JP3925442B2 - レインセンサ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、レインセンサ、詳しくは、車両のフロントガラスなどの内面に装着され、フロントガラスなどの外面に付着した雨を判定する光学式のレインセンサに関する。
【0002】
【従来の技術】
光学式のレインセンサは、LEDなど発光源からの光をプリズム等を介してガラスの内面側より入射し、ガラスの外面(外側界面)で反射させ、その反射光をプリズムにより集光させてフォトダイオードなど光電変換素子で受光している。また、光電変換素子の検出信号は微小電圧であるため、この検出電圧を増幅回路で増幅し、その増幅された出力電圧を演算処理回路に入力している。そして、増幅回路の出力電圧をA/D変換のための一定値例えば3.0Vに設定した後、この一定値からの出力電圧の低下量(低下率)に基づいて雨判定を行っている。
【0003】
センサの雨滴に対する感知性能は、ガラス外面(外側界面)に照射される光の面積(検知面積)によって大きく左右され、この検知面積が大きければ大きいほど雨滴の当る確率が大きくなり、センサは雨滴を感知しやすくなる。
【0004】
しかし、検知面積の拡大化は、センサの体格の大型化を招き、センサの搭載位置がルームミラー付近のため乗員にとって目障りとなり、またセンサのコスト高を招く。
【0005】
そのため、ソフト的に雨判定閾値を上げるなどして、少ない低下率でも良好な雨判定ができるように調整を行っているが、ソフト的な調整もA/Dコンバータの分解能の制約などを受け、感度の向上には限界があり良好な雨判定ができない。
【0006】
そこで、本発明者らは、本発明に先立ち、簡単な構成によってセンサ感度の向上と小型化、低コスト化を両立させることができるレインセンサを提供することを目的として、「光電変換素子の検出電圧を増幅して演算処理回路に入力する増幅回路を備え、この増幅回路の出力電圧を一定値に設定した後、この一定値からの出力電圧の低下量に基づいて雨判定を行うレインセンサにおいて、増幅回路にオフセット増幅を行わせることを特徴とした」レインセンサに係る発明(以下、前提発明という。)をし、特許出願(特願2002−156918)がされている。
【0007】
この前提発明を従来技術(前提発明と異なりオフセット増幅を行なわない技術)と比較して具体的に説明する。例えば、図5に示すように、増幅回路の入力電圧V2を1.5V、増幅回路の出力電圧V3を3Vとした場合の出力電圧の低下量について説明すると、▲1▼従来技術では、図5(A)にグラフで示すように、増幅器増幅率2倍で基準電圧3Vに調整でき、3.0Vからの出力低下量に基づいて雨量判定が行われるのに対し、▲2▼前提発明では、オフセット増幅を用いて、出力電圧低下量を▲1▼に対して2倍に設定する場合、図5(B)にグラフで示すように、オフセット電圧を3.0Vに設定するとともに基準電圧を3Vに調整するために増幅器増幅率を4倍に設定する必要があるが、▲1▼の従来技術と比較して出力電圧低下量が▲1▼に対して2倍になるためセンサ感度を向上させることができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前提発明には次のような問題があることが判明した。つまり、オフセット量を多くすればする程、大雨量時などに出力低下量が飽和してしまい、雨量検出が不可能となり、的確な雨判定ができなくなることが判明した。このような出力低下量の飽和が発生するケースは、具体的には、雨滴径の大きい雨滴が検知面を直撃したような場合や、同一雨量であっても検知面積を小さくした場合などである。
【0009】
本発明は、上記のような前提発明の問題点を解決し、簡単な構成によって、大雨量時などにも的確な雨判定を行う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。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明のレインセンサは、光電変換素子の検出電圧を増幅して演算処理回路に入力する増幅回路を備え、この増幅回路の出力電圧を一定値に設定した後、この一定値からの出力電圧の低下量に基づいて雨判定を行うレインセンサであって、増幅回路にオフセット増幅を行わせるレインセンサにおいて、演算処理回路は、出力電圧低下量が飽和したか否かを判定するとともに、出力電圧低下量の飽和を判定したとき、増幅回路のオフセット増幅をリセットする指示を行なうことを特徴とする。
【0011】
本発明のレインセンサによると、出力電圧低下量が飽和していないときには、オフセット増幅により同一雨量に対する出力電圧の一定値からの低下量が増加するため、センサ感度が向上するようになり、また、大雨量時など出力電圧低下量が飽和したときには、オフセット増幅をリセットすることにより出力電圧低下量が増加しなくなり、的確な雨判定を行うことが可能になる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係るレインセンサを図面に基づいて説明する。
【0013】
図1は、一実施形態に係るレインセンサを用いたワイパ制御システムの概念的システム構成図、図2は、レインセンサの回路図、図3は、増幅回路におけるオフセット増幅回路の回路図、図4は、演算処理回路が行なう処理を表すフローチャートをそれぞれ示す。
【0014】
図1において、100は、車両のウインド例えばフロントウインドを表している。ウインドの外面(表面)100a側にはワイパ200が配備されており、ワイパ200はワイパモータ(ワイパ駆動装置)300によって作動され、降雨時にウインド外面100aに付着した雨滴を払拭する動作を行なう。ウインド100の内面(裏面)100bにはレインセンサ400が設置されている。レインセンサ400は、ウインド外面100aにおいてワイパブレード500によって付着雨滴が払拭される領域における雨滴付着状態を検知可能な位置であって、視界の妨げとならない位置に設置されており、また、視界確保などの見地から十分に小型化されている。車両の内部には、乗員によって操作されるワイパスイッチ600が配備されている。ワイパスイッチ600は、少なくとも、レインセンサ400の出力に基づいてワイパ200が自動制御される自動払拭モードを指示するオート指示スイッチAUTOと、ワイパ停止を指示する停止指示スイッチOFFとを有し、その他に、ワイパ200をマニュアル操作する際、ワイパ200が低速で作動する低速払拭モードを指示する低速指示スイッチLO及びワイパ200が高速で作動する高速払拭モードを指示する高速指示スイッチHIを有している。ワイパモータ300、レインセンサ400及びワイパスイッチ600はワイパ駆動回路700に接続されている。
【0015】
図2において、レインセンサ400は、発光部1と受光部2とCPU(マイクロコンピュータ又は演算処理回路ともいう)3を備える。
【0016】
発光部1は、1個のLED(発光源)11を備え、このLED11の発光量は電流制御トランジスタ(発光量制御素子)12によって調整可能とされている。LED11の光はプリズム等を介してガラス100の内面100b側より入射し、ガラス100の外面(外側界面)100aで反射され、その反射光はプリズムにより集光され受光部2のフォトダイオード(光電変換素子)21で受光される。
【0017】
受光部2は、1個のフォトダイオード21を備え、フォトダイオード21は、ガラス外面100aで反射された反射光を受光し、この受光量に比例した電流を発生する。また、受光部2は増幅回路22を備え、この増幅回路22は、フォトダイオード21が発生した電流を検出電圧V1 として入力し、この検出電圧V1 を増幅してCPU3のA/Dポートに入力する。増幅回路22は、前段(1段又は複数段)の増幅回路(図示せず)と前段増幅回路の出力端子に接続された図3に示すオフセット増幅回路22Aとから構成される。図3において、演算増幅器OAの非反転入力端子には前段増幅回路の出力電圧V2 が入力される。また、出力端子と反転入力端子との間には帰還抵抗R2 が接続され、また、反転入力端子とGNDとの間に抵抗R1 と第1の半導体スイッチ素子SW1とオフセット用電源V0とからなる直列回路が接続されており、さらに、第1の半導体スイッチ素子SW1とオフセット用電源V0とに対して並列に第2の半導体スイッチ素子SW2が接続されている。したがって、演算増幅器OAの出力電圧V3は、第1の半導体スイッチ素子SW1がオフ状態かつ第2の半導体スイッチ素子SW2がオン状態のとき、下記式(1)で表され、オフセット量(オフセット電圧)は0Vとなり、また、第1の半導体スイッチ素子SW1がオン状態かつ第2の半導体スイッチ素子SW2がオフ状態のとき、下記式(2) で表され、(R2 /R1 )V0 がオフセット量(オフセット電圧)となる。そして、出力電圧V3 はCPU3のA/Dポートに入力される。なお、第1、第2の半導体スイッチ素子SW1,SW2はCPU3からの制御信号に従ってスイッチング動作をする。
【0018】
V3 =(1+R2 /R1 )V2 (1)
V3 =(1+R2 /R1 )V2 −(R2 /R1 )V0 (2)
次に、CPU3が実行する処理を図4に基づいて説明する。
【0019】
CPU3は、処理を開始するにあたって、車両前方の視界確保を優先するために増幅回路22にオフセット増幅を指示してセンサの感度を高く設定しワイパ200による払拭を優先させており、したがって第1の半導体スイッチ素子SW1はオン状態、第2の半導体スイッチ素子SW2はオフ状態に設定されている。
【0020】
CPU3は、AUTOモードが選択されているか否かを判定し(ステップS1)、AUTOモードが選択されているときのみ、以下に説明するような少雨量時及び大雨量時の処理を行なう。
【0021】
CPU3は、まず、AGC(自動利得調整)を行い、出力電圧V3 が一定値例えば3.0Vとなるように、増幅回路22の前段増幅回路のゲインや発光部1の電流制御トランジスタ12のベース電圧を制御する(ステップS2)。
【0022】
次に、基準値つまり雨滴が付着していないときの演算増幅器OAの出力信号(出力電圧V3)を取り込む(ステップS3)。この基準値の取り込みは、初回の取り込みでは、CPU3内の記憶部に予め記憶しておいた基準値を読み出すようにしてもよいし、あるいは、ワイパ200を強制的に1回払拭動作させ、払拭直後の出力電圧V3を基準値として取り込むようにしてもよい。二回目以降の取り込みでは、払拭直後の出力電圧V3を取り込むことになる。
【0023】
次に、現在の出力信号(出力電圧V3)を取り込む(ステップS4)。この取り込みのタイミングは、ワイパ200が払拭動作をした後でウインド100に雨滴が付着している状態のときに設定されている。
【0024】
次に、雨判定を行う(ステップS5)。この雨判定では、基準値に対する出力電圧低下量の割合つまり出力電圧低下率を演算する。
【0025】
次に、出力電圧低下率から払拭モードを選択する(ステップS6)。払拭モードは、ワイパ200を動作させない停止モードを含み、その他に、間欠モード、低速モード、高速モードがある。
【0026】
次に、選択した払拭モードに従ってワイパ200を払拭動作させる(ステップS7)。
【0027】
次に、出力低下量が飽和しているか否か、換言すると、出力電圧V3が0V付近か否かを判定する(ステップS8)。
【0028】
出力低下量が飽和していないと判定した場合は、ステップS1に戻り、AUTOモードが選択されなくなるまで、上述した処理を繰り返し行なう。
【0029】
一方、出力低下量が飽和していると判定した場合は、スプラッシュ判定が有るか否かを判定する(ステップS9)。スプラッシュ判定は、跳ね上げ水等による数回のみの緊急払拭時に下される判定であり、出力電圧低下率やその時間的な変化などを基に判断することができる。
【0030】
スプラッシュ判定が有る、つまり、緊急払拭時であると判定した場合は、ステップS1に戻る。
【0031】
一方、スプラッシュ判定が無い、つまり、緊急払拭時でないと判定した場合は、AUTOモードが選択されているか否かを判定し(ステップS10)、AUTOモードが選択されているときのみ、以下に説明するような大雨量時の処理を行なう。
【0032】
まず、オフセット量を0Vに設定する(ステップS11)。つまり、第1の半導体スイッチ素子SW1をオフ、第2の半導体スイッチ素子SW2をオンにスイッチングさせ、オフセット増幅をリセットする。
【0033】
次に、AGC(自動利得調整)を行い、出力電圧V3 が一定値例えば3.0Vとなるように、増幅回路22の前段増幅回路のゲインや発光部1の電流制御トランジスタ12のベース電圧を制御する(ステップS12)。
【0034】
次に、ステップS3と同様、基準値つまり雨滴が付着していないときの演算増幅器OAの出力信号(出力電圧V3)を取り込む(ステップS13)。この基準値は、CPU3内の記憶部に予め記憶されており、この記憶部から読み出される。
【0035】
次に、ステップS4と同様、現在の出力信号(出力電圧V3)を取り込む(ステップS14)。
【0036】
次に、ステップS5と同様、雨判定を行う(ステップS15)。
【0037】
次に、ステップ6と同様、出力電圧低下率から払拭モードを選択する(ステップS16)。
【0038】
次に、ステップS7と同様、選択した払拭モードに従ってワイパ200を払拭動作させる(ステップS17)。
【0039】
次に、出力低下量の飽和が解除されたか否かを判定する(ステップS18)。この出力低下量の飽和の解除は、ステップS8における出力低下量の飽和の判定とのハンチングを防止するために、ステップS8における出力低下量の飽和の判定基準となる電圧値よりも大きな電圧値を判定基準とし、ヒステリシス特性をもたせている。
【0040】
出力低下量の飽和が解除されていないと判定した場合は、ステップS10に戻り、AUTOモードが選択されなくなるまで、ステップS11〜S18の処理を繰り返し行なう。
【0041】
一方、出力低下量の飽和が解除されたと判定した場合は、ステップS1に戻る。
【0042】
以上説明したように、本実施形態に係るレインセンサ400は、光電変換素子(フォトダイオード21)の検出電圧V1 を増幅して演算処理回路(CPU3)に入力する増幅回路22を備え、この増幅回路22の出力電圧V3 を一定値(例えば3.0V)に設定した後、この一定値3.0Vからの出力電圧V3 の低下量に基づいて雨判定を行うレインセンサであって、増幅回路22にオフセット増幅を行わせるレインセンサにおいて、演算処理回路3は、出力電圧低下量が飽和したか否かを判定するとともに、出力電圧低下量の飽和を判定したとき、増幅回路22のオフセット増幅をリセットする指示を行なう。
【0043】
本実施形態のレインセンサ400によると、出力電圧低下量が飽和していないときには、オフセット増幅により同一雨量に対する出力電圧V3の一定値3.0Vからの低下量が増加するため、センサ感度が向上するようになり、また、大雨量時など出力電圧低下量が飽和したときには、オフセット増幅をリセットすることにより出力電圧低下量が増加しなくなり、的確な雨判定を行うことが可能になる。
【0044】
【発明の効果】
本発明によると、簡単な構成によって、大雨量時などにも的確な雨判定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係るレインセンサを用いたワイパ制御システムの概念的システム構成図である。
【図2】レインセンサの回路図である。
【図3】増幅回路におけるオフセット増幅回路の回路図である。
【図4】演算処理回路が行なう処理を表すフローチャートである。
【図5】前提発明の作用効果の説明図である。
【符号の説明】
400 レインセンサ
3 CPU(演算処理回路)
21 フォトダイオード(光電変換素子)
22 増幅回路
22A オフセット増幅回路
V1 検出電圧
V3 出力電圧
Claims (1)
- 光電変換素子の検出電圧を増幅して演算処理回路に入力する増幅回路を備え、この増幅回路の出力電圧を一定値に設定した後、この一定値からの出力電圧の低下量に基づいて雨判定を行うレインセンサであって、前記増幅回路にオフセット増幅を行わせるレインセンサにおいて、
前記演算処理回路は、前記出力電圧低下量が飽和したか否かを判定するとともに、前記出力電圧低下量の飽和を判定したとき、前記増幅回路のオフセット増幅をリセットする指示を行なうことを特徴とするレインセンサ。
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