JP2002257717A - 雨滴検出装置および雨滴／曇り検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】外光などによる雨滴検出部の誤作動を防止す
る。 【解決手段】光透過材料によって形成され、ウインドガ
ラス１２１に取り付けられる導光体１０１を有し、該ウ
インドガラスの外気側表面で反射して前記導光体を透過
した光の光量の変化に基づいて前記ウインドガラスの外
気側表面に付着した雨滴を検出する雨滴検出部を備えた
雨滴検出装置において、前記雨滴検出部を構成するフォ
トダイオード１１１ａが、前記ウインドガラス面にほぼ
平行に入射した外光の屈折光を受光しない角度範囲で前
記ウインドガラスの室内側に設置される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特に、車両等のウ
インドウガラスの雨滴を検出する雨滴検出装置および雨
滴／曇り検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両等のウインドウガラスに雨滴が付着
すると視界が悪化して運転に支障をきたすため、ワイパ
ーを作動してウインドウガラスに付着した雨滴を取り除
いている。また、車室内の温度の変化あるいは湿度の上
昇によりウインドウガラスが結露して曇っても、視界が
悪化して運転に支障をきたすため、デフロスタやデフォ
ッガ等の曇り除去装置を作動してウインドウガラスの曇
りを除去している。

【０００３】これらワイパーや曇り除去装置は、通常、
ドライバがスイッチを入れることによって動作するよう
設定されている場合が多いが、雨滴や曇りを自動的に検
出して、雨滴であればワイパーが、曇りであれば曇り除
去装置が自動的に動作するよう設定されている場合もあ
る。このときは、雨滴や曇りを自動的に検出する雨滴／
曇り検出装置が用いられる。

【０００４】従来の雨滴検出装置あるいは雨滴／曇り検
出装置の雨滴検出部は、図６に示すように、レンズ３０
Ａ、３０Ｂを有する導光体２１と、ウインドウガラス３
６に装置本体を貼り付けるためのシリコーン層３５と、
発光ダイオード２２と、フォトダイオード２３と、発光
ダイオード２２およびフォトダイオード２３をそれぞれ
両端に備えた基板２４と、通風口を有するカバー２５
と、を備えて構成されている。

【０００５】発光ダイオード２２から発生された光が導
光体２１のレンズ３０Ａに入射し、シリコーン層３５お
よびウインドウガラス３６を順次透過した後、ウインド
ウガラス３６の外気側で全反射する。そして、全反射し
た光がウインドウガラス３６、シリコーン層３５および
導光体２１を順次透過し、今度は導光体２１の上面で全
反射する。このようにして、ウインドウガラス３６の外
気側および導光体２１の上面で全反射を繰り返しなが
ら、最終的にレンズ３０Ｂを透過してフォトダイオード
２３に達する。

【０００６】ここで、発光ダイオード２２の光軸とウイ
ンドウガラス３６の外気側の面との交点３８に雨滴が付
着すると、発光ダイオード２２からの光が雨滴を透過す
るため、ウインドウガラス３６の外気側で全反射が起こ
らなくなる。したがって、フォトダイオード２３におけ
る受光量が減少するため、フォトダイオード２３の出力
が低下する。そして、フォトダイオード２３の出力値が
予め設定した基準値以下になったときワイパーを動作さ
せる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来装置にあっては、
図７に示すように、ウインドウガラス３６の外気側から
入射した外光が、屈折により導光体２１のレンズ３０Ｂ
側に進入することがある。特に、光線がウインドウガラ
ス３６にほぼ平行に近い状態で入射すると、入射角によ
ってはフォトダイオード２３に直接入射し、発光ダイオ
ード２２からの反射光であると誤検知されてしまうとい
う問題がある。このような問題は、特に、ビルや屋外建
造物などからの反射光や、夕暮れ時の水平に近い日光の
照射などを受けて発生することが多い。

【０００８】この影響を除去する手段として、例えば、
発光手段からの投光を停止しても受光手段が受光を検知
している場合に、外光の進入と判断するなどの特別な回
路を設けることが考えられる。しかし、回路の追加を伴
うため、装置の大型化や製造コストの上昇につながると
いう問題がある。

【０００９】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、回路の追加を伴うことなく、外光などによる雨滴検
出部の誤作動を防止することができる雨滴検出装置およ
び雨滴／曇り検出装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の請求項１に係る雨滴検出装置は、光透過材
料によって形成され、ガラスに取り付けられる導光体を
有し、該ガラスの外気側表面で反射して前記導光体を透
過した光の光量の変化に基づいて前記ガラスの外気側表
面に付着した雨滴を検出する雨滴検出部を備えた雨滴検
出装置において、前記雨滴検出部を構成する受光手段
が、前記ガラス面にほぼ平行に入射した外光の屈折光を
受光しない角度範囲で前記ガラスの室内側に設置される
ことを特徴とする。

【００１１】請求項２に係る雨滴検出装置は、前記角度
範囲が、前記ガラス面の法線に対し少なくとも４２．５
°であることを特徴とする。

【００１２】本発明の請求項３に係る雨滴／曇り検出装
置は、請求項１または請求項２記載の雨滴検出部と、光
を反射する吸熱部および発熱部を有し、該吸熱部の表面
温度が外気温度と同程度に保たれた熱電素子を有し、該
熱電素子の吸熱部を反射した光の光量に基づいて反射面
の曇りを検出する曇り検出部と、を備えたことを特徴と
する。

【００１３】請求項４に係る雨滴／曇り検出装置は、前
記熱電素子の発熱部と前記導光体との間に配置され、前
記熱電素子の発熱部で発生した熱を放熱して前記導光体
に伝導する放熱手段を備えたことを特徴とする。

【００１４】本発明によれば、雨滴検出部を構成する受
光手段の設置角度を考慮することにより、受光手段にお
いて外光による影響がほとんど除去される。このため、
外光の屈折光を受光することで、雨滴が付着しているに
もかかわらず受光量が減少せず、ワイパーが動作しない
といった雨滴検出部の誤動作を防止することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て図面を参照して説明する。図１は本発明に係る雨滴／
曇り検出装置の構成図であり、図２は雨滴／曇り検出装
置の上面図である。なお、以下に説明する実施形態では
曇り検出部と雨滴検出部とを備える雨滴／曇り検出装置
を例に説明するが、雨滴検出装置を構成する場合は、曇
り検出部を省略して雨滴検出部のみを備える。

【００１６】雨滴／曇り検出装置は、車両等のウインド
ウガラスに付着した雨滴を検出してワイパーを作動させ
るための雨滴検出部と、ウインドウガラスの曇り状態を
事前に検出して、エアコンから温風などのエアを送風し
てウインドウガラス（主に、フロントガラス）に噴き当
てることにより曇りを除去するデフロスタや、ウインド
ウガラス（主に、リアウインドウ）内部に埋め込まれた
熱線を通電して発熱させることによりウインドウガラス
の曇りを除去するデフォッガ等の曇り除去装置を作動さ
せるための曇り検出部とから成る。

【００１７】図１において、雨滴／曇り検出装置１００
は、導光体１０１と、透明接着テープ１０３と、雨滴検
出部の投光手段に該当する発光ダイオード（ＬＥＤ）１
０９ａおよび受光手段に該当するフォトダイオード１１
１ａと、曇り検出部の投光手段に該当する発光ダイオー
ド１０９ｂおよび受光手段に該当するフォトダイオード
１１１ｂと、放熱板１０５と、熱電素子に該当するペル
チエ素子１０７と、基板１１３と、カバー１１５と、を
備えて構成されている。

【００１８】導光体１０１は、光を透過する樹脂等の光
透過性材料によって形成された略凹状の部材であり、導
光体１０１の両側壁には、同じく光透過性材料によって
形成されたレンズ１１７ａ、１１７ｂがそれぞれ図中斜
め上向き状態で傾斜配置されている。なお、導光体１０
１の窪んだ部分の面には、光反射性材料が塗布されてい
る。

【００１９】透明接着テープ１０３は、導光体１０１底
面の形状と略同じ形状の、シリコーン樹脂等で形成され
た光透過性を有する接着テープである。透明接着テープ
１０３を導光体１０１の底面に接着することにより、導
光体１０１をウインドウガラス１２１に取り付けること
ができる。

【００２０】発光ダイオード１０９ａ、１０９ｂは、そ
れぞれ導光体１０１の一方のレンズ１１７ａおよびペル
チエ素子１０７に対して投光するものであり、フォトダ
イオード１１１ａ、１１１ｂは、発光ダイオード１０９
ａ、１０９ｂが発生した光をそれぞれ受光して光電変換
する受光素子である。

【００２１】発光ダイオード１０９ａが発生した光はレ
ンズ１１７ａの中心部に略垂直に入射する。その後、ウ
インドウガラス１２１の外気側表面で反射した光線がレ
ンズ１１７ｂに略垂直に入射し、透過した光線がフォト
ダイオード１１１ａに到達する。

【００２２】発光ダイオード１０９ａおよびレンズ１１
７ａならびにフォトダイオード１１１ａおよびレンズ１
１７ｂから成る光学系は、ウィンドガラス１２１外気側
から進入する外光を考慮し、後述するように、ウィンド
ガラス１２１面にほぼ平行に入射した外光の屈折光がフ
ォトダイオード１１１ａに直接到達しないように特に受
光系の設置角度が所定の範囲内に収まるように設計され
る。

【００２３】一方、曇り検出部の発光ダイオード１０９
ｂからの光は、ペルチエ素子１０７表面に対して所定の
角度で入射する。フォトダイオード１１１ｂはペルチエ
素子１０７で反射した光を受光する。なお、上記のフォ
トダイオードは、代わりにフォトトランジスタを用いて
も良い。これら発光ダイオード１０９ａ、１０９ｂおよ
びフォトダイオード１１１ａ、１１１ｂは、基板１１３
にそれぞれに取り付けられている。

【００２４】また、放熱板１０５は、ペルチエ素子１０
７が発生した熱を逃がすためのものであり、図２に示す
ように、導光体１０１の窪んだ部分を含む上面に沿って
略全面的に設けられている。ペルチエ素子１０７は、吸
熱部の表面温度が外気温度センサによって検出された外
気温度と同程度となるよう、マイコン（図示せず）によ
って制御された駆動回路（図示せず）によって駆動され
ており、導光体１０１の窪んだ部分の放熱板１０５上に
発熱部が接するように設けられている。このため、ペル
チエ素子１０７が発生した熱は放熱板１０５に伝導して
放熱される。

【００２５】さらに、カバー１１５は、導光体１０１、
放熱板１０５、ペルチエ素子１０７、発光ダイオード１
０９ａ、１０９ｂ、フォトダイオード１１１ａ、１１１
ｂおよび基板１１３を覆うための筐体であり、導光体１
０１に結合される。また、カバー１１５には、カバー１
１５を導光体１０１に結合したとき、導光体１０１の窪
んだ部分と略同一位置に来るような通風口１１９が形成
されている。

【００２６】次に、雨滴／曇り検出装置１００の動作に
ついて説明する。雨滴／曇り検出装置１００は、上述の
ように、雨滴検出部と曇り検出部とを有し、それぞれ独
立に動作する。まず、雨滴検出部では、主に、発光ダイ
オード１０９ａ、導光体１０１およびフォトダイオード
１１１ａが用いられる。発光ダイオード１０９ａからの
光が導光体１０１のレンズ１１７ａに入射し、透明接着
テープ１０３およびウインドウガラス１２１を順次透過
して、ウインドウガラス１２１の外気側で全反射する。
全反射した光は、ウインドウガラス１２１、透明接着テ
ープ１０３および導光体１０１を再度透過し、最終的に
レンズ１１７ｂを透過してフォトダイオード１１１ａに
達する。

【００２７】ここで、ウインドウガラス１２１の外気側
に雨滴が付着する場合を想定すると、発光ダイオード１
０９ａからの光が雨滴を透過するため、ウインドウガラ
ス１２１の外気側で全反射が起こらなくなる。したがっ
て、フォトダイオード１１１ａにおける受光量が減少
し、フォトダイオード１１１ａの出力が低下する。そし
て、フォトダイオード１１１ａの出力値が予め設定した
基準値以下になったときワイパーを作動させる。

【００２８】この雨滴／曇り検出装置の雨滴検出部を構
成する受光手段であるフォトダイオード１１１ａは、ウ
ィンドガラス１２１外気側から進入する外光を考慮し、
ウィンドガラス１２１面にほぼ平行に入射した外光の屈
折光がフォトダイオード１１１ａに直接到達しない範囲
の角度で設置される。

【００２９】以下、図３ないし図５を参照してウィンド
ガラス１２１の外気側から進入する外光とフォトトラン
ジスタ１１１ａとの関係について説明する。図３に示さ
れる入射角θ１と屈折角との関係において、入射角度θ
１と屈折角度θ２の間には、N１ｓｉｎθ１＝N２ｓｉｎ
θ２という関係が成り立つ。ここで、Ｎ１およびＮ２は
それぞれの層における屈折率である。空気側の屈折率Ｎ
１＝１、ガラス側の屈折率Ｎ２＝１．５を代表値として
代入すると、空気側すなわちウインドウガラス外気側か
ら入射する光の入射角度に応じて屈折角度が求められ
る。θ１を０から９０°までの間で変化させると、ウイ
ンドウガラスにほぼ平行に光が進入したときに屈折角は
最大となるので、θ１＝９０°における屈折角を求め
る。すなわち、１×ｓｉｎ９０°＝１．５×ｓｉｎθ２
よりθ２＝４２．５°となり、０から９０°の範囲で変
わるθ１に対して、θ２は最大で４２．５°までにしか
ならないことが判る。つまり、図４に示すように、外光
はどのような角度から進入しても、θ２＝４２．５°以
上で屈折して室内側へ進入することはない。このことよ
り、発光ダイオード１０９ａから投光された光線の反射
角を、ウインドウガラスの外気側表面の法線に対して少
なくとも４２．５°以上の角度にすれば、図４中に示す
外光の屈折角度の範囲を避けることができる。これによ
り、レンズ１１７ｂに直角に入射して、フォトダイオー
ド１１１ａに直接到達する外光はほとんどなくなる。な
お、レンズ１１７ｂに斜めに入射する外光はレンズ１１
７ｂで屈折されるためフォトダイオード１１１ａには到
達せず、この影響もほぼすべて除去できる。

【００３０】また、雨滴／曇り検出装置は、図５に示さ
れるように、左右方向からウインドガラス面にほぼ平行
に入射する外光（光源）を考慮する目的から、雨滴検出
部を構成する受光系が左右方向から入射する外光に対向
するように配置する。

【００３１】次に、曇り検出部について説明する。図１
で示すように、曇り検出部は、主に、放熱板１０５、ペ
ルチエ素子１０７、発光ダイオード１０９ｂおよびフォ
トダイオード１１１ｂが用いられる。発光ダイオード１
０９ｂから発生した光は、ペルチエ素子１０７の表面で
全反射してフォトダイオード１１１ｂに達する。ここ
で、外気温度が低下してペルチエ素子１０７の吸熱部、
すなわち反射面の表面温度が低下することによって反射
面が曇ると、発光ダイオード１０９ｂからの光が反射時
に散乱するため、フォトダイオード１１１ｂにおける受
光量が減少して、フォトダイオード１１１ｂの出力が低
下する。そして、フォトダイオード１１１ｂの出力値が
予め設定した基準値以下になったとき、デフロスタやデ
フォッガ等の曇り除去装置を動作させる。

【００３２】なお、ペルチエ素子１０７においては、吸
熱部の温度が低下すれば発熱部で熱が発生する。発熱部
で発生した熱は放熱板１０５に伝導して放熱される。放
熱板１０５は、図２に示すように、導光体１０１の上面
に沿って略全面に設けられ、導光体１０１のレンズ１１
７ａ、１１７ｂ近くまで延びている。このため、レンズ
１１７ａ、１１７ｂ近辺の温度および導光体１０１の温
度は、放熱板１０５から放熱された熱によって車室内の
温度よりも高くなる。したがって、例えば、外気温度が
低下することによってウインドウガラスに取り付けられ
た導光体１０１の温度が低下しても、放熱板１０５から
放熱された熱によってレンズ１１７ａ、１１７ｂの温度
が露点温度よりも高く維持されていれば、レンズ１１７
ａ、１１７ｂの表面は結露しない。このため、ウインド
ウガラス１２１に雨滴が付着していないにもかかわら
ず、レンズ表面の結露によりワイパーが誤動作するとい
った事態がなくなる。

【００３３】以上説明したように、本発明の雨滴／曇り
検出装置によれば、雨滴検出部を構成するフォトダイオ
ード１１１ａの設置角度を考慮することにより、受光素
子において外光による影響がほとんど除去される。この
ため、外光の屈折光を受光することで、雨滴が付着して
いるにもかかわらず受光量が減少せず、ワイパーが動作
しないといった雨滴検出部の誤動作を防止することがで
きる。

【００３４】また、ガラスに貼着された導光体は外気の
温度変化の影響を受けやすく、外気温度が低下したとき
には他の構成要件よりも早く温度が低下してしまうが、
本発明の雨滴／曇り検出装置によれば、ペルチエ素子で
発生した熱が放熱手段によって導光体に伝導されること
によって導光体の温度が外気温度よりも高い状態に保持
される。したがって、外気温度の低下や当該雨滴／曇り
検出装置が設置された室内の湿度上昇等の環境変化が生
じても、導光体表面は結露しない。このため、導光体に
付着した水滴によって光が散乱し、受光量が減少するこ
とによって生じ得る雨滴検出部の誤動作を防止すること
ができる。

【００３５】さらに、通常であれば熱電素子の放熱手段
と導光体の結露防止手段とはそれぞれ別々に構成される
が、本発明の雨滴／曇り検出装置が有する放熱手段によ
れば、発生した熱を放熱するだけではなく、導光体表面
の結露防止にも兼用できるため、雨滴／曇り検出装置を
構成するために必要な構成要件数をより少なくすること
ができる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の雨滴検出
装置によれば、雨滴検出部を構成する受光手段の設置角
度を考慮することにより、外光による影響がほとんど除
去されるため、雨滴検出部の誤動作を防止することがで
きる。また、外光の影響を除去するための追加回路等を
必要としないため、装置の大型化や製造コストの上昇を
招くこともない。

【００３７】また、本発明の雨滴／曇り検出装置によれ
ば、上記雨滴検出装置の効果に加え、ガラスの曇り検出
が可能となる。しかも放熱手段からの伝導熱により、導
光体の表面が結露することがなく、雨滴検出部の誤動作
を防止できる。さらに放熱手段は、熱電素子の放熱のみ
ならず、導光体表面の結露防止手段としても使用できる
ため、装置の構成要件数をより少なくすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る雨滴／曇り検出装置
の構成図である。

【図２】本発明の一実施形態に係る雨滴／曇り検出装置
の上面図である。

【図３】入射角と屈折角の関係を示す光路図である。

【図４】雨滴／曇り検出装置において、外光の進入角度
範囲、屈折角度範囲を示す模式図である。

【図５】雨滴／曇り検出装置の装着形態を示す模式図で
ある。

【図６】従来の雨滴検出装置の構成図である。

【図７】従来の雨滴検出装置において、外光が受光手段
へ進入、屈折する経路を示す模式図である。

【符号の説明】

１０１ 導光体 １０３ 透明接着テープ １０５ 放熱板 １０７ ペルチエ素子 １０９ａ、１０９ｂ 発光ダイオード １１１ａ、１１１ｂ フォトダイオード １１３ 基板 １１５ 力バー １１７ａ、１１７ｂ レンズ １１９ 通風口 １２１ ウインドウガラス

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光透過材料によって形成され、ガラスに
   取り付けられる導光体を有し、該ガラスの外気側表面で
   反射して前記導光体を透過した光の光量の変化に基づい
   て前記ガラスの外気側表面に付着した雨滴を検出する雨
   滴検出部を備えた雨滴検出装置において、 前記雨滴検出部を構成する受光手段が、前記ガラス面に
   ほぼ平行に入射した外光の屈折光を受光しない角度範囲
   で前記ガラスの室内側に設置されることを特徴とする雨
   滴検出装置。
2. 【請求項２】 前記角度範囲が、前記ガラス面の法線に
   対し少なくとも４２．５°であることを特徴とする請求
   項１記載の雨滴検出装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２記載の雨滴検出
   部と、 光を反射する吸熱部および発熱部を有し、該吸熱部の表
   面温度が外気温度と同程度に保たれた熱電素子を有し、
   該熱電素子の吸熱部を反射した光の光量に基づいて反射
   面の曇りを検出する曇り検出部と、を備えたことを特徴
   とする雨滴／曇り検出装置。
4. 【請求項４】 前記熱電素子の発熱部と前記導光体との
   間に配置され、前記熱電素子の発熱部で発生した熱を放
   熱して前記導光体に伝導する放熱手段を備えたことを特
   徴とする請求項３に記載の雨滴／曇り検出装置。