JP4241553B2 - 雨滴検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、雨滴検出装置に関し、例えば車両のワイパ自動制御装置に採用するに適した雨滴検出装置に関する。

従来、車両などのウイ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知られている（特許文献１参照）。特許文献１の雨滴検出装置は、図９に示すようにウインドシールド２００の内壁に装着され、雨滴の付着の有無を光学的に検出する。この雨滴検出装置は、主に導光体１４０、平凸レンズ１２０、１３０、１５０、１６０、発光素子１００、１１０、受光素子１７０から構成されている。

この導光体には、発光素子１００、１１０に対向する平凸レンズ１２０、１３０と受光素子１７０に対向する平凸レンズ１５０、１６０が形成される傾斜面がある。入射側の導光体１４０には傾斜面が複数形成されている。各傾斜面には平凸レンズ１２０、１３０が一つずつ形成される。一方、出射側の導光体１４０にも傾斜面が複数形成されている。これらの傾斜面には一枚の平凸レンズを傾斜面の数で分割した平凸レンズ１５０、１６０が形成されている。

入射側の平凸レンズ１２０、１３０によって発光素子１００、１１０からの光は平行光（二点鎖線で示す）にされる。この平行光は、ウインドシールド２００の所定の範囲を照らす。この範囲が、雨滴検出領域となる。雨滴検出領域における反射光を出射側の平凸レンズ１５０、１６０で集光し、受光素子１７０で受光することによりこの雨滴検出領域における雨滴量を検出する。
特開２００１−６６２４６号公報

上記従来技術のような構成では、図９に示すように、入射側の平凸レンズ１２０、１３０に発光素子１００、１１０からの光が入射される。しかし、平凸レンズ１３０の一部（段差部１８０付近）に発光素子１００の光が届かない場所が発生し、導光体１４０へ入射する光量が減り、平凸レンズ１３０からウインドシールド２００に向かって延びる斜線の部分の光量が減ってしまう。これにより、この光量が減った箇所に対応する雨滴検出領域の検出精度が低下してしまう。

一方、出射側の段差部分１９０付近では、分割平凸レンズ１６０、１５０によって反射光を集光させる際、段差部分１９０の形成位置によっては、出射側の段差部１９０および分割平凸レンズ１５０によって、受光素子１７０への光の集光が妨げられ、分割平凸レンズ１５０からウインドシールド２００に向かって延びる斜線の部分の光量が減る可能性がある。

本発明は、かかる従来技術の問題に鑑みなされたもので、入射側および出射側の導光体またはレンズに起因する雨滴の検出精度低下要因である光量低下の箇所または面積を減らすことを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の雨滴検出装置は、発光素子からの光をウインドシールドの内壁側から照射し、ウイ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インドシールドの外壁面に付着した雨滴の量を検出する雨滴検出装置であって、ウインドシールドの内壁側に装着され、発光素子からの光が透過する複数の入射側傾斜面と、隣り合う入射側傾斜面の端部同士が結ばれた入射側段差面と、反射した光が透過する複数の出射側傾斜面と、隣り合う出射側傾斜面の端部同士が結ばれた出射側段差面とが形成された導光体と、入射側傾斜面上に形成され、発光素子からの光を平行光として形成させる第１のレンズと、出射側傾斜面上に形成され、反射した光を受光素子に集光させる第２のレンズとを備え、第１のレンズは、一枚の平凸レンズをこのレンズの光軸で分割したような形状を成す入射側分割平凸レンズを有し、第２のレンズは、一枚の平凸レンズをこのレンズの光軸で分割したような形状を成す出射側分割平凸レンズを有し、入射側段差面、および入射側分割平凸レンズのそれぞれの分割面が、入射側分割平凸レンズの光軸に沿って配置されるとともに、出射側段差面、および出射側分割平凸レンズのそれぞれの分割面が、出射側分割平凸レンズの光軸に沿って配置され、発光素子および受光素子は、それぞれ入射側分割平凸レンズの光軸および出射側分割平凸レンズの光軸上に配置され、入射側段差面および出射側段差面を、それぞれの延在方向のうち、ウインドシールド側に延長させた延長面が、互いにウインドシールドの外壁面で交わっていることを特徴とする。

一般に、入射側、出射側の導光体にはそれぞれレンズを形成するための傾斜面が複数設けられ、隣り合う傾斜面の端部同士を結ぶ段差面があるため、段差面では光量が低下するおそれがある。

請求項１に記載した構成によると、入射側および出射側の導光体のそれぞれにレンズを形成するための複数の傾斜面を設け、隣り合う傾斜面の端部同士を結ぶ段差面が少なくとも一組設けられており、入射側の段差面を延長した面と出射側の段差面を延長した面とがウインドシールドの外壁面で交わるように導光体が形成されている。ウインドシールドの外壁面において、入射側段差面付近で発生する光量の低下の影響を受ける部分と、出射側段差面付近で発生する光量の低下の影響を受ける部分とが一致するので、ウインドシールドの外壁面において、光量の低下の影響を受ける箇所または面積が少なくなる。

請求項２に記載の雨滴検出装置は、発光素子および受光素子が実装されている回路基板を備え、回路基板と入射側段差面の延長面との交線上には、発光素子が設けられ、回路基板と出射側段差面の延長面との交線上には、受光素子が設けられることが好ましい。

これによると、導光体やレンズによって隣のレンズの表面に影を落としたり、受光素子への光を妨げたりすることが少なくなるので、雨滴検出の感度の低下を抑えることができる。

請求項３に記載の雨滴検出装置は、入射側段差面と出射側段差面は、導光体を通る平行光のほぼ中央に設けられることを特徴とする。これによると、入射側段差面と出射側段差面とを、導光体を通る平行光のほぼ中央とすることで、入射側では、発光素子からの光が入射側の分割されたレンズへ満遍なく届き、出射側では、受光素子が反射光を効率よく受光することができる。

請求項４に記載の雨滴検出装置は、入射側傾斜面および出射側傾斜面は、ウインドシールド側から見たとき重ならないように形成されていることを特徴とする。

この導光体は、例えば樹脂で成型する場合、型に流し込んで成型される。導光体の肉厚にばらつきが多いと、ヒケやボイドが発生してしまうおそれがある。

これに対して請求項４に記載した構成とすることで、導光体の肉厚を均一化する事ができる。これにより、導光体の成型時のヒケやボイドの発生を防止することができる。

請求項５に記載の雨滴検出装置は、入射側傾斜面は、延長面上に発光素子の光源を有する入射側段差面を境に二つのグループに分けられ、二つのグループのうち、受光素子側のグループの入射側傾斜面は、一つであり、前記発光素子側のグループの前記入射側傾斜面は複数であることを特徴とする。

導光体に形成される複数の入射側傾斜面を、延長面上に発光素子の光源を有する入射側段差面を境に受光素子側とその反対側のグループに分けた場合、受光素子側のグループに形成される入射側傾斜面が複数形成されていると、そのグループ内のある傾斜面にこの傾斜面よりも発光素子の光源に近い傾斜面の端部もしくはその傾斜面に形成されるレンズによる影が落ちることがある。

その傾斜面に形成されたレンズに影が落ちると、その影の面積分の光がウインドシールドに届かなくなる。雨滴の検出可能領域がその影の面積分だけ減ってしまう。

これに対して請求項５に記載した構成とすることで、受光素子側の入射側傾斜面が一つであるので、傾斜面の端部もしくは傾斜面に形成されるレンズによる影が隣の傾斜面に落ちることがなくなる。一方、その反対側は、複数の入射側傾斜面にしてもよいので、雨滴の検出可能領域を減らすことなく、導光体の肉厚の均一化が図れる。

請求項６に記載の雨滴検出装置は、出射側傾斜面は、延長面上に受光素子の受光点を有する出射側段差面を境に二つのグループに分けられ、二つのグループのうち、発光素子側のグループの出射側傾斜面は、一つであり、前記受光素子側のグループの前記出射側傾斜面は複数であることを特徴とする。

導光体に形成される複数の出射側傾斜面を、延長面上に受光素子の受光点を有する出射側段差面を境に発光素子側とその反対側のグループに分けた場合、発光素子側のグループに形成される出射側傾斜面が複数形成されていると、ウインドシールドにおける反射光を受光素子の受光点に集光させる際に傾斜面の端部またはその傾斜面に形成されたレンズが妨げとなり、反射光の一部が受光素子の受光点に届かないことがある。そうすると、傾斜面の端部やその傾斜面に形成されたレンズによって妨げられた反射光の面積分だけ雨滴の検出可能領域が減ってしまう。

これに対して請求項６に記載した構成とすることで、発光素子側の出射側傾斜面が一つであるので、傾斜面の端部もしくは傾斜面に形成されるレンズによる反射光の受光素子への妨げをなくすことができる。一方、その反対側は、複数の出射側傾斜面にしてもよいので、雨滴の検出可能領域を減らすことなく、導光体の肉厚の均一化が図れる。

請求項７に記載されているように、入射側分割平凸レンズの各曲率は、発光素子から入射する光が入射側導光部に平行光として形成されるように設定されており、出射側分割平凸レンズの各曲率は、反射した平行光が受光素子に集光されるように設定されることを特徴とする。

これによると、各分割されるレンズの曲率を発光素子もしくは受光素子までの距離に応じて設定しているので、発光素子から入射する光が平行光として形成され、そして、反射光が受光素子に集光される。

請求項８に記載されているように、導光体には、入射側分割平凸レンズが複数組、出射側分割平凸レンズが一組形成され、各組の入射側分割平凸レンズの光軸が平行となっており、回路基板には、各組の入射側分割平凸レンズの光軸上に発光素子が一つずつ設けられ、出射側分割平凸レンズの光軸上に受光素子が一つ設けられていることを特徴とする。

雨滴検出装置は、発光素子と入射側分割平凸レンズによって定められる雨滴検出可能な領域が狭いほど雨滴の検出精度は高くなる傾向にある。これによると、一組の発光素子と入射側分割平凸レンズによる雨滴検出可能な領域は、雨滴検出装置が雨滴検出可能な領域の約半分となっているので、各組の発光素子と入射側分割平凸レンズで検出する雨滴の検出精度は、一組の発光素子と入射側分割平凸レンズのみを備えた雨滴検出装置よりも高くなる。

請求項９に記載されているように、導光体は、上面から見た外形が略正方形であり、入射側分割平凸レンズと出射側分割平凸レンズが一組ずつ前記導光体の各辺に沿って形成されていることを特徴とする。

これによると、導光体に入射側分割平凸レンズ、および出射側分割平凸レンズが四組形成されることになるが、回路基板に設けるＬＥＤとＰＤの個数は、それぞれ二つずつとすることができるので、雨滴検出範囲を広範囲としながら、ＬＥＤとＰＤの個数を減らすことができる。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。雨滴検出装置は、自動車のウインドシールド６０の外壁面６０ａに設けたワイパのためのワイパ自動制御装置（図示せず）に採用される。雨滴検出装置は、ウインドシールド６０にその内壁面６０ｂから上記ワイパの払拭領域に対応して設けられており、この払拭領域に付着する雨滴を光学的に検出して上記ワイパ自動制御装置に出力する。図１は、本発明に係わる雨滴検出装置を車両のウインドシールド６０の内壁面６０ｂに装着した状態を示した図２の導光体１０のＩ−Ｉ矢視断面図である。図２は、図１中の導光体１０、発光素子４０、および受光素子５０の位置関係を示す上面図である。

図１に示すように、雨滴検出装置は、導光体１０と発光素子４０と受光素子５０とから構成されている。この雨滴検出装置は、発光素子（以下、ＬＥＤ）４０が放射する例えば赤外線などの光をウインドシールド６０で反射させ、その反射光を受光素子（例えば、フォトダイオード、以下、ＰＤ）５０で受光することにより雨滴量を検出している。つまり、この雨滴検出装置は、外壁面６０ａに雨滴が付着していると外壁面６０ａでの反射率が変化（小さくなる）し、ＰＤ５０での受光量が減少することを利用して雨滴量を検出している。なお、この第１実施形態では、ＬＥＤ４０一つに対してＰＤ５０を一つ備えた雨滴検出装置として説明する。ＬＥＤ４０とＰＤ５０の数や組み合わせは、適宜変更可能である。変更した例は、後述する変形例２および変形例３で示す。

雨滴量の検出方法を詳しく説明する。雨滴検出装置は、ＬＥＤ４０からの発光量に対するＰＤ５０の受光量の低下率により雨滴量を検出する。低下率は、ＬＥＤ４０から発光される光の電圧Ｖ_ＬＥＤ、例えば、晴天時に記憶されたＬＥＤ４０の一定電流発光に対するＰＤ５０の出力電圧（ＰＤ５０のＬＥＤ４０の発光に対する光−電圧変換値）Ｖ_ＬＥＤと、現状のＰＤ出力電圧Ｖ_ＰＤとを用いて、（Ｖ_ＬＥＤ−Ｖ_ＰＤ）／Ｖ_ＬＥＤ＊１００によって算出される。なお、単位は％である。

ＬＥＤ４０およびＰＤ５０と、ウインドシールド６０との間には、導光体１０が設けられる。導光体１０は、光結合層（シリコン層）７０を介して内壁面６０ｂに取付けられている。この導光体１０は、ＬＥＤ４０からの光をウインドシールド６０に導き、そしてウインドシールド６０にて反射した光をＰＤ５０に確実に入射する機能を有する。導光体１０は、ポリカーボネイトアクリルなどの光透過性を有する樹脂材料で形成されている。なお、導光体１０を形成する材料は、ＬＥＤ４０からの光をＰＤ５０に導くことができればよいので、ガラス材料であってもよい。

導光体１０には、入射側傾斜面１２ａ、１２ｂと出射側傾斜面１５ａ、１５ｂとが形成されている。入射側傾斜面１２ａ、１２ｂは、ＬＥＤ４０からの光が略垂直に入射されるように傾斜している。出射側傾斜面１５ａ、１５ｂは、ウインドシールド６０からの反射した光が略垂直に出射するように傾斜している。さらに、入射側傾斜面１２ａ、１２ｂおよび出射側傾斜面１５ａ、１５ｂは、ウインドシールド６０側の略垂直方向から見たとき全ての傾斜面が重ならないように形成されている。

入射側傾斜面１２ａ、１２ｂには、第１のレンズが、出射側傾斜面１５ａ、１５ｂには、第２のレンズが形成されている。第１のレンズは、ＬＥＤ４０から入射される光を平行光にして、導光体１０に導く機能を有し、第２のレンズは、ウインドシールド６０における反射光をＰＤ５０に集光させる機能を有する。

第１のレンズは、複数のレンズ群から構成され、一枚の平凸レンズをこのレンズの光軸で分割したような形を成している。このレンズ群を入射側分割平凸レンズ１３ａ、１３ｂと呼ぶ。入射側傾斜面１２ａおよび入射側傾斜面１２ｂには、入射側分割平凸レンズ１３ａ、１３ｂがそれぞれ形成される。第２のレンズは、複数のレンズ群から構成され、一枚の平凸レンズをこのレンズの光軸で分割したような形を成している。このレンズ群を出射側分割平凸レンズ１６ａ、１６ｂと呼ぶ。出射側傾斜面１３ａおよび出射側傾斜面１３ｂには、出射側分割平凸レンズ１６ａ、１６ｂがそれぞれ形成される。

なお、入射側および出射側分割平凸レンズ１３ａ、１３ｂ、１６ａ、１６ｂは、導光体１０と一体的に形成してもよく、別体で形成してもよい。別体で形成した場合は、例えば傾斜面１２ａ、１２ｂ、１５ａ、１５ｂ上に光透過性の接着剤で接着することが考えられる。

なお、入射側分割平凸レンズ１３ａ、１３ｂの表面の曲率は、ＬＥＤ４０から入射される光が入射側分割平凸レンズ１３ａ、１３ｂの表面により屈折されて平行光となるように設定され、出射側分割平凸レンズ１６ａ、１６ｂの表面の曲率も、ウインドシールド６０にて反射された平行光が出射側分割平凸レンズ１６ａ、１６ｂの表面により屈折されてＰＤ５０に集光されるように設定されている。

入射側傾斜面１２ａと入射側傾斜面１２ｂとの間には、入射側段差面１１ａが形成されている。入射側段差面１１ａは、図１に示すように入射側傾斜面１２ａの端部と入射側傾斜面１２ｂの端部とを結んだ面である。この入射側段差面１１ａは、入射側傾斜面１２ａ、１２ｂに対して略垂直な面である。さらに、入射側段差面１１ａは、入射側分割平凸レンズ１３ａ、１３ｂの光軸に沿って形成されている。

出射側傾斜面１５ａと出射側傾斜面１５ｂとの間には、出射側段差面１４ａが形成されている。出射側段差面１５ａは、図１に示すように出射側傾斜面１５ａの端部と出射側傾斜面１５ｂの端部とを結んだ面である。この出射側段差面１４ａは、出射側傾斜面１５ａ、１５ｂに対して略垂直な面である。さらに、出射側段差面１４ａは、出射側分割平凸レンズ１６ａ、１６ｂの光軸に沿って形成されている。

また、入射側段差面１１ａと出射側段差面１４ａは、各段差面１１ａ、１４ａをウインドシールドに向かって延長した延長面がウインドシールド６０の外壁面６０ａにて交わるように形成される。

回路基板３０は、ハウジング２０に支持されている。回路基板３０のウインドシールド６０に対向する表面（以下、実装面と呼ぶ）には、ＬＥＤ４０とＰＤ５０とが実装されている。ＬＥＤ４０およびＰＤ５０は、チップ型で表面実装型のＬＥＤおよびＰＤからなり、回路基板３０に実装されている。ＬＥＤ４０は、回路基板３０上に実装される発光駆動回路（図示せず）からの駆動信号によって、赤外線などの光をウインドシールド６０に向かって放射範囲θ１で放射、消灯する（図１にて破線で示す）。

ＰＤ５０は、反射光を受光する。ＰＤ５０の受光範囲はθ２である（図１にて破線で示す）。ＰＤ５０は、この範囲内にある光を受光し、受光した光量を回路基板３０上に実装された演算処理回路（図示せず）に送る。演算処理回路は、受信した光量を付着雨滴量に相当する信号に変換する。

ここで、ＬＥＤ４０は、入射側段差面１１ａから回路基板３０に向かって延長された延長面との交線上に実装されている。一方、ＰＤ５０も、出射側段差面１４ａから回路基板３０に向かって延長された延長面との交線上に実装されている。

本実施形態では、ＬＥＤ４０、ＰＤ５０として、表面実装型のものを使用している。これにより、実装面積が減り回路基板を小型化することができ、ひいては雨滴検出装置も小型化できる。また、発光駆動回路や演算処理回路も表面実装型のものを使用すると、よりいっそう雨滴検出装置を小型化できる。

なお、本実施形態では、導光体１０に形成される入射側傾斜面１２ａ、１２ｂおよび出射側傾斜面１５ａ、１５ｂの面数はそれぞれ二つとしているが、傾斜面の面数は三つ以上としてもよい。その場合、傾斜面同士の間に形成される段差面は複数となる。形成される段差面の一つは、傾斜面上に形成される分割平凸レンズの光軸に沿って形成されることが好ましい。

光軸に沿って段差面が形成されていないと、たとえ光軸の延長線上にＬＥＤ４０、ＰＤ５０が配置されていたとしても、分割平凸レンズの端部の影が隣の分割平凸レンズ上に落ちる箇所が、分割平凸レンズの光軸に沿って段差面を形成される場合に比べて多く発生し、ウインドシールド６０に届く光の面積が少なくなり、結果、検出領域が狭くなるからである。

また、入射側段差面１１ａおよび出射側段差面１４ａは、導光体１０を通る平行光のほぼ中央に設けることが好ましい。入射側では、ＬＥＤ４０から放射される光が、入射側分割平凸レンズ１３ａ、１３ｂへ満遍なく届き、出射側では、受光素子が反射光を効率よく受光することができるからである。

本実施形態では、図２に示すように、導光体１０には、入射側分割平凸レンズ１３ａ、１３ｂ、および出射側分割平凸レンズ１６ａ、１６ｂが一組ずつ形成されている。入射側分割平凸レンズ１３ａ、１３ｂ、出射側分割平凸レンズ１６ａ、１６ｂのそれぞれの光軸と回路基板３０の交点には、ＬＥＤ４０とＰＤ５０が一つずつ設けられている。このように雨滴検出装置を構成することで、図６に示す従来技術の雨滴検出装置のように入射側の平凸レンズ１２０、１３０の個数に応じた発光素子１００、１１０を使用することがなくなるので、雨滴検出装置の部品点数を減らすことができる。

次に雨滴検出装置の作動を説明する。このように構成した本実施形態において、ＬＥＤ４０が発光駆動回路により駆動されて発光すると、所定の指向性を持った赤外線などの光が放射される。この光は、入射側分割平凸レンズ１３ａ、１３ｂの表面に入射される。入射側分割平凸レンズ１３ａ、１３ｂの表面には、ＬＥＤ４０から放射される光の放射範囲θ１のうち放射範囲θ１１の光が入射される。

入射側分割平凸レンズ１３ａ、１３ｂに入射した光は、入射側分割平凸レンズ１３ａ、１３ｂの表面により屈折されて二点鎖線で示すように平行光となる。この平行光は、ウインドシールド６０に向けて導光体１０内を進む。導光体１０内を進んだ平行光は、内壁面６０ｂ側から外壁面６０ａに照射される。この平行光が外壁面６０ａを照射した範囲が、雨滴検出領域となる。

導光体１０を進む平行光は、雨滴検出領域内の外壁面６０ａにより反射され、再び平行光として導光体１０内を出射側分割平凸レンズ１６ａ、１６ｂに向けて進む。反射光は、出射側分割平凸レンズ１６ａ、１６ｂに入射され、出射側分割平凸レンズ１６ａ、１６ｂの面により屈折されて二点鎖線で示すようにＰＤ５０に向けて集光される。ＰＤ５０は、受光範囲θ２のうち受光範囲θ２１の光を受光する。

以上のようなＬＥＤ４０からの光の光学的経路を形成する構成において、雨滴が外壁面６０ａに付着していると、この雨滴のために反射光の光量が減少する。したがって、ＰＤ５０に集光される光の光量も減少する。ＰＤ５０は、集光した光量に応じた信号を演算処理回路に送信する。演算処理回路は、その信号に基づき光量に応じて付着した雨滴量を演算し、この付着雨滴量に相当する信号をワイパ自動制御装置に送信する。

次に、本実施形態の作用効果を説明すると、
（１）入射側段差面および出射側段差面のそれぞれの段差面を延長した延長面が雨滴検出領域で交わっていないと、反射光は、上述の二箇所分の光量の低下を含むこととなる。結果、雨滴検出領域で二箇所の光量低下が生じ、これらの部分での雨滴の検出精度が低下し、雨滴検出領域内での雨滴の量が正確に検出できないおそれがある。

本実施形態では、入射側段差面１１ａおよび出射側段差面１４ａのそれぞれの段差面を延長した延長面が外壁面６０ａで交わっているので、雨滴検出領域内の光量の低下の影響を受ける部分を一致させることができ、雨滴の検出精度が低下する箇所または面積を減らすことが可能となる。

なお、光量が低下する原因を詳しく説明すると、導光体の入射側には、入射側分割平凸レンズおよび入射側傾斜面のそれぞれの間に入射側段差面が形成されている。この入射側段差面により、雨滴検出領域の入射側段差面を延長した延長面に対応する部分の光量が低下する。

一方、導光体の出射側にも、出射分割平凸レンズおよび出射側傾斜面のそれぞれの間に出射側段差面が形成されている。この出射側段差面により、反射光のうち、出射側段差面に対応する部分の光量が低下する。言い換えると、雨滴検出領域の出射側段差面を延長した延長面に対応する部分の光量が低下する。

（２）図１に示すように導光体１０の入射側および出射側のそれぞれに傾斜面１２ａ、１２ｂ、１５ａ、１５ｂとそれらの傾斜面の間に段差面１１ａ、１４ａとが形成されている。言い換えると導光体１０の入射側および出射側のそれぞれに形成される傾斜面１２ａ、１２ｂ、１５ａ、１５ｂが階段状となっているので、従来の導光体に比べ（一点鎖線で示す）導光体１０の高さを低くすることができる。

（３）一枚の平凸レンズを二分割した入射側分割平凸レンズ１３ａ、１３ｂおよび出射側分割平凸レンズ１６ａ、１６ｂは、導光体１０の入射側および出射側傾斜面１２ａ、１２ｂ、１５ａ、１５ｂ上に形成されている。これにより、入射側および出射側に形成されるレンズの光軸は一つとなり、ＬＥＤ４０とＰＤ５０の個数が従来の雨滴検出装置に比べ少なくなる。

（４）一枚の平凸レンズを二分割する場合、平凸レンズの光軸部分で分割することが好ましい。これは、光軸に沿って平凸レンズが分割されていないと、光軸の延長線上にＬＥＤ４０またはＰＤ５０が配置されていた場合、入射側および出射側分割平凸レンズの端部の影が、隣の分割平凸レンズ上に落ちる、もしくは、ＰＤ５０で検出される光量に影響を及ぼすこととなるためである。

（５）入射側段差面１１ａおよび出射側段差面１４ａは、導光体１０を通る平行光のほぼ中央に設けられているので、入射側では、ＬＥＤ４０から放射される光が、入射側分割平凸レンズ１３ａ、１３ｂへ満遍なく届き、出射側では、受光素子が反射光を効率よく受光することができる。

（６）入射側および出射側傾斜面１２ａ、１２ｂ、１５ａ、１５ｂが、それぞれの傾斜面のウインドシールド６０に投影された面が互いに重ならないように形成されているので、導光体１０の肉厚を均一化することができる。これにより、導光体１０成型時のヒケやボイドを抑えることが可能となる。また、製造装置に温度分布の発生を防止するための装置が必要なくなるので、導光体１０の製造コストの上昇を抑えることができる。

（７）回路基板３０上に形成されるＬＥＤ４０とＰＤ５０は、入射側および出射側段差面１１ａ、１４ａの延長された面と回路基板３０との交線上に形成されている。これにより、ＬＥＤ４０から入射側分割平凸レンズ１２ａ、１２ｂに向かって照射し、ウインドシールド６０にて反射された平行光を出射側分割平凸レンズ１６ａ、１６ｂにて集光する際、導光体１０およびレンズ形状による影の発生を極力少なくすることができる。

（８）入射側および出射側段差面１１ａ、１４ａを、導光体１０内を進む平行光の中央付近に設けているので、どの入射側分割平凸レンズ１２ａ、１２ｂへもＬＥＤ４０からの光が満遍なく届き、どの出射側分割平凸レンズ１６ａ、１６ｂからもＰＤ５０へ光を集光することができる。

（９）例えば、図６に示すようにＬＥＤ４０から放射される光は、θ１＝１２０°の指向性を有している。ＬＥＤ４０には、中心部付近の光量を１００％とすると、両翼（図中の破線で示す光線）での光量が約５０％に半減する。図１に示すように本実施形態では、入射側分割平凸レンズ１３ａ、１３ｂを形成する入射側傾斜面１２ａ、１２ｂが階段状となっているため、ＬＥＤ４０から放射する光の所定の放射範囲θ１のうち、光の強度の高い放射範囲θ１１の部分を使用することができる。

図示しないが、ＰＤ５０にも受光できる所定の受光範囲がある。両翼での光の受光率は、中心部付近の光の受光率に比べると劣る。本実施形態では、出射側分割平凸レンズ１６ａ、１６ｂを形成する出射側傾斜面１５ａ、１５ｂが階段状となっているため、ＰＤ５０が光を受光する所定の受光範囲θ２のうち、受光率の高い受光範囲θ２１の光を受光することができる。

（１０）ＬＥＤ４０が光を放射する所定の放射範囲θ１および、ＰＤ５０が光を受光する所定の受光範囲θ２を最大限利用できるように、回路基板３０と導光体１０との距離を調整すれば、回路基板３０と導光体の１０との距離を短くすることが可能となり、雨滴検出装置自体の厚さを薄くすることが可能となる。

（１１）ＬＥＤ４０が光を放射する所定の放射範囲、および、ＰＤ５０が光を受光する所定の受光範囲が狭いものも使用することが可能となる。

（１２）入射側分割平凸レンズ１３ａ、１３ｂの表面の曲率は、ＬＥＤ４０から入射される光が入射側分割平凸レンズ１３ａ、１３ｂの表面により屈折されて平行光となるように設定されている。出射側分割平凸レンズ１６ａ、１６ｂの表面の曲率も、ウインドシールド６０にて反射された平行光が出射側分割平凸レンズ１６ａ、１６ｂの表面により屈折されてＰＤ５０に集光されるように設定されている。

これによると、ＬＥＤ４０から入射側分割平凸レンズ１３ａ、１３ｂと出射側分割平凸レンズ１６ａ、１６ｂまでの距離が異なっていても、導光体１０内に平行光を形成することができ、反射された平行光をＰＤ５０に集光することができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態を図３および図４に基づいて説明する。第２の実施形態では、入射側傾斜面および出射側傾斜面をそれぞれ三つ以上形成している。図３は、第２の実施形態に係わる雨滴検出装置を車両のウインドシールド６０の内壁面６０ｂに装着した状態の一例を示した断面図である。図４は、第３の実施形態に係わる雨滴検出装置を車両のウインドシールド６０の内壁面６０ｂに装着した状態の別の例を示した断面図である。

図３に示すように、導光体１０ａの出射側には、三つの出射側傾斜面１５ｃ、１５ｄ、１５ｅと、二つの出射側段差面１４ｂ、１４ｃとが形成されている。出射側傾斜面１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ上には、出射側分割平凸レンズ１６ｃ、１６ｄ、１６ｅがそれぞれ形成されている。出射側段差面１４ｂは出射側傾斜面１５ｃ、１５ｄの間に、出射側段差面１４ｃは出射側傾斜面１５ｄ、１５ｅの間に形成される。

入射側段差面１１ａと出射側段差面１４ｃのそれぞれの段差面を延長した延長面は、ウインドシールド６０の外壁面６０ａで交わっている。出射側段差面１４ｃを回路基板３０に向かって延長した延長面と回路基板３０の実装面との交線上にはＰＤ５０の受光点５１が設けられている。出射側段差面１４ｃを境に、ＬＥＤ４０側には出射側傾斜面１５ｅが、その反対側には出射側傾斜面１５ｃ、１５ｄが形成されている。

図４に示すように、導光体１０ｂの入射側および出射側には、入射側傾斜面１２ｃ、１２ｄ、１２ｅおよび出射側傾斜面１５ｃ、１５ｄ、１５ｅが三つずつ、入射側段差面１１ｂ、１１ｃおよび出射側段差面１４ｂ、１４ｃが二つずつ形成されている。入射側傾斜面１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ上には、出射側分割平凸レンズ１３ｃ、１３ｄ、１３ｅがそれぞれ形成されている。

入射側段差面１１ｂは、入射側傾斜面１２ｃ、１２ｄの間に、入射側段差面１１ｃは、入射側傾斜面１２ｄ、１２ｅの間に形成される。出射側に形成される傾斜面、段差面、分割平凸レンズは、図３と同一である。

入射側段差面１１ｃと出射側段差面１４ｃのそれぞれの段差面を延長した延長面は、ウインドシールド６０の外壁面６０ａで交わっている。入射側段差面１１ｃを回路基板３０に向かって延長した延長面と回路基板３０の実装面との交線上にはＬＥＤ４０の光源４１が設けられている。入射側段差面１１ｃを境に、ＰＤ５０側には入射側傾斜面１３ｅが、その反対側には入射側傾斜面１３ｃ、１３ｄが形成されている。

次に、本実施形態の作用効果を説明すると、
（１）入射側傾斜面を三つ以上形成する場合は、延長した延長面上にＬＥＤ４０を有する入射側段差面１１ｃを境にＰＤ５０側には入射側傾斜面１２ｅが一つ、その反対側には入射側傾斜面１２ｃ、１２ｄが複数形成されている。これにより、傾斜面およびその上に形成される分割平凸レンズによる影が隣の分割平凸レンズに落とさずに導光体１０ｂの肉厚を均一化することができる。

（２）出射側傾斜面を三つ以上形成する場合は、延長した延長面上にＰＤ５０を有する出射側段差面１４ｃを境にＬＥＤ４０側には出射側傾斜面１５ｅが一つ、その反対側には出射側傾斜面１５ｃ、１５ｄが複数形成されている。これにより、分割平凸レンズから出射される光が隣の傾斜面およびその上に形成される分割平凸レンズによって妨げられることなしに導光体１０ａの肉厚を均一化することができる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態を図５に基づいて説明する。第３の実施形態では、入射側および出射側傾斜面をそれぞれ四つ形成する。図５は、第３の実施形態に係わる雨滴検出装置を車両のウインドシールド６０の内壁面６０ｂに装着した状態の一例を示した断面図である。

図５に示すように、導光体１０ｃの入射側および出射側には、それぞれ入射側傾斜面１２ｆ、１２ｇ、１２ｈ、１２ｉおよび出射側傾斜面１５ｆ、１５ｇ、１５ｈ、１５ｉが四つずつ、入射側段差面１１ｄ、１１ｅ、１１ｆおよび出射側段差面１４ｄ、１４ｅ、１４ｆが三つずつ形成されている。

入射側段差面１１ｅと出射側段差面１４ｅのそれぞれの段差面を延長した延長面は、ウインドシールド６０の外壁面６０ａで交わっている。さらに、入射側段差面１１ｅおよび出射側段差面１４ｅをそれぞれ回路基板３０に向かって延長した延長面と回路基板３０の実装面との交線上にはそれぞれＬＥＤ４０とＰＤ５０が設けられる。

次に、本実施形態の作用効果を説明すると、
（１）導光体１０ｃの入射側および出射側にそれぞれ四つの傾斜面を形成することで、他の実施形態のどの導光体よりも薄くすることができ、肉厚を均一化することができる。

（変形例１）
変形例１を図７に基づいて説明する。図７に示すように、導光体１０ｄに二組の入射側分割平凸レンズ１３ｊ、１３ｋ、１３ｌ、１３ｍと一組の出射側分割平凸レンズ１６ａ、１６ｂとが形成されている。なお、出射側分割平凸レンズ１６ａ、１６ｂとＰＤ５０は第１実施形態と同じため同一符号を用いる。

図７に示すように一方の入射側分割平凸レンズ１３ｊ、１３ｋの光軸と他方の入射側分割平凸レンズ１３ｌ、１３ｍの光軸とが平行となるように入射側分割平凸レンズ１３ｊ、１３ｋ、１３ｌ、１３ｍが導光体１０ｄに形成されている。各光軸と回路基板３０との交点には、ＬＥＤ４０ａ、４０ｂが設けられている。入射側分割平凸レンズ１３ｊ、１３ｋ、１３ｌ、１３ｍの幅は、出射側分割平凸レンズ１６ａ、１６ｂの約半分である。

ＬＥＤ４０ａから発光される光は、一方の入射側分割平凸レンズ１３ｊ、１３ｋを介して雨滴検出領域の約半分の領域に照射される。ＬＥＤ４０ｂから発光される光は、他方の入射側分割平凸レンズ１３ｌ、１３ｍを介して残りの約半分の領域に照射される。ＬＥＤ４０ａ、４０ｂは、図示しない駆動回路にて交互に発光される。ＰＤ５０は、交互に発光されるＬＥＤ４０ａ、４０ｂからの光を受光する。雨滴検出装置は、発光量に対する受光量の低下率を算出することで雨滴量を検出する。

上記構成を有する変形例１では、雨滴検出領域を二つの領域に分割し、各領域の発光量に対する受光量の低下率を別々に算出している。これにより、雨滴検出領域を分割しない場合に比べ、少量の雨滴であっても受光量の低下率が大きく算出されるので、雨滴の検出精度が向上する。

（変形例２）
変形例２を図８に基づいて説明する。導光体１０ｅに四組の入射側分割平凸レンズ１３ｎ、１３ｏ、１３ｐ、１３ｑ、１３ｒ、１３ｓ、１３ｔ、１３ｕと四組の出射側平凸レンズ１６ｊ、１６ｋ、１６ｌ、１６ｍ、１６ｎ、１６ｏ、１６ｐ、１６ｑが形成され、回路基板３０にＬＥＤ４０ｃ、４０ｄとＰＤ５０ａ、５０ｂが二つずつ設けられている。

図８に示すように上面から見た外形が略正方形である導光体１０ｅの各辺に四組の入射側分割平凸レンズ１３ｎ、１３ｏ、１３ｐ、１３ｑ、１３ｒ、１３ｓ、１３ｔ、１３ｕと四組の出射側分割平凸レンズ１６ｊ、１６ｋ、１６ｌ、１６ｍ、１６ｎ、１６ｏ、１６ｐ、１６ｑが形成されている。ある二組の入射側分割平凸レンズ１３ｎ、１３ｏ、１３ｐ、１３ｑは、それらのレンズ１３ｎ、１３ｏ、１３ｐ、１３ｑの光軸が導光体１０ｅのある角部に向かうように形成されている。残りの二組の入射側分割平凸レンズ１３ｒ、１３ｓ、１３ｔ、１３ｕは、それらのレンズ１３ｒ、１３ｓ、１３ｔ、１３ｕの光軸が上記角部の対角に位置する角部に向かうように形成されている。

ある二組の出射側分割平凸レンズ１６ｊ、１６ｋ、１６ｌ、１６ｍは、それらのレンズ１６ｊ、１６ｋ、１６ｌ、１６ｍの光軸が上記二つの角部でない、ある角部に向かうように形成されている。残りの二組の出射側分割平凸レンズ１６ｎ、１６ｏ、１６ｐ、１６ｑは、それらのレンズ１６ｎ、１６ｏ、１６ｐ、１６ｑの光軸がその角部の対角に位置する角部に向かうように形成されている。

回路基板３０上には、ＬＥＤ４０ｃ、４０ｄ、およびＰＤ５０ａ、ＰＤ５０ｂが設けられている。ＬＥＤ４０ｃは、向かい合う入射側分割平凸レンズ１３ｎ、１３ｏ、１３ｐ、１３ｑの光軸の交点の位置に設けられる。ＬＥＤ４０ｄは、向かい合う入射側分割平凸レンズ１３ｒ、１３ｓ、１３ｔ、１３ｕの光軸の交点の位置に設けられる。ＰＤ５０ａは、向かい合う出射側分割平凸レンズ１６ｊ、１６ｋ、１６ｌ、１６ｍの光軸の交点の位置に設けられる。ＰＤ５０ｂは、向かい合う出射側分割平凸レンズ１６ｎ、１６ｏ、１６ｐ、１６ｑの光軸の交点の位置に設けられる。

このように構成することで、導光体１０ｅに入射側分割平凸レンズ１３ｎ、１３ｏ、１３ｐ、１３ｑ、１３ｒ、１３ｓ、１３ｔ、１３ｕ、および出射側分割平凸レンズ１６ｊ、１６ｋ、１６ｌ、１６ｍ、１６ｎ、１６ｏ、１６ｐ、１６ｑが四組形成されることになるが、回路基板３０に設けるＬＥＤ４０ｃ、４０ｄとＰＤ５０ａ、５０ｂの個数は、それぞれ二つずつとすることができるので、雨滴検出範囲を広範囲としながら、ＬＥＤ４０ｃ、４０ｄとＰＤ５０ａ、５０ｂの個数を減らすことができる。

また、入射側分割平凸レンズ１３ｎ、１３ｏ、１３ｐ、１３ｑと出射側分割平凸レンズ１６ｊ、１６ｋ、１６ｎ、１６ｏとをＬ型に配置してもＬＥＤまたは、ＰＤのいずれか一方を共有できるので使用するＬＥＤ、ＰＤの個数を減らすことができる。

第１の実施形態に係わる雨滴検出装置を車両のフロントウインドシールド内壁面に装着した状態を示した図２の導光体のＩ−Ｉ矢視断面図である。 図１中の導光体、ＬＥＤ、およびＰＤの位置関係を示す上面図である。 第２の実施形態に係わる雨滴検出装置を車両のウインドシールド内壁面に装着した状態の一例を示した断面図である。 第２の実施形態に係わる雨滴検出装置を車両のウインドシールド内壁面に装着した状態の別の例を示した断面図である。 第３の実施形態に係わる雨滴検出装置を車両のウインドシールド内壁面に装着した状態の一例を示した断面図である。 ＬＥＤから放射される光の放射範囲と光の強度の関係を示した図である。 変形例１に係わる導光体、ＬＥＤ、およびＰＤの位置関係を示す上面図である。 変形例２に係わる導光体、ＬＥＤ、およびＰＤの位置関係を示す上面図である。 従来技術における雨滴検出装置を車両のウインドシールド内壁面に装着した状態を示した断面図である。

符号の説明

１０ 導光体
１１ａ 入射側段差面
１２ａ、１２ｂ 入射側傾斜面
１３ａ、１３ｂ 入射側分割平凸レンズ
１４ａ 出射側段差面
１５ａ、１５ｂ 出射側傾斜面
１６ａ、１６ｂ 出射側分割平凸レンズ
２０ ハウジング
３０ 回路基板
４０ ＬＥＤ（発光素子）
５０ ＰＤ（受光素子）
６０ ウインドシールド
６０ａ ウインドシールドの外壁面
７０ 光結合層（シリコン層）

Claims (9)

1. 発光素子からの光をウインドシールドの内壁側から照射し、前記ウイ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前記ウインドシールドの外壁面に付着した雨滴の量を検出する雨滴検出装置であって、
   前記ウインドシールドの内壁側に装着され、前記発光素子からの光が透過する複数の入射側傾斜面、隣り合う前記入射側傾斜面の端部同士が結ばれた入射側段差面、前記反射した光が透過する複数の出射側傾斜面、および隣り合う前記出射側傾斜面の端部同士が結ばれた出射側段差面とが形成された導光体と、
   前記入射側傾斜面上に形成され、前記発光素子からの光を平行光として形成させる第１のレンズと、
   前記出射側傾斜面上に形成され、前記反射した光を前記受光素子に集光させる第２のレンズとを備え、
   前記第１のレンズは、一枚の平凸レンズをこのレンズの光軸で分割したような形状を成す入射側分割平凸レンズを有し、前記第２のレンズは、一枚の平凸レンズをこのレンズの光軸で分割したような形状を成す出射側分割平凸レンズを有し、
   前記入射側段差面、および前記入射側分割平凸レンズのそれぞれの分割面が、前記入射側分割平凸レンズの前記光軸に沿って配置されるとともに、前記出射側段差面、および前記出射側分割平凸レンズのそれぞれの分割面が、前記出射側分割平凸レンズの前記光軸に沿って配置され、
   前記発光素子および前記受光素子は、それぞれ前記入射側分割平凸レンズの光軸および前記出射側分割平凸レンズの光軸上に配置され、
   前記入射側段差面および前記出射側段差面を、それぞれの延在方向のうち、前記ウインドシールド側に延長させた延長面が、互いに前記ウインドシールドの外壁面で交わっていることを特徴とする雨滴検出装置。
2. 前記発光素子および前記受光素子が実装されている回路基板を備え、
   前記回路基板と前記入射側段差面の前記延長面との交線上には、前記発光素子が設けられ、
   前記回路基板と前記出射側段差面の前記延長面との交線上には、前記受光素子が設けられることを特徴とする請求項１に記載の雨滴検出装置。
3. 前記入射側段差面と前記出射側段差面は、前記導光体を通る前記平行光のほぼ中央に設けられることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の雨滴検出装置。
4. 前記入射側傾斜面および前記出射側傾斜面は、前記ウインドシールド側から見たとき重ならないように形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の雨滴検出装置。
5. 前記入射側傾斜面は、前記延長面上に前記発光素子の光源を有する前記入射側段差面を境に二つのグループに分けられ、
   前記二つのグループのうち、前記受光素子側のグループの前記入射側傾斜面は一つであり、前記発光素子側のグループの前記入射側傾斜面は複数であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の雨滴検出装置。
6. 前記出射側傾斜面は、前記延長面上に前記受光素子の受光点を有する前記出射側段差面を境に二つのグループに分けられ、
   前記二つのグループのうち、前記発光素子側のグループの前記出射側傾斜面は一つであり、前記受光素子側のグループの前記出射側傾斜面は複数であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の雨滴検出装置。
7. 前記入射側分割平凸レンズの各曲率は、前記発光素子から入射する光が前記入射側導光部に前記平行光として形成されるように設定されており、前記出射側分割平凸レンズの各曲率は、前記反射した平行光が前記受光素子に集光されるように設定されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の雨滴検出装置。
8. 前記導光体には、前記入射側分割平凸レンズが複数組、前記出射側分割平凸レンズが一組形成され、各組の前記入射側分割平凸レンズの光軸が平行となっており、
   前記回路基板には、各組の前記入射側分割平凸レンズの光軸上に前記発光素子が一つずつ設けられ、前記出射側分割平凸レンズの光軸上に前記受光素子が一つ設けられていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の雨滴検出装置。
9. 前記導光体は、上面から見た外形が略正方形であり、
   前記入射側分割平凸レンズと前記出射側分割平凸レンズが一組ずつ前記導光体の各辺に沿って形成されていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の雨滴検出装置。

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