JP4508201B2

JP4508201B2 - 雨滴検知装置

Info

Publication number: JP4508201B2
Application number: JP2007028516A
Authority: JP
Inventors: 晃倉橋
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-02-07
Filing date: 2007-02-07
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2023-02-27
Also published as: JP2007163511A

Description

本発明は、車両用ワイパ自動制御装置又は建物用窓自動開閉装置などに用いて好適な雨滴検知装置に関する。

一般に、車両用ワイパ自動制御装置又は建物用窓自動開閉装置などに用いられる雨滴検知装置は、窓ガラスに向けて光を照射する発光素子（例えば発光ダイオードＬＥＤ）と、窓ガラスの反射光を受光し電気信号に変換する光電変換素子（例えばフォトダイオードＰＤ）と、光電変換素子の出力値（厳密には、光電変換素子に接続された検波・増幅回路の出力値）と雨判定のための閾値とを比較し晴雨を判定する演算処理回路とを備えて構成され、窓ガラスに付着した雨滴状態に応じてワイパの払拭動作モードや窓ガラスの開閉動作などを制御するようにしている。

しかし、発光素子の発光量及び光電変換素子の出力値は温度によって変化するため、光電変換素子の温度特性により誤判定をし、晴れ時にもかかわらずワイパを作動させたり、開放状態の窓ガラスを閉じてしまうなどといった誤動作が発生する。

そこで、従来から、光電変換素子の出力の温度特性を補償するために、受光増幅部のゲインや参照電圧を補正するようにした雨滴検知装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−３２６１８６号公報

しかし、上記のような従来の雨滴検知装置によると、発光側では発光量制御回路が必要となり、また、受光側では温度補正回路が必要となるため、コスト高になるという問題があった。

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決し、温度補償用の特別な回路を設けることなく低コストで誤動作を防止することができる雨滴検知装置を提供することを目的とする。

請求項１に係る雨滴検知装置は、光を照射する発光素子と、前記発光素子からの光を受光し受光量に応じた電気信号を出力する光電変換素子と、該光電変換素子の過去の出力値と現在の出力値とに基づいて出力変化量を演算し、該出力変化量と所定の閾値とを比較することにより晴雨を判定する演算処理回路とを備える雨滴検知装置において、前記発光素子及び前記光電変換素子を取巻く環境温度を検知するための温度検出手段を備え、前記演算処理回路は、晴れ判定時に、前記環境温度の上昇割合が所定値以上であると判断したとき、前記閾値を所定量だけ増大させることを特徴とする。

請求項１に係る雨滴検知装置によると、発光素子及び光電変換素子を取巻く環境温度が急速に変化した場合、雨判定のための閾値は所定量だけ変化するようになる。つまり、環境温度が急速に変化した場合、変化前の閾値をそのまま用いて雨判定を行うと温度変化により変化した出力値によって晴れ時にもかかわらず降雨時と誤判定する場合が生じるが、所定量だけ変化させた閾値を用いることにより降雨時との誤判定を防止することが可能になる。そして、このような雨判定のための閾値の更新は、ソフトウエアによって簡単に実行することができるため、従来のような温度補償用の特別な回路を設けなくて済み低コストで誤動作を防止することができる。また、雨滴検知装置を車両用ワイパ自動制御装置に用いた場合、雨判定のための閾値の更新は晴れ時に限って行なわれ、降雨時には従前からの閾値が用いられるため、降雨時のワイパの払拭動作は従前と同様に行なわれ、払拭フィーリングの低下を招かない。

請求項２に係る雨滴検知装置は、透明板材に光を照射する発光素子と、前記透明板材からの反射光を受光し受光量に応じた電気信号を出力する光電変換素子と、該光電変換素子の過去の出力値と現在の出力値とに基づいて出力変化量を演算し、該出力変化量と所定の閾値とを比較することにより晴雨を判定する演算処理回路とを備える雨滴検知装置において、前記発光素子及び前記光電変換素子を取巻く環境温度を検知するための温度検出手段を備え、前記演算処理回路は、晴れ判定時に、前記環境温度の上昇割合が所定値以上であると判断したとき、前記閾値を増大させ、該増大後の閾値と、前記過去の出力値と前記現在の出力値とに基づいて演算した出力変化量とを、比較することにより晴雨を判定することを特徴とする。

請求項２に係る雨滴検知装置は、請求項１に係る雨滴検知装置と同様、温度補償用の特別な回路を設けることなく低コストで誤動作を防止することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る雨滴検知装置が組み込まれた雨滴対応装置としてのワイパ自動制御装置のブロック図、図２は、雨滴検知装置の構造図をそれぞれ示す。

図１において、１は、透明板材としての自動車の窓ガラス例えばフロントウインド、２は、フロントウインド１に付着した雨滴を払拭する操作部材としてのワイパ、３は、ワイパ２を駆動する操作部材駆動装置としてのワイパ駆動装置、６は、フロントウインド１に付着した雨滴を検出しワイパ駆動装置３にワイパ自動制御信号を送信する雨滴検知装置を表している。

ワイパ自動制御装置への電源供給は、バッテリ３０からイグニッションスイッチ３１を介して行なわれ、雨滴検知装置６内のＣＰＵ１２、ワイパ駆動装置３内のワイパモータ４等に配電される。

ワイパ駆動装置３は、ワイパ２を駆動するワイパモータ４と、ワイパモータ４に駆動電流を供給するワイパモータ駆動回路５と、ワイパ２の動作モードを決定するために操作されるワイパスイッチ７とから構成されている。ワイパスイッチ７は、停止（ＯＦＦ）、オート（ＡＵＴＯ）、Ｌｏ及びＨｉからなる４つの動作位置を有しており、オートが選択されたとき、ワイパ２は雨滴検知装置６により自動制御される。なお、ワイパスイッチ７は、少なくとも雨滴検知装置６を作動させるためのスイッチを有しておればよく、上記４つの動作位置を全て有する必要はない。

雨滴検知装置６は、フロントウインド１上の雨滴を光学的に検出するために、フロントウインド１に光（赤外線又は可視光）を照射する発光素子（発光ダイオードＬＥＤ）８と、フロントウインド１からの反射光を受光し電気信号に変換する光電変換素子（フォトダイオードＰＤ）９とを備えている。ＬＥＤ８にはＬＥＤ駆動回路１３が接続されており、ＬＥＤ駆動回路１３は、ＣＰＵ１２からの発光タイミング制御信号及び駆動電流制御信号に従ってＬＥＤ８をパルス駆動する。ＰＤ９には検波・増幅回路１４が接続されており、検波・増幅回路１４は、ＰＤ９の出力信号を検波、増幅してＣＰＵ１２に出力する。なお、ＬＥＤ８及びＰＤ９はそれぞれ複数個装着し、雨滴検知範囲の拡大を図るようにしてもよい。

ＣＰＵ１２は、検波・増幅回路１４の出力値及び所定の手続を経て記憶された過去の検波・増幅回路１４の出力値に基づいて発光量に対する受光量の低下率等を演算、記憶し、演算された低下率と所定の閾値とを比較して晴雨を判定する判定機能等を有しており、判定結果に基づいてワイパモータ駆動回路５にワイパ制御信号を送信する。ここで、所定の手続を経て記憶された過去の検波・増幅回路１４の出力値とは、雨滴がフロントウインド１に付着していない状態つまり晴れ時の出力値であり、雨滴がフロントウインド１に付着している状態つまり降雨時の出力値は除外される。この出力値は、出力値自体が雨滴以外のガラスの汚れや傷及び素子の劣化等で変動するため、常に一定周期で更新される出力値であり、換言すると、経年変化を補正した出力値である。ＣＰＵ１２は、上記閾値、出力値等や、ワイパ自動制御等を実行するための所定の処理手順が記憶されるＲＡＭ２４及びＲＯＭ２５を備えている。

雨滴検知装置６は、必要に応じて、プリズム２３の結露を防止するためのヒータ２０と、ヒータ２０に駆動電流を供給するヒータ回路２１と、プリズム２３（図２）の温度を検知するための温度検出手段としてのプリズム温度センサ２２を備えている。ＣＰＵ１２は、プリズム温度センサ２２からの温度信号に応じてヒータ回路２１にヒータ制御信号を送信し、ヒータ２０への通電を制御する。また、ＣＰＵ１２は、プリズム温度センサ２２からの温度信号に応じて受光量の低下率の温度補正を行う場合もある。なお、プリズム温度センサ２２の代わりに温度検出部１０を利用し、回路温度からプリズム温度を推測することで、プリズム温度センサ２２を省略するようにしてもよい。

さらに、雨滴検知装置６には、図２に示すように、ＬＥＤ８及びＰＤ９を支持するベース部１７と、ＬＥＤ駆動回路１２（図１）及び検波・増幅回路１４（図１）を有する回路基板１５とが設けられている。これらＬＥＤ８、ＰＤ９、ベース部１７及び回路基板１５は、センサケース１６内に固定配置され、センサケース１６はカバー１１内に固定されている。雨滴検知装置６は、プリズム２３を光透過性の透明接着剤を用いてフロントウインド１の車室内側壁面１ｂに固着することによってフロントウインド１に取り付けられている。この雨滴検知装置６の取付位置は、フロントウインド１においてワイパ２の作動範囲つまりワイパ払拭範囲内であって、運転者の前方視界を妨げない部位とされる。ＬＥＤ８とＰＤ９との位置関係は、ＬＥＤ８からフロントウインド１に照射された光がフロントウインド１で反射されてＰＤ９に入射するようフロントウインド１に対して斜め方向に向き合うように設定されている。

プリズム２３は、ＬＥＤ８からの光が確実にＰＤ９に入射するようにＬＥＤ８の光を屈折させるとともに、車室外からの日射や街路灯などの外乱光がＰＤ９に入射するのを防止する機能を有している。プリズム２３は、中央部に板状部２３ａを有しており、板状部２３ａの両側には、ＬＥＤ８及びＰＤ９と対面するようにレンズ２３ｂが形成されている。晴れ時、ＬＥＤ８から出射された光は、図２図示矢印で示すように、プリズム２３を経由してフロントウインド１の車室外側壁面１ａで全反射され、次に板状部２３ａで全反射され、次に再度車室外側壁面１ａで全反射された後ＰＤ９に入射される。一方、降雨時、ＬＥＤ８から出射された光は、フロントウインド１上に付着した雨滴Ｒによって散乱し車室外側壁面１ａで全反射されなくなり、ＰＤ９の受光量は減少するようになる。したがって、この受光量の減少に基づいて晴雨を判定することが可能となり、ＣＰＵ１２では、例えば過去の検波・増幅回路１４の出力値に対する現在の検波・増幅回路１４の出力値の低下率から晴雨を判定する処理を行う。ここで、低下率は、
低下率＝（現在の出力値−雨滴付着ない状態の出力値）／（雨滴付着ない状態
の出力値）
で表される。なお、プリズム２３とＰＤ９との間には、必要に応じて可視光カット用のフィルタ１９が設置されている。

図３は、雨滴検知装置６の温度特性図を示す。図３に示すように、雨滴検知装置６は、温度が上昇するに従って出力値つまり検波・増幅回路１４の出力値が低下してゆくことが分かる。このような出力値の低下現象は、フロントウインド１に雨滴が付着することによって出力値が低下するのと似た現象であるため、ＣＰＵ１２において、雨滴がフロントウインド１に付着していない晴れ時であっても降雨時であると誤って判断し、ワイパ２を誤動作させる場合が発生する。

演算処理回路としてのＣＰＵ１２では、このような出力値の温度特性によるワイパ２の誤動作を防止するために、次のような雨判定のための閾値の変更を行う。

図４に示すフローチャートは、雨判定のための閾値の変更に関する処理を表している。

図４において、ＣＰＵ１２は、まず、晴れ時の出力更新間隔つまり晴れ時の出力値の更新時間間隔をＢに設定し（ステップＳ１１）、次に、雨滴検出中か否かつまり降雨時か否かを判断する（ステップＳ１２）。ここで、雨滴検出中か否かの判断は、上述した出力値の低下率が予め定めた閾値以上か否かを判断することによって行なわれる。

雨滴検出中でないつまり晴れ時のときは、温度検出手段１０又は２２からの温度信号に基づいて所定時間内における温度上昇が所定温度範囲内か否か、例えば、３０秒間の温度上昇が２℃以上か否かを判断する（ステップＳ１３）。３０秒間の温度上昇が２℃未満である場合には、雨判定閾値つまり雨判定のための閾値をＢに設定し（ステップＳ１４）、次の処理（ステップＳ１５）に移行する。一方、３０秒間の温度上昇が２℃以上である場合には、雨判定閾値をＢよりも大きなＡに設定し（ステップＳ１６）、次の処理（ステップＳ１５）に移行する。

一方、雨滴検出中であるつまり降雨時のときは、次の処理（ステップＳ１５）に移行する。なお、上記Ａ及びＢは、雨滴検知装置６に使用される各種素子の特性に応じて決定される。

図５は、他の実施形態に係る雨滴検知装置の構造図を示す。

図５に示す雨滴検知装置６は、ＬＥＤ８、ＰＤ９、並びに、ＬＥＤ駆動回路１３（図１）及び検波・増幅回路１４（図１）を有する回路基板１５を備えている。これらＬＥＤ８、ＰＤ９及び回路基板１５は、センサケース１６内に固定配置され、センサケース１６はカバー１１内に固定され、シリコンシート４１を介してフロントウインド１の車室内側壁面１ｂに密着され、ストッパー４２と固定用金具４３とにより固定されている。この雨滴検知装置６の取付位置は、フロントウインド１においてワイパ２の作動範囲つまりワイパ払拭範囲内であって、運転者の前方視界を妨げない部位とされる。ＬＥＤ８とＰＤ９との位置関係は、ＬＥＤ８からフロントウインド１に照射された光がフロントウインド１で反射されてＰＤ９に入射するようフロントウインド１に対して斜め方向に向き合うように設定されている。

プリズム２３は、図２図示のプリズム２３と形状は相違しているが、ＬＥＤ８からの光が確実にＰＤ９に入射するようにＬＥＤ８の光を屈折させるとともに、車室外からの日射や街路灯などの外乱光がＰＤ９に入射するのを防止する機能を有している。晴れ時、ＬＥＤ８から出射された光は、図５図示矢印で示すように、プリズム２３を経由してフロントウインド１の車室外側壁面１ａで全反射され、ＰＤ９に入射される。一方、雨天時、ＬＥＤ８から出射された光は、フロントウインド１上に付着した雨滴Ｒによって散乱し車室外側壁面１ａで全反射されなくなり、ＰＤ９の受光量は減少するようになる。

以上説明したように、本実施形態に係る雨滴検知装置は、晴れ判定時に、発光素子８及び光電変換素子９を取巻く環境温度の上昇割合が所定値以上のとき、雨判定のための閾値を所定量だけ変化させるようにしている。具体的には、本実施形態に係る雨滴検知装置は、透明板材１に光を照射する発光素子８と、透明板材１からの反射光を受光し受光量に応じた電気信号を出力する光電変換素子９と、光電変換素子９の過去の出力値と現在の出力値とに基づいて出力変化量を演算し、出力変化量と所定の閾値とを比較することにより晴雨を判定する演算処理回路１２とを備える雨滴検知装置６において、発光素子８及び光電変換素子９を取巻く環境温度を検知するための温度検出手段１０又は２２を備え、演算処理回路１２は、晴れ判定時に、環境温度の上昇割合が所定値以上であると判断したとき、閾値を増大させ、増大後の閾値と、過去の出力値と現在の出力値とに基づいて演算した出力変化量とを、比較することにより晴雨を判定するよう構成される。

この雨滴検知装置によると、発光素子８及び光電変換素子９を取巻く環境温度が急速に変化した場合、雨判定のための閾値は所定量だけ変化するようになる。つまり、環境温度が急速に変化した場合、変化前の閾値をそのまま用いて雨判定を行うと温度変化により変化した出力値によって晴れ時にもかかわらず降雨時と誤判定する場合が生じるが、所定量だけ変化させた閾値を用いることにより降雨時との誤判定を防止することが可能になる。そして、このような雨判定のための閾値の更新は、ソフトウエアによって簡単に実行することができるため、従来のような温度補償用の特別な回路を設けなくて済み低コストで誤動作を防止することができる。また、雨滴検知装置を車両用ワイパ自動制御装置に用いた場合、雨判定のための閾値の更新は晴れ時に限って行なわれ、降雨時には従前からの閾値が用いられるため、降雨時のワイパ２の払拭動作は従前と同様に行なわれ、払拭フィーリングの低下を招かない。

本発明の一実施形態に係る雨滴検知装置が組み込まれた雨滴対応装置としてのワイパ自動制御装置のブロック図である。雨滴検知装置の構造図である。出力値の温度特性図である。ＣＰＵによる雨滴状態判定のための閾値の変更に関する処理のフローチャートである。他の実施形態に係る雨滴検知装置の構造図である。

符号の説明

１窓ガラス（透明板材）
６雨滴検知装置
８発光素子
９光電変換素子
１２演算処理回路
１０，２２温度検出手段

Claims

光を照射する発光素子と、前記発光素子からの光を受光し受光量に応じた電気信号を出力する光電変換素子と、該光電変換素子の過去の出力値と現在の出力値とに基づいて出力変化量を演算し、該出力変化量と所定の閾値とを比較することにより晴雨を判定する演算処理回路とを備える雨滴検知装置において、
前記発光素子及び前記光電変換素子を取巻く環境温度を検知するための温度検出手段を備え、
前記演算処理回路は、晴れ判定時に、前記環境温度の上昇割合が所定値以上であると判断したとき、前記閾値を所定量だけ増大させることを特徴とする雨滴検知装置。
透明板材に光を照射する発光素子と、前記透明板材からの反射光を受光し受光量に応じた電気信号を出力する光電変換素子と、該光電変換素子の過去の出力値と現在の出力値とに基づいて出力変化量を演算し、該出力変化量と所定の閾値とを比較することにより晴雨を判定する演算処理回路とを備える雨滴検知装置において、
前記発光素子及び前記光電変換素子を取巻く環境温度を検知するための温度検出手段を備え、
前記演算処理回路は、晴れ判定時に、前記環境温度の上昇割合が所定値以上であると判断したとき、前記閾値を増大させ、該増大後の閾値と、前記過去の出力値と前記現在の出力値とに基づいて演算した出力変化量とを、比較することにより晴雨を判定する
ことを特徴とする雨滴検知装置。