることで受光素子への不要光を遮断することが考えられる。しかし、別部品の厚みによって測定光の光路が阻害されてしまう。このため、雨滴検出装置の検出性能が低下してしまう。したがって、別部品を組み合わせることはできない。

本発明は上記点に鑑み、検出性能の低下を抑制しつつ、受光素子への不要光の入射を抑制することができるレインセンサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、内面（２２０）及び外面（２１０）を有するウィンドシールド（２００）の外面に付着する雨滴を検出するレインセンサであって、ウィンドシールドの内面側に配置されると共に、当該内面側に向かって発光する発光素子（１１０）と、ウィンドシールドの内面側に配置されると共に、ウィンドシールドの外面で反射した光を受光する受光素子（１２０）と、発光素子から照射された光をウィンドシールドに導くと共にウィンドシールドの外面で反射した光を受光素子に導くレンズ面（１４２〜１４６）を有するレンズ（１４０）と、を備えている。

レンズは、当該レンズの表面（１４１）のうちレンズ面とは異なる部分の少なくとも一部に、レンズ面を反射または透過する光以外の不要光の反射または透過を抑制する抑制面（１４７、１５２、１５３、１５４）を有している。

これによると、不要光が抑制面によって受光素子に入射しにくくなる。また、レンズの表面の一部が抑制面になっているので、抑制面の厚みがレンズ面を反射または透過する光の光路を阻害しない。したがって、検出性能の低下を抑制しつつ、受光素子への不要光の入射を抑制することができる。

なお、この欄及び特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態に係るレインセンサの断面図である。測定光の光路及び不要光の光路を示したレインセンサの一部断面図である。第１実施形態に係る吸収面の変形例を示したレインセンサの一部断面図である。本発明の第２実施形態に係るレインセンサの一部断面図である。本発明の第３実施形態に係るレインセンサの一部断面図である。本発明の第４実施形態に係るレインセンサの一部断面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態に係るレインセンサは、車両のウィンドシールドに付着した雨滴を検出するものである。図１に示されるように、レインセンサ１００は、発光素子１１０、受光素子１２０、回路基板１３０、及びレンズ１４０を備えている。

発光素子１１０は、ウィンドシールド２００の外面２１０に付着した雨滴を検出するための測定光を照射する発光装置である。発光素子１１０は、ウィンドシールド２００の内面２２０側に配置されると共に、当該内面２２０側に向かって測定光を発光する。

発光素子１１０は、ウィンドシールド２００に向かって発光する発光ダイオード（ＬＥＤ）として構成されている。発光素子１１０は、例えば半導体チップに形成されている。なお、ウィンドシールド２００の外面２１０は車両の外側の面であり、内面２２０は車室内の面である。

受光素子１２０は、発光素子１１０の光を受光する受光装置である。受光素子１２０は、ウィンドシールド２００の内面２２０側に配置されると共に、ウィンドシールド２００の外面２１０で反射した発光素子１１０の光を受光する。受光素子１２０は、受光した光の強度を検出するフォトダイオード（ＰＤ）として構成されている。受光素子１２０は、例えば半導体チップに形成されている。

回路基板１３０は、一面１３１を有する板状の部品である。回路基板１３０は、例えばプリント基板である。回路基板１３０は、発光素子１１０、受光素子１２０、及びＩＣチップやコネクタ等の図示しない電子部品が一面１３１に実装されている。また、受光素子１２０は、回路基板１３０の一面１３１において、発光素子１１０に対して所定の距離だけ離されて実装されている。

さらに、回路基板１３０は、発光素子１１０を駆動する駆動回路や、受光素子１２０の検出結果を処理する処理回路を有している。駆動回路は、発光素子１１０を例えばＰＷＭ制御する。すなわち、駆動回路は、パルス信号によって発光素子１１０を点滅させる。もちろん、一定の電圧で発光素子１１０を駆動しても良い。処理回路は、受光素子１２０の信号を増幅処理等して外部装置に出力する。

レンズ１４０は、当該レンズ１４０の表面１４１の一部を構成する入射側凹面１４２、入射側反射面１４３、入射側レンズ面１４４、出射側レンズ面１４５、出射側反射面１４６、及び吸収面１４７を有している。このうち、入射側凹面１４２、入射側反射面１４３、入射側レンズ面１４４、出射側レンズ面１４５、及び出射側反射面１４６は、発光素子１１０から照射された光をウィンドシールド２００に導くと共にウィンドシールド２００の外面２１０で反射した光を受光素子１２０に導くレンズ面を構成している。レンズ１４０は、ガラス、ポリカーボネート、アクリル等の材料によって形成されている。

入射側凹面１４２は、発光素子１１０から照射された光のうち受光素子１２０側とは反対側に照射された光を、当該光の直進性を維持しつつ当該レンズ１４０の内部に導くレンズ面である。「光の直進性を維持しつつ」とは、入射側凹面１４２の「光を屈折させない」という機能を示している。入射側凹面１４２は、発光素子１１０から離れるように凹んだ形状であり、例えば球面形状や非球面形状に形成されている。

また、入射側凹面１４２は、入射側反射面１４３で反射した光と干渉しないようにレンズ１４０に設けられている。これにより、入射側反射面１４３で反射した光が入射側凹面１４２で干渉しないので、入射側反射面１４３で反射してウィンドシールド２００に達する光の強度の低下が抑制される。

入射側反射面１４３は、入射側凹面１４２を介してレンズ１４０の内部に導入された光を反射させるレンズ面である。また、入射側反射面１４３は、反射させた光が平行光になるようにコリメートしてウィンドシールド２００の外面２１０に導く。入射側反射面１４３は、鏡面加工されて光を全反射させる形状になっている。

入射側レンズ面１４４は、発光素子１１０から照射された光のうち受光素子１２０側（つまり入射側凹面１４２とは反対側）に照射された光をレンズ１４０の内部に導くレンズ面である。また、入射側レンズ面１４４は、レンズ１４０の内部に導入した光が平行光になるようにコリメートしてウィンドシールド２００の外面２１０に導く。

出射側レンズ面１４５は、ウィンドシールド２００の外面２１０で反射した光を透過させて受光素子１２０に導くレンズ面である。出射側レンズ面１４５は出射側反射面１４６よりも入射側レンズ面１４４側に位置している。

出射側反射面１４６は、ウィンドシールド２００の外面２１０で反射した光を反射させて受光素子１２０に導くレンズ面である。出射側レンズ面１４５は出射側レンズ面１４５よりも外側に位置している。

吸収面１４７は、レンズ１４０の表面１４１のうちレンズ面を構成する各面１４２〜１４６とは異なる部分の少なくとも一部に設けられ、これらの面１４２〜１４６を反射または透過する光以外の不要光の反射または透過を抑制するための抑制面である。本実施形態では、吸収面１４７は、不要光を吸収する役割を果たす。不要光は、主に、車室外から車室内に入ってくる光である。

吸収面１４７は、出射側レンズ面１４５と出射側反射面１４６との間に設けられている。また、吸収面１４７は、レンズ１４０の表面１４１のうち受光素子１２０と対向する位置に設けられている。これにより、吸収面１４７は受光素子１２０の近くに配置されるので、受光素子１２０に入射する可能性がある不要光を受光素子１２０の直前で吸収することができる。

吸収面１４７は、レンズ１４０の表面１４１の一部がレーザ等で焼入れ炭化されることで形成されている。具体的には、吸収面１４７には炭化層が形成されている。このような表面処理が施されていることにより、レンズ１４０の表面１４１のうちの吸収面１４７のみに遮光性を持たせることができる。炭化層は非常に薄いので、吸収面１４７が厚くなることはない。

一方、レンズ１４０の表面１４１のうち吸収面１４７に対応する部分に、金属膜の蒸着、黒い膜の形成、インクの塗布、塗装等の表面処理を施すことにより、不要光を吸収する機能を持たせても良い。

以上が、本実施形態に係るレインセンサ１００の構成である。発光素子１１０及び受光素子１２０が実装された回路基板１３０、レンズ１４０は図示しないカバーハウジングに収容されてパッケージ化されている。レンズ１４０は、ウィンドシールド２００との間で光の出し入れができるように、一部がカバーハウジングから露出している。

そして、図１に示されるように、レンズ１４０の一部がシート３００に押し付けられる。シート３００は、レインセンサ１００とウィンドシールド２００とに挟まれる部材であり、例えばシリコンシートが採用される。レンズ１４０に導入された測定光はこのシート３００を介してウィンドシールド２００に入射する。

次に、上記のレンズ１４０の内部における測定光の光路について説明する。図２に示されるように、測定光は、発光素子１１０から第１光路１４８及び第２光路１４９を経由して受光素子１２０で受光される。

第１光路１４８の光は、発光素子１１０から照射された測定光のうち受光素子１２０側とは反対側に照射された光が入射側凹面１４２からレンズ１４０の内部に進み、入射側反射面１４３で反射すると共にコリメートされてウィンドシールド２００の外面２１０に導かれる経路をたどる。また、第１光路１４８の光は、ウィンドシールド２００の外面２１０から出射側レンズ面１４５を介して受光素子１２０に集光される経路をたどる。

一方、第２光路１４９の光は、発光素子１１０から照射された測定光のうち受光素子１２０に照射された光が入射側レンズ面１４４からレンズ１４０の内部に進むと共にコリメートされてウィンドシールド２００の外面２１０に導かれる経路をたどる。また、第２光路１４９の光は、ウィンドシールド２００の外面２１０から出射側レンズ面１４５を介して受光素子１２０に集光される経路をたどる。

ここで、第１光路１４８をたどる測定光は、入射側反射面１４３によってウィンドシールド２００の外面２１０に対して４５°の角度にコリメートされる。また、第２光路１４９をたどる測定光は、入射側レンズ面１４４によってウィンドシールド２００の外面２１０に対して４５°の角度にコリメートされる。言い換えると、レンズ１４０は、各光路１４８、１４９の光がシート３００を介してウィンドシールド２００の外面２１０の雨滴検出面で全反射（臨界角以上）するように形成されていると言える。

上述のように、第１光路１４８及び第２光路１４９はレンズ１４０への入射の経路が異なるが、ウィンドシールド２００の外面２１０で反射した光はいずれも出射側レンズ面１４５または出射側反射面１４６によって受光素子１２０に集光される。

そして、レインセンサ１００は、ウィンドシールド２００の外面２１０に雨滴が付着していない状態での受光素子１２０の受光量を例えば１００％とし、この受光量に対する変化を雨滴として検出する。雨滴検出結果は、例えば、車両のワイパの自動制御に用いられる。

続いて、不要光の光路について説明する。車室外からレインセンサ１００に光が入射した際、入射角度によってレンズ１４０を通して受光素子１２０に不要光が入射する。不要光は、上記の各光路１４８、１４９以外からレンズ１４０に入射する。

図２に示されるように、不要光は、例えば第３光路１５０によって車室外からレンズ１４０に入射する。しかし、不要光は、吸収面１４７を透過することなく吸収面１４７に吸収される。つまり、吸収面１４７が不要光を遮光する。したがって、受光素子１２０側に進む不要光の量が低減すると共に、受光素子１２０に入射する不要光の量が低減する。このように、不要光が吸収面１４７によって受光素子１２０に入射しにくくなるので、受光素子１２０への不要光の入射を抑制することができる。

また、吸収面１４７は、レンズ１４０の表面１４１の一部であるので、吸収面１４７の厚みが第１光路１４８及び第２光路１４９の光を遮ることはない。すなわち、吸収面１４７がレンズ１４０の表面１４１のうち測定に必要な面１４２〜１４６以外の面すなわち不要な面に設けられているので、吸収面１４７が測定光を阻害することはない。したがって、レインセンサ１００の検出性能の低下を抑制することができる。

変形例として、図３に示されるように、レンズ１４０の表面１４１のうちレンズ１４０の端部１５１に対応する部分にも吸収面１４７が設けられていても良い。もちろん、図１〜図３に示された吸収面１４７の位置は一例であり、図示されていない他の位置に設けられていても良い。

なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、入射側凹面１４２、入射側反射面１４３、入射側レンズ面１４４、出射側レンズ面１４５、及び出射側反射面１４６が特許請求の範囲の「レンズ面」に対応する。また、吸収面１４７が特許請求の範囲の「抑制面」に対応する。

（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について説明する。図４に示されるように、レンズ１４０は、抑制面として反射面１５２を有している。反射面１５２は、不要光を受光素子１２０側とは異なる方向に反射させる役割を果たす。

例えば、レンズ１４０の表面１４１に微細な溝が平行に複数掘られていることにより、反射面１５２が構成されている。なお、鏡面加工等の他の加工によって反射面１５２が構成されていても良い。

このような構成によると、不要光は、反射面１５２を透過することなく受光素子１２０側とは異なる方向、例えばウィンドゥシールド２００側に反射する。したがって、第１実施形態と同様の効果が得られる。なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、反射面１５２が特許請求の範囲の「抑制面」に対応する。

（第３実施形態）
本実施形態では、第１、第２実施形態と異なる部分について説明する。図５に示されるように、レンズ１４０は、抑制面として散乱面１５３を有している。散乱面１５３は、レンズ１４０に入射する不要光を散乱させて受光素子１２０に入射しにくくする役割を果たす。

散乱面１５３は、レンズ１４０が形成された後にしぼ加工やブラスト加工等の加工によって形成される。レンズ１４０を樹脂成型によって形成する場合、金型のうち散乱面１５３に対応する部分に散乱面１５３を形成するための加工が施されていても良い。

このような構成によると、不要光は散乱面１５３を透過する際に散乱するので、受光素子１２０側に進む不要光の量が低減する。したがって、第１実施形態と同様の効果が得られる。なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、散乱面１５３が特許請求の範囲の「抑制面」に対応する。

（第４実施形態）
本実施形態では、第１〜第３実施形態と異なる部分について説明する。図６に示されるように、レンズ１４０は、抑制面として集光面１５４を有している。集光面１５４は、レンズ１４０に入射する不要光を受光素子１２０とは異なる位置に集光させる役割を果たす。集光面１５４は、凸レンズや凹レンズ等のレンズ面として構成されている。

ここで、様々な方向からレンズ１４０に入る不要光の全てを集光面１５４で集光することは難しい。そこで、反射面１５４は、レンズ１４０に対する特定の入射角度の範囲に不要光が入射した場合、不要光を受光素子１２０から外れた位置に集光するように設計されている。

このような構成によると、不要光は集光面１５４を透過する際に受光素子１２０から離れた位置に集光されるので、受光素子１２０への不要光の入射が阻止される。したがって、第１実施形態と同様の効果が得られる。なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、集光面１５４が特許請求の範囲の「抑制面」に対応する。

（他の実施形態）
上記各実施形態で示されたレインセンサ１００の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、レンズ１４０は上記各実施形態で示された形状に限られず、他の形状でも良い。

上記各実施形態で示された吸収面１４７、反射面１５２、散乱面１５３、及び集光面１５４を適宜組み合わせても良い。一つの例としては、受光素子１２０に近い位置に集光面１５４を設け、受光素子１２０から集光面１５４よりも遠い位置に散乱面１５３を設けても良い。これにより、受光素子１２０付近では受光素子１２０への不要光の入射を確実に阻止できると共に、受光素子１２０から遠い位置では不要光の量を予め低減することができる。

１１０発光素子
１２０受光素子
１４０レンズ
１４１表面
１４２〜１４６レンズ面
１４７吸収面
１５２反射面
１５３散乱面
１５４集光面

Claims

内面（２２０）及び外面（２１０）を有するウィンドシールド（２００）の前記外面に付着する雨滴を検出するレインセンサであって、
前記ウィンドシールドの前記内面側に配置されると共に、当該内面側に向かって発光する発光素子（１１０）と、
前記ウィンドシールドの前記内面側に配置されると共に、前記ウィンドシールドの前記外面で反射した光を受光する受光素子（１２０）と、
前記発光素子から照射された光を前記ウィンドシールドに導くと共に前記ウィンドシールドの前記外面で反射した光を前記受光素子に導くレンズ面（１４２〜１４６）を有するレンズ（１４０）と、
を備え、
前記レンズは、当該レンズの表面（１４１）のうち前記レンズ面とは異なる部分の少なくとも一部に、前記レンズ面を反射または透過する光以外の不要光の反射または透過を抑制する抑制面（１４７、１５２、１５３、１５４）を有しているレインセンサ。
前記抑制面は、前記レンズのうち前記受光素子と対向する位置に設けられている請求項１に記載のレインセンサ。
前記抑制面は、前記不要光を前記受光素子側とは異なる方向に反射させる反射面（１５２）として構成されている請求項１または２に記載のレインセンサ。
前記抑制面は、前記不要光を吸収する吸収面（１４７）として構成されている請求項１または２に記載のレインセンサ。
前記抑制面は、前記不要光を散乱させる散乱面（１５３）として構成されている請求項１または２に記載のレインセンサ。
前記抑制面は、前記不要光を前記受光素子とは異なる位置に集光させる集光面（１５４）として構成されている請求項１または２に記載のレインセンサ。