JP4374795B2 - 雨滴センサ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば車両に採用するに適した雨滴センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、乗用車用雨滴センサは、図５にて示すごとく、当該乗用車のフロントウインドシールドＷの内面に装着されて、雨滴の有無を光学的に検出するようになっている。当該雨滴センサは、プリズム１と、発光素子２及び受光素子３とを備えている。ここで、プリズム１はフロントウインドシールドＷの内面に左右方向に沿い長手状に装着されており、当該プリズム１は、左右両側の平凸レンズ部１ａ、１ｂの間にプリズム本体１ｃを一体に形成した構成となっている。発光素子２及び受光素子３は、プリズム１の直上に位置する配線板５に、当該プリズム１の左右両側にて支持されて、左右両側の平凸レンズ部１ａ及び１ｂに対向して位置する。なお、図５において、制御回路５は、配線板４に配設されている。
【０００３】
このように構成した雨滴センサにおいて、平凸レンズ部１ａは発光素子２からの光を平行光にしてプリズム本体１ｃに入射する。プリズム本体１ｃに入射した光は、フロントウインドシールドＷの外面とプリズム本体１ｃの中央部上壁との間で図示矢印のごとく複数回反射された後、平凸レンズ部１ｂに入射する。平凸レンズ部１ｂはプリズム本体１ｃからの光を集光して受光素子３に入射する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記雨滴センサにおいては、その雨滴検出領域を広くするため、上述のようなプリズム１とフロントウインドシールドＷとの間における光の反射の繰り返しを伴う光学的経路をとる。このため、発光素子２及び受光素子３は、プリズム１の左右両端部よりも外側に配設しなければならない。その結果、雨滴センサとしての左右方向の形状寸法が大きくなるという不具合がある。
【０００５】
また、上述のような光学的経路でプリズム１とフロントウインドシールドＷとの間における光の反射の繰り返しを行っても、雨滴検出領域の広さとしては未だ不十分である。
【０００６】
そこで、本発明は、以上のようなことに対処するため、プリズムの形状に工夫を凝らし、雨滴の検出領域の拡大を確保しつつ発光素子及び受光素子をプリズムの両端よりも中央側に配置するようにした雨滴センサを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題の解決にあたり、請求項１に記載の発明に係る雨滴センサは、 ウインドシールド（Ｗ）の内面に接着されるプリズム（２０）と、発光素子（４０）と、受光素子（５０）とを備える。
【０００８】
当該雨滴センサにおいて、プリズムは、ウインドシールドの内面に接着される連結壁（２０ａ）と、この連結壁を挟むようにウインドシールドの内面から離れる方向にコ字状に延出する入射側及び出射側の各プリズム壁（２０ｂ、２０ｃ）とでもって、透光性材料により一体に形成されている。
【０００９】
入射側プリズム壁は、その出射側プリズム壁に対向する内面（２２）側延出端部にて形成された入射側レンズ面（２６）を有し、一方、出射側プリズム壁は、その入射側プリズム壁に対向する内面（２４）側延出端部にて形成された出射側レンズ面（２７）を有している。
【００１０】
ここで、入射側レンズ面は、出射側プリズム壁側へいく程ウインドシールドの内面から離れるように傾斜する光軸（Ｐ）を有すると共に、この光軸を通るウインドシールドの内面に直角な断面内において出射プリズム壁側へ向け凸なレンズ形状を有し、一方、出射側レンズ面は、入射側プリズム壁側へいく程ウインドシールドの内面から離れるように傾斜する光軸（Ｑ）を有すると共に、この光軸を通るウインドシールドの内面に直角な断面内において入射側プリズム壁側へ向け凸なレンズ形状を有している。
【００１１】
また、発光素子は、入射側レンズ面よりも出射側レンズ面側にて入射側レンズ面の光軸上に配設されて当該入射側レンズ面で平行光に屈折されるように光を入射し、一方、受光素子は、出射側レンズ面よりも入射側レンズ面側にて出射側レンズ面の光軸上に配設されて当該出射側レンズ面で集光するように屈折されて出射する光を受光するようになっている。
【００１２】
また、入射側レンズ面の断面凸なレンズ形状は、発光素子を中心としてウインドシールドの内面に沿い円弧状に形成され、出射側レンズ面の断面凸なレンズ形状は、受光素子を中心としてウインドシールドの内面に沿い円弧状に形成されている。
【００１３】
また、入射側プリズム壁のその内面に対向する外面（２８）は、ウインドシールドの内面に平行な面であって発光素子を通る面内にて当該発光素子に対応する位置を焦点（Ｆ）とする放物面形状に形成され、一方、出射側プリズム壁のその内面に対向する外面（２９）は、ウインドシールドの内面に平行な面であって受光素子を通る面内にて当該受光素子に対応する位置を焦点（ｆ）とする放物面形状に形成されている。
【００１４】
そして、入射側プリズム壁内に入射側レンズ面から平行光として入射する光は入射側プリズム壁内にてその外面により平行光として反射されて連結壁を通りフロントウインドシールドの内面に入射し、当該内面に入射した光は平行光として連結壁を通り出射側プリズム壁内に反射されてその外面により平行光として出射側レンズ面に向け反射される。
【００１５】
このように構成した雨滴センサでは、発光素子の光が入射側レンズ面に入射すると、このレンズ面の焦点は発光素子からの光が当該レンズ面により平行光に屈折されて入射側プリズム壁の内側に進むようにとってあるため、入射側レンズ面への入射光は、当該レンズ面により屈折されて入射側プリズム壁内に平行光となってその外面に向けて進む。
【００１６】
ここで、上述のごとく、入射側レンズ面は、発光素子に向けて凸な断面円弧形状にて、フロントウインドシールドの内面に沿い円弧状に形成されている。従って、発光素子から入射側レンズ面への入射光は、当該レンズ面の面全体に亘り放射状に入射するから、このレンズ面から上述のように入射側プリズム壁内に進む平行光は、入射側レンズ面の面全体に対応する面状光となって入射側プリズム壁の外面に向かう。
【００１７】
ついで、このように入射側プリズム壁２０ｂ内をその外面に向けて進む平行光が当該外面により反射されると、この外面は上述のような放物面形状となっているため、当該外面により反射される平行光は面状光として入射側プリズム壁内を連結壁側に向け進む。このように進む面状平行光はフロントウインドシールドの内面に面状に入射する。
【００１８】
すると、この入射光は、当該フロントウインドシールドの内面により面状に反射されて連結壁及び出射側プリズム壁内に向けて平行光として進む。この平行光は出射側プリズム壁内にてその外面により反射されると、この反射光は、当該外面が上述のような放物面形状となっているため、当該外面により反射されて面状の平行光として出射側レンズ面に向けて進む。すると、このように出射側レンズ面に進む平行光は当該レンズ面の面全体により屈折されて受光素子に向けて集光する。
【００１９】
以上のような発光素子からの光の光学的路程を形成する構成において発光素子及び受光素子をプリズムの両放物面形状の外面の間に位置させても、上述のような光学的路程のもとに連結壁を通りフロントウインドシールドの内面に入射する光の領域は、面状となり非常に広く確保できるので、雨滴の検出領域を非常に広くしつつ雨滴センサのフロントウインドシールドの内面に沿う方向の寸法形状をより一層コンパクトにし得る。また、フロントウインドシールドの内面での光の反射回数も１回であるから、光の減衰量も少ない。従って、受光素子の受光にあたり発光素子の光に対する利用率も向上する。
【００２０】
また、請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明において、
両光軸は互いに直交するようになっており、入射側プリズム壁内におけるその外面への平行光の入射角は４５度であり、出射側プリズム壁内におけるその外面への平行光の入射角は４５度であることを特徴とする。
【００２１】
これにより、請求項１に記載の発明の作用効果をより一層向上できる。
【００２２】
なお、上記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。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る雨滴センサＳが、乗用車のフロントウインドシールドＷに適用された例を示している。なお、この雨滴センサＳは、フロントウインドシールドＷの外面に設けたワイパーためのワイパー自動制御装置に採用される。
【００２４】
雨滴センサＳは、フロントウインドシールドＷにその内面側から上記ワイパーの払拭領域に対応して設けられているもので、この雨滴センサＳは、フロントウインドシールドＷの上記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ー自動制御装置に出力する。
【００２５】
当該雨滴センサＳは、図１にて示すごとく、遮光性ケーシング１０内に組み付けたプリズム２０を備えており、このプリズム２０は、その底面２１にて、ケーシング１０の開口部１１と共に、透明の接着材層３０によりフロントウインドシールドＷの内面（上記払拭領域に対応する部分）に貼着されている。なお、本実施形態では、雨滴センサＳの図１にて図示右側及び左側が当該乗用車の右側及び左側に対応する。
【００２６】
また、当該雨滴センサＳは、図１にて示すごとく、発光素子４０及び受光素子５０を備えており、これら発光素子４０及び受光素子５０は、ケーシング１０内にてその上壁１２に並行に支持した配線板６０の下面中央部に互いに間隔をおいて配設されている。ここで、発光素子４０は、その発光部にて、後述するレンズ面２６に対向し、受光素子５０は、その受光部にて、後述するレンズ面２７に対向している。本実施形態では、発光素子５０は、発光ダイオードであり、受光素子５０は、フォトダイオードである。なお、図１にて符号７０は半導体チップからなるＩＣ回路を示しており、このＩＣ回路７０は、発光素子４０の発光駆動及び受光素子５０の受光出力の処理を行う。
【００２７】
次に、プリズム２０の構成を、発光素子４０及び受光素子５０との関係において詳述する。プリズム２０は、図１及び図２にて示すごとく、連結壁２０ａ、入射側プリズム壁２０ｂ及び出射側プリズム壁２０ｃを一体に有するように、発光素子４０の発光波長に対し十分な分光透過率を有する樹脂材料により断面略コ字形状に形成されている。連結壁２０ａは直方体形状に形成されており、この連結壁２０ａは、その底面にて、入射側プリズム壁２０ｂ及び出射側プリズム壁２０ｃの各底面と共に、プリズム２０の底面２１を構成する。
【００２８】
入射側プリズム壁２０ｂ及び出射側プリズム壁２０ｃは、図１乃至図４にて示すごとく、互いに連結壁２０ａを挟持するようにして当該連結壁２０ａの左右両端からその上面（底面２１に平行な連結壁２０ａの面）側へ一体に断面略コ字状に延出している。プリズム壁２０ｂは、互いに直角な内面２２及び上面２３を有しており、一方、プリズム壁２０ｃは、互いに直角な内面２４及び上面２５を有している。ここで、プリズム壁２０ｂは、その内面２２にて、プリズム壁２０ｃの内面２４に対向しており、これら両内面２２、２４は、連結壁２０ａの上面からこれに垂直に互いに間隔をおいて延出している。また、プリズム壁２０ｂは、その上面２３にて、プリズム壁２０ｃの上面２４と同一平面上に位置する。
【００２９】
プリズム壁２０ｂは、内面２２と上面２３との間の隅角部において、発光素子４０に対向するレンズ面２６を有している。このレンズ面２６は、上記隅角部の紙面（図１参照）の手前から裏側にかけての中央において、発光素子４０に向けて凸な断面円弧形状にて、発光素子４０を中心とする半径Ｒの円周に沿い円弧状に形成されている。
【００３０】
ここで、レンズ面２６の焦点は、発光素子４０の発光部からの光がレンズ面２６により平行光に屈折されてプリズム壁２０ｂのうちレンズ面２６の内側に進むようにとられる。また、半径Ｒは図１にてプリズム壁２０ｂの図示断面内上下方向において変化するが、この半径Ｒの最短値は、レンズ面２６の上記断面円弧形状を形成する中心Ｐ１と発光素子４０の発光部とを結ぶ一点鎖線Ｐ（図１のプリズム壁２０ｂの断面内でのレンズ面２６の光軸に相当する）でもって特定される。従って、レンズ面２６の上記断面円弧形状は、４分の１円周形状に相当する。このことは、レンズ面２６の上縁は、上面２３と同一面内にあり、レンズ面２６の下縁は、内面２４と同一面内にあることを意味する（図１参照）。
【００３１】
プリズム壁２０ｃは、内面２４と上面２５との間の隅角部において、受光素子５０に対向するレンズ面２７を有している。このレンズ面２７は、プリズム壁２０ｃの上記隅角部の紙面（図１参照）の手前から裏側にかけての中央において、受光素子５０に向けて凸な断面円弧形状にて、受光素子５０を中心とする半径ｒの円周に沿い円弧状に形成されている。
【００３２】
ここで、レンズ面２７の焦点は、このレンズ面２７に後述のように入射する平行光がレンズ面２７により屈折されて受光素子５０の受光部に集光するようにとられる。また、半径ｒは図１にてプリズム壁２０ｃの図示断面内上下方向において変化するが、この半径ｒの最短値は、レンズ面２７の上記断面円弧形状を形成する中心Ｑ１と受光素子５０の受光部とを結ぶ一点鎖線Ｑ（図１のプリズム壁２０ｃの断面内でのレンズ面２７の光軸に相当する）でもって特定される。従って、レンズ面２７の上記断面円弧形状は、４分の１円周形状に相当する。このことは、レンズ面２７の上縁は、上面２５と同一面内にあり、レンズ面２７の下縁は、内面２５と同一面内にあることを意味する（図１参照）。
【００３３】
なお、両プリズム壁２０ｂ、２０ｃの各断面形状は、図１にて図示中心線Ｃを基準に線対称となっている。また、発光素子４０も、中心線Ｃを基準に線対称の位置にある。また、両一点鎖線Ｐ、Ｑは、雨滴センサＳの図１の図示断面内にて互いに直交する。
【００３４】
また、プリズム壁２０ｂは放物面形状の外面２８を有し、一方、プリズム壁２０ｃは放物面形状の外面２９を有する。ここで、外面２８は、図４にて図示中心線Ｄを基準として外面２９に対し線対称的な形状となっている。また、発光素子４０及び受光素子５０を含む面であって配線板６０の上面に平行な面から下方に向けプリズム２０を平面視したとき、レンズ面２６からプリズム壁２０ｂ内に進む平行光は外面２８により中心線Ｄに直交する向きに反射されて進むように、外面２８の放物面形状が特定されている。
【００３５】
具体的には、図４のようにＹ軸及びＸ軸からなる直交座標面をとり、プリズム壁２０ｂの内面２２に平行な面であって発光素子４０の発光部を通る面内に焦点Ｆをとったとき、この焦点Ｆと外面２８との距離をａとすると、Ｙ＝４ａＸ²が成立するように外面２８の放物面形状を特定する。但し、図１のプリズム壁２０ｂの断面において、一点鎖線Ｐは外面２８と４５度にて交わる。従って、レンズ面２６からプリズム壁２０ｂ内に進む平行光はプリズム壁２０ｂを平面視したとき中心線Ｄに直交する向きにて連結壁２０ａ内に向け４５度の反射角にて進む。
【００３６】
また、上述のように外面２８は、図４にて図示中心線Ｄを基準として外面２９に対し線対称的な形状となっているから、プリズム壁２０ｃの内面２４に平行な面であって受光素子５０の受光部を通る面内に焦点ｆをとったとき、この焦点ｆと外面２９との距離をａとすると、上記Ｙ＝４ａＸ²に相当する放物線方程式が成立するように外面２９の放物面形状を特定する。但し、図１のプリズム壁２０ｃの断面において、一点鎖線Ｑは外面２９と４５度にて交わる。従って、連結壁２０ａから外面２９に進む平行光はプリズム壁２０ｃを平面視したとき中心線Ｄに直交する向きにてレンズ面２７に向け４５度の反射角にて進む。
【００３７】
なお、本実施形態では、フロントウインドシールドＷの外面への入射光は、上記払拭領域に雨滴の付着がないとき、全反射される。従って、上記払拭領域に雨滴の付着があるとき、フロントウインドシールドＷの反射光量が減少する。
【００３８】
このように構成した本実施形態において、発光素子４０がＩＣ回路７０により駆動されて発光すると、この発光素子４０の光は、図３にて二点鎖線で示すようにプリズム壁２０ｂのレンズ面２６に入射する。すると、レンズ面２６の焦点は、上述のごとく、発光素子４０の発光部からの光がレンズ面２６により平行光に屈折されてプリズム壁２０ｂのうちレンズ面２６の内側に進むようにとってあるため、レンズ面２６への入射光は、当該レンズ面２６により屈折されてプリズム壁２０ｂ内に図３にて二点鎖線で示すごとく平行光となって外面２８に向けて進む。
【００３９】
ここで、上述のごとく、レンズ面２６は、発光素子４０に向けて凸な断面円弧形状にて、当該発光素子４０を中心とする半径Ｒの円周に沿い円弧状に形成されている。従って、発光素子４０からレンズ面２６への入射光は、レンズ面２６の面全体に亘り放射状に入射するから、レンズ面２６から上述のようにプリズム壁２０ｂ内に進む平行光は、レンズ面２６の面全体に対応する面状光となって外面２８に向かう。
【００４０】
ついで、このように外面２８に向けてプリズム壁２０ｂ内を進む平行光が外面２８により反射されると、この外面２８は上述のような放物面形状となっているため、外面２８により反射される平行光は面状光としてプリズム壁２０ｂ内を連結壁２０ａ側に向け図３にて二点差線で示すごとく進む。このように進む面状平行光は接着剤層３０を通りフロントウインドシールドＷの内面に面状（図４にて両二点鎖線Ａ、Ｂ間の領域参照）に入射する。
【００４１】
すると、この入射光は、当該フロントウインドシールドＷの内面により面状に反射されて接着剤層３０を通り連結壁２０ａ及びプリズム壁２０ｃ内に向けて平行光として進む。この平行光はプリズム壁２０ｃ内にて外面２９により反射されると、この反射光は、外面２９が上述のような放物面形状となっているため、当該外面２９により反射されて面状の平行光としてレンズ面２７に向けて進む。すると、このようにレンズ面２７に進む平行光は当該レンズ面２７の面全体により屈折されて受光素子５０の受光部に向けて集光して受光させる。
【００４２】
以上のような発光素子４０からの光の光学的路程を形成する構成において、雨滴ｄが図３にて示すごとくフロントウインドシールドＷの外面に付着すると、この雨滴ｄのため連結壁２０ａ及び接着剤層３０を通りフロントウインドシールドＷの内面に入射する光の当該内面での反射光量が減少する。このため、上述のように平行光としてレンズ面２７を通り受光素子５０に集光する光量も減少する。この減少光量に基づく受光素子５０の出力に応じて制御回路７０での処理がなされる。
【００４３】
ここで、発光素子４０及び受光素子５０をプリズム２０の両外面２８、２９の間に位置させても、上述のような光学的路程のもとに連結壁２０ａ及び接着剤層３０を通りフロントウインドシールドＷの内面に入射する光の領域は、上述のように両二点鎖線Ａ、Ｂ間の領域と非常に広く確保できるので、雨滴の検出領域を非常に広くしつつ雨滴センサの左右方向の寸法形状をより一層コンパクトにし得る。また、フロントウインドシールドＷの内面での光の反射回数も１回であるから、光の減衰量も少ない。従って、受光素子５０の受光にあたり発光素子４０の光に対する利用率も向上する。
【００４４】
なお、本発明の実施にあたり、雨滴センサＳは、乗用車に限ることなく、自動車その他の車両や船舶等の雨滴センサであってもよい。また、雨滴センサＳは、乗用車のフロントウインドシールドに限らず、リアウインドシールド等のウインドシールドに適用されるものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る乗用車用雨滴センサの一実施形態をフロントウインドシールドの内面に装着した状態にて示す断面図である。
【図２】図１のプリズムの斜視図である。
【図３】図１にてケーシング、配線板及びＩＣ回路を除去した断面図である。
【図４】図１にて発光素子及び受光素子を含む面から下方を見たプリズムの平面図である。
【図５】従来の雨滴センサをフロントウインドシールドの内面に装着した状態で示す断面図である。
【符号の説明】
Ｗ…フロントウインドシールド、２０…プリズム、２０ａ…連結壁、
２０ｂ、２０ｃ…プリズム壁、２２、２４…内面、２６、２７…レンズ面、
２８、２９…外周壁、４０…発光素子、５０…受光素子、Ｆ、ｆ…焦点、
Ｐ、Ｑ…光軸。

Claims (2)

1. ウインドシールド（Ｗ）の内面に接着されるプリズム（２０）と、発光素子（４０）と、受光素子（５０）とを備える雨滴センサにおいて、
   前記プリズムは、前記ウインドシールドの内面に接着される連結壁（２０ａ）と、この連結壁を挟むように前記ウインドシールドの内面から離れる方向にコ字状に延出する入射側及び出射側の各プリズム壁（２０ｂ、２０ｃ）とでもって、透光性材料により一体に形成されており、
   前記入射側プリズム壁は、その前記出射側プリズム壁に対向する内面（２２）側延出端部にて形成された入射側レンズ面（２６）を有し、一方、前記出射側プリズム壁は、その前記入射側プリズム壁に対向する内面（２４）側延出端部にて形成された出射側レンズ面（２７）を有しており、
   前記入射側レンズ面は、前記出射側プリズム壁側へいく程前記ウインドシールドの内面から離れるように傾斜する光軸（Ｐ）を有すると共に、この光軸を通る前記ウインドシールドの内面に直角な断面内において前記出射プリズム壁側へ向け凸なレンズ形状を有し、一方、前記出射側レンズ面は、前記入射側プリズム壁側へいく程前記ウインドシールドの内面から離れるように傾斜する光軸（Ｑ）を有すると共に、この光軸を通る前記ウインドシールドの内面に直角な断面内において前記入射側プリズム壁側へ向け凸なレンズ形状を有しており、
   前記発光素子は、前記入射側レンズ面よりも前記出射側レンズ面側にて前記入射側レンズ面の光軸上に配設されて当該入射側レンズ面で平行光に屈折されるように光を入射し、一方、前記受光素子は、前記出射側レンズ面よりも前記入射側レンズ面側にて前記出射側レンズ面の光軸上に配設されて当該出射側レンズ面で集光するように屈折されて出射する光を受光するようになっており、
   前記入射側レンズ面の断面凸なレンズ形状は、前記発光素子を中心として前記ウインドシールドの内面に沿い円弧状に形成され、前記出射側レンズ面の断面凸なレンズ形状は、前記受光素子を中心として前記ウインドシールドの内面に沿い円弧状に形成されており、
   前記入射側プリズム壁のその内面に対向する外面（２８）は、前記ウインドシールドの内面に平行な面であって前記発光素子を通る面内にて当該発光素子に対応する位置を焦点（Ｆ）とする放物面形状に形成され、一方、前記出射側プリズム壁のその内面に対向する外面（２９）は、前記ウインドシールドの内面に平行な面であって前記受光素子を通る面内にて当該受光素子に対応する位置を焦点（ｆ）とする放物面形状に形成されており、
   前記入射側プリズム壁内に前記入射側レンズ面から平行光として入射する光は前記入射側プリズム壁内にてその外面により平行光として反射されて前記連結壁を通り前記フロントウインドシールドの内面に入射し、当該内面に入射した光は平行光として前記連結壁を通り前記出射側プリズム壁内に反射されてその外面により平行光として前記出射側レンズ面に向け反射されることを特徴とする雨滴センサ。
2. 前記両光軸は互いに直交するようになっており、前記入射側プリズム壁内におけるその外面への平行光の入射角は４５度であり、前記出射側プリズム壁内におけるその外面への平行光の入射角は４５度であることを特徴とする請求項１に記載の雨滴センサ。

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