JP2007303887A - Raindrop detection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば自動車のワイパ制御のために用いられる、雨が降っているか否か又は雨滴量など雨滴に関する情報を検知する雨滴検知装置に関する。 The present invention relates to a raindrop detection device that detects information related to raindrops such as whether or not it is raining or the amount of raindrops, which is used, for example, for wiper control of automobiles.
従来、雨滴検知装置として、例えば自動車のワイパ自動制御装置に適用されたものが知られている(特許文献1〜4)。これら特許文献1〜4に記載の雨滴検知装置は光学的に雨滴に関する情報を得るものである。図5に示す図は、特許文献1の雨滴検知装置を示している。同図に示すように、この雨滴検知装置は、電流を流すことによって発光する発光素子30と、受光して電流を生じる受光素子40を備えている。この発光素子30はウィンドウガラスに向けて発光するように設置されており、受光素子40は、発光素子30が発光した光がウィンドウガラスで反射されて、その反射光を受光できる位置に設置されている。
Conventionally, as a raindrop detection device, for example, a device applied to an automatic wiper control device for an automobile is known (Patent Documents 1 to 4). These raindrop detection devices described in Patent Documents 1 to 4 optically obtain information on raindrops. The figure shown in FIG. 5 has shown the raindrop detection apparatus of patent document 1. FIG. As shown in the figure, the raindrop detection apparatus includes a
そして、雨滴に関する情報を検知する際には、CPU70からの指示信号に基づいて駆動部80を駆動して発光素子30に電流を流す。これによって発光素子30からウィンドウガラスに向けて発光させ、ウィンドウガラスで反射された光をプリズム等からなる光学系を介して受光素子40で電流として検知する。この電流は、微小電流であるので、抵抗素子90で電圧に変換し、その電圧を増幅回路50によって増幅する。次いでAC増幅回路(図示せず)によって周囲の光に対応する電圧を除き、発光素子30からの反射光に対応する電圧のみを増幅する。その後、CPU70は、この電流値をAD変換して取り込む。
And when detecting the information regarding raindrops, the
ここで、発光素子30から光を発光させた場合に、降雨しているときに対する受光電流は、発光素子30から発光された光がウィンドウ界面で雨により透過する割合が大きくなるために、降雨していないときに比べて小さくなる。したがって、予め、降雨していないときの受光電流を記憶しておくことにより、降雨しているか否かを判断することができる。また、降雨している場合であっても、雨滴量の違いによっても、発光素子30から発光された光がウィンドウで反射する割合が異なってくる。したがって、雨滴量の違いによって、受光素子40で受光した光に対する電流は異なる。その結果、雨滴検知装置は、雨滴量も検知することができる。したがって、ワイパ自動制御装置は、雨が降ってきたときには自動でワイパを駆動させたり、雨滴量によってワイパの間欠時間や速さを変えることができる。なお、特許文献1の雨滴検知装置には、AC増幅回路の図示が省略されている。
Here, when light is emitted from the
なお、特許文献2に記載の雨滴検知装置は、周囲の光の受光を抑えて発光素子で発光した光に対する反射光のみを透過させるような特殊光学フィルタで、受光素子を収納している。
上述したように、受光素子40で受光した光に対応する電流は、増幅回路50によって増幅しなければならない。しかしながら、増幅回路50には、増幅可能な範囲が存在し、入力電圧が増幅回路の動作電圧以上になると、出力電圧が飽和してしまう。この場合、正確に雨滴量を検知することができない。
As described above, the current corresponding to the light received by the
これを解決する手段としては、抵抗素子90の値を小さくして、増幅回路50に入力する電圧を小さくすることが考えられる。しかし、この場合、微小電圧をさらに小さくしていることから、増幅回路50、AC増幅回路60の増幅率を上げなければならないが、増幅率を上げるとノイズなどの影響により雨滴に関する情報として誤検知の原因となる可能性がある。
As a means for solving this, it is conceivable to reduce the voltage input to the
また、特許文献2のように、受光素子を特殊光学フィルタで収納する方法も考えられる。しかし、特殊光学フィルタを設置するために雨滴検知装置が大型化したり、またコストアップとなってしまう。
Further, as in
本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、大型化、コストアップを抑えつつ、周囲の光が強い場合であっても正確に雨滴に関する情報を検知できる雨滴検知装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a raindrop detection device capable of accurately detecting information on raindrops even when ambient light is strong while suppressing an increase in size and cost. For the purpose.
上記目的を達成するために、請求項1の雨滴検知装置は、表面に雨滴が付着する光透過部材の裏面側から表面側に向けて光を発する発光素子と、前記発光素子に発光を指示する発光指示部と、前記発光素子が発した光の内、前記光透過部材の表面において当該光透過部材の裏面側に向かって反射する反射光を受光して、その受光量に応じた電流を発生する受光素子と、前記受光素子と直列に接続され、前記受光素子によって発生された電流に応じた電圧を発生する第1の抵抗素子と、増幅可能な電圧が所定電圧に制限されたものであって、前記第1の抵抗素子によって発生された電圧を入力して増幅する第1の増幅回路と、前記第1の増幅回路で増幅された電圧の内、前記発光素子からの光の前記光透過部材表面での反射光の受光に基づく電圧を取り出して、その電圧を増幅する第2の増幅回路と、前記第2の増幅回路の増幅電圧に基づき、雨滴に関する情報を検知する雨滴検知手段とを備えた雨滴検知装置において、前記第1の増幅回路への入力電圧と、所定の基準電圧との差に対応した電圧信号を出力する出力回路と、前記第1の抵抗素子と並列に接続され、前記出力回路が出力する電圧信号に応じた電流を、前記第1の抵抗素子をバイパスするように流すことによって、前記第1の増幅回路の入力電圧を前記基準電圧に対応した電圧に制限する電流制御素子と、前記出力回路が出力する電圧信号を保持する保持回路と、前記発光素子が発光している間、前記保持回路に保持された電圧信号によって前記電流制御素子を駆動するように、前記出力回路と前記保持回路との接続を遮断する遮断回路とを備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a raindrop detection device according to claim 1 is a light emitting element that emits light from the back surface side to the front surface side of a light transmission member on which raindrops adhere to the surface, and instructs the light emitting element to emit light. Of the light emitted from the light emitting instruction unit and the light emitting element, the reflected light reflected from the surface of the light transmitting member toward the back side of the light transmitting member is received, and a current corresponding to the amount of light received is generated. A light receiving element that is connected in series with the light receiving element and generates a voltage corresponding to a current generated by the light receiving element, and an amplifiable voltage is limited to a predetermined voltage. A first amplifying circuit for inputting and amplifying the voltage generated by the first resistance element; and the light transmission of light from the light emitting element among the voltages amplified by the first amplifying circuit. Electricity based on the reception of reflected light on the surface of the member In the raindrop detection apparatus comprising: a second amplification circuit that takes out the voltage and amplifies the voltage; and a raindrop detection means that detects information about raindrops based on the amplification voltage of the second amplification circuit. An output circuit that outputs a voltage signal corresponding to the difference between the input voltage to the amplifier circuit and a predetermined reference voltage, and connected in parallel with the first resistance element, according to the voltage signal output by the output circuit A current control element that limits the input voltage of the first amplifier circuit to a voltage corresponding to the reference voltage by flowing a current so as to bypass the first resistance element; and a voltage output by the output circuit A connection between the output circuit and the holding circuit so that the current control element is driven by a voltage signal held in the holding circuit while the light emitting element emits light; Characterized in that a blocking circuit for disconnection.
これによれば、周囲の光が強くなることによって受光素子で生じた電流が大きくなった場合、第1の増幅回路に入力される電圧を基準電圧に保つように、受光素子で生じた電流の一部が電流制御素子に流れることになる(このときの制御をフィードバック制御という)。その後、発光素子を用いて発光させる場合には、遮断回路によって上記フィードバック制御は中止される。この中止をしなければ、発光素子で発光させた前後で第1の増幅回路に入力される電圧は変化しないことになり、周囲の光に対応する電圧と発光素子から発せられた光に対応する電圧とが区別できないためである。 According to this, when the current generated in the light receiving element increases due to the strong ambient light, the current generated in the light receiving element is maintained so that the voltage input to the first amplifier circuit is maintained at the reference voltage. A part of the current flows through the current control element (control at this time is called feedback control). Thereafter, when the light emitting element is used to emit light, the feedback control is stopped by the cutoff circuit. Without this cancellation, the voltage input to the first amplifier circuit does not change before and after the light emitting element emits light, and corresponds to the voltage corresponding to the ambient light and the light emitted from the light emitting element. This is because the voltage cannot be distinguished.
また、フィードバック制御が中止された場合であっても、電流制御素子に流れる電流は、保持回路によって、中止する前と同じ値に保持される。その結果、第1の増幅回路に入力される電圧は、瞬間的に発光前に制御していた電圧と発光によって生じた電圧との足し合わせた電圧が入力されることになる。したがって、発光前に制御していた基準電圧を適切な値に設定することにより、上記足し合わせた電圧を第1の増幅回路の増幅可能範囲に収めることができる。これにより、周囲の光が強い場合であっても、雨滴に関する情報を検知することができる。 Even when the feedback control is stopped, the current flowing through the current control element is held at the same value as before the stop by the holding circuit. As a result, as the voltage input to the first amplifier circuit, a voltage obtained by instantaneously adding the voltage controlled before the light emission and the voltage generated by the light emission is input. Therefore, by setting the reference voltage controlled before the light emission to an appropriate value, the added voltage can be within the amplifiable range of the first amplifier circuit. Thereby, even if ambient light is strong, the information regarding raindrops can be detected.
また、周囲光を抑えるための特殊光学フィルタ等を用いていないので、大型化、コストアップを抑えることができる。 In addition, since a special optical filter or the like for suppressing ambient light is not used, an increase in size and cost can be suppressed.
さらに、この雨滴検知装置は、第1の増幅回路に入力される電圧を制御するために、受光素子にて生じた電流の一部を電流制御素子に流している。つまり、電流によって第1の増幅回路に入力される電圧を制御している。これによって、受光電流が大きい場合(周囲の光が強い場合や、発光素子から発光する光が強い場合)であっても、電源電圧の制約を受けることなく、雨滴に関する情報を検知することができる。 Further, in this raindrop detection device, in order to control the voltage input to the first amplifier circuit, a part of the current generated in the light receiving element is passed through the current control element. That is, the voltage input to the first amplifier circuit is controlled by the current. Thus, even when the light receiving current is large (when the ambient light is strong or when the light emitted from the light emitting element is strong), information on raindrops can be detected without being restricted by the power supply voltage. .
請求項2の雨滴検知装置において、前記出力回路は、非反転入力端子と反転入力端子の一方が前記第1の増幅回路の入力端子と接続され、他方が前記基準電圧を生じさせる電圧源と接続され、出力端子が前記電流制御素子と接続されたオペアンプから構成されていることを特徴とする。オペアンプを用いることにより、簡易に請求項1の作用をする出力回路を構成することができる。
3. The raindrop detection apparatus according to
請求項3の雨滴検知装置において、前記電流制御素子は、前記第1の増幅回路に入力される電圧が前記基準電圧より小さい場合は、前記電流のバイパスを停止することを特徴とする。これによれば、第1の増幅回路に入力される電圧が上記基準電圧以下の場合には、電流制御素子に電流が流れない。この場合、従来の雨滴検知装置と同様な方法で雨滴に関する情報を検知することになる。
4. The raindrop detection apparatus according to
請求項4の雨滴検知装置において、前記電流制御素子は、トランジスタであり、当該トランジスタのベース端子に、前記出力回路及び前記保持回路が接続されていることを特徴とする。これによれば、出力回路と保持回路が遮断されていないときは、出力回路から出力される電圧信号によって、トランジスタに流れる電流が制御される。一方、出力回路と保持回路とが遮断された場合には、上記フィードバック制御は解かれるものの保持回路に保持されている電圧信号によって、遮断される前と同じ電流がトランジスタに流れることになる。このように、トランジスタを用いれば、上記請求項1、3の作用をする電流制御を簡易に構築することができる。 5. The raindrop detection apparatus according to claim 4, wherein the current control element is a transistor, and the output circuit and the holding circuit are connected to a base terminal of the transistor. According to this, when the output circuit and the holding circuit are not interrupted, the current flowing through the transistor is controlled by the voltage signal output from the output circuit. On the other hand, when the output circuit and the holding circuit are cut off, although the feedback control is solved, the same current as before the cutoff flows through the transistor by the voltage signal held in the holding circuit. As described above, when the transistor is used, the current control having the functions of the first and third aspects can be easily constructed.
請求項5の雨滴検知装置において、前記遮断回路は、導通/遮断をするスイッチング素子と、当該スイッチング素子に導通又は遮断するように指示をするスイッチング指示部とを備え、前記スイッチング素子が前記出力回路と前記保持回路との間に接続されていることを特徴とする。これによれば、スイッチング素子を遮断することによって、上記フィードバック制御を中止することができる。
6. The raindrop detection apparatus according to
請求項6の雨滴検知装置において、前記保持回路は、コンデンサであることを特徴とする。このように、コンデンサを用いることによって、出力回路の出力電圧信号を保持しておくことができる。 7. The raindrop detection device according to claim 6, wherein the holding circuit is a capacitor. Thus, the output voltage signal of the output circuit can be held by using the capacitor.
請求項7の雨滴検知装置において、前記遮断回路は、前記電流制御素子に接続された第2の抵抗素子と、2つの入力端子のうち一方に前記第2の抵抗素子の端子電圧が入力され、他方に前記保持回路に保持された電圧が入力されるように接続され、かつ、出力端子が前記電流制御素子に流れる電流を制御する端子と接続されているオペアンプとを備え、前記遮断回路によって、前記出力回路と前記保持回路との接続が遮断された場合、前記保持回路に保持されている電圧信号の放電を鈍感にしたことを特徴とする。 The raindrop detection apparatus according to claim 7, wherein the interruption circuit receives a second resistance element connected to the current control element and a terminal voltage of the second resistance element to one of two input terminals, On the other hand, the operational amplifier is connected so that the voltage held in the holding circuit is inputted, and the output terminal is connected to a terminal for controlling the current flowing in the current control element, and by the cutoff circuit, When the connection between the output circuit and the holding circuit is cut off, the discharge of the voltage signal held in the holding circuit is made insensitive.
これにより、コンデンサによる放電を鈍くすることができる。その結果、発光前後で電流制御素子に流れる電流値の変動を低く抑えることができる。なお、第2の抵抗素子は、第2のオペアンプの基準電圧とするためのものである。但し、この第2の抵抗素子を電流制御素子に接続することにより、電流制御素子に流れる電流値が制限されることになる。 Thereby, the discharge by a capacitor | condenser can be blunted. As a result, fluctuations in the current value flowing through the current control element before and after light emission can be kept low. The second resistance element is used as a reference voltage for the second operational amplifier. However, the value of the current flowing through the current control element is limited by connecting the second resistance element to the current control element.
以下、本発明に係る雨滴検知装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。本実施形態の雨滴検知装置100は、自動車のワイパの自動制御のために用いられる。図1は、雨滴検知装置100を車両フロントウィンドウの車室内側に設置したときにおける雨滴検知装置100の断面と、図2は雨滴検知装置100の電気回路部分を示す概略構成図である。
Hereinafter, embodiments of a raindrop detection apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The
図1に示すように、雨滴検知装置100は、車両のフロントウィンドウシールド2上の車室内側の運転者の視界を妨げない部位、例えば上方に、光を透過する透明接着材を用いて取り付けられる。そして、この雨滴検知装置100は、光学的に雨滴Xの状態(有無及び雨滴量)を検知でき、CPU9(図2に示す)からの駆動信号に応じた入射光を発光させる発光素子3(以下、単にLEDという)、雨滴Xの付着した量に応じて減光される反射光を受光し、この反射光の受光量に応じた電流を生じる受光素子4(以下、単にPD(フォトダイオード)という)、入射光及び反射光を案内するプリズム5等からなる光学系と、この光学系への入出力信号を制御して雨滴付着対象物であるフロントウィンドウシールド2に付着する雨滴Xの状態(有無及び雨滴量)を判断する電気回路等から構成される。
As shown in FIG. 1, the
そして、雨滴に関する情報を検知する際には、CPU9からの指示信号に基づいてトランジスタ11(図2に示す)を駆動して発光素子3に電流を流す。これによって発光素子3からウィンドウガラスに向けて発光させ、ウィンドウガラスで反射された光をプリズム等からなる光学系を介して受光素子4で電流として検知する。この電流は、微小電流であるので、抵抗素子13(図2に示す)で電圧に変換し、その電圧を増幅回路7(図2に示す)によって増幅する。次いでAC増幅回路8(図2に示す)によって例えばハイパスフィルターを用いて周囲の光に対応する電圧を除き、発光素子3からの反射光に対応する電圧のみを増幅する。その後、CPU9(図2に示す)は、この電流値をAD変換して取り込む。
When detecting information related to raindrops, the transistor 11 (shown in FIG. 2) is driven based on an instruction signal from the CPU 9 to cause a current to flow through the
ここで、発光素子3から光を発光させた場合に、降雨しているときに対する受光電流は、発光素子3から発光された光がウィンドウ界面で雨により透過する割合が大きくなるために、降雨していないときに比べて小さくなる。したがって、予め、降雨していないときの受光電流を記憶しておくことにより、降雨しているか否かを判断することができる。また、降雨している場合であっても、雨滴量の違いによっても、発光素子3から発光された光がウィンドウで反射する割合が異なってくる。したがって、雨滴量の違いによって、受光素子4で受光した光に対する電流は異なる。その結果、雨滴検知装置100は、雨滴量も検知することができる。
Here, when light is emitted from the
次に、この雨滴検知装置100の電気回路部分(以下、単に雨滴検知装置と言う)の構成を図2に基づいて説明する。図2に示す雨滴検知装置100は、LED3、PD4、オペアンプ6、増幅回路7、AC増幅回路8、CPU9、スイッチング素子10、トランジスタ11、12、抵抗素子13、電圧源14、コンデンサ15から構成される。
Next, the configuration of the electric circuit portion of the raindrop detection device 100 (hereinafter simply referred to as the raindrop detection device) will be described with reference to FIG. A
CPU9は、LED3に電流を流して発光させる際(以下、このときの時間区間を検知区間という)、駆動信号をトランジスタ11のベース端子に送信して、トランジスタ11をオンにする。これによって、電圧源Vc(例えば5V)による電圧によって、LED3に電流が流れ、その電流量に応じた光がLED3から発光される。
The CPU 9 sends a drive signal to the base terminal of the transistor 11 to turn on the transistor 11 when the
また、CPU9は、スイッチング素子10を開放させたり、導通させたりする。具体的には、LED3から光を発光させないとき(以下、このときの時間区間を非検知区間という)には、スイッチング素子10に導通を指示する信号を送信し、スイッチング素子10を駆動させ導通状態にする。これに対し、検知区間では、このスイッチング素子10に送信していた信号の送信を解除する。これによって、スイッチング素子10は開放状態となる。なお、スイッチング素子10としては、例えばバイポーラトランジスタや電界効果型トランジスタなどを用いることができる。
Further, the CPU 9 opens the switching
また、CPU9は、発光と同期してAC増幅回路8から送信されてきた信号をAD変換し、その変換後の信号に基づいて、雨滴の有無の判定及び雨滴量の算出を行う。そして、CPU9は雨滴が有ると判定して雨滴量を算出したときには、図示しないワイパ制御機にワイパの駆動及び間欠時間や駆動速さを指示する信号を送信する。 Further, the CPU 9 performs AD conversion on the signal transmitted from the AC amplifier circuit 8 in synchronization with the light emission, and determines the presence / absence of raindrops and calculates the amount of raindrops based on the converted signals. When the CPU 9 determines that there are raindrops and calculates the amount of raindrops, the CPU 9 transmits a signal for instructing wiper drive, intermittent time, and drive speed to a wiper controller (not shown).
なお、雨滴が無い状態におけるAC増幅回路8から送信される信号を、予め図示しない記憶装置に記憶しておく。これにより、CPU9は、その雨滴が無い状態における信号を参照することにより、雨滴の有無の判定を行うことができる。また、AC増幅回路8から送信される信号の大きさと雨滴量との対応関係を予め計測し、その対応関係を図示しない記憶装置に記憶しておく。これにより、CPU9はその対応関係に基づいて、雨滴量を算出することができる。 A signal transmitted from the AC amplifier circuit 8 in the absence of raindrops is stored in advance in a storage device (not shown). Thereby, CPU9 can determine the presence or absence of a raindrop with reference to the signal in the state without the raindrop. Further, the correspondence relationship between the magnitude of the signal transmitted from the AC amplifier circuit 8 and the raindrop amount is measured in advance, and the correspondence relationship is stored in a storage device (not shown). Thereby, CPU9 can calculate the amount of raindrops based on the correspondence.
PD4は、LED3による光及び周囲の光を受光するとともに、その受光量に応じた受光電流を生じさせる。したがって、周囲の光が強ければ強いほど、受光する光量も多くなり、受光電流は増えることになる。なお、検知区間においては、PD4は、周囲の光とともに、LED3が発光した光がウィンドウガラスで反射された光も受信する。これに対し、非検知区間においては、PD4は、周囲の光のみを受光する。
The PD 4 receives light from the
抵抗素子13は、受光電流を電圧に変換する。そして、その電圧は増幅回路7に入力される。増幅回路7は、入力された電圧を増幅する回路であり、例えば、特許文献1に記載の回路が用いられる。受光電流に対応する電圧が微小であるために、この増幅回路7が用いられる。また、増幅回路7は、自身を駆動するための動作電圧以上には増幅できず、飽和してしまう特性を有している。したがって、周囲の光が強くなって受光電流が大きくなると、増幅回路7の出力電圧が飽和してしまう可能性があることになる。なお、検知区間における増幅回路7の出力端子には、LED3から発光された光に対応する電圧と、周囲の光に対応する電圧との足し合わせた電圧が出力される。したがって、従来の雨滴検知装置は受光電流が大きい場合には、検知区間においては、増幅回路7が増幅可能な閾値電圧以上となってしまう場合がある。その結果、増幅回路7の出力電圧には、一定の飽和電圧が出力されるため、本来のLED3から発光された光に対応する電圧を正確に増幅できなくなる。したがって、正確に雨滴に関する情報が検知できない問題があった。なお、非検知区間における増幅回路7の出力端子には、周囲の光に対応する電圧のみ増幅されて出力されるのは言うまでもない。
The
AC増幅回路8は、その入力端子に増幅回路7の出力電圧が入力される。そして、AC増幅回路8は、増幅回路7の出力電圧のうち、例えばハイパスフィルターによって周囲の光に対応する電圧を取り除き、LED3から発光された光に対応する電圧のみを増幅し、その増幅した電圧を出力する。従来の雨滴検知装置では、例えば、LED3で発光し、その反射光をPD4で受光したにもかかわらず、AC増幅回路7の出力電圧がゼロとなることもあった。なぜなら、周囲の光が強い場合に、増幅回路6で出力した時点で、LED3に対応する電圧が全て飽和電圧に達してしまうことがあるからである。
The AC amplifier circuit 8 receives the output voltage of the amplifier circuit 7 at its input terminal. Then, the AC amplifier circuit 8 removes the voltage corresponding to the ambient light from the output voltage of the amplifier circuit 7 by, for example, a high-pass filter, amplifies only the voltage corresponding to the light emitted from the
オペアンプ6は、増幅回路7に入力される電圧をモニターするとともに、その電圧に応じた電圧を出力する。具体的には、オペアンプ6の非反転入力端子は、増幅回路7の入力端子と接続されており、反転入力端子は、電圧源14に接続されている。この電圧源14は、検知区間において、増幅回路7に入力される電圧が、増幅回路7の増幅可能な閾値電圧以下の電圧となるような電圧を生じる。また、オペアンプ6の出力端子は、スイッチング素子10に接続されている。
The operational amplifier 6 monitors the voltage input to the amplifier circuit 7 and outputs a voltage corresponding to the voltage. Specifically, the non-inverting input terminal of the operational amplifier 6 is connected to the input terminal of the amplifier circuit 7, and the inverting input terminal is connected to the
コンデンサ15は、スイッチング素子10が導通されている場合に、オペアンプ6の出力電圧が充電される。そのため、コンデンサ15は、オペアンプ6の出力電圧が充電できるような容量を有している。なお、あまりに大きな容量のコンデンサ15を用いると、周囲の光の量が頻繁に変化する状況においては、迅速に充放電できず、オペアンプ6の出力電圧を迅速に充電することができなくなる。
The
トランジスタ12は、増幅回路7に入力される電圧が基準電圧よりも大きくなった場合に、増幅回路7に入力される電圧を基準電圧に下げるために、受光電流の一部を流すためのものである。トランジスタ12のベース端子は、スイッチング素子10を介してオペアンプ6の出力端子と接続されており、コレクタ端子はPD4と抵抗素子13の間に接続されており、エミッタ端子はグランド線に接続されている。なお、トランジスタ12はNPNバイポーラトランジスタを用いている。したがって、ベース−エミッタ間電圧が正のときにトランジスタ12に電流が流れる。したがって、スイッチング素子10が導通しているときは、オペアンプ6の出力電圧が正、つまり増幅回路6に入力される電圧が基準電圧よりも大きいときに、トランジスタ12は駆動される。その結果、受光電流の一部がトランジスタ12に流れ込む。また、スイッチング素子10が開放されているときは、コンデンサ15に充電されている電圧によって、トランジスタ12は駆動される。その結果、トランジスタ12には、スイッチング素子10が導通されていたときに流れていた電流と同じ電流が流れる。つまり、スイッチング素子10の導通、開放の前後で、トランジスタ12に流れる電流は同じとなる。但し、コンデンサ15に充電されている電圧によって、トランジスタ12が駆動されているときにおいて、コンデンサ15に充電されている電圧は放電することから、厳密に言えば、スイッチング素子10の導通、開放の前後で、トランジスタ12に流れる電流は同じと言えない。しかし、通常、検知区間は短時間であるので、コンデンサ15の充電に伴うトランジスタ12に流れる電流値の変化は非常に小さいと言える。
The
次に、この電気回路の動作を図3のタイムチャートを用いて、非検知区間と検知区間とに分けて説明する。なお、図3のタイムチャートには、周辺光が無しの場合と、周辺光が弱い場合と、周辺光が強い場合について示してある。なお、説明の便宜上、周辺光が無しの場合とは、非検知区間において受光電流がゼロの場合を言い、周辺光が弱い場合とは、非検知区間において受光電流が3mAより小さい場合を言い、周辺光が強い場合とは、非検知区間において受光電流が3mAより大きい場合を言うものとする。また、電圧源14は3Vの電圧を生じるものとし、抵抗素子13は1kΩ、増幅回路7が増幅可能な閾値電圧を4Vとする。
Next, the operation of this electric circuit will be described by dividing it into a non-detection section and a detection section using the time chart of FIG. The time chart of FIG. 3 shows the case where there is no ambient light, the case where the ambient light is weak, and the case where the ambient light is strong. For convenience of explanation, the case where there is no ambient light refers to the case where the light receiving current is zero in the non-detection section, and the case where the ambient light is weak refers to the case where the light reception current is less than 3 mA in the non-detection section. The case where the ambient light is strong means a case where the light receiving current is larger than 3 mA in the non-detection section. Further, it is assumed that the
先ず、非検知区間(発光電流=0)において、各周辺光に対して、受光電流の大きさ(図3(b))、各端子A〜Dの電位(図3(c)〜(f))、AC増幅回路8の出力電圧(図3(g))の状態を説明する。なお、図3(a)は、発光電流の状態を示したタイムチャートである。 First, in the non-detection section (light emission current = 0), the magnitude of the light reception current (FIG. 3B) and the potentials of the terminals A to D (FIGS. 3C to 3F) for each ambient light. ), The state of the output voltage (FIG. 3G) of the AC amplifier circuit 8 will be described. FIG. 3A is a time chart showing the state of the light emission current.
同図(b)に示すように、周辺光が強くなるほどPD4にて生じる受光電流は大きくなる。また同図(c)に示すように、非検知区間では、端子A(スイッチング素子10の入力端子)に正信号が送信され続け、その結果スイッチング素子10が導通状態となっている。これは、増幅回路6に入力される電圧が基準電圧よりも大きくなった場合に、オペアンプ6から出力される正の電圧をコンデンサ15に充電するためである。
As shown in FIG. 4B, the light receiving current generated in the PD 4 increases as the ambient light increases. Further, as shown in FIG. 5C, in the non-detection period, a positive signal is continuously transmitted to the terminal A (the input terminal of the switching element 10), and as a result, the switching
同図(d)に示すように、端子Bの電位(オペアンプ6の出力電圧又はコンデンサ15に充電されている電圧)は、周辺光無し、周辺光弱の場合には、負又はゼロとなる。これは、受光電流が3mAより小さい場合には、増幅回路7に入力される電圧は3Vより小さくなり(抵抗素子13が1kΩであるため)、オペアンプ6の出力電圧は負又はゼロとなるためである。これに対し、周辺光強の場合には、増幅回路7に入力される電圧は3Vより大きくなり、オペアンプ6の出力電圧が正となる。トランジスタ12は、この端子Bの電位に従って、駆動されたりされなかったりする。
As shown in FIG. 6D, the potential at the terminal B (the output voltage of the operational amplifier 6 or the voltage charged in the capacitor 15) is negative or zero when there is no ambient light and the ambient light is weak. This is because when the light receiving current is smaller than 3 mA, the voltage input to the amplifier circuit 7 becomes smaller than 3 V (because the
また、同図(e)に示すように、端子Cの電位は、周辺光が強くなるにしたがって、大きくなる。但し、周辺光強の場合(受光電流>3mA)は、上述したように端子Bの電位が正であるので、トランジスタ12が駆動し、端子Cが3Vになるように受光電流のうちの一部がトランジスタ12に流れ込む。例えば、受光電流が10mAとすると、7mAがトランジスタ12に流れることになる(抵抗素子13=1kΩのため)。つまり、周辺光強の場合は、受光電流の大きさにかかわらず、端子Cの電位が3Vに制御されることになる。一方、周辺光弱の場合は、トランジスタ12は駆動されないので、純粋に受光電流を抵抗素子13で変換した電圧が端子Cに出力される。
Further, as shown in FIG. 5E, the potential at the terminal C increases as the ambient light becomes stronger. However, in the case of strong ambient light (light reception current> 3 mA), since the potential of the terminal B is positive as described above, a part of the light reception current is driven so that the
その結果、同図(f)に示すように、端子Dの電位(増幅回路7の出力電圧)も、周辺光が強くなるにしたがって大きくなる。この場合も、周辺光強の場合(受光電流>3mA)には、受光電流の大きさにかかわらず、増幅回路7が飽和したときの出力電圧以下の一定電圧となる。 As a result, as shown in FIG. 5F, the potential of the terminal D (the output voltage of the amplifier circuit 7) also increases as the ambient light becomes stronger. Also in this case, when the ambient light intensity is high (light reception current> 3 mA), the voltage becomes a constant voltage equal to or lower than the output voltage when the amplifier circuit 7 is saturated, regardless of the magnitude of the light reception current.
なお、非検知区間では、LED3から発光されていないので、反射光がない。したがって、同図(g)に示すように、AC増幅回路8の出力電圧はゼロとなる。
In the non-detection section, no light is emitted from the
次に検知区間(発光電流≠0)において、各周辺光に対して、受光電流の大きさ(図3(b))、各端子A〜Dに電位(図3(c)〜(f))、AC増幅回路8の出力電圧(図3(g))の状態を説明する。なお、LED3が発光する直前の受光電流の大きさ、端子A〜Dの電位、AC増幅回路8の出力電圧は、図3に示す状態になっているとする。
Next, in the detection section (light emission current ≠ 0), the magnitude of the light reception current (FIG. 3B) and the potentials at the terminals A to D (FIGS. 3C to 3F) for each ambient light. The state of the output voltage (FIG. 3G) of the AC amplifier circuit 8 will be described. It is assumed that the magnitude of the received light current immediately before the
同図(a)に示すように、ある一定の発光電流が流れると、LED3が発光した光がフロントウィンドウで反射されて、PD4はその反射光を受光する。その結果、同図(b)に示すように、受光電流は、周辺光による電流とLED3が発光した光に対応する電流とを足し合わせた値になる。
As shown in FIG. 5A, when a certain light emission current flows, the light emitted from the
また、同図(c)に示すように、検知区間においては、CPU9は、端子Aに負又はゼロの信号を送信して、スイッチング素子10を開放させる。したがって、トランジスタ12は、オペアンプ6の出力端子から切断されることになる。しかし、この場合であっても、コンデンサ15には、スイッチング素子10が開放される直前のオペアンプ6の出力電圧が充電されている。したがって、トランジスタ12は、この充電電圧によって引き続き駆動され、スイッチング素子10が開放される直前に自身に流れていた電流が保持されることになる。よって、同図(d)に示すように、端子Bの電圧は、検知区間と非検知区間とで変化しないことになる。なお、周辺光がゼロ又は弱いときには、コンデンサ15には電圧が充電されていないので、トランジスタ12は駆動されない。
Further, as shown in FIG. 3C, in the detection section, the CPU 9 transmits a negative or zero signal to the terminal A to open the switching
なお、検知区間においてスイッチング素子10を開放しているのは、開放しないと周辺光強の場合には、増幅回路7に入力される電圧が基準電圧に制御されてしまい、非検知区間と検知区間とで、増幅回路7に入力される電圧が変化しないためである。つまり、LED3に対応する電圧を検知できなくなるためである。
Note that the switching
同図(e)に示すように、端子Cの電位は、非検知区間における電位に、LED3に対応する電位を足し合わせた電位となる。非検知区間の説明で述べたように、周辺光強の場合(受光電流>3mA)は、受光電流の大きさにかかわらず、増幅回路7の増幅可能な閾値電圧以下の電圧となる。例えば、雨滴が無い状態におけるLED3に対応する受光電流が、1mAとすると、雨滴がある状態におけるそれは1mAより以下となる。このため、周辺光強に対する端子Cの電位は、増幅回路7が増幅可能な閾値電圧(4V)以下となる(抵抗素子が1kΩのため)。
As shown in FIG. 5E, the potential at the terminal C is a potential obtained by adding the potential corresponding to the
したがって、同図(f)に示すように、端子Dの電位(増幅回路6の出力電圧)は、増幅回路の飽和電圧に達することがない。このため、同図(g)に示すように、AC増幅回路8の出力端子には、周辺光強の場合であっても、周辺光無し、周辺光弱と同様に、LED3の発光に対応する電圧が出力される。これにより、CPU9は、周辺光強の場合であっても、雨滴の有無及び雨滴量を検知することができる。
Therefore, as shown in FIG. 5F, the potential at the terminal D (the output voltage of the amplifier circuit 6) does not reach the saturation voltage of the amplifier circuit. For this reason, as shown in FIG. 5G, the output terminal of the AC amplifier circuit 8 corresponds to the light emission of the
その後CPU9は、図示しないワイパ制御装置に、ワイパを駆動させたり、その間欠時間や駆動する速さを指示する信号を送信する。 After that, the CPU 9 transmits a signal for instructing a wiper control device (not shown) to drive the wiper, the intermittent time, and the driving speed.
以上、本実施形態の雨滴検知装置100は、増幅回路7に入力される電圧が基準電圧より小さい場合には、従来のように受光電流をそのまま電圧に変換して増幅回路7で増幅する。これに対し、周囲の光が強くなることにより受光電流が大きくなって、増幅回路7に入力される電圧が基準電圧より大きくなった場合は、増幅回路7に入力される電圧が基準電圧になるように制御される。この際、増幅回路7に入力される電圧を基準電圧に制御するために、受光電流のうち一部をトランジスタ12に流し込んでいる。
As described above, when the voltage input to the amplification circuit 7 is smaller than the reference voltage, the
そして、雨滴に関する情報を検知する際には、スイッチング素子10を開放して、増幅回路7に入力される電圧のフィードバック制御を解く。この際コンデンサ15に充電されている電圧により、トランジスタ12に流れる電流が、スイッチング素子10を開放する前後で同じ値となる。その結果、増幅回路7に入力される電圧は、検知区間の直前における増幅電圧が基準電圧に制御されている場合には、基準電圧とLED3の発光に対応する電圧との足し合わせた値になる。なお、検知区間において、増幅回路7に入力される電圧が、増幅回路7が増幅可能な閾値電圧以下に基準電圧は設定されている。これにより、周辺光が強い場合であっても、増幅回路7の出力が飽和することなく雨滴に関する情報を検知することができる。
When detecting information on raindrops, the switching
また、増幅回路7に入力される電圧を基準電圧に制御するために、受光電流のうち一部をトランジスタ12に流し込んでいる。これに対し、増幅回路7に入力される電圧を電圧によって制御すると、電源電圧の制約を受けてしまい、受光電流が大きくなった場合には正確に雨滴に関する情報を検知することができない。換言すれば、受光電流のうち一部をトランジスタ12に流し込んで、増幅回路7に入力される電圧を基準電圧に制御すると、受光電流の許容範囲を大きくとることができる。
Further, in order to control the voltage input to the amplifier circuit 7 to the reference voltage, a part of the received light current flows into the
また、特許文献4のように周囲の光を抑えるために特殊光学フィルタを用いていないので、コストアップ、大型化を抑えることができる。 Moreover, since the special optical filter is not used in order to suppress ambient light like patent document 4, a cost increase and an enlargement can be suppressed.
なお、本発明に係る雨滴検知装置は、上記実施形態に限定されるわけではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々変形してもよい。例えば、上記実施形態では、非検知区間においては常にスイッチング素子10を導通させている。これは、増幅回路7に入力される電圧が基準電圧以上となった場合に、オペアンプ6の出力電圧をコンデンサ15に充電するためである。このことから、雨滴に関する情報を検知する一定時間前からスイッチング素子10を導通させるようにしてもよい。つまり、それまではスイッチング素子10を開放しておく。
In addition, the raindrop detection apparatus according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications may be made without departing from the spirit thereof. For example, in the above embodiment, the switching
また、周辺光が小さい場合は、検知区間と同様に非検知区間の場合も、スイッチング素子10を常に開放させてもよい。なお、この場合、従来の雨滴検知装置と同様の構成になる。
Further, when the ambient light is small, the switching
(変形例)
上記実施形態では、検知区間において、コンデンサ15に電圧が充電されている場合は、その電圧によって、トランジスタ12は駆動され、LED3を発光する前後でトランジスタ12に流れる電流が変化しないようにしていた。
(Modification)
In the above-described embodiment, when the
しかし、コンデンサ15の放電が速いと、トランジスタ12に流れる電流が、LED3を発光する前後で変化してしまう可能性もある。そこで、図4に示すように、コンデンサ15と、トランジスタ12の間にオペアンプ16を挿入する。具体的には、オペアンプ16の非反転入力端子に、コンデンサ15に充電されている電圧が入力されるように接続し、反転入力端子には、トランジスタ12のエミッタ端子側に接続する。また、オペアンプ16の基準電圧を決めるための抵抗素子17をトランジスタ12のエミッタ端子側に接続する。これにより、コンデンサ15の放電を鈍くすることができると考えられる。よって上記問題点を防ぐことができる。
However, if the
但し、抵抗素子17をトランジスタ12に接続することにより、トランジスタ12に流れる電流値が制限されることになる。その結果、受光電流の許容範囲が上記実施形態に比べて小さくなると考えられる。
However, the value of the current flowing through the
なお、図4において、上記実施形態と同一の働きをするものには、図2に示す符号と同一の符号を付している。 In FIG. 4, the same reference numerals as those shown in FIG.
100、200 雨滴検知装置、3 LED、4 PD、6 オペアンプ、7 増幅回路、8 AC増幅回路、9 CPU、12 バイパス用トランジスタ、13 抵抗素子、14 電圧源、15 コンデンサ、16 オペアンプ、17 抵抗素子 100, 200 Raindrop detection device, 3 LED, 4 PD, 6 operational amplifier, 7 amplification circuit, 8 AC amplification circuit, 9 CPU, 12 bypass transistor, 13 resistance element, 14 voltage source, 15 capacitor, 16 operational amplifier, 17 resistance element
Claims (7)
前記発光素子に発光を指示する発光指示部と、
前記発光素子が発した光の内、前記光透過部材の表面において当該光透過部材の裏面側に向かって反射する反射光を受光して、その受光量に応じた電流を発生する受光素子と、
前記受光素子と直列に接続され、前記受光素子によって発生された電流に応じた電圧を発生する第1の抵抗素子と、
増幅可能な電圧が所定電圧に制限されたものであって、前記第1の抵抗素子によって発生された電圧を入力して増幅する第1の増幅回路と、
前記第1の増幅回路で増幅された電圧の内、前記発光素子からの光の前記光透過部材表面での反射光の受光に基づく電圧を取り出して、その電圧を増幅する第2の増幅回路と、
前記第2の増幅回路の増幅電圧に基づき、雨滴に関する情報を検知する雨滴検知手段とを備えた雨滴検知装置において、
前記第1の増幅回路への入力電圧と、所定の基準電圧との差に対応した電圧信号を出力する出力回路と、
前記第1の抵抗素子と並列に接続され、前記出力回路が出力する電圧信号に応じた電流を、前記第1の抵抗素子をバイパスするように流すことによって、前記第1の増幅回路の入力電圧を前記基準電圧に対応した電圧に制限する電流制御素子と、
前記出力回路が出力する電圧信号を保持する保持回路と、
前記発光素子が発光している間、前記保持回路に保持された電圧信号によって前記電流制御素子を駆動するように、前記出力回路と前記保持回路との接続を遮断する遮断回路とを備えたことを特徴とする雨滴検知装置。 A light emitting element that emits light from the back side to the front side of the light transmitting member on which raindrops adhere to the surface;
A light emission instruction unit for instructing the light emitting element to emit light;
A light receiving element that receives reflected light that is reflected toward the back side of the light transmitting member on the surface of the light transmitting member out of the light emitted by the light emitting element, and generates a current according to the amount of light received;
A first resistance element connected in series with the light receiving element and generating a voltage according to a current generated by the light receiving element;
A first amplifying circuit for amplifying a voltage generated by the first resistance element, wherein the amplifiable voltage is limited to a predetermined voltage;
A second amplifying circuit for extracting a voltage based on reception of light reflected from the surface of the light transmitting member of light from the light emitting element among the voltages amplified by the first amplifying circuit; and amplifying the voltage; ,
In a raindrop detection apparatus comprising raindrop detection means for detecting information on raindrops based on the amplified voltage of the second amplifier circuit,
An output circuit that outputs a voltage signal corresponding to a difference between an input voltage to the first amplifier circuit and a predetermined reference voltage;
An input voltage of the first amplifying circuit is connected in parallel with the first resistance element, and a current corresponding to a voltage signal output from the output circuit is caused to flow so as to bypass the first resistance element. Current control elements that limit the voltage to a voltage corresponding to the reference voltage;
A holding circuit for holding a voltage signal output from the output circuit;
A cut-off circuit for cutting off the connection between the output circuit and the holding circuit so that the current control element is driven by the voltage signal held in the holding circuit while the light-emitting element emits light; A raindrop detection device.
2つの入力端子のうち一方に前記第2の抵抗素子の端子電圧が入力され、他方に前記保持回路に保持された電圧が入力されるように接続され、かつ、出力端子が前記電流制御素子に流れる電流を制御する端子と接続されているオペアンプとを備え、
前記遮断回路によって、前記出力回路と前記保持回路との接続が遮断された場合、前記保持回路に保持されている電圧信号の放電を鈍感にしたことを特徴とする請求項1に記載の雨滴検知装置。 The interruption circuit includes a second resistance element connected to the current control element;
A terminal voltage of the second resistance element is input to one of the two input terminals, a voltage held by the holding circuit is connected to the other, and an output terminal is connected to the current control element. An operational amplifier connected to a terminal for controlling the flowing current,
The raindrop detection according to claim 1, wherein when the connection between the output circuit and the holding circuit is cut off by the cutoff circuit, discharge of a voltage signal held in the holding circuit is made insensitive. apparatus.
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2006
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