JP2018124122A - 雨滴検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】雨滴検出感度を均一化することにより、雨滴検出の安定性を向上させることができる雨滴検出装置を提供する。
【解決手段】レンズ140は、発光素子110から照射された光を内部に導くと共に平行光になるようにコリメートし、当該コリメートした光をウィンドシールド200の外面210に導く入射側レンズ面141を有する。そして、レンズ140は、入射側レンズ面141に、光の光路をずらす凸状の非レンズ面部143を有する。これにより、非レンズ面部143によって正規の光路がずらされ、測定光のうち光強度が高い範囲から測定光を間引くことができる。このため、光強度が高い範囲と周囲との光強度の差を小さくすることができ、雨滴検出感度を均一化することができる。したがって、雨滴検出の安定性を向上させることができる。
【選択図】図1
【解決手段】レンズ140は、発光素子110から照射された光を内部に導くと共に平行光になるようにコリメートし、当該コリメートした光をウィンドシールド200の外面210に導く入射側レンズ面141を有する。そして、レンズ140は、入射側レンズ面141に、光の光路をずらす凸状の非レンズ面部143を有する。これにより、非レンズ面部143によって正規の光路がずらされ、測定光のうち光強度が高い範囲から測定光を間引くことができる。このため、光強度が高い範囲と周囲との光強度の差を小さくすることができ、雨滴検出感度を均一化することができる。したがって、雨滴検出の安定性を向上させることができる。
【選択図】図1
Description
本発明は、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に関する。
従来より、発光素子からの光をウィンドシールドの内壁側から照射し、ウィンドシールドで反射した光を受光素子にて計測することによりウィンドシールドの外壁面のうち雨滴検出領域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。また、雨滴検出装置は、発光素子の光をウィンドシールドで全反射するように屈折させ、ウィンドシールドで全反射した光を受光素子に集光する光路を有するレンズを備えている。
しかしながら、上記従来の技術では、発光面に垂直な方向に進む光の出射強度が最も高く、発光面に対して傾斜する光の強度が弱くなるという発光素子の指向特性の影響により、雨滴検出領域に照射される光の領域に光強度が高い部分が発生してしまう。つまり、光の照射領域の一部とその周囲とで光強度の差が大きくなってしまう。このため、光強度の高い部分よりも弱い部分の検出感度が相対的に下がってしまう。
また、発光素子の光がレンズ面に垂直に入射する部分とレンズ面に傾斜して入射する部分とがあるので、レンズ面に傾斜して入射する部分では光が反射しやすくなり、レンズ面での光の反射成分が大きくなってしまう。レンズ面に傾斜して入射する光の角度が小さくなるほど、反射成分が大きくなってしまう。このため、レンズを通過する光の強度が不均一になってしまう。光がレンズ面から受光素子側に出射される場合も同様である。
発光素子とレンズ面との距離が変化することによっても、レンズ面に入射する光の単位面積当たりの光強度が変化してしまい、検出感度が変化してしまう。
さらに、受光面に垂直な方向に入射する光の受光強度が最も高く、受光面に対して傾斜する光の受光強度が弱くなるという受光素子の指向特性の影響により、光強度が高い部分が受光面に発生してしまう。このため、受光素子の感度が不均一になってしまう。
以上のように、発光素子の指向特性、レンズでの反射損失、発光素子とレンズ面との距離、受光素子の指向特性の影響により、雨滴検出感度に不均一性が発生し、雨滴検出の安定性が低下してしまうという問題があった。
本発明は上記点に鑑み、雨滴検出感度を均一化することにより、雨滴検出の安定性を向上させることができる雨滴検出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、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雨滴検出装置である。
雨滴検出装置は、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、を備えている。
また、雨滴検出装置は、発光素子から照射された光を内部に導くと共に平行光になるようにコリメートし、当該コリメートした光をウィンドシールドの外面に導く入射側レンズ面(141)と、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出射側レンズ面(142)と、を有するレンズ(140)を備えている。
そして、レンズは、入射側レンズ面及び出射側レンズ面のうちのいずれか一方または両方に、光の光路をずらす非レンズ面部(143)を有する。
これによると、非レンズ面部によって正規の光路がずらされるので、光のうち光強度が高い範囲から光を間引くことができる。つまり、光強度が高い範囲を分散させることができる。このため、光強度が高い範囲と周囲との光強度の差を小さくすることができる。
これにより、発光素子及び受光素子の指向特性の影響を低減することができる。また、レンズを通過する光の強度が分散されるので、レンズ面における反射損失の影響を低減することができる。発光素子と入射側レンズ面との距離の変化の影響も受けにくくなる。したがって、雨滴検出感度を均一化することができ、ひいては雨滴検出の安定性を向上させることができる。
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。
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。本実施形態に係る雨滴検出装置は、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、雨滴検出装置100は、発光素子110、受光素子120、回路基板130、及びレンズ140、及びシート150を備えて構成されている。
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。本実施形態に係る雨滴検出装置は、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、雨滴検出装置100は、発光素子110、受光素子120、回路基板130、及びレンズ140、及びシート150を備えて構成されている。
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。このため、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。
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。このため、発光素子110は図1の破線の円に示されるように、指向特性を有している。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。このため、図示しないが、受光素子120も発光素子110と同様に指向特性を有する。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を有する板状のものである。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、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に導くように構成されている。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。図1に示されるように、レンズ140は、入射側レンズ面141及び出射側レンズ面142を有している。各レンズ面141、142は非球面形状である。
入射側レンズ面141は、発光素子110から照射された光のうち受光素子120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141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。
入射側レンズ面141には、非レンズ面部143が形成されている。非レンズ面部143は、光の光路をずらす役割を果たすものである。本実施形態では、図2に示されるように、非レンズ面部143は、凸状に形成されている。これにより、発光素子110から照射された光のうち非レンズ面部143に入射した光は凸形状の非レンズ面部143の形状に従って反射あるいは入射する。このため、非レンズ面部143が形成されていない場合の正規の光路が変更される。
また、図3に示されるように、非レンズ面部143は、複数設けられていると共に、各々が異なるサイズに形成されている。非レンズ面部143は平面形状が円形に形成されているが、他の形状に形成されていても構わない。非レンズ面部143は、各々が同一のサイズに形成されていても良い。さらに、複数の非レンズ面部143は、各々が放射状に配置されている。非レンズ面部143は、レンズ140と同一の材質で構成されており、例えばレンズ140と一体成形される。
図1に示された出射側レンズ面142は、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に導くレンズ面である。出射側レンズ面142は入射側レンズ面141と受光素子120との間に位置している。
シート150は、雨滴検出装置100とウィンドシールド200とに挟まれる部材であり、例えばシリコーン樹脂で形成されたものである。シート150は、レンズ140に押し付けられる。レンズ140に導入された測定光はこのシート150を介してウィンドシールド200に入射する。
以上が、本実施形態に係る雨滴検出装置100の全体構成である。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は一部がカバーハウジングから露出している。
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1に示されるように、発光素子110から照射された測定光は、入射側レンズ面141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、測定光は、ウィンドシールド200の外面210から出射側レンズ面142を介して受光素子120に集光される経路をたどる。
測定光は、入射側レンズ面141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、測定光がシート150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。
ここで、入射側レンズ面141には非レンズ面部143が形成されているので、発光素子110から照射された測定光のうち非レンズ面部143に照射された光のほとんどの光路がずらされる。つまり、非レンズ面部143に照射された光は、ウィンドシールド200の外面210に対して45°の角度で入射しないように光路がずらされる。凸状の非レンズ面部143から受光素子120に到達する測定光もあるが、極一部である。
このため、図1の破線矢印に示されるように、非レンズ面部143が形成されていなければウィンドシールド200の外面210に届くはずの測定光が届かないようになっている。言い換えると、非レンズ面部143は、雨滴検出面において光強度が周囲よりも高くなってしまう範囲に照射される測定光を間引きしているとも言える。
そして、雨滴検出装置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100%とし、この受光量に対する変化を雨滴として検出する。この雨滴検出結果は、車両のワイパの自動制御に用いられる。
すなわち、ウィンドシールド200の外面210に雨滴が付着すると、発光素子110からウィンドシールド200の雨滴検出面に達した測定光は、雨滴と空気の屈折率の違いに起因し、全反射を起こさなくなり、受光素子120に到達する測定光は減少する。この測定光の減少量が閾値に達すると、雨滴検出装置100はウィンドシールド200の雨滴検出面に雨滴が付着したと判定し、その判定結果を外部装置に出力する。
発明者らは、ウィンドシールド200の雨滴検出面における光強度の分布を調べた。その結果を図4に示す。図4(a)に示されるように、入射側レンズ面141に非レンズ面部143が設けられていない場合、光強度が高い部分と周囲の弱い部分とに分かれてしまう。つまり、測定光が集中する部分が発生してしまう。このため、光強度が高い狭い範囲の検出感度が周囲よりも高くなり、実質的に雨滴を検出できる範囲が狭くなってしまう。
これに対し、図4(b)に示されるように、入射側レンズ面141に非レンズ面部143が設けられている場合、入射側レンズ面141の一部を部分的に遮光しているので、雨滴検出面に測定光が届かない部分が発生する。つまり、局所的に光強度がゼロの部位が形成される。このため、測定光が集中する部分が分散され、光強度が高い部分と周囲の弱い部分との光強度の差が小さくなる。このように、測定光の光強度が高い部分に積極的に光強度が低い部分を設けているので、測定光の光強度の分布を均一化することができる。
上述のように、発光素子110及び受光素子120は指向特性を有するが、測定光の光強度が均一化されるので、指向特性の影響は低減される。レンズ140を通過する光の強度が分散されるので、各レンズ面141、142における反射損失の影響も低減される。
また、発光素子110と入射側レンズ面141との距離の変化の影響も受けにくくなる。つまり、発光素子110と入射側レンズ面141との距離が例えば車両毎に異なって設定されていても、その距離の影響が小さくなる。ウィンドシールド200の厚さの影響も受けにくくなる。
以上のように、非レンズ面部143を設けたことにより、雨滴検出感度を均一化することができる。したがって、光強度が高い部分を低減することで光強度の弱い部分でも雨滴検出できるようになり、雨滴検出面積が実質的に増加する。したがって、雨滴検出の安定性を向上させることができる。
非レンズ面部143の変形例として、図5に示されるように、非レンズ面部143は、凹状に形成されていても良い。また、図6に示されるように、非レンズ面部143は、シボ状に形成されていても良い。さらに、図示しないが、非レンズ面部143は、凸状、凹状、シボ状に限られず、非鏡面状に形成されていれば良い。
非レンズ面部143の他の変形例として、図7に示されるように、非レンズ面部143は、遮光材または反射材でも良い。遮光材や反射材は、印刷の方法によってレンズ140に膜状に設けられても良いし、シール材として構成されていても良い。
(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8に示されるように、非レンズ面部143は、入射側レンズ面141及び出射側レンズ面142の両方に設けられていても良い。すなわち、発光素子110側の誤差要因はレンズ140のうちの発光素子110側の部分で対応し、受光素子120側の誤差要因はレンズ140のうちの受光素子120側の部分で対応している。
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8に示されるように、非レンズ面部143は、入射側レンズ面141及び出射側レンズ面142の両方に設けられていても良い。すなわち、発光素子110側の誤差要因はレンズ140のうちの発光素子110側の部分で対応し、受光素子120側の誤差要因はレンズ140のうちの受光素子120側の部分で対応している。
このように、出射側レンズ面142にも非レンズ面部143を設けることで受光素子120に入射する光の偏りを分散させる効果を高めることができる。これにより、ウィンドシールド200の厚さの影響を除去することが可能となる。したがって、様々な車種の車両で雨滴検出装置100を使用する場合に、ウィンドシールド200の厚さが異なる車両毎にレンズ140の形状を変更する必要がないというメリットがある。
(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9に示されるように、非レンズ面部143は、入射側レンズ面141に設けられておらず、出射側レンズ面142に設けられていても良い。これにより、レンズ140の内部を通過する測定光の一部が非レンズ面部143によって出射側レンズ面142から受光素子120に届かなくなる。このように、測定光の光強度の分布を出射側レンズ面142側でコントロールすることもできる。
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9に示されるように、非レンズ面部143は、入射側レンズ面141に設けられておらず、出射側レンズ面142に設けられていても良い。これにより、レンズ140の内部を通過する測定光の一部が非レンズ面部143によって出射側レンズ面142から受光素子120に届かなくなる。このように、測定光の光強度の分布を出射側レンズ面142側でコントロールすることもできる。
(他の実施形態)
上記各実施形態で示された雨滴検出装置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、発光素子110と受光素子120との組み合わせは一対に限られない。発光素子110が2個に対して受光素子120が1個でも良い。
上記各実施形態で示された雨滴検出装置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、発光素子110と受光素子120との組み合わせは一対に限られない。発光素子110が2個に対して受光素子120が1個でも良い。
また、非レンズ面部143は、複数設けられていなくても良く、少なくとも1つ設けられていれば良い。また、非レンズ面部143は、当該非レンズ面部143の領域内で光路のズレ量が異なるように形成されていても良い。具体的には、非レンズ面部143は、当該非レンズ面部143の全体が測定光の光路を完全に狂わせるのではなく、非レンズ面部143の領域の場所によって光路のズレ量に連続的に差が生じるように形成されていても良い。つまり、非レンズ面部143は測定光の光路を完全にずらすデジタル的ではなく、場所によって光路のズレ量をコントロールするアナログ的なものでも良い。このような非レンズ面部143は例えばレンズ面141、142の面粗さを変えることで実現できる。
110 発光素子
120 受光素子
140 レンズ
141 入射側レンズ面
142 出射側レンズ面
143 非レンズ面部
120 受光素子
140 レンズ
141 入射側レンズ面
142 出射側レンズ面
143 非レンズ面部
Claims (6)
- 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雨滴検出装置であって、
前記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、
前記ウィンドシールドの内面側に配置されると共に、前記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、
前記発光素子から照射された光を内部に導くと共に平行光になるようにコリメートし、当該コリメートした光を前記ウィンドシールドの外面に導く入射側レンズ面(141)と、前記ウィンドシールドの外面で反射した光を前記受光素子に導く出射側レンズ面(142)と、を有するレンズ(140)と、
を備え、
前記レンズは、前記入射側レンズ面及び前記出射側レンズ面のうちのいずれか一方または両方に、光の光路をずらす非レンズ面部(143)を有する雨滴検出装置。 - 前記非レンズ面部は、非鏡面状、シボ状、凸状、凹状のいずれかに形成されている請求項1に記載の雨滴検出装置。
- 前記非レンズ面部は、遮光材または反射材である請求項1に記載の雨滴検出装置。
- 前記非レンズ面部は、複数設けられていると共に、各々が同一のサイズ、あるいは異なるサイズに形成されている請求項1ないし3のいずれか1つに記載の雨滴検出装置。
- 前記非レンズ面部は、複数設けられていると共に、各々が放射状に配置されている請求項1ないし4のいずれか1つに記載の雨滴検出装置。
- 前記非レンズ面部は、当該非レンズ面部の領域内で前記光路のズレ量が異なっている請求項1ないし5のいずれか1つに記載の雨滴検出装置。
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN116991190A (zh) * | 2023-09-26 | 2023-11-03 | 深圳市普乐方文化科技股份有限公司 | 一种光学感应设备用控制装置及其控制方法 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN116991190A (zh) * | 2023-09-26 | 2023-11-03 | 深圳市普乐方文化科技股份有限公司 | 一种光学感应设备用控制装置及其控制方法 |
CN116991190B (zh) * | 2023-09-26 | 2024-01-02 | 深圳市普乐方文化科技股份有限公司 | 一种光学感应设备用控制装置及其控制方法 |
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