JP2004340712A

JP2004340712A - レインセンサ用の信号検出回路および信号検出方法

Info

Publication number: JP2004340712A
Application number: JP2003136906A
Authority: JP
Inventors: Kazuto Kokuryo; 一人國領; Keitaro Iguchi; 圭太郎井口; 吉晃 ▲槙▼野; Yoshiaki Makino
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 2003-05-15
Filing date: 2003-05-15
Publication date: 2004-12-02

Abstract

【課題】外光成分を周波数分離方式で低減することを可能にした外光成分低減回路を備える信号処理回路を提供する。
【解決手段】車両のウィンドシールド上の雨滴を排除するワイパーを自動制御するために、ＬＥＤからのパルス光を車両のウィンドシールドに照射し、反射光をＰＤで受光し、ＰＤからのパルス信号を処理して、演算処理装置に入力する信号検出回路である。ＬＥＤからのパルス信号を電圧信号に変換する電流−電圧変換回路２４と、電流−電圧変換回路に並列に設けられ、電流−電圧変換回路の出力信号に含まれる外光成分を周波数分離して、電流−電圧変換回路の入力側にフィードバックする外光成分低減回路４２と、電流−電圧変換回路の出力信号のノイズを低減し、出力信号を増幅するバンドパスフィルタ回路／増幅回路２６とを備える。
【選択図】図６

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両のウィンドシールド上の雨滴等を排除するワイパーを自動制御するための雨滴検出装置であるレインセンサの信号検出回路、特に外光成分低減回路を設けた信号検出回路に関する。本発明は、さらに、レインセンサにおいて、外光成分を低減させる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レインセンサは、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの発光素子を、一定の周期で点灯し、発光素子からの光をウィンドシールド（フロントガラス）に照射し、反射光を、フォトダイオード（ＰＤ）などの受光素子で受光し、ＰＤの出力信号（パルス信号）をマイクロコンピュータ（マイコン）に取込み、雨滴の検出や雨滴の付着量の検出を行って、最終的に降雨レベルを測定している。
【０００３】
図１に、レインセンサの信号検出機構を示す。ＬＥＤ１０からの光は、レンズ１２およびプリズム１４を経て、フロントガラス１６の表面で反射され、プリズム１４およびレンズ１８を経て、ＰＤ２０に入射する。
【０００４】
ＰＤの出力するパルス信号を検出する信号検出回路は、図２示すように、アナログ回路とマイクロコンピュータ（マイコン）とから成る。アナログ回路２２は、Ｉ−Ｖ変換回路２４と、バンドパスフィルタ回路／増幅回路２６と、ピークホールド回路３０とから構成される。ＰＤから得られるパルス信号は、Ｉ−Ｖ変換回路２４を通して、電流値の変化から電圧値の変化に変換される。バンドパスフィルタ回路／増幅回路２６を通して、ノイズ成分を除去し、増幅し、最後に、増幅されたパルス信号のピークを、ピークホールド回路３０で保持する。保持されたピーク値は、マイコン３２に送られる。
【０００５】
マイコン３２は、Ａ／Ｄコンバータ３４を備え、Ａ／Ｄコンバータから得られるディジタル値をソフトウェアによって処理し、雨滴情報を得る。雨滴情報より、降雨レベルの判定を行う。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図１に示した構造のレインセンサでは、ＰＤ２０が受光する光は、ＬＥＤ１０からの反射光のみならず、外部環境からの光、すなわち外光を含んでおり、ＰＤが受光する光の実に約９０％はこの外光成分である。外光の成分には、光強度がほぼ一定のものと、光強度が変動するものとがある。以下、光強度がほぼ一定のものを一定外光成分、光強度が変動するものを変動外光成分というものとする。
【０００７】
図３は、一定外光成分がある場合のＩ−Ｖ変換回路２４の出力波形を示す。一定外光成分上にＰＤパルス信号が重畳されていることがわかる。なお、バイアス電圧レベルは、ＰＤ２０を逆バイアスで動作させるときの電圧レベルである。
【０００８】
図４は、変動外光成分がある場合のＩ−Ｖ変換回路２４の出力波形を示す。変動する外光成分上にＰＤパルス信号が重畳されていることがわかる。
【０００９】
図５に示すように、外光１３に一定外光成分が含まれると、ＰＤ２０の出力するパルス信号は、外光成分により電圧上昇する。Ｉ−Ｖ変換回路２４のオペアンプの飽和電圧を超えると、信号成分が潰れてしまい、正しい信号レベルがＡ／Ｄコンバータ３４に入力されない。したがって、正しい降雨レベルの判定ができないという問題が生じる。
【００１０】
一方、外光に変動外光成分が含まれ、その周波数帯域がバンドパスフィルタ回路／増幅回路２６の通過帯域内に入ると、変動外光の高周波成分がバンドパスフィルタ回路／増幅回路２６を通過してしまう結果、ピークホールド回路３０の出力値のＳ／Ｎ比が悪くなり、マイコン３２で正しい降雨レベルの判定ができないという問題がある。
【００１１】
以上のような一定外光成分および変動外光成分を含む外光成分を低減させるには、以下の２つの方法がある。
【００１２】
第１の方法は、図１に示すプリズム１４に、可視光カット（吸収）プリズムを用いる方法である。
【００１３】
しかし、この方法では、可視光カット（吸収）プリズムにより、ＬＥＤからの反射光も減衰してしまい、ＰＤで受光する信号が低下してしまうという問題がある。
【００１４】
外光成分を低減させる第２の方法は、プリズム１４内での反射回数を増やして、直接外光が受光素子に入射するのを防ぎ、外光成分をカットする方法である。
【００１５】
しかし、この方法では、プリズムのサイズが大きくなる、したがってレインセンサ本体のサイズが大きくなるという問題がある。
【００１６】
したがって本発明の目的は、一定外光成分が入力として入ってきたときに、初段のＩ−Ｖ変換回路の出力が飽和しないようにすることにある。
【００１７】
本発明の他の目的は、上述した従来の方法によることなく、変動外光成分を周波数分離方式で低減することを可能にした外光成分低減回路を備える信号検出回路を提供することにある。
【００１８】
本発明のさらに他の目的は、外光成分の低減を含む信号の検出方法を提供することにある。
【００１９】
本発明のさらに他の目的は、レインセンサ用の信号検出回路において外光成分を低減する方法および外光成分低減回路を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、車両のワイパーを制御するために、発光素子からのパルス光を車両のウィンドシールドに照射し、反射光を受光素子で受光し、受光素子からのパルス信号を処理して、演算処理装置に入力する信号検出回路であって、前記発光素子からのパルス信号を電圧信号に変換する電流−電圧変換回路と、前記電流−電圧変換回路に並列に設けられ、前記電流−電圧変換回路の出力信号に含まれる外光成分を周波数分離して、前記電流−電圧変換回路の入力側にフィードバックする外光成分低減回路と、前記電流−電圧変換回路の出力信号のノイズを低減し、かつ出力信号を増幅するバンドパスフィルタ回路／増幅回路とを備える。
【００２１】
このような信号検出回路において、前記外光成分低減回路は、前記外光成分を通過するローパスフィルタ回路と、前記通過した外光成分を電流に変換し、前記電流−電圧変換回路の入力側にフィードバックする外光成分電圧−電流変換回路とを有する。
【００２２】
本発明は、また、車両のワイパーを制御するために、発光素子からのパルス光を車両のウィンドシールドに照射し、反射光を受光素子で受光し、受光素子からのパルス信号を処理して、演算処理装置に入力する信号検出方法であって、前記発光素子からのパルス信号を電圧信号に変換するステップと、前記変換された前記電圧信号に含まれる外光成分を周波数分離してフィードバックするステップと、前記電圧信号のノイズを低減し、かつ電圧信号を増幅するステップとを含む。
【００２３】
このような信号検出方法において、前記外光成分をフィードバックするステップは、前記外光成分をフィルタリングするステップと、フィルタリングされた電圧を電流に変換し、変換された電流を前記パルス信号に加えるステップとを含む。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図６は、本発明の外光成分低減回路を用いたアナログ回路４０を含む信号検出回路を示すブロック図である。図２の従来の信号検出回路において、外光成分低減回路４２をＩ−Ｖ変換回路２４に並列に挿入している。
【００２５】
図７は、外光成分低減回路４２の構成を示すブロック図である。外光成分低減回路は、ローパスフィルタ回路４４と、外光成分Ｖ−Ｉ変換回路４６とから構成される。
【００２６】
図８に、外光成分低減回路の具体的な回路構成を示す。外光成分Ｖ−Ｉ変換回路４６は、オペアンプ４８およびフィードバック抵抗５０で構成される。ローパスフィルタ回路４４は、コンデンサ５２および抵抗５４で構成される。
【００２７】
図９は、図８で示した外光成分低減回路４２を備える信号検出回路６０の具体的な回路図である。
【００２８】
バンドパスフィルタ回路／増幅回路２６には、スイッチ素子６２が設けられ、ピークホールド回路３０にもスイッチ素子６４が設けられている。これらスイッチ素子６２，６４は、後述するＬＥＤ点灯駆動パルスにより、オン，オフが制御される。
【００２９】
バンドパスフィルタ回路／増幅回路２６のスイッチ素子６２の働きについて説明する。Ｉ−Ｖ変換回路２４から出力されるパルス信号は、バイアス電圧に重畳されている。スイッチ素子６２の前段のハイパスフィルタはグラウンドに接続されている。ハイパスフィルタを通過すると、傾き成分（高周波成分）が出力される結果、出力値がグラウンド以下に下がる、すなわち負になることがある。負の出力値がバンドパスフィルタ回路／増幅回路２６のオペアンプ２７に入力されたときに、負の出力値がオペアンプ２７の入力電圧範囲の下限値以下になると、オペアンプを破壊するおそれがある。これを防止するために、ＬＥＤ駆動パルスのＨレベルのときのみ、すなわちパルス信号の期間のみスイッチ素子６２をオフして、パルス信号の期間後の負の出力値がオペアンプ２７に印加されないようにしている。
【００３０】
ピークホールド回路３０のスイッチ素子６４は、次のピークホールド動作に備えて、オンによりコンデンサ２９を放電される働きをする。
【００３１】
以下、外光成分低減回路４２の動作を説明する。
【００３２】
図１０は、動作の概略を説明するための図である。外光成分低減回路４２により、ＬＥＤ点灯時，ＬＥＤ消灯時に関わらず、常に外光成分（一定外光成分および変動外光成分）のフィードバックを行っている。
【００３３】
図１１に、ローパスフィルタ回路４４が通過させる外光成分の周波数帯域と、ＰＤパルス信号を通過させるフィルタ回路の周波数帯域との関係を示す。図には、ＰＤパルス信号帯域をも示す。縦軸は信号成分の強度（ｖ）を、横軸は周波数（ｆ）を示す。
【００３４】
７０は、外光成分の帯域を、７２はＰＤパルス信号の帯域を示す。外光成分低減回路４２のローパスフィルタ回路４４の帯域７４は、外光成分の帯域７０をカバーしている。したがって、一定外光成分および変動外光成分は、ローパスフィルタ回路４４を通り、外光成分低減回路４２のローパスフィルタ回路４４を通り、外光成分Ｖ−Ｉ変換回路４６に入力される。外光成分Ｖ−Ｉ変換回路４６では、これを電流に変換して、Ｉ−Ｖ変換回路２４の入力側へフィードバックする。フィードバックされた外光成分電流は、ＰＤからのパルス信号電流とは逆方向に流れるので、外光成分は低減する。その結果、Ｉ−Ｖ変換回路２４の入力には、（低減された外光成分）＋（信号成分）が入力される。
【００３５】
Ｉ−Ｖ変換回路２４からの信号成分は、バンドパスフィルタ回路／増幅回路２６に送られる。
【００３６】
図１１に示すように、バンドパスフィルタ回路／増幅回路２６の帯域７４は、ＰＤパルス信号帯域７２をカバーしているので、ノイズが除去される。ノイズが除去された後、バンドパスフィルタ回路／増幅回路２６で増幅され、ピークホールド回路３０でピーク値がホールドされる。ピーク値は、マイコンの３２のＡ／Ｄコンバータ３４に入力される。
【００３７】
このように外光成分低減回路を設けることにより、一定外光成分および変動外光成分を低減することができる。
【００３８】
一定外光成分が低減されるので、Ｉ−Ｖ変換回路の出力が飽和することがない。
【００３９】
また、変動外光成分が低減されるので、Ｓ／Ｎ比を改善することができる。
【００４０】
以下に、本発明の外光成分低減回路および外光成低減方法の構成を列記する。
（１）車両のワイパーを制御するために、発光素子からのパルス光を車両のウィンドシールドに照射し、反射光を受光素子で受光し、受光素子からのパルス信号を処理して、演算処理装置に入力する信号検出回路において、外光成分を低減させる外光成分低減回路であって、
前記発光素子からのパルス信号を電圧信号に変換する電流−電圧変換回路に並列に設けられ、前記電流−電圧変換回路の出力信号に含まれる外光成分を周波数分離して、前記電流−電圧変換回路の入力側にフィードバックする外光成分低減回路。
（２）前記外光成分を通過するローパスフィルタ回路と、
前記通過した外光成分を電流に変換し、前記電流−電圧変換回路の入力側にフィードバックする外光成分電圧−電流変換回路と、
を有する上記（１）に記載の外光成分低減回路。
（３）前記発光素子は、発光ダイオードであり、前記受光素子は、フォトダイオードである上記（１）または（２）に記載の外光成分低減回路。
（４）前記外光成分には、一定外光成分および変動外光成分が含まれる、上記（１），（２）または（３）に記載の外光成分低減回路。
（５）車両のワイパーを制御するために、発光素子からのパルス光を車両のウィンドシールドに照射し、反射光を受光素子で受光し、受光素子からのパルス信号を処理して、演算処理装置に入力する場合に、前記処理されたパルス信号の外光成分を低減する方法であって、
前記外光成分をフィルタリングするステップと、
フィルタリングされた電圧を電流に変換し、変換された電流を前記パルス信号に加えるステップとを含む外光成分低減方法。
（６）前記外光成分には、一定外光成分および変動外光成分が含まれる、上記（５）に記載の外光成分低減方法。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、レインセンサの信号検出回路に外光成分低減回路を設けるので、外光成分によるＩ−Ｖ変換回路の出力が飽和することを防止し、かつ外光成分によるノイズを低減することができるので、マイコンには正確な信号を入力できるので、より正確な降雨レベルの判定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】レインセンサの信号検出機構を示す図である。
【図２】従来の信号検出回路を示す図である。
【図３】一定外光成分ありの時のＰＤからのパルス信号波形を示す図である。
【図４】変動外光成分ありの時のＰＤからのパルス信号波形を示す図である。
【図５】一定外光成分ありの時のＰＤからのパルス信号波形を示す図である。
【図６】本発明の外光成分低減回路を用いた信号検出回路を示すブロック図である。
【図７】外光成分低減回路の構成を示すブロック図である。
【図８】外光成分低減回路の具体的な回路構成を示す図である。
【図９】図８で示した外光成分低減回路を備える信号検出回路の具体的な回路図である。
【図１０】外光成分低減回路の動作を説明するための図である。
【図１１】外光成分の帯域と、ローパスフィルタ回路の信号通過帯との関係を示す図である。
【符号の説明】
１０ＬＥＤ
１１パルス光
１２，１８レンズ
１３外光
１４プリズム
１６フロントガラス
２０ＰＤ
２２アナログ回路
２４Ｉ−Ｖ変換回路
２６バンドパスフィルタ回路／増幅回路
３０ピークホールド回路
３２マイコン
３４Ａ／Ｄコンバータ
４２外光成分低減回路
４４ローパスフィルタ回路
４６外光成分Ｖ−Ｉ変換回路
４８オペアンプ
５０フィードバック抵抗
５２コンデンサ
５４抵抗
６２，６４スイッチ素子

Claims

車両のワイパーを制御するために、発光素子からのパルス光を車両のウィンドシールドに照射し、反射光を受光素子で受光し、受光素子からのパルス信号を処理して、演算処理装置に入力する信号検出回路であって、
前記発光素子からのパルス信号を電圧信号に変換する電流−電圧変換回路と、
前記電流−電圧変換回路に並列に設けられ、前記電流−電圧変換回路の出力信号に含まれる外光成分を周波数分離して、前記電流−電圧変換回路の入力側にフィードバックする外光成分低減回路と、
前記電流−電圧変換回路の出力信号のノイズを低減し、かつ出力信号を増幅するバンドパスフィルタ回路／増幅回路と、
を備える信号検出回路。
前記外光成分低減回路は、
前記外光成分を通過するローパスフィルタ回路と、
前記通過した外光成分を電流に変換し、前記電流−電圧変換回路の入力側にフィードバックする外光成分電圧−電流変換回路と、
を有する請求項１に記載の信号検出回路。
前記発光素子は、発光ダイオードであり、前記受光素子は、フォトダイオードである請求項１または２に記載の信号検出回路。
前記外光成分には、一定外光成分および変動外光成分が含まれる、請求項１，２または３に記載の信号検出回路。
車両のワイパーを制御するために、発光素子からのパルス光を車両のウィンドシールドに照射し、反射光を受光素子で受光し、受光素子からのパルス信号を処理して、演算処理装置に入力する信号検出方法であって、
前記発光素子からのパルス信号を電圧信号に変換するステップと、
前記変換された前記電圧信号に含まれる外光成分を周波数分離してフィードバックするステップと、
前記電圧信号のノイズを低減し、かつ電圧信号を増幅するステップと、
を含む信号検出方法。
前記外光成分をフィードバックするステップは、
前記外光成分をフィルタリングするステップと、
フィルタリングされた電圧を電流に変換し、変換された電流を前記パルス信号に加えるステップと、
を含む請求項５に記載の信号検出方法。
前記外光成分には、一定外光成分および変動外光成分が含まれる、請求項５または６に記載の信号検出方法。