JP2000193759A - 雨滴・結露検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】導光板、ミラーを必要とせず、検出光の進行中
に透視できない部分はなく、しかも、小型化、軽量化し
た雨滴・結露検出装置を提供することを目的とする。 【解決手段】本発明の雨滴検出装置は、合わせガラスな
どの積層体に発光素子からの検出光を導入して、該積層
体中を２光束の検出光が全反射するように進行させ、該
２光束の検出光を受光素子により受光して雨滴と結露を
検出する装置において、前記２光束の検出光は、前記２
枚の透明板状体の間に設けたホログラムにより、一方の
透明板状体と該ホログラムの間を全反射する検出光と、
他方の透明板状体と該ホログラムの間を全反射する検出
光とし、一方の検出光により雨滴を、他方の検出光によ
り結露を検出するようにしたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車などの窓ガ
ラスに雨滴が付着したことを検出してワイパーなどを自
動的に駆動させるとともに、室内の結露を検出してデフ
ロスタなどを自動的に駆動させるための雨滴・結露検出
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、雨滴を検出する装置は、室内側に
発光素子と受光素子を配設し、発光素子からの発光ビー
ムと、受光素子の受光視野とが室外においてガラスの前
方所定距離で交差するようにし、センシング領域内に雨
滴が存在すると発光素子からの光が雨滴に当たって散乱
光を発し、該散乱光を受光素子が検出して雨滴を検出す
る装置（特開平１０−９６７９１号公報）、フロントガ
ラスに向けて配された発光素子と、フロントガラスに向
けて配されるとともに発光素子より発せられフロントガ
ラス内を全反射した光を受光する素子とを有し、フロン
トガラス上の雨滴によって生じる受光素子における受光
量の変化に基づき雨滴の存在を検出する装置（特開平１
０−６２３３６号公報）などが出願されている。

【０００３】また、雨滴と結露を検出する装置として、
ハーフミラー、導光板、ミラーなどを組み合わせた特開
平９−２５７９５２号が出願されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
１０−９６７９１号公報に示される装置では、常時前方
向に検出光の赤外線を放出するが、検出領域が広いので
赤外線放射、検出にエネルギーを要し、車両などの移動
体において電力消費が大きくなることから問題があり、
特に車室内に装置を配する場合には、近年の車両のフロ
ントガラスでは車室内への熱の流入を抑制するため遮熱
効果の高いグリーン系の着色ガラスが多く用いられてお
り、これらは、３μｍより長い波長では１０％以下と著
しく透過率が低く、それより短い赤外線域においても透
過率が５０％以下と低いことから特にこの点が懸念さ
れ、装置、さらには制御システム全体としても大がかり
とならざるを得ない。

【０００５】また、特開平１０−６２３３６号公報に示
される装置では、プリズムの形状、設置状況により検出
装置全体の寸法が大きくなって運転者などにとって邪魔
な存在になるばかりか、導入用、導出用プリズムを発光
素子、受光素子との位置関係で正確に取り付ける必要が
ある。

【０００６】また、特開平９−２５７９５２号公報に示
される装置は、雨滴以外に結露も検出することができる
が、導光板、ハーフミラー、ミラーなどを必要とし、装
置全体が大がかりであるだけでなく、ミラーが設けられ
る部分は透視できず、フロントガラスなどに用いる場合
には、安全上好ましくない。

【０００７】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、導光板、ミラーを必要とせず、検出光の進行
中に透視できない部分はなく、しかも、小型化、軽量化
した雨滴・結露検出装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の雨滴・結露検出
装置は、２枚の透明板状体を接着した合わせガラス、板
ガラスと透明樹脂板を接着したバイレイヤーガラスなど
の積層体に発光素子からの検出光を導入して、該積層体
中を２光束の検出光が全反射するように進行させ、該２
光束の検出光を受光素子により受光して雨滴と結露を検
出する装置において、前記２光束の検出光は、前記２枚
の透明板状体の間に設けたホログラムにより、一方の透
明板状体と該ホログラムの間を全反射する検出光と、他
方の透明板状体と該ホログラムの間を全反射する検出光
とし、一方の検出光により雨滴を、他方の検出光により
結露を検出するようにしたことを特徴とする。

【０００９】２光束に分岐する方法は、一つの発光素子
から積層体に検出光を導入し、該積層体中に設けたホロ
グラムにより検出光を２光束とする方法が、プリズムを
必要とせず最も好ましいが、一つの発光素子からハーフ
ミラーにより分岐しても、あるいは二つの発光素子を使
用してもよい。

【００１０】また、２光束の検出光を積層体に設けた二
つの受光素子への導出するには２枚の導出用ホログラム
を介して行うとプリズムを必要とせず好ましいが、プリ
ズムを利用してもよい。

【００１１】本発明は、２枚の透明板状体の間に設けた
ホログラムにより、一方の透明板状体と該ホログラムの
間を全反射する検出光と、他方の透明板状体と該ホログ
ラムの間を全反射する検出光とするものであるから、ミ
ラーなどの不透明板を必要とせず、透視を妨げることは
なく、しかも、導入用ホログラム、導出用ホログラムを
使用すればプリズムなどの突起物を積層体に設けなくて
も済む。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の雨滴・結露検出装置は、
自動車用のフロントガラスに応用した例で説明したが、
船舶、飛行機、電車などの乗り物用の風防ガラスとして
応用して、ワイパーなどを自動的に駆動させたり、住宅
用の合わせガラス構造の窓ガラスに応用して雨が降って
きたことを住民に通報させたり各種の応用が可能であ
る。

【００１３】透明板状体としては、２枚の板ガラスをポ
リビニールブチラールなどの中間膜により接着した構造
の合わせガラス、板ガラスに透明樹脂板を接着したバイ
レイヤーガラス以外にも板ガラスに代えてポリカーボネ
ートなどの透明樹脂板などを採用することもできる。

【００１４】透明板状体の間に設けたホログラムは、反
射型ホログラムであり、その作製は２光束の検出光の全
反射面になるように、フォトポリマーなどの感材に、入
射角を ４１．８°〜６０．１°の方向の２方向からの
レーザー光を、発散光と発散光あるいは発散光と平行光
として異なる面からガラスブロック、ホログラムなどを
介在させて照射し、干渉縞を形成する。

【００１５】発光素子については、波長範囲の狭い単波
長の光を発光する発光ダイオード、ＥＬ（エレクトロル
ミネッセンス）素子などを好適に採用することができる
が、波長範囲の狭いものであって小型であれば同様に使
用することができる。

【００１６】受光素子については、フォトダイオードな
ど各種の小型で軽量な受光素子を採用することができ、
一つあるいは二つの発光素子を積層体に設ける。

【００１７】発光素子から積層体への検出光の導入は、
図５、図７に示すように、発光素子５とプリズム８を積
層体１に設けプリズム８を介して行うか、あるいは各実
施例、図４、図６に示すように導入用ホログラム３、３
１、３２などを介して行う。

【００１８】この場合のホログラム３と３２および実施
例２における３１は、透過型ホログラムであり、その作
製は、まずフォトポリマーなどの感材の一方の面に例え
ば垂直方向（入射角０°）と入射角を ４１．８°〜６
０．１°の方向の２方向からのレーザー光を、発散光と
発散光あるいは発散光と平行光として同じ面からガラス
ブロック、あるいはホログラムなどを介在させて照射し
て干渉縞を形成させて形成する。

【００１９】発光素子が一つの場合には、検出光を２光
束に分岐する必要があり、分岐シートを用いる。その手
段として図６、図７に示す公知のハーフミラー９以外に
も、図４、図５あるいは後述する実施例１、実施例３に
示すように、導入用ホログラム３１と導入用ホログラム
３２を積層したものを分岐用ホログラムとして好適に使
用することができ、ホログラムを使用すると分岐の機能
だけでなく、導入の機能も併せ持たせることができるの
で好ましい。

【００２０】この場合のホログラムは、反射型ホログラ
ムと透過型ホログラムを作製し、積層すればよく、反射
型ホログラムの作製は、フォトポリマーなどの感材に、
入射角を例えば垂直方向（入射角０°）と４１．８°〜
６０．１°の方向の２方向からのレーザー光を、発散光
と発散光あるいは発散光と平行光として異なる面から露
光量を減らして回折効率がほぼ５０％になるようにガラ
スブロック、ホログラムなどを介在させて照射して干渉
縞を形成し、透過型ホログラムの作製は、フォトポリマ
ーなどの感材の一方の面に例えば垂直方向（入射角０
°）と入射角を４１．８°〜６０．１°の方向の２方向
からのレーザー光を、発散光と発散光あるいは発散光と
平行光として同じ面からガラスブロック、ホログラムな
どを介在させて照射して干渉縞を形成する。

【００２１】発光素子が二つの場合には、導入用のプリ
ズムあるいはホログラムがあればよく、２光束に分岐す
る分岐シート用の光学素子は不要である。

【００２２】受光素子については、フォトダイオードな
ど各種の小型で軽量な受光素子を採用することができ、
積層体に普通二つ設けるものであるが、発光素子を二つ
設ける場合に一つとすることができる。すなわち発光素
子を二つとし、タイマーなどにより雨滴検出用と結露検
出用の検出光を交互に切り替えて積層体中に導入し、検
出回路により、発光素子と連動させて検出すれば雨滴と
結露の識別が可能であり、後述する実施例１と実施例３
に示す構成において発光素子と受光素子を入れ替えた構
成にすればよい。

【００２３】受光素子への検出光の導出は、導出用ホロ
グラムかあるいはプリズムを使用して行えばよく、導出
用のホログラムは導入用のホログラムと同様に作製すれ
ばよい。

【００２４】ホログラムの感材については、樹脂フィル
ムに厚さ２５μｍのフォトポリマー、例えばＯｍｎｉＤ
ｅｘ−３５２（ＤｕＰｏｎｔ製）を塗布したものなどが
好適であるが、フィルムに感材が塗布されたものであれ
ばよい。

【００２５】検出回路は、雨滴が透明板状体に付着する
と、その雨滴部分で光が散乱され受光素子への検出光の
入光量が低減するので、その変化を検出できるような増
幅回路、設定値との比較を行う比較回路など、場合によ
っては検出光の変化をとらえられるような微分回路など
を必要に応じて付加した通常の検出回路を使用すること
ができる。

【００２６】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説
明する。

【００２７】図１〜図３はそれぞれ実施例１〜実施例３
におけるフロントガラスの要部断面図である。

【００２８】実施例１ 図１に示すように、積層体１を車両用フロントガラスと
して、発光素子を一つとして、検出光の導入と導出を導
入用ホログラムと導出用ホログラムにより行う例であ
る。

【００２９】ここでは発光素子にＡｌＧａＡｓ系の近赤
外線発光ダイオード、検出器はゲルマニウム系検出器を
用いることとし、導入用ホログラム、全反射用ホログラ
ム、導出用ホログラムは以下のようにして作製した。

【００３０】まず、樹脂フィルムに厚さ２５μｍのフォ
トポリマーを塗布した、例えばＯｍｎｉＤｅｘ−３５２
（ＤｕＰｏｎｔ製）１０ｍｍ×１８ｍｍの感材の片側
（左側）１０ｍｍ×４ｍｍの領域以外はマスキングし
て、図示しない６４７ｎｍの光を発振するレーザー発振
器、ビームスプリッター、凸レンズ、ミラーなどを組み
合わせた光学装置によりレーザー光を２分割させて、一
方の光の再生角が０°、他方の光の再生角が４１．８°
〜６０．１°の間の角度になるように、ガラスブロック
を用いて例えば入射角６．２°の発散光と、同じく４
３．８°の平行光をそれぞれ感材の異なる面に露光量を
落として照射して、感材の左側１０ｍｍ×４ｍｍの領域
に回折効率がほぼ５０％の干渉縞を形成し、導入用ホロ
グラム３１とする。

【００３１】次いで前記左側と右側の１０ｍｍ×８ｍｍ
の領域をマスキングして、図示しない６４７ｎｍの光を
発振するレーザー発振器、ビームスプリッター、凸レン
ズ、ミラーなどを組み合わせた光学装置によりレーザー
光を２分割させて、一方の光の再生角が４１．８〜６
０．１°、他方の光の再生角が４１．８〜６０．１°の
角度になるように、ガラスブロックを用いて例えば６
０．７°の平行光、と６０．７４３°の平行光をそれぞ
れ感材の異なる面に照射して中央の１０ｍｍ×６ｍｍの
領域に干渉縞を形成し、全反射用のホログラム２とす
る。

【００３２】次いでその右側の１０ｍｍ×４ｍｍの領域
に、その他の部分はマスキングして、図示しない６４７
ｎｍの光を発振するレーザー発振器、ビームスプリッタ
ー、凸レンズ、ミラーなどを組み合わせた光学装置によ
りレーザー光を２分割させて、一方の光の再生角が０
°、他方の光の再生角が４１．８°〜６０．１°の間の
角度になるように、ガラスブロックを用いて例えば入射
角２１．４°の収束光と、同じく７１．４°の平行光を
それぞれ感材の異なる面に照射して、１０ｍｍ×４ｍｍ
の領域に干渉縞を形成し導出用のホログラム４１とす
る。

【００３３】次いで、その右側の領域以外はマスキング
して、図示しない６４７ｎｍの光を発振するレーザー発
振器、ビームスプリッター、凸レンズ、ミラーなどを組
み合わせた光学装置によりレーザー光を２分割させて、
一方の光の再生角が０°、他方の光の再生角が４１．８
°〜６０．１°の間の角度になるように、ガラスブロッ
クを用いて例えば入射角６．２°の収束光と、同じく４
３．８°の平行光をそれぞれ感材の一方の同一面に照射
して、１０ｍｍ×４ｍｍの領域に干渉縞を形成し、導出
用ホログラム４２とする。 このようにして得られた感
材には４種類のホログラムの干渉縞が形成されており、
その後通常の現像処理を行う。

【００３４】さらに別の１０ｍｍ×４ｍｍの感材を用意
して、図示しない６４７ｎｍの光を発振するレーザー発
振器、ビームスプリッター、凸レンズ、ミラーなどを組
み合わせた光学装置によりレーザー光を２分割させて、
一方の光の再生角が０°、他方の光の再生角が４１．８
°〜６０．１°の間の角度になるように、ガラスブロッ
クを用いて例えば入射角６．２°の発散光と、同じく４
３．８°の平行光をそれぞれ感材の一方の同一面に照射
して、干渉縞を形成し、透過型の導入用ホログラム３２
とする。その後通常の現像処理を行う。

【００３５】導入用ホログラム３２を導入用ホログラム
３１に合わせて積層して１枚のホログラムシートを得
る。

【００３６】次いで車内側板ガラス１１の合わせ面側に
前記のホログラムシートを貼り付けて、車外側板ガラス
１２とポリビニールブチラールなどの中間膜１３により
通常の合わせ処理を行って接着して合わせガラスを得
る。

【００３７】この合わせガラスに発光素子５と、受光素
子６１、受光素子６２を取り付け、自動車の前部開口部
にフロントガラスとして装着する。

【００３８】なお、図示しないが、発光素子５には電源
からのリード線を接続し、受光素子６１、６２の出力側
には検出回路を接続する。

【００３９】このようにして得られた雨滴・結露検出装
置において、合わせガラスに発光素子５からの検出光が
導入されると、導入用ホログラム３１によって一部が回
折され一方の検出光として車内側板ガラス中を全反射し
ながら進行し、回折しない一部が透過して導入用ホログ
ラム３２に入射し、このホログラムで回折されて他方の
検出光となり、車外側板ガラス１２中を全反射しながら
進行する。

【００４０】車外側板ガラス１２中を進行する検出光
は、雨が降っていないときには、車外側板ガラス１２の
車外側面と全反射用ホログラム２の間で全反射されて、
受光素子６２によって受光され、車内側板ガラス１１中
を進行する検出光は、車内に結露がないときには車内側
板ガラス１１と全反射用ホログラム２の間で全反射さ
れ、受光素子６１に受光される。

【００４１】この場合には合わせガラス中の光の減衰が
若干あるだけでほぼ全量が受光される。雨滴が車外側板
ガラス１２の車外側面に付着すると、雨滴に車外側板ガ
ラス中１２を進行する検出光の一部、あるいは全量が入
射してこの雨滴によって散乱するので、受光素子６２に
受光される検出光はほとんど０になるか激減する。

【００４２】車内側板ガラス１１に結露が発生すると、
水滴に車内側板ガラス１１中を進行する検出光の一部、
あるいは全量が水滴によって散乱するので、受光素子６
１に受光される検出光は激減する。

【００４３】図示しない検出回路において、この受光素
子６２の受光量の絶対量を、雨が降ってない通常の量に
相当する量を基準値として比較すれば雨滴を的確に検出
することができ、同様に受光素子６１の受光量を、結露
していない通常の状態を基準値と比較することにより結
露を的確に検出することができる。

【００４４】実施例２ 図２に示すように、積層体１を車両用フロントガラスと
して、発光素子を二つ５１、５２として設け、検出光の
導入と導出を導入用ホログラムと導出用ホログラムによ
り行う例であり、全反射ホログラム２と受光素子６１，
６２は実施例１と同じ構成にしたものである。

【００４５】導入用ホログラムと導出用ホログラムはい
ずれも透過型ホログラムであり、例えば一方の光の再生
角が０°、他方の光の再生角が４１．８°〜６０．１°
の間の角度になるように、ガラスブロックを用いて例え
ば導入用ホログラムの場合、入射角６．２°の発散光
と、同じく４３．８°の平行光を、導出用ホログラムの
場合、入射角６．２°の収束光と同じく４３．８°の平
行光を、それぞれ感材の一方の同一面に照射して、作製
すればよい。

【００４６】実施例３ 図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、積層体１を車両用フ
ロントガラスとして、発光素子５を一つとするが、受光
素子６１、６２とともに平面的にほぼ横一線になるよう
に配設し、折り返し用ホログラム７１、７２を導出用ホ
ログラムの代わりに設け、新たに導出用ホログラム４
１、４２を設けた以外の導入用ホログラム３１、３２、
および全反射ホログラム２は実施例１と同じ構成にした
ものである。

【００４７】折り返し用ホログラム７１，７２は、全反
射してきた検出光が断面的には同じだが、図３（Ｂ）に
示すように平面的に異なる光路を全反射しながら折り返
すように露光して作製すればよい。

【００４８】導出用ホログラム４１、４２は導入用ホロ
グラム３１、３２と進行方向が逆だが同様に機能させる
ものであり、検出光の往路と復路が異なるので前記実施
例１、実施例２の場合よりも幅広にしておく必要があ
る。

【００４９】

【発明の効果】本発明によれば、ホログラムを利用して
２光束の検出光とするものであるから、積層体の透視を
維持した状態で雨滴と結露を的確に検出することがで
き、しかも装置を小型化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１におけるフロントガラスの要部断面図
である。

【図２】実施例２におけるフロントガラスの要部断面図
である。

【図３】実施例３における図面であり、（Ａ）が要部断
面図、（Ｂ）が要部平面図である。

【図４】検出光の導入の１実施態様を示す要部断面図で
ある。

【図５】検出光の導入の１実施態様を示す要部断面図で
ある。

【図６】検出光の導入の１実施態様を示す要部断面図で
ある。

【図７】検出光の導入の１実施態様を示す要部断面図で
ある。

【符号の説明】

１ 積層体 ２ 全反射用ホログラム ３、３１、３２ 導入用ホログラム ４１、４２ 導出用ホログラム ５、５１５２ 発光素子 ６１、６２ 受光素子 ７ 折り返し用ホログラム ８ プリズム ９ ハーフミラー

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】２枚の透明板状体を接着した積層体に発光
   素子からの検出光を導入して、該積層体中を２光束の検
   出光が全反射するように進行させ、該２光束の検出光を
   受光素子により受光して雨滴と結露を検出する装置にお
   いて、前記２光束の検出光は、前記２枚の透明板状体の
   間に設けたホログラムにより、一方の透明板状体と該ホ
   ログラムの間を全反射する検出光と、他方の透明板状体
   と該ホログラムの間を全反射する検出光とし、一方の検
   出光により雨滴を、他方の検出光により結露を検出する
   ようにしたことを特徴とする雨滴・結露検出装置。
2. 【請求項２】一つの発光素子から積層体に検出光を導入
   し、ホログラムと同じ面に設けた分岐シートにより検出
   光を２光束としたことを特徴とする請求項１記載の雨滴
   ・結露検出装置。
3. 【請求項３】分岐シートをホログラムとしたことを特徴
   とする請求項２記載の雨滴・結露検出装置。
4. 【請求項４】２つの発光素子から積層体に２光束の検出
   光を導入したことを特徴とする請求項１記載の雨滴・結
   露検出装置。
5. 【請求項５】２光束の検出光から積層体に設けた二つの
   受光素子への導出は２枚の導出用ホログラムを介して行
   うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の雨
   滴・結露検出装置。