JP2004537721A - 光学式液滴検出装置およびそれを用いた制御装置 - Google Patents
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Abstract
検知面上に付着した液滴（特に結露）を精度良く検出することのできる光学式液滴検出装置である。発光素子（２）から発せられた光を透明体（１）内に導入し全反射させながら伝搬させ、透明体（１）の表面に付着した液滴（５）から漏れ出た光を受光素子（３）で受光する。検出部（６）が、受光素子（３）からの出力信号により、液滴（５）の付着を検知する。
Description
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検知面上に付着した液滴を検出する光学式液滴検出装置、およびそれを用いた制御装置に関する。特に、検知面上の結露を精度よく検出する光学式液滴検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学式液滴検出装置に関する従来技術のうち、主なものを以下に記す。
(１)特開平５−２９４１３９号；ガラスに外部より光を照射して、曇った時の液滴で乱反射される光を受光して、曇りを検知する方式である。
(２)特公平５−１９９３４号；(１)と同様の原理である。
(３)特開２０００−１３６９９８；ガラスに設けられたホログラムにより光を導入・導出する構成を有している。ガラス表面で全反射させ、雨滴が付着した際の全反射光量の減少分をセンシングする方式である。
(４)特開平１０−２６８０６６号；ガラスに設けられた回折格子により光を導入・導出する構成を有している。ガラス表面で全反射させ、雨滴が付着した際の全反射光量の減少分をセンシングする方式である。
【０００３】
上述の(１)と(２)で開示された従来の技術では、光路上に、ほこりやゴミ、たばこの煙等が存在する場合、誤検知が生じる場合がある。つまり、光源からの光が、光路上に存在するほこりやゴミ、たばこの煙等の粒子によって散乱され、その光を受光素子が受光してしまい、これを曇りと誤って感知してしまうことがある。
【０００４】
なお、この原理を利用して、ほこりセンサ、煙センサが提案されているほどである。もし必要なら、特開２０００―３５６５８３を参照されたい。
【０００５】
つまり、上述の(１)と(２)に開示された方法では、水滴の付着とたばこの煙等の存在とを区別することが困難であった。
【０００６】
通常はこれを防ぐため、たばこの煙等による散乱光を受光しても反応しないように、センサの感度を落としている。このため、少しの曇りでは検知できないという傾向があった。
【０００７】
またこの問題点を克服するために、上記(１)の特開平５−２９４１３９号では、センサヘッド全体にカバーを設け、煙等の進入を防ぐ構造の実施例が記述されている。
【０００８】
しかしながら、カバーを設けてしまうとカバー内外に温度差が生じ、検知面が、曇りが問題となる部分に比べ曇りにくくなり、感度が大幅に鈍ってしまう、という問題点があった。
【０００９】
また上述の(３)と(４)に開示された方法は、検知面に液滴が付着した場合、検知面での全反射光の光量が、付着した液滴から光が漏れた分だけ低下する、という共通の原理に基づき、光量の低下量により液滴を検出する方式である。このため、光源からの出射光量が低下した場合や、光路の途中で透過率が減少する場合、液滴を正確に検出できない可能性がある。
【００１０】
通常これを防ぐため、少々の光量低下では反応しないように、センサの感度を下げることになる。この理由からも、少しの曇りでは検知できないという傾向があった。
【００１１】
液滴を検出するために、上述した光学式の他にも、電気抵抗式、水晶振動子式、あるいは温度と湿度から露点を計算する方式、等々多くの方式が提案されている。しかし、それらの方法では、測定している箇所と、曇りが問題となる箇所が異なるので、その場所の違いによる温度差によって、原理的に検出精度の悪さを有している。このため、誤動作が起きやすいか、あるいは誤動作しなくするために感度を下げて用いざるを得ないか、のいずれかであった。
【発明の開示】
【００１２】
以上の状況を鑑み、本発明の目的は、検知面上に付着した液滴、特に検知面上の結露を精度良く検出することのできる、光学式液滴検出装置を提供することである。
【００１３】
上述した課題を解決するために、本発明にかかる光学式液滴検出装置は、透明体へ光を導入する発光素子と、受光素子と、前記受光素子の出力から前記透明体への液滴の付着を検知する検出部とを備え、前記発光素子から発せられた光は、前記透明体の内部で全反射しながら伝搬されるように、前記透明体へ導入され、前記伝搬した光が前記透明体表面に付着した液滴により前記透明体の外へ漏れ出たものを前記受光素子が受光することにより、前記検出部が液滴の付着を検知することを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
透明体表面に液滴が付着すると、この付着部分において全反射条件が満足されなくなり、透明体内を伝搬してきた光が漏れ出してくる。本発明にかかる光学式液滴検出装置は、透明体から漏れ出した光を受光素子で受光して、前記透明体への液滴の付着を検知している（図１参照）。
【００１５】
透明体表面に液滴の付着がなければ、透明体から光が漏れ出ることがない。つまり、通常の状態における光路が透明体内部であるので、周囲の環境の影響を受けることのない構造を有している。また漏れ出た光は、受光素子までの光路上で、たばこの煙等によって受ける影響は極めて少なく、これらによる誤動作が発生しにくいという特徴を有している。
【００１６】
本発明では、原理的に、液滴の付着がない状態では漏れ出る光がなく、液滴の付着により漏れ出る光を検知している。すなわち、その漏れ出た光を検知できさえすれば、液滴の付着があると判断できる。この結果、受光素子までの光路上に、たとえたばこの煙等が存在しても、光の存在の検知が全くできないような状況は、通常起こりえないので、これらによる誤動作は発生しにくいのである。
【００１７】
上述した（１）（２）に開示された従来の技術では、結露による乱反射の存在を検知するが、光路上に存在するたばこの煙等によっても同レベルの乱反射が発生するので、誤動作を起こすおそれがある。
【００１８】
また、上述した（３）（４）に開示された従来の技術では、付着した液滴により光が漏れ出ることによるわずかな光量低下を検出する方式である。従って、本発明のような高い感度で結露を検知することは困難である。
【００１９】
本発明による光学式液滴検出装置では、光源の経年劣化やその温度特性により出射光量が低下した場合でも、漏れ出る光を直接的に受光して、液滴の付着を検知しているので、誤動作防止のために特に感度を低下させる必要がない。このため、わずかな曇りによる少しの漏れ光でも検知できるように、十分な感度を確保することが可能である。
【００２０】
また、測定点と検知面の温度差が原理的に発生しないので、それに起因する誤動作もない。
【００２１】
本発明の光学式液滴検出装置において、受光素子が、前記透明体における検知面の垂線から５０°〜９０°の角度範囲の位置に設けられていることが好ましい。さらに、受光素子が、前記透明体内に導入された光の入射角度に対応し、漏れ出た光の強度が最大となる角度位置に配置されたことが好ましい。しかし、受光素子の位置は、上述に限定されない。受光素子は、当該受光素子の光検出面へ光が入射する範囲であれば、任意の位置および角度に配置できる。
【００２２】
本発明の光学式液滴検出装置において、入射角度をθ1とし、受光素子の光検出面の法線と透明体の検知面の法線とがなす角度をθ2としたとき、受光素子が、θ2＝θ1＋２５°を満たすように配置されていることが好ましい。なお、θ1は、４１°≦θ1＜６０°を満たす。
【００２３】
本発明の光学式液滴検出装置において、前記発光素子が、当該発光素子から発せられた光が当該透明体内で反射される際の入射角が略４５°となるように配置され、前記受光素子が、前記透明体における検知面の垂線から略７０°の位置に設けられていることが好ましい。
【００２４】
本発明の光学式液滴検出装置において、前記発光素子が、当該発光素子から発せられた光が当該透明体内で反射される際の入射角が略５０°となるように配置され、前記受光素子が、前記透明体における検知面の垂線から略７５°の位置に設けられていることが好ましい。
【００２５】
本発明の光学式液滴検出装置において、前記発光素子が、当該発光素子から発せられた光が当該透明体内で反射される際の入射角が略５５°となるように配置され、前記受光素子が、前記透明体における検知面の垂線から略８０°の位置に設けられていることが好ましい。
【００２６】
本発明の光学式液滴検出装置において、前記発光素子は、当該発光素子から発せられた光が当該透明体内で反射される際の入射角が略６０°となるように配置され、前記受光素子が、前記透明体における検知面の垂線から略９０°の位置に設けられていることが好ましい。
【００２７】
本発明の光学式液滴検出装置において、発光素子は、当該発光素子から発せられた光が前記透明体の一主面から透明体内部へ導入されるよう配置された構成とすることが好ましい。
【００２８】
この場合、透明体の一主面において前記発光素子から発せられた光が導入される部分に、プリズム、回折格子、またはホログラムを備えることがさらに好ましい。これにより、発光素子から発せられた光を、透明体内部に効率良く導入することが可能となるからである。
【００２９】
あるいは、発光素子が、前記透明体の一主面に透明な接着剤により接着された構成としても良い。
【００３０】
または、発光素子から発せられた光を導入する導光体をさらに備え、前記導光体が前記透明体の前記一主面に透明な接着剤により接着された構成としても良い。
【００３１】
あるいは、発光素子から発せられた光を、前記透明体へ平行光として入射させる光学部材をさらに備えた構成としてもよい。
【００３２】
または、発光素子として発光ダイオードまたはレーザ光源を用いた構成としても良い。
【００３３】
これらいずれの構成によっても、発光素子から発せられた光を、透明体内部に効率良く導入できるという効果を奏する。
【００３４】
または、本発明の光学式液滴検出装置は、発光素子が、当該発光素子から発せられた光が、前記透明体の一主面に対して斜めに形成された端面から、前記透明体へ導入されるように配置された構成とすることが好ましい。
【００３５】
上記の構成において、発光素子から発せられた光を、前記透明体へ平行光として入射させる光学部材をさらに備えることが好ましい。あるいは、前記発光素子として、発光ダイオードまたはレーザ光源を用いても良い。あるいは、発光素子が、前記透明体の前記端面に透明な接着剤により接着された構成としても良い。発光素子から発せられた光を、透明体内部に効率よく導入できるという効果を奏するからである。
【００３６】
本発明の光学式液滴検出装置は、前記発光素子が、当該発光素子から発せられた光が、前記透明体の一主面に対して略垂直に形成された端面から、前記透明体へ導入されるように配置された構成とすることも好ましい。
【００３７】
この場合、発光素子が、前記端面に透明な接着剤により接着された構成とすれば、さらに好ましい。
【００３８】
また、前記の場合、透明体の少なくとも一主面において、前記端面の近傍に、前記発光素子から透明体に導入された光が漏れ出すことを妨げる遮光部材を備えた構成とすることがさらに好ましい。
【００３９】
本発明の光学式液滴検出装置は、発光素子が、前記透明体内に埋め込まれた構成とすることも好ましい。
【００４０】
この場合、透明体の少なくとも一主面において、前記端面の近傍に、前記発光素子から透明体に導入された光が漏れ出すことを妨げる遮光部材を備えた構成とすることがさらに好ましい。
【００４１】
本発明の光学式液滴検出装置は、受光素子を複数備えた構成とすることが好ましい。これにより、検知面の数が多くなり、透明体への液滴の付着をより高い精度で検出することが可能となる。
【００４２】
本発明にかかる光学式液滴検出装置において、前記液滴は、例えば結露である。
【００４３】
本発明にかかる光学式液滴検出装置において、前記発光素子がパルス駆動されていることが好ましい。
【００４４】
本発明にかかる光学式液滴検出装置において、前記透明体の材料としては、例えば、ガラス、合成樹脂、またはシリコンを用いることができる。
【００４５】
本発明にかかる光学式液滴検出装置において、前記透明体は、例えば、車両用の窓ガラスである。
【００４６】
また、上記の目的を達成するために、本発明にかかる制御装置は、前記したいずれかの光学式液滴検出装置と共に車両に搭載され、前記光学式液滴検出装置の検出部からの信号に基づいて、前記車両のデフロスタ、デフォッガおよびエアコンディショナのうち、少なくとも一つを制御することを特徴とする。
【００４７】
本発明に用いる透明体としては、用いる光源の波長の光を透過するものであれば、特に限定されない。好適な透明体としては、材質的には、例えばガラスや合成樹脂を挙げることができる。また可視光に対しては不透明であっても、赤外線の透過率が高いシリコン基板でもよい。さらにその形状は特に限定されず、板状、棒状やファイバ状が挙げられ、特に板状が実用的であり、好ましい形状である。
【００４８】
特にガラス板においては、その適用形態に限定されることはなく、ガラス板単体や合わせガラスにも適用することができる。
【００４９】
光源としては、半導体発光素子、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザが好ましく用いられるが、フィラメントを用いたランプでもよい。例えば、太陽光や室内照明などの外部光が入る可能性のある用途では、外部光と区別する点から、パルス駆動が容易な半導体発光素子が適している。
【００５０】
受光素子としては、フォトダイオードやフォトトランジスタが好適に用いられる。受光素子の配置は、曇りによる漏れ光をもっとも強く受光できる位置に、設けることが好ましい。
【００５１】
受光素子の好ましい設置角度範囲を確認するために、透明体を通常のガラスとし、付着した液滴を水とした場合について、受光素子の設置角度範囲を変化させて、相対的な出力を測定した。その結果を図２に示した。図２から明らかなように、４５°入射の光に対しては、透明体表面の垂線から６０°〜８０°の角度範囲の位置に、受光素子を設けると、効率よく漏れ光を受けることがわかる。特に７０°前後の角度位置が好ましい。なお、受光素子の最適位置は、透明体の表面状態（例えば、撥水性を有する場合や、親水性を有する場合）や、透明体の材質（屈折率）によって多少変化する。
【００５２】
さらに、発光素子を出射光の広がりの小さいレーザとし、光の入射角度を４５°〜６０°まで段階的に変化させた。これらの場合における、出射光の角度依存性、つまり受光素子の好ましい設置角度範囲を調べた結果を、図３（ａ）〜（ｄ）に示した。図３（ａ）〜（ｄ）において、横軸は、検知面の垂線に対する出射光の角度（出射角度）を表す。まず、図３（ａ）〜（ｄ）におけるグラフのピークを比較することにより、入射角が４５°のとき、出射強度が最も大きくなることがわかる。そのピークの出射角は７０°であった。入射角が大きくなるにしたがって、出射強度がピークとなる角度は大きくなっていくことがわかる。なおこの出射角度は、受光素子の最適な設置角度に一致する。
【００５３】
このときの入射角、出射角度範囲（好適角度範囲）およびピーク出射角度の関係を表１にまとめた。
【００５４】
（表１）
【００５５】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながらより詳細に説明する。
【００５６】
（原理図）
まず本発明の動作原理について、図１を参照しながら説明する。本発明による光学式液滴検出装置は、検出対象の透明体１に対し、発光素子２および受光素子３を図１に示すように配置し、検出部６により、受光素子３の出力信号に基づいて液滴の付着を検出する構成である。受光素子３は、透明体１の表面における検知面（図１において液滴５が付いている部分）の垂線から約７０°の位置に配置されている。なお、透明体１へ発光素子２の光を導入するために、透明体１の表面に対して約４５°の斜面を有するプリズム４を用いる。
【００５７】
このような構成において、発光素子２からの出射光２１は、透明体１の内部を全反射しながら伝播する伝搬光２２となっている。透明体１の表面に結露５が発生すると、全反射条件が不満足となり、透明体５の内部を伝搬してきた光２２が漏れ出してくる。この漏れ出した光２３が受光素子３に入射すると、受光素子３の出力信号に基づき、検出部６により液滴の付着が検知される。
（実施例１）
図４を用いて、本発明による光学式液滴検出装置の一実施形態を説明する。透明体としては、自動車用合わせガラス１１を用いた。発光素子２としては、発光波長７００ｎｍのＬＥＤを用いた。合わせガラス１１への光の導入は、以下のような構成にて行った。すなわち、合わせガラス１１を構成する一方の単一ガラス板１２の端部を、約４５°にカットしてプリズム部４１とし、このプリズム部４１より、発光素子２からの出射光２１を導入した。プリズム部４１にはレンズ４２を設けており、発光素子２の出射光２１を平行光として、合わせガラス１１内部に導入している。
【００５８】
単一ガラス板１２ともう一方の単一ガラス板１３は、端部をずらせて中間膜１４を介して貼り合わされ、合わせガラス１１を構成する。受光素子３としては、フォトダイオード（浜松フォトニクス製：２５０６−０２）を用いた。受光素子３は、合わせガラス１１の表面の垂線から約７０°の位置に、光源の方向を向けて配置した。
【００５９】
この実施例１の検出装置を用いて、基本動作の確認実験を行った。発光素子２としてのＬＥＤへの投入電流をＤＣ３０ｍＡとしたとき、検知面が曇っていない場合、受光素子３の出力電流値は２０ｎＡであった。一方、検知面を吐息で曇らせた場合の受光素子３の出力電流値は２００ｎＡであった。
【００６０】
以上のことから、検知面が曇っているか否かによって、受光素子３の出力値に大きな差が認められた。この場合、受光素子３の出力に対して適切なしきい値を設定することによって、検知面の曇りの状態を検出できることが分かった。
【００６１】
さらに実施例１の検出装置において、検知面と受光素子３との間の空間の状態によって、検出能力がどのように変化するかを確認した。具体的には、前記空間にたばこの煙を吹きかけた。
【００６２】
その結果、曇りがある場合とない場合いずれも、受光素子３の出力電流値に変化はなかった。つまり、本発明の光学式液滴検出装置では、検知面と受光素子３と間の空間の状態によらず、一定の検出能力があることが確認できた。
（実施例２）
実施例２は、図５に示したように、光の導入を透明体１の端面から行う構成である。本実施例では、透明体１としてガラス板を用いた。また、発光素子２としては、発光波長５８０ｎｍのＬＥＤを用いた。発光素子２は、図５に示したように、透明樹脂等で透明体１に接着されていることが好ましい。
【００６３】
透明体１において発光素子２を設けた端部周辺の表面には、透明体１の内部から全反射せずに出射される光をカットするために、セラミックプリント１５を設けてある。また、セラミックプリントの代わりに、遮光性のカバーを設けてもよい。なお、セラミックプリント１５またはカバーは、図５に示したように透明体１の主面の一方に設ければ足りるが、透明体１の内部から受光素子側へ、全反射せずに出射される光の存在が問題となるときは、発光素子２の近傍の透明体１の両主面にセラミックプリント１５またはカバーを設けても良い。
【００６４】
この透明体１の片面を吐息で曇らせて結露５を発生させると、実施例１とほぼ同様に、結露５が発生した面（検知面）の垂線からほぼ８０°以上の角度範囲に、光源の光が漏れ出ているのが確認できた（図５に示す漏れ光２３）。
【００６５】
この実施例では光源である発光素子２の放射角が広く発散光であるため、様々な角度の光が放出される。そこで、以下の条件で、このセンシング方式に用いることのできる光の角度について検討する。
【００６６】
透明体：通常のガラス、ｎ≒１．５１、
付着した液滴：水、ｎ≒１．３３、
周囲の環境：空気、ｎ＝１、
結露がない場合に、ガラス内を伝搬した光がガラス内面で全反射される条件は、ガラス面垂線からの角度θ1（入射角）が４１°以上になるように、前記ガラス面へ入射することである。結露でガラス表面に水が付着した場合、ガラス内を伝搬した光が、ガラス面と水との境界面で全反射されずに、付着した水に進入する条件は、前記角度θ1が６２°以下であることである。
【００６７】
したがって、このセンシング方式に用いることのできる光の角度θ1は、θ1＝４１〜６２°の範囲である。θ1がこの範囲になるように、発光素子２を配置すればよい。
【００６８】
なお、透明体１は、単一ガラスに限定されず、合わせガラスであっても、同様の効果が得られる。
（実施例３）
図６に、本発明の実施例３の概略を示す。実施例３にかかる光学式液滴検出装置は、図６に示したように、透明体１（ガラス板）の端部を約４５°にカットしてプリズム部４１とし、ここから、発光素子２から発せられた光２１を導入している。また、発光素子２として、Ｈｅ−Ｎｅレーザを用いた。さらにガラス板の両主面上に、複数の受光素子（ＰＤ）３を配置した。
【００６９】
このように複数のＰＤを検知面（全反射点）におけるガラス面垂線からおよそ８０°の角度の位置に並べると、透明体１の表面に検知面を多く設けることができ、液滴検出の感度をより上げることができる。また、この実施例で用いた光源が発散性の少ないレーザ光であるため、ガラス内を全反射伝搬する光の角度が広がらないという利点がある。
【００７０】
発光素子２からの光を、透明体１の内部で全反射しながら伝搬するように導入する方法としては、上述した方法に限られることなく、以下に示すような方法でもよい。
【００７１】
例えば、図７に示すように、回折格子、ホログラム等の光学素子４２を用いて、透明体１の主面から光を導入してもよい。
【００７２】
また、図８に示すように、透明体１が合わせガラスであれば、中間膜１４に発光素子２を埋め込んでもよい。この場合、発光素子２としては、ＬＥＤチップ等を用いることができる。なお、この場合も、実施例２で上述した同じ理由で、透明体１の表面において、発光素子２を埋め込んだ部分の近傍に、セラミックプリント１５または遮光性カバーを設けることが好ましい。
【００７３】
また、図９（ａ）に示すように、発光素子２と透明体１を、透明樹脂４３にて接着してもよい。あるいは、図９（ｂ）に示すように、発光素子２からの光を、ファイバ状または板状の導光体４４に導入し、導光体４４の先端部を透明体１に接着してもよい。いずれの場合も、接着剤４３として、透明体１とほぼ等しい屈折率を有する接着剤を用いることが好ましい。
（応用例）
本発明の光学式液滴検出装置を、車両用曇りセンサに適用した例について説明する。例えば、実施例１に示した光学式液滴検出装置を用いた場合、透明体２が車両の窓ガラスに相当する。この光学式液滴検出装置を車両用曇りセンサに適用する場合は、運転者から見て後方鏡１７の後ろ側に設けることが好ましい（図１０参照）。この場合、発光素子部２０と受光素子部３０は、ウインドシールドガラス１６の車内側に設けられているとよい。また結露の検知領域１８は、ウインドシールドガラス１６の車内側の表面である。受光素子３（ＰＤ）の出力電流値に応じて以下のような制御を行う制御部を、車両に搭載するとよい。
【００７４】
一例として、しきい値を、検知面が曇っていない場合の出力電流値である２０ｎＡより十分大きな４０ｎＡとする。４０ｎＡ以上の出力となった場合、前記制御部は、例えば、空調のモードをデフロスタに切り換えてファンを回すとよい。さらにエアコンディショナを作動させてもよい。また、リアガラスのデフォッガに通電を開始するとよい。
【００７５】
一方、デフロスタやデフォッガの効果で曇りがなくなり、出力電流値が４０ｎＡ以下になれば、前記制御部は、ファンやデフォッガへの通電を停止するようにするとよい。
【００７６】
なお、ここでは、実施例１の光学式液滴検出装置を車両用曇りセンサに適用した例を示したが、実施例２または３の光学式液滴検出装置を適用することも可能である。
【００７７】
前述の実施例１および実施例２では、発光素子２の一例としてＬＥＤを挙げた。ＬＥＤの出射光は、ある程度の指向性を有している。しかし出射光のすべてを、透明体１内で全反射させながら伝搬させることは困難である。したがって、ある範囲内の出射角を有する光を用いて検出を行うことになる。その際、前記範囲外の出射角を有する光が、透明体表面から直接的に漏れ出る場合、その光が受光素子に入射するのを防ぐために、透明体の一部に遮光層やカバーを設けるとよい。またその影響がないように、光源から十分遠い距離に受光素子を配置してもよい。
【００７８】
以上のように、本発明によれば、発光素子から発せられた光の光路が、通常の状態では透明体内部であるので、周囲の環境の影響を受けずに精度良く液滴を検出可能な光学式液滴検出装置を提供できる。
【００７９】
また漏れ出た光が、受光素子までの光路上で、たばこの煙等の影響を受けることはほとんどなく、これらによる誤動作が発生しにくいという特徴を有する。
【００８０】
また、本発明による光学式液滴検出装置では、漏れ出る光を直接的に受光して液滴の付着を検知しているので、光源の経年劣化やその温度特性により出射光量が低下した場合でも、誤動作防止のために感度を低下させる必要は特にない。
【００８１】
このため、わずかな曇りによる少しの漏れ光でも検知できるように、感度を確保することが可能である。
【００８２】
また、測定している箇所と曇りが問題となる箇所が同じであるので、その場所の違いによる温度差は発生しない。このため、誤動作を防ぐために特に感度を低下させる必要がない。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
以上のように、本発明によれば、高感度でかつ誤動作の少ない、結露による曇り検出が可能な光学式液滴検出装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の動作原理を示す図である。
【図２】受光素子の角度依存性を示すグラフである。
【図３】（Ａ）〜（Ｄ）は、発光素子の入射角度による出射強度を示すグラフである。
【図４】実施例１の構成を示す図である。
【図５】実施例２の構成を示す図である。
【図６】実施例３の構成を示す図である。
【図７】透明板への光の導入に回折格子を用いた例である。
【図８】合わせガラス内に発光素子を埋め込んだ例である。
【図９】（Ａ）および（Ｂ）は、透明樹脂を用いて光の導入を行った例である。
【図１０】本発明による光学式液滴検出装置をウィンドシールドへ取り付けた例を示す図である。
【０００１】
本発明は、検知面上に付着した液滴を検出する光学式液滴検出装置、およびそれを用いた制御装置に関する。特に、検知面上の結露を精度よく検出する光学式液滴検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学式液滴検出装置に関する従来技術のうち、主なものを以下に記す。
(１)特開平５−２９４１３９号；ガラスに外部より光を照射して、曇った時の液滴で乱反射される光を受光して、曇りを検知する方式である。
(２)特公平５−１９９３４号；(１)と同様の原理である。
(３)特開２０００−１３６９９８；ガラスに設けられたホログラムにより光を導入・導出する構成を有している。ガラス表面で全反射させ、雨滴が付着した際の全反射光量の減少分をセンシングする方式である。
(４)特開平１０−２６８０６６号；ガラスに設けられた回折格子により光を導入・導出する構成を有している。ガラス表面で全反射させ、雨滴が付着した際の全反射光量の減少分をセンシングする方式である。
【０００３】
上述の(１)と(２)で開示された従来の技術では、光路上に、ほこりやゴミ、たばこの煙等が存在する場合、誤検知が生じる場合がある。つまり、光源からの光が、光路上に存在するほこりやゴミ、たばこの煙等の粒子によって散乱され、その光を受光素子が受光してしまい、これを曇りと誤って感知してしまうことがある。
【０００４】
なお、この原理を利用して、ほこりセンサ、煙センサが提案されているほどである。もし必要なら、特開２０００―３５６５８３を参照されたい。
【０００５】
つまり、上述の(１)と(２)に開示された方法では、水滴の付着とたばこの煙等の存在とを区別することが困難であった。
【０００６】
通常はこれを防ぐため、たばこの煙等による散乱光を受光しても反応しないように、センサの感度を落としている。このため、少しの曇りでは検知できないという傾向があった。
【０００７】
またこの問題点を克服するために、上記(１)の特開平５−２９４１３９号では、センサヘッド全体にカバーを設け、煙等の進入を防ぐ構造の実施例が記述されている。
【０００８】
しかしながら、カバーを設けてしまうとカバー内外に温度差が生じ、検知面が、曇りが問題となる部分に比べ曇りにくくなり、感度が大幅に鈍ってしまう、という問題点があった。
【０００９】
また上述の(３)と(４)に開示された方法は、検知面に液滴が付着した場合、検知面での全反射光の光量が、付着した液滴から光が漏れた分だけ低下する、という共通の原理に基づき、光量の低下量により液滴を検出する方式である。このため、光源からの出射光量が低下した場合や、光路の途中で透過率が減少する場合、液滴を正確に検出できない可能性がある。
【００１０】
通常これを防ぐため、少々の光量低下では反応しないように、センサの感度を下げることになる。この理由からも、少しの曇りでは検知できないという傾向があった。
【００１１】
液滴を検出するために、上述した光学式の他にも、電気抵抗式、水晶振動子式、あるいは温度と湿度から露点を計算する方式、等々多くの方式が提案されている。しかし、それらの方法では、測定している箇所と、曇りが問題となる箇所が異なるので、その場所の違いによる温度差によって、原理的に検出精度の悪さを有している。このため、誤動作が起きやすいか、あるいは誤動作しなくするために感度を下げて用いざるを得ないか、のいずれかであった。
【発明の開示】
【００１２】
以上の状況を鑑み、本発明の目的は、検知面上に付着した液滴、特に検知面上の結露を精度良く検出することのできる、光学式液滴検出装置を提供することである。
【００１３】
上述した課題を解決するために、本発明にかかる光学式液滴検出装置は、透明体へ光を導入する発光素子と、受光素子と、前記受光素子の出力から前記透明体への液滴の付着を検知する検出部とを備え、前記発光素子から発せられた光は、前記透明体の内部で全反射しながら伝搬されるように、前記透明体へ導入され、前記伝搬した光が前記透明体表面に付着した液滴により前記透明体の外へ漏れ出たものを前記受光素子が受光することにより、前記検出部が液滴の付着を検知することを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
透明体表面に液滴が付着すると、この付着部分において全反射条件が満足されなくなり、透明体内を伝搬してきた光が漏れ出してくる。本発明にかかる光学式液滴検出装置は、透明体から漏れ出した光を受光素子で受光して、前記透明体への液滴の付着を検知している（図１参照）。
【００１５】
透明体表面に液滴の付着がなければ、透明体から光が漏れ出ることがない。つまり、通常の状態における光路が透明体内部であるので、周囲の環境の影響を受けることのない構造を有している。また漏れ出た光は、受光素子までの光路上で、たばこの煙等によって受ける影響は極めて少なく、これらによる誤動作が発生しにくいという特徴を有している。
【００１６】
本発明では、原理的に、液滴の付着がない状態では漏れ出る光がなく、液滴の付着により漏れ出る光を検知している。すなわち、その漏れ出た光を検知できさえすれば、液滴の付着があると判断できる。この結果、受光素子までの光路上に、たとえたばこの煙等が存在しても、光の存在の検知が全くできないような状況は、通常起こりえないので、これらによる誤動作は発生しにくいのである。
【００１７】
上述した（１）（２）に開示された従来の技術では、結露による乱反射の存在を検知するが、光路上に存在するたばこの煙等によっても同レベルの乱反射が発生するので、誤動作を起こすおそれがある。
【００１８】
また、上述した（３）（４）に開示された従来の技術では、付着した液滴により光が漏れ出ることによるわずかな光量低下を検出する方式である。従って、本発明のような高い感度で結露を検知することは困難である。
【００１９】
本発明による光学式液滴検出装置では、光源の経年劣化やその温度特性により出射光量が低下した場合でも、漏れ出る光を直接的に受光して、液滴の付着を検知しているので、誤動作防止のために特に感度を低下させる必要がない。このため、わずかな曇りによる少しの漏れ光でも検知できるように、十分な感度を確保することが可能である。
【００２０】
また、測定点と検知面の温度差が原理的に発生しないので、それに起因する誤動作もない。
【００２１】
本発明の光学式液滴検出装置において、受光素子が、前記透明体における検知面の垂線から５０°〜９０°の角度範囲の位置に設けられていることが好ましい。さらに、受光素子が、前記透明体内に導入された光の入射角度に対応し、漏れ出た光の強度が最大となる角度位置に配置されたことが好ましい。しかし、受光素子の位置は、上述に限定されない。受光素子は、当該受光素子の光検出面へ光が入射する範囲であれば、任意の位置および角度に配置できる。
【００２２】
本発明の光学式液滴検出装置において、入射角度をθ1とし、受光素子の光検出面の法線と透明体の検知面の法線とがなす角度をθ2としたとき、受光素子が、θ2＝θ1＋２５°を満たすように配置されていることが好ましい。なお、θ1は、４１°≦θ1＜６０°を満たす。
【００２３】
本発明の光学式液滴検出装置において、前記発光素子が、当該発光素子から発せられた光が当該透明体内で反射される際の入射角が略４５°となるように配置され、前記受光素子が、前記透明体における検知面の垂線から略７０°の位置に設けられていることが好ましい。
【００２４】
本発明の光学式液滴検出装置において、前記発光素子が、当該発光素子から発せられた光が当該透明体内で反射される際の入射角が略５０°となるように配置され、前記受光素子が、前記透明体における検知面の垂線から略７５°の位置に設けられていることが好ましい。
【００２５】
本発明の光学式液滴検出装置において、前記発光素子が、当該発光素子から発せられた光が当該透明体内で反射される際の入射角が略５５°となるように配置され、前記受光素子が、前記透明体における検知面の垂線から略８０°の位置に設けられていることが好ましい。
【００２６】
本発明の光学式液滴検出装置において、前記発光素子は、当該発光素子から発せられた光が当該透明体内で反射される際の入射角が略６０°となるように配置され、前記受光素子が、前記透明体における検知面の垂線から略９０°の位置に設けられていることが好ましい。
【００２７】
本発明の光学式液滴検出装置において、発光素子は、当該発光素子から発せられた光が前記透明体の一主面から透明体内部へ導入されるよう配置された構成とすることが好ましい。
【００２８】
この場合、透明体の一主面において前記発光素子から発せられた光が導入される部分に、プリズム、回折格子、またはホログラムを備えることがさらに好ましい。これにより、発光素子から発せられた光を、透明体内部に効率良く導入することが可能となるからである。
【００２９】
あるいは、発光素子が、前記透明体の一主面に透明な接着剤により接着された構成としても良い。
【００３０】
または、発光素子から発せられた光を導入する導光体をさらに備え、前記導光体が前記透明体の前記一主面に透明な接着剤により接着された構成としても良い。
【００３１】
あるいは、発光素子から発せられた光を、前記透明体へ平行光として入射させる光学部材をさらに備えた構成としてもよい。
【００３２】
または、発光素子として発光ダイオードまたはレーザ光源を用いた構成としても良い。
【００３３】
これらいずれの構成によっても、発光素子から発せられた光を、透明体内部に効率良く導入できるという効果を奏する。
【００３４】
または、本発明の光学式液滴検出装置は、発光素子が、当該発光素子から発せられた光が、前記透明体の一主面に対して斜めに形成された端面から、前記透明体へ導入されるように配置された構成とすることが好ましい。
【００３５】
上記の構成において、発光素子から発せられた光を、前記透明体へ平行光として入射させる光学部材をさらに備えることが好ましい。あるいは、前記発光素子として、発光ダイオードまたはレーザ光源を用いても良い。あるいは、発光素子が、前記透明体の前記端面に透明な接着剤により接着された構成としても良い。発光素子から発せられた光を、透明体内部に効率よく導入できるという効果を奏するからである。
【００３６】
本発明の光学式液滴検出装置は、前記発光素子が、当該発光素子から発せられた光が、前記透明体の一主面に対して略垂直に形成された端面から、前記透明体へ導入されるように配置された構成とすることも好ましい。
【００３７】
この場合、発光素子が、前記端面に透明な接着剤により接着された構成とすれば、さらに好ましい。
【００３８】
また、前記の場合、透明体の少なくとも一主面において、前記端面の近傍に、前記発光素子から透明体に導入された光が漏れ出すことを妨げる遮光部材を備えた構成とすることがさらに好ましい。
【００３９】
本発明の光学式液滴検出装置は、発光素子が、前記透明体内に埋め込まれた構成とすることも好ましい。
【００４０】
この場合、透明体の少なくとも一主面において、前記端面の近傍に、前記発光素子から透明体に導入された光が漏れ出すことを妨げる遮光部材を備えた構成とすることがさらに好ましい。
【００４１】
本発明の光学式液滴検出装置は、受光素子を複数備えた構成とすることが好ましい。これにより、検知面の数が多くなり、透明体への液滴の付着をより高い精度で検出することが可能となる。
【００４２】
本発明にかかる光学式液滴検出装置において、前記液滴は、例えば結露である。
【００４３】
本発明にかかる光学式液滴検出装置において、前記発光素子がパルス駆動されていることが好ましい。
【００４４】
本発明にかかる光学式液滴検出装置において、前記透明体の材料としては、例えば、ガラス、合成樹脂、またはシリコンを用いることができる。
【００４５】
本発明にかかる光学式液滴検出装置において、前記透明体は、例えば、車両用の窓ガラスである。
【００４６】
また、上記の目的を達成するために、本発明にかかる制御装置は、前記したいずれかの光学式液滴検出装置と共に車両に搭載され、前記光学式液滴検出装置の検出部からの信号に基づいて、前記車両のデフロスタ、デフォッガおよびエアコンディショナのうち、少なくとも一つを制御することを特徴とする。
【００４７】
本発明に用いる透明体としては、用いる光源の波長の光を透過するものであれば、特に限定されない。好適な透明体としては、材質的には、例えばガラスや合成樹脂を挙げることができる。また可視光に対しては不透明であっても、赤外線の透過率が高いシリコン基板でもよい。さらにその形状は特に限定されず、板状、棒状やファイバ状が挙げられ、特に板状が実用的であり、好ましい形状である。
【００４８】
特にガラス板においては、その適用形態に限定されることはなく、ガラス板単体や合わせガラスにも適用することができる。
【００４９】
光源としては、半導体発光素子、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザが好ましく用いられるが、フィラメントを用いたランプでもよい。例えば、太陽光や室内照明などの外部光が入る可能性のある用途では、外部光と区別する点から、パルス駆動が容易な半導体発光素子が適している。
【００５０】
受光素子としては、フォトダイオードやフォトトランジスタが好適に用いられる。受光素子の配置は、曇りによる漏れ光をもっとも強く受光できる位置に、設けることが好ましい。
【００５１】
受光素子の好ましい設置角度範囲を確認するために、透明体を通常のガラスとし、付着した液滴を水とした場合について、受光素子の設置角度範囲を変化させて、相対的な出力を測定した。その結果を図２に示した。図２から明らかなように、４５°入射の光に対しては、透明体表面の垂線から６０°〜８０°の角度範囲の位置に、受光素子を設けると、効率よく漏れ光を受けることがわかる。特に７０°前後の角度位置が好ましい。なお、受光素子の最適位置は、透明体の表面状態（例えば、撥水性を有する場合や、親水性を有する場合）や、透明体の材質（屈折率）によって多少変化する。
【００５２】
さらに、発光素子を出射光の広がりの小さいレーザとし、光の入射角度を４５°〜６０°まで段階的に変化させた。これらの場合における、出射光の角度依存性、つまり受光素子の好ましい設置角度範囲を調べた結果を、図３（ａ）〜（ｄ）に示した。図３（ａ）〜（ｄ）において、横軸は、検知面の垂線に対する出射光の角度（出射角度）を表す。まず、図３（ａ）〜（ｄ）におけるグラフのピークを比較することにより、入射角が４５°のとき、出射強度が最も大きくなることがわかる。そのピークの出射角は７０°であった。入射角が大きくなるにしたがって、出射強度がピークとなる角度は大きくなっていくことがわかる。なおこの出射角度は、受光素子の最適な設置角度に一致する。
【００５３】
このときの入射角、出射角度範囲（好適角度範囲）およびピーク出射角度の関係を表１にまとめた。
【００５４】
（表１）
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながらより詳細に説明する。
【００５６】
（原理図）
まず本発明の動作原理について、図１を参照しながら説明する。本発明による光学式液滴検出装置は、検出対象の透明体１に対し、発光素子２および受光素子３を図１に示すように配置し、検出部６により、受光素子３の出力信号に基づいて液滴の付着を検出する構成である。受光素子３は、透明体１の表面における検知面（図１において液滴５が付いている部分）の垂線から約７０°の位置に配置されている。なお、透明体１へ発光素子２の光を導入するために、透明体１の表面に対して約４５°の斜面を有するプリズム４を用いる。
【００５７】
このような構成において、発光素子２からの出射光２１は、透明体１の内部を全反射しながら伝播する伝搬光２２となっている。透明体１の表面に結露５が発生すると、全反射条件が不満足となり、透明体５の内部を伝搬してきた光２２が漏れ出してくる。この漏れ出した光２３が受光素子３に入射すると、受光素子３の出力信号に基づき、検出部６により液滴の付着が検知される。
（実施例１）
図４を用いて、本発明による光学式液滴検出装置の一実施形態を説明する。透明体としては、自動車用合わせガラス１１を用いた。発光素子２としては、発光波長７００ｎｍのＬＥＤを用いた。合わせガラス１１への光の導入は、以下のような構成にて行った。すなわち、合わせガラス１１を構成する一方の単一ガラス板１２の端部を、約４５°にカットしてプリズム部４１とし、このプリズム部４１より、発光素子２からの出射光２１を導入した。プリズム部４１にはレンズ４２を設けており、発光素子２の出射光２１を平行光として、合わせガラス１１内部に導入している。
【００５８】
単一ガラス板１２ともう一方の単一ガラス板１３は、端部をずらせて中間膜１４を介して貼り合わされ、合わせガラス１１を構成する。受光素子３としては、フォトダイオード（浜松フォトニクス製：２５０６−０２）を用いた。受光素子３は、合わせガラス１１の表面の垂線から約７０°の位置に、光源の方向を向けて配置した。
【００５９】
この実施例１の検出装置を用いて、基本動作の確認実験を行った。発光素子２としてのＬＥＤへの投入電流をＤＣ３０ｍＡとしたとき、検知面が曇っていない場合、受光素子３の出力電流値は２０ｎＡであった。一方、検知面を吐息で曇らせた場合の受光素子３の出力電流値は２００ｎＡであった。
【００６０】
以上のことから、検知面が曇っているか否かによって、受光素子３の出力値に大きな差が認められた。この場合、受光素子３の出力に対して適切なしきい値を設定することによって、検知面の曇りの状態を検出できることが分かった。
【００６１】
さらに実施例１の検出装置において、検知面と受光素子３との間の空間の状態によって、検出能力がどのように変化するかを確認した。具体的には、前記空間にたばこの煙を吹きかけた。
【００６２】
その結果、曇りがある場合とない場合いずれも、受光素子３の出力電流値に変化はなかった。つまり、本発明の光学式液滴検出装置では、検知面と受光素子３と間の空間の状態によらず、一定の検出能力があることが確認できた。
（実施例２）
実施例２は、図５に示したように、光の導入を透明体１の端面から行う構成である。本実施例では、透明体１としてガラス板を用いた。また、発光素子２としては、発光波長５８０ｎｍのＬＥＤを用いた。発光素子２は、図５に示したように、透明樹脂等で透明体１に接着されていることが好ましい。
【００６３】
透明体１において発光素子２を設けた端部周辺の表面には、透明体１の内部から全反射せずに出射される光をカットするために、セラミックプリント１５を設けてある。また、セラミックプリントの代わりに、遮光性のカバーを設けてもよい。なお、セラミックプリント１５またはカバーは、図５に示したように透明体１の主面の一方に設ければ足りるが、透明体１の内部から受光素子側へ、全反射せずに出射される光の存在が問題となるときは、発光素子２の近傍の透明体１の両主面にセラミックプリント１５またはカバーを設けても良い。
【００６４】
この透明体１の片面を吐息で曇らせて結露５を発生させると、実施例１とほぼ同様に、結露５が発生した面（検知面）の垂線からほぼ８０°以上の角度範囲に、光源の光が漏れ出ているのが確認できた（図５に示す漏れ光２３）。
【００６５】
この実施例では光源である発光素子２の放射角が広く発散光であるため、様々な角度の光が放出される。そこで、以下の条件で、このセンシング方式に用いることのできる光の角度について検討する。
【００６６】
透明体：通常のガラス、ｎ≒１．５１、
付着した液滴：水、ｎ≒１．３３、
周囲の環境：空気、ｎ＝１、
結露がない場合に、ガラス内を伝搬した光がガラス内面で全反射される条件は、ガラス面垂線からの角度θ1（入射角）が４１°以上になるように、前記ガラス面へ入射することである。結露でガラス表面に水が付着した場合、ガラス内を伝搬した光が、ガラス面と水との境界面で全反射されずに、付着した水に進入する条件は、前記角度θ1が６２°以下であることである。
【００６７】
したがって、このセンシング方式に用いることのできる光の角度θ1は、θ1＝４１〜６２°の範囲である。θ1がこの範囲になるように、発光素子２を配置すればよい。
【００６８】
なお、透明体１は、単一ガラスに限定されず、合わせガラスであっても、同様の効果が得られる。
（実施例３）
図６に、本発明の実施例３の概略を示す。実施例３にかかる光学式液滴検出装置は、図６に示したように、透明体１（ガラス板）の端部を約４５°にカットしてプリズム部４１とし、ここから、発光素子２から発せられた光２１を導入している。また、発光素子２として、Ｈｅ−Ｎｅレーザを用いた。さらにガラス板の両主面上に、複数の受光素子（ＰＤ）３を配置した。
【００６９】
このように複数のＰＤを検知面（全反射点）におけるガラス面垂線からおよそ８０°の角度の位置に並べると、透明体１の表面に検知面を多く設けることができ、液滴検出の感度をより上げることができる。また、この実施例で用いた光源が発散性の少ないレーザ光であるため、ガラス内を全反射伝搬する光の角度が広がらないという利点がある。
【００７０】
発光素子２からの光を、透明体１の内部で全反射しながら伝搬するように導入する方法としては、上述した方法に限られることなく、以下に示すような方法でもよい。
【００７１】
例えば、図７に示すように、回折格子、ホログラム等の光学素子４２を用いて、透明体１の主面から光を導入してもよい。
【００７２】
また、図８に示すように、透明体１が合わせガラスであれば、中間膜１４に発光素子２を埋め込んでもよい。この場合、発光素子２としては、ＬＥＤチップ等を用いることができる。なお、この場合も、実施例２で上述した同じ理由で、透明体１の表面において、発光素子２を埋め込んだ部分の近傍に、セラミックプリント１５または遮光性カバーを設けることが好ましい。
【００７３】
また、図９（ａ）に示すように、発光素子２と透明体１を、透明樹脂４３にて接着してもよい。あるいは、図９（ｂ）に示すように、発光素子２からの光を、ファイバ状または板状の導光体４４に導入し、導光体４４の先端部を透明体１に接着してもよい。いずれの場合も、接着剤４３として、透明体１とほぼ等しい屈折率を有する接着剤を用いることが好ましい。
（応用例）
本発明の光学式液滴検出装置を、車両用曇りセンサに適用した例について説明する。例えば、実施例１に示した光学式液滴検出装置を用いた場合、透明体２が車両の窓ガラスに相当する。この光学式液滴検出装置を車両用曇りセンサに適用する場合は、運転者から見て後方鏡１７の後ろ側に設けることが好ましい（図１０参照）。この場合、発光素子部２０と受光素子部３０は、ウインドシールドガラス１６の車内側に設けられているとよい。また結露の検知領域１８は、ウインドシールドガラス１６の車内側の表面である。受光素子３（ＰＤ）の出力電流値に応じて以下のような制御を行う制御部を、車両に搭載するとよい。
【００７４】
一例として、しきい値を、検知面が曇っていない場合の出力電流値である２０ｎＡより十分大きな４０ｎＡとする。４０ｎＡ以上の出力となった場合、前記制御部は、例えば、空調のモードをデフロスタに切り換えてファンを回すとよい。さらにエアコンディショナを作動させてもよい。また、リアガラスのデフォッガに通電を開始するとよい。
【００７５】
一方、デフロスタやデフォッガの効果で曇りがなくなり、出力電流値が４０ｎＡ以下になれば、前記制御部は、ファンやデフォッガへの通電を停止するようにするとよい。
【００７６】
なお、ここでは、実施例１の光学式液滴検出装置を車両用曇りセンサに適用した例を示したが、実施例２または３の光学式液滴検出装置を適用することも可能である。
【００７７】
前述の実施例１および実施例２では、発光素子２の一例としてＬＥＤを挙げた。ＬＥＤの出射光は、ある程度の指向性を有している。しかし出射光のすべてを、透明体１内で全反射させながら伝搬させることは困難である。したがって、ある範囲内の出射角を有する光を用いて検出を行うことになる。その際、前記範囲外の出射角を有する光が、透明体表面から直接的に漏れ出る場合、その光が受光素子に入射するのを防ぐために、透明体の一部に遮光層やカバーを設けるとよい。またその影響がないように、光源から十分遠い距離に受光素子を配置してもよい。
【００７８】
以上のように、本発明によれば、発光素子から発せられた光の光路が、通常の状態では透明体内部であるので、周囲の環境の影響を受けずに精度良く液滴を検出可能な光学式液滴検出装置を提供できる。
【００７９】
また漏れ出た光が、受光素子までの光路上で、たばこの煙等の影響を受けることはほとんどなく、これらによる誤動作が発生しにくいという特徴を有する。
【００８０】
また、本発明による光学式液滴検出装置では、漏れ出る光を直接的に受光して液滴の付着を検知しているので、光源の経年劣化やその温度特性により出射光量が低下した場合でも、誤動作防止のために感度を低下させる必要は特にない。
【００８１】
このため、わずかな曇りによる少しの漏れ光でも検知できるように、感度を確保することが可能である。
【００８２】
また、測定している箇所と曇りが問題となる箇所が同じであるので、その場所の違いによる温度差は発生しない。このため、誤動作を防ぐために特に感度を低下させる必要がない。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
以上のように、本発明によれば、高感度でかつ誤動作の少ない、結露による曇り検出が可能な光学式液滴検出装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の動作原理を示す図である。
【図２】受光素子の角度依存性を示すグラフである。
【図３】（Ａ）〜（Ｄ）は、発光素子の入射角度による出射強度を示すグラフである。
【図４】実施例１の構成を示す図である。
【図５】実施例２の構成を示す図である。
【図６】実施例３の構成を示す図である。
【図７】透明板への光の導入に回折格子を用いた例である。
【図８】合わせガラス内に発光素子を埋め込んだ例である。
【図９】（Ａ）および（Ｂ）は、透明樹脂を用いて光の導入を行った例である。
【図１０】本発明による光学式液滴検出装置をウィンドシールドへ取り付けた例を示す図である。
Claims (28)
- 透明体へ光を導入する発光素子と、受光素子と、前記受光素子の出力から前記透明体への液滴の付着を検知する検出部とを備え、
前記発光素子から発せられた光は、前記透明体の内部で全反射しながら伝搬されるように、前記透明体へ導入され、
前記伝搬した光が前記透明体表面に付着した液滴により前記透明体の外へ漏れ出たものを前記受光素子が受光することにより、前記検出部が液滴の付着を検知することを特徴とする光学式液滴検出装置。 - 前記受光素子が、前記透明体における検知面の垂線から５０°〜９０°の角度範囲の位置に設けられている、請求項１に記載の光学式液滴検出装置。
- 前記受光素子が、前記透明体内に導入された光の入射角度に対応し、漏れ出た光の強度が最大となる角度位置に配置された、請求項２に記載の光学式液滴検出装置。
- 入射角度をθ1とし、受光素子の光検出面の法線と透明体の検知面の法線とがなす角度をθ2としたとき、受光素子が、θ2＝θ1＋２５°を満たすように配置されている請求項３に記載の光学式液滴検出装置。なお、θ1は、４１°≦θ1＜６０°を満たす。
- 前記発光素子は、当該発光素子から発せられた光が前記透明体の一主面へ導入されるよう配置された、請求項１に記載の光学式液滴検出装置。
- 前記発光素子は、当該発光素子から発せられた光が、前記透明体の一主面に対して斜めに形成された端面から、前記透明体へ導入されるように配置された、請求項１に記載の光学式液滴検出装置。
- 前記発光素子は、当該発光素子から発せられた光が、前記透明体の一主面に対して略垂直に形成された端面から、前記透明体へ導入されるように配置された、請求項１に記載の光学式液滴検出装置。
- 前記発光素子が、前記透明体内に埋め込まれた、請求項１に記載の光学式液滴検出装置。
- 前記透明体の一主面において前記発光素子から発せられた光が導入される部分に、プリズム、回折格子、またはホログラムを備えた、請求項５に記載の光学式液滴検出装置。
- 前記発光素子が、前記透明体の一主面に透明な接着剤により接着された、請求項５に記載の光学式液滴検出装置。
- 前記発光素子から発せられた光が導入される導光体をさらに備え、前記導光体が前記透明体の前記一主面に透明な接着剤により接着された、請求項５に記載の光学式液滴検出装置。
- 前記発光素子から発せられた光を、前記透明体へ平行光として入射させる光学部材をさらに備えた、請求項５または６に記載の光学式液滴検出装置。
- 前記発光素子が発光ダイオードまたはレーザ光源である、請求項５または６に記載の光学式液滴検出装置。
- 前記発光素子が、前記透明体の前記端面に透明な接着剤により接着された、請求項６または７に記載の光学式液滴検出装置。
- 前記透明体の少なくとも一主面において、前記端面の近傍に、前記発光素子から透明体に導入された光が漏れ出すことを妨げる遮光部材を備えた、請求項７または８に記載の光学式液滴検出装置。
- 前記受光素子を複数備えた、請求項１に記載の光学式液滴検出装置。
- 前記液滴が結露である、請求項１に記載の光学式液滴検出装置。
- 前記発光素子がパルス駆動されている、請求項１に記載の光学式液滴検出装置。
- 前記透明体が、ガラス、合成樹脂、または、シリコンを材料とする、請求項１に記載の光学式液滴検出装置。
- 前記透明体が、車両用の窓ガラスである、請求項１９に記載の光学式液滴検出装置。
- 請求項１〜２０のいずれかに記載された光学式液滴検出装置と共に車両に搭載される制御装置であって、
前記光学式液滴検出装置の検出部からの信号に基づいて、前記車両のデフロスタ、デフォッガおよびエアコンディショナのうち、少なくとも一つを制御することを特徴とする制御装置。 - 請求項５に記載された光学式液滴検出装置により、液滴の付着が検出される透明体であって、
少なくとも一主面にプリズム、回折格子、またはホログラムを備えたことを特徴とする透明体。 - 請求項５または６に記載された光学式液滴検出装置により、液滴の付着が検出される透明体であって、
前記発光素子から発せられた光を平行光として導入する光学部材を備えたことを特徴とする透明体。 - 請求項６に記載された光学式液滴検出装置により、液滴の付着が検出される透明体であって、
主面に対して斜めに形成され、前記発光素子から発せられた光を導入する端面を有することを特徴とする透明体。 - 請求項７に記載された光学式液滴検出装置により、液滴の付着が検出される透明体であって、
主面に対して略垂直に形成され、前記発光素子から発せられた光を導入する端面を有することを特徴とする透明体。 - 少なくとも一主面において、前記発光素子の近傍に、前記発光素子から発せられた光が外へ漏れ出すことを妨げる遮光部材を備えた、請求項２５に記載の透明体。
- 透明体内部で全反射しながら伝搬される光が前記透明体表面に付着した液滴により外へ漏れ出たものを受光する光学式液滴検出装置により、液滴の付着が検出される透明体であって、
前記発光素子を内部に有することを特徴とする透明体。 - 少なくとも一主面において、前記発光素子の近傍に、前記発光素子から発せられた光が外へ漏れ出すことを妨げる遮光部材を備えた、請求項２７に記載の透明体。
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