JP2006343273A - 光学式雨滴センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の光学式雨滴センサにおいては、プリズムに放射光を入射させると、検出面で臨界角以下となる漏出する光が多くなり感度が低下するのでレンズを介して平行光線状として入射させていたが、検出面積が狭く精度の低いものとなって実用性が低下する問題点を生じていた。
【解決手段】 プリズム２は略板状に形成されて、発光素子３と受光素子４とはプリズム２の１つの辺に光軸を略平行方向として設置されると共に、発光部からの光が達する側面には、光を略直角方向で、且つ、フロントウインドガラスＷの内面で全反射を行う角度として反射する第一の側面反射面が設けられ、プリズムのフロントウインドガラスので全反射が行われた光が達する側面には、この光を収束する状態で受光素子に到達させる第二の側面反射面が設けられている光学式雨滴センサとすることで薄型化し課題を解決する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、雨天時の自動車の走行時に、フロントウインドガラスに雨滴が付着することによる視界不良をワイパーで払拭するときに、光学的手段により視界の不良度合いを検出し、雨量による視界の悪化に応じて適切な時期にワイパーを駆動し、常時に良好な視界を自動的に保てるようにした、光学式雨滴センサの構成に係るものである。

従来の、この種の雨滴センサ１００の構成の例を示すものが図５であり、連結壁９０ａと、この連結壁９０ａの両端のそれぞれから立ち上がるプリズム壁９０ｂ、９０ｃとで略コ字状となるようにプリズム９０が構成され、前記プリズム壁９０ｂの先端側には入射側レンズ面９１が形成され、他の一方のプリズム壁９０ｃには出射側レンズ面９２が形成されている。

そして、前記入射側レンズ面９１に対峙してはＬＥＤなど発光素子８０が設置されて、前記プリズム９０内に適宜な入射角として光を入射させ、出射側レンズ面９２に対峙してはホトダイオード（ＰＤ）など受光素子８１が設置され、前記プリズム９０内から出射した光を電気に変換する。

上記のように形成されたプリズム９０は、透明な接着剤７０でフロントウインドガラスＷに車室の内面側から接着が行われている。尚、前記プリズム９０の接着に際しては、ワイパー（図示せず）の払拭範囲内としておき、ワイパーの動作毎にフロントウインドガラスＷ面に付着した雨滴は除去されるようにしておく。

このようにすることで、前記フロントウインドガラスＷに雨滴の付着が生じていないときには、前記プリズム９０内に発光素子８０から入射した光は、前記プリズム壁９０ｂ、９０ｃと、前記フロントウインドガラスＷとで内面全反射を行い、実質的な損失を生じることなく、受光素子８１に達するものとなる。

ここで、前記フロントウインドガラスＷに雨滴の付着が生じると、この部分から光の漏出を生じ、前記受光素子８１に達する光量に減少を生じ、これにより、雨滴付着の検出が行われ、この検出に基づいてワイパーの駆動が行われる。このとき、前記ワイパーによる払拭によりフロントウインドガラスＷ面上の雨滴が除去されれば、前記受光素子８１に達する光量は増加し、つぎの雨滴の検出までワイパーの駆動は停止されるものとなる。

よって、この光学式雨滴センサ１００は降雨を検出し、自動でワイパーを駆動するものとなるが、その駆動の頻度は、ほぼ降雨量に比例するものとなり小雨時などには、いわゆる間欠ワイパーの動作を行うものとなる。また、当然であるが、雨が止めば、ワイパーの駆動も自動的に停止される。

上記の説明したタイプの光学式雨滴センサ１００の特徴は、前記発光素子８０も受光素子８１も、前記プリズム９０がフロントウインドガラスＷに貼着されている範囲内に存在する構成とされているので、視界を損なう面積が最小限ですむものとなり、フロントウインドガラスＷに取付けるためのセンサとしては最適の形状が得られるとしている。
特開２００２−２９６３６３号公報

しかしながら、図５に示した構成は、確かに視界を損なう面積は小さくできるものとは成るが、その反面で、プリズム９０と、発光素子８０、受光素子８１などの電気回路が積み重なる構成となり、車室内への突出量が大きくなり、乗員に違和感を与えるなどの問題点を生じるものとなる。

また、プリズム９０と、発光素子８０、受光素子８１とを積み重ねる構成としたことで、プリズム９０の両端に設けられたプリズム壁９０ｂ、９０ｃの部分は、実質的には雨滴の検出には関与しないものとなり、検出感度が低下すると共に、構成も煩雑化しコストアップする問題点も生じている。

本発明は、前記した従来の課題を解決するための具体的手段として、フロントウインドガラスに密接されたプリズムに発光素子からの光を入射し、前記発光素子からの光をフロントウインドガラスの内面から外表面に臨界角以下で当接させ反射させて、その反射量を受光素子で計測し、雨滴による漏光量により降雨を検知して成る光学式雨滴センサにおいて、前記プリズムは略板状に形成されて、前記発光素子と前記受光素子とは前記プリズムの１つの辺に光軸を板厚面と略平行方向として設置されると共に、前記プリズムの前記発光部からの光が達する側面には、前記発光素子からの光を略直角方向で、且つ、前記フロントウインドガラスの内面で全反射を行う角度として反射する第一の側面反射面が設けられ、前記プリズムの前記フロントウインドガラスの内面で全反射が行われた光が達する側面には、この光を平行、若しくは、収束する状態で前記受光素子に到達させる第二の側面反射面が設けられていることを特徴とする光学式雨滴センサを提供することで、課題を解決するものである。

本発明によれば、板状部材の板面側をフロントウインドガラスに密接させ、板厚側から検出光を入射させる構成としたことで、雨滴の検出に広い面積が設定でき、感度の向上と、降雨量の計測精度が共に向上し、この種の光学式雨滴センサを採用する自動ワイパーの性能向上に、極めて優れた効果を奏するものである。

つぎに、本発明を図に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。図１、および、図２に符号１で示すものは、本発明に係る光学式雨滴センサであり、この光学式雨滴センサ１のプリズム２は、無色透明な樹脂あるいは可視光カット樹脂などの板状部材で形成されており、平面形状は、上辺２ａと、下辺２ｂと、左辺２ｃと、右辺２ｄとの四辺で基本的に形成されている。

尚、前記プリズム２には必要に応じて、ＬＥＤ素子など発光素子３を取付けるための発光素子取付部２ｅと、ホトダイオードなど受光素子４を取付けるための受光素子取付部２ｆとが設けられ、後にも説明するように発光素子３からの光を受光素子４に効率良く収束させ、光学式雨滴センサ１としての性能向上が図られるものとされている。

ここで、本発明のプリズム２においては、前記上辺２ａと下辺２ｂとはほぼ直線状として略平行に形成されており、前記左辺２ｃは、基本的には前記発光素子３を焦点とし、且つ、光軸Ｚを図２に示す平面図上においては、前記上辺２ａと平行とする放物面として形成され、そして、右辺２ｄは、図２に示す平面図上において前記上辺２ａ（または、下辺２ｂ）と平行として透過してきた光を、前記受光素子４に収束する放物面として形成されている。

ここで、前記左辺２ｃ、および、右辺２ｄについて説明を行うと、前記プリズム２の大きさ、或いは、フロントウインドガラスＷの厚みなど諸条件の制約によっては、必ずしも上記左辺２ｃ、および／または、右辺２ｄから外部に光が漏れることのないように形成することができない場合も生じ得る。この場合、前記左辺２ｃ、右辺２ｄの何れかの一部、或いは全面にアルミニウムの蒸着などを行い鏡面処理を行うことで、第一の側面反射面２ｃｒ、第二の側面反射面２ｄｒを形成し、臨界角を超える、超えないに係わらず全反射を行わせるものとすれば良い。

尚、前記プリズム２の各辺は、理解を容易にするために図１、図２に合わせて、上、下、左、右辺と呼称しているが、実際にフロントウインドガラスＷに取付を行う際には、どの辺が車両の上部になっても良いものである。また、プリズム２は平面の板状として示してあるが、前記フロントウインドガラスＷには曲率を有するものもあるので、プリズム２も、それに合わせて曲率を有して形成されていても良く、このようにすることで、後にも説明するが透明接着剤５によるフロントウインドガラスＷへの貼着が容易、且つ、確実となる。

上記の状態を更に詳細に示すものが図３であり、この図３は、図２をＸ方向から見たときの発光素子３からの光線の進路を示すものであり、まず、前記プリズム２は、例えば、エポキシ樹脂など、前記プリズム２およびフロントウインドガラスＷと近似する屈折率を有する透明接着剤５でに接着されている。

そして、上記にも説明したように、左辺２ｃに設けられている放物面はアルミ蒸着などにより鏡面処理が成され、全反射を行う第一の側面反射面２ｃｒとして形成され、前記発光素子３からの光線を前記上辺２ａと平行方向（光軸Ｚ）に向けて反射させると共に、前記フロントウインドガラスＷ側にも向かわせる、そして、このフロントウインドガラスＷの大気との境界面、即ち、車両外面側に達したときには、臨界角以上の角度となり内面全反射を行う角度とする傾斜が設けられている。

前記フロントウインドガラスＷの車両外面側に達した光は、雨滴の付着がない場合には内面全反射した光は、フロントウインドガラスＷ→透明接着剤５→プリズム２の順に通過して右辺２ｄに達するものとなる。このときに、前記に説明したように、右辺２ｄは受光素子４を焦点とする放物面として形成され、アルミ蒸着などにより全反射を行う第二側面反射面２ｄｒとされているので、ほとんど全ての光が受光素子４に達するものとなる。

もしも、このときに、前記フロントウインドガラスＷの車両外面側に雨滴が付着していると、この部分には、臨界角以下となる部分を生じるものとなるので、フロントウインドガラスＷ外に放出される光を生じるものとなり、その結果、受光素子４に達する光量が減少するものとなる、よって、前記受光素子４の出力から雨滴の存在が検出できるものとなるのである。

本発明の光学式雨滴センサ１においては、従来例のものが、例えば、図５に示すように入射側レンズ面と、出射側レンズ面とが設けられて、ビーム状でフロントウインドガラスＷの検出面に達するものとなり、それにより、それ程に広い範囲を監視できず、精度不足の問題点を生じていたのに対し、図２に示すように、発光素子３、受光素子４にはビーム状に絞り込むレンズが設けられず、よって、図２中に検知エリアＤＡで示すように広い範囲での雨滴の付着の状態の検出が可能となり、見えやすさに対する精度が向上する。

更には、本発明の光学式雨滴センサ１においては、図２でも明確なように、発光素子３と左辺２ｃ、および、受光素子４と右辺２ｄとが位置的に正対し、そして、それぞれの辺２ｃ、２ｄには、（回転）放物面など光の進行方向、拡散角が設定可能な形状を採用しているので、プリズムとしても板状のものが採用でき、車室内への突出量を少なくして、乗員に違和感を感じさせることがない。

図４に示すものは、本発明に係る光学式雨滴センサ１の第二実施形態を要部で示すものであり、前の実施形態では、前記光学式雨滴センサ１のプリズム２を板状に形成し、その板厚面、即ち、下辺２ｂなどに直接に発光素子３、受光素子４など密接させて、プリズム２へ光の取り込み、プリズム２からの光の取出しを行っていた。

しかしながら、前の実施形態の構成では、前記プリズム２の取付位置などによっては前記発光素子３から発せられる光の一部が運転者など乗員の視線方向に漏れる場合も生じる可能性があり、このような場合、乗員の視線方向に遮光板６を取付け、遮蔽する必要性を生じる場合も有り得る。

また、車体の構造などによっては、従来例通りに、プリズム２と、発光素子３、受光素子４とが、フロントウインドガラスＷに対して重畳した位置にある構成が好ましい場合もあり、この場合には図４に示すように、前記発光素子取付部２ｅの部分と、受光素子取付部２ｆの部分とに、例えば、光を直角方向に反射する副反射面２ｇを設けると良い。

そして、前記発光素子３、および、受光素子４を覆っては、上記したように遮光板６を設けるものであるが、このときに、前記遮光板６をプリント回路基板などで形成し、雨滴検出回路なども組込み、光学式雨滴センサ１として一体化させておけば、組立などが簡素化され好都合である。

本発明によれば、板状のプリズム２と、このプリズム２の板厚面に取付けられた発光素子３と受光素子４とにより、光学式雨滴センサ１の基本部分が構成されるものであるので、例えば、ヘッドライト、テールライトのカバーレンズの一部に組込み、それらのカバーレンズの汚れを除去するための、カバーレンズ用ワイパーなどとして用いる用途にも適用できる。

また、フロントウインドガラスＷと同様に雨滴が付着することで、著しく視界が損なわれるドアミラーなど、バックミラーに設けても良く、更には、リアウインドガラスなどにも適用できる。

本発明に係る光学式雨滴センサの第一実施形態を示す斜視図である。 本発明に係る光学式雨滴センサのを示す平面図である。 同じく本発明に係る光学式雨滴センサの車両での使用状態、および、動作原理を示す説明図である。 同じく本発明に係る光学式雨滴センサの第二実施形態を要部で示す断面図である。 従来例を示す断面図である。

符号の説明

１…光学式雨滴センサ
２…プリズム
２ａ…上辺
２ｂ…下辺
２ｃ…左辺
第一の側面反射面２ｃｒ
２ｄ…右辺
第二の側面反射面２ｄｒ
２ｅ…発光素子取付部
２ｆ…受光素子取付部
２ｇ、２ｈ…副反射面
３…発光素子
４…受光素子
５…透明接着剤
６…遮光板
Ｗ…フロントウインドガラス

Claims (3)

1. フロントウインドガラスに密接されたプリズムに発光素子からの光を入射し、前記発光素子からの光をフロントウインドガラスの内面から外表面に臨界角以下で当接させ反射させて、その反射量を受光素子で計測し、雨滴の付着量による漏光量により降雨を検知して成る光学式雨滴センサにおいて、前記プリズムは略板状に形成されて、前記発光素子と前記受光素子とは前記プリズムの１つの辺に光軸を板厚面と略平行方向として設置されると共に、前記プリズムの前記発光部からの光が達する側面には、前記発光素子からの光を略直角方向で、且つ、前記フロントウインドガラスの内面で全反射を行う角度として反射する第一の側面反射面が設けられ、前記プリズムの前記フロントウインドガラスの内面で全反射が行われた光が達する側面には、この光を平行、若しくは、収束する状態で前記受光素子に到達させる第二の側面反射面が設けられていることを特徴とする光学式雨滴センサ。
2. 前記発光素子、受光素子が設けられる辺には、それぞれの素子が設けられる位置に対応して、光をほぼ直角方向に屈折させる副反射面が設けられていることを特徴とする請求項１記載の光学式雨滴センサ。
3. 前記第一の側面反射面、第二の側面反射面、副反射面の何れかには必要に応じて、アルミニウム、若しくは、銀の成膜により反射面処理が行われていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光学式雨滴センサ。

Images