JP2009042156A - 光センサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】雨滴センサの機能と、車両の周囲の照度を検出する照度センサと、車両前方の照度を検出する照度センサの機能とを包含する光センサ装置を、部品点数を抑えつつ安価に提供できるようにする。
【解決手段】雨滴と照度とを検出する光センサ装置であって、ウインドシールドガラスＧに設定した検知面Ｄに向けて所定間隔毎に光を照射する発光素子Ｌと、発光素子Ｌから照射されウインドシールドガラスＧの検知面Ｄで反射した光を受光する受光素子Ｒ１と、車両の上方からウインドシールドガラスＧに入射する光を受光する受光素子Ｒ２とを備え、発光素子Ｌが光を照射した際の受光素子Ｒ１の出力に基づいて雨滴の検出をし、発光素子Ｌが光を照射していない間の受光素子Ｒ１の出力に基づいて車両前方の照度を検出するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、雨滴センサの機能と照度センサの機能とをまとめた車両用の光センサ装置に関する。

ウインドシールドガラスに付着した雨滴を検出する雨滴センサと、車両周囲の照度（明るさ）を検出する照度センサの検出結果を用いて、ライトの点消灯やワイパーの動作を自動的に制御するようにした装置が、例えば特許文献１に開示されている。
特開２００５−１９９９７４号公報

特許文献１のものは、車両上方の照度を検出する第１照度センサの出力値に基づいて車両周囲の照度を、車両前方の照度を検出する第２照度センサの出力値に基づいてトンネルの有無を、雨滴センサの出力値に基づいて降雨状態を、それぞれ判断することで、車両の外部の環境に応じて、ライトの点消灯やワイパーの動作を適切に制御できるようにした車両用ライト制御装置である。

この装置では、車両周囲の照度を検出するために車両上方の照度を検出する第１照度センサと、トンネルを検出するために車両前方の照度を検出する第２照度センサとが、雨滴センサと共にひとつのケース内に収容され、ケースは雨滴と照度を検出するためにウインドシールドガラスの車室側の面に取り付けられている。
ここで、車両上方の照度を検出する第１照度センサと、車両前方の照度を検出する第２照度センサは、検出方向が異なるものの、光を受光する受光素子とこの受光素子の出力信号を処理する処理回路とは、ほぼ同一の構成を有している。そのため、両照度センサをまとめて１つのケース内に収容すると、同一構成の受光素子と処理回路とが重複して存在することになる。よって、重複する部品の分だけ装置製造コストが割高となり、さらに装置の小型化が妨げられるという問題がある。

本発明は、車両周囲の照度を検出する照度センサの機能と、車両前方の照度を検出する照度センサの機能と、雨滴を検出する雨滴センサの機能とを有しつつ、重複する部品点数を抑えることのできる光センサ装置を提供することを目的とする。

本発明は、雨滴と照度とを検出する光センサ装置であって、ウインドシールドガラスに向けて所定間隔毎に光を照射する発光素子と、発光素子から照射されウインドシールドガラスで反射した光を受光する第１の受光素子と、車両の上方から入射する光を受光する第２の受光素子とを備え、発光素子が光を照射した際の第１の受光素子の出力に基づいて雨滴の検出をし、発光素子が光を照射していない間の第１の受光素子の出力に基づいて車両前方の照度を検出するようにした。

本発明によれば、発光素子が光を照射した際の第１の受光素子の出力に基づいて雨滴の検出が行われ、発光素子が光を照射していない間の第１の受光素子の出力に基づいて車両前方の照度の検出が行われる。
発光素子は、光をウインドシールドガラスに向けて所定間隔毎に照射し、第１の受光素子は、発光素子から照射されウインドシールドガラスで反射した光を受光する。よって、ウインドシールドガラスに付着した雨滴の検出は、ウインドシールドガラスで反射した光を受光した際の第１の受光素子の出力、すなわち発光素子が光を照射した際の第１の受光素子の出力に基づいて所定間隔毎に行われる。
ここで、雨滴の検出の合間における第１の受光素子の出力が、車両の前方から入射する光に基づく出力となるようにすることで、雨滴の検出の合間における第１の受光素子の出力、すなわち発光素子が光を照射していない間の第１の受光素子の出力に基づいて、車両前方の照度を検出できる。
これにより、第１の受光素子の出力に基づいて、ウインドシールドガラスに付着した雨滴の検出と、車両前方の照度の検出とを行うことができ、第２受光素子の出力に基づいて、車両周囲の照度を検出することができるので、車両の前方から入射する光を受光するための受光素子とこの受光素子の出力を処理する処理回路とを省略できる。
よって、光センサ装置を構成する部品の点数を減らすことができるので、光センサ装置の小型化と製造コストの低減が可能となる。

以下、本発明の実施例にかかる光センサ装置を説明する。
図１は、実施例にかかる光センサ装置の構成を説明する説明図である。
光センサ装置１は、発光制御部１０と、受光処理部２０と、検出波形処理部３０とを備えて構成され、光センサ装置１の出力は、制御部４０に入力されて、ライトの点消灯やワイパー動作の制御に用いられる。

発光制御部１０の発光制御処理回路１１は、制御部４０からパルス信号を受け、パルス信号により規定されるタイミングで、ＬＥＤからなる発光素子Ｌ１、Ｌ２（以下、両者を特に区別しない場合は、「発光素子Ｌ」と表記する）を交互に発光させる。
発光素子Ｌ１、Ｌ２は、近赤外線領域の波長の光を、それぞれ１ｍｓｅｃ毎に１６μｓｅｃずつウインドシールドガラスＧに向けて照射する。よって、ウインドシールドガラスＧには、５００μｍｓｅｃ毎に光が照射される。

受光処理部２０の受光素子Ｒ１は、発光素子ＬからウインドシールドガラスＧに向けて照射された近赤外線領域の波長の光のうち、ウインドシールドガラスＧに設定された検知面Ｄで反射された光を受光して、受光した光の量（受光量）に比例する電流値を与える。
ここで、検知面Ｄに水滴などが付着していると、発光素子Ｌから照射された光は水滴により拡散される。よって、受光素子Ｒ１に到達する光の量が検知面Ｄに付着した水滴に応じて変化するので、受光素子Ｒ１は、検知面Ｄに付着した水滴に応じて異なるレベルの出力値（電流値）を与える。
さらに、受光素子Ｒ１は、車両の前方からウインドシールドガラスＧの検知面Ｄに入射する可視領域の波長の光も受光して、受光量に比例する電流値を与える。
ここで、受光素子Ｒ１は、車両の前方から入射する光を常時受光すると共に、検知面Ｄで反射された発光素子Ｌが照射した光を所定間隔毎に受光する。
よって、受光素子Ｒ１は、検知面Ｄで反射された光を受光しない期間は、車両の前方から入射した光の受光量に応じた出力をし、検知面Ｄで反射された光を受光している期間は、車両の前方から入射した光の受光量と、検知面Ｄで反射された光の受光量との両方に応じた出力をする。
受光素子Ｒ２は、車両の上方からウインドシールドガラスＧに入射する可視領域の波長の光を受光して、受光量に比例する電流値を与える。

図２は、実施例にかかる光センサ装置１の設置状態を説明する説明図である。
なお、この図においては、発光素子Ｌや受光素子Ｒがハウジング３内に収容された状態で、ウインドシールドガラスＧの車室側の面に設置されている状態が、ウインドシールドガラスＧを断面方向から見た図で示されている。

発光素子Ｌは、照射光がウインドシールドガラスＧの表面に対して所定角度θをもって入射して、ウインドシールドガラスＧの表面に所定の大きさの雨滴の検知面Ｄが形成されるように、基板２上に設置される。
受光素子Ｒ１は、発光素子Ｌの照射光のうち、ウインドシールドガラスＧの検知面Ｄで反射された光を受光するために、受光素子Ｒ１の図示しない受光面が、反射された光の光路Ｙに整合するように基板２上に設置されている。また、車両の前方から検知面Ｄに入射する光も受光できるようにするために、図示しない受光面を車両の前方に向けている。
これら発光素子Ｌと受光素子Ｒ１とは、基板２上において、発光素子Ｌが受光素子Ｒ１よりも車両の上下方向における下側に位置するように配置されて、検知面Ｄから受光素子Ｒ１に向かう光の光路Ｙが、車両の前後方向に沿って位置するようにされている。

受光素子Ｒ２は、車両の上方からウインドシールドガラスＧに入射する光を受光するために、受光素子Ｒ２の図示しない受光面が、車両の上方を向くように基板２上に設置されている。
ここで、受光素子Ｒ２は、側面視において、発光素子Ｌと受光素子Ｒ１の間に位置するように、基板２上に配置されている。

基板２は、ハウジング３内に支持配置されており、当該ハウジング３の光透過性の前壁３ａは、光透過性の接着シート４を介してウインドシールドガラスＧの車室側の面に貼り付けられている。

発光素子Ｌおよび受光素子Ｒ１とウインドシールドガラスＧとの間にはプリズムＰ１、Ｐ２がそれぞれ設置されている。プリズムＰ１は、発光素子Ｌから照射された光を、ウインドシールドガラスＧに設定した検知面Ｄに誘導する。プリズムＰ２は、検知面Ｄで反射された発光素子Ｌからの光を受光素子Ｒに誘導し、さらに、車両の前方から検知面Ｄに入射する光を受光素子Ｒ１に誘導する。
そのため、プリズムＰ１、Ｐ２は、発光素子Ｌから検知面Ｄに向かう光の光路Ｘと、検知面Ｄから受光素子Ｒ１に向かう光の光路Ｙとに、それぞれ沿って位置するように、前壁３ａのハウジング３の内方側の面に所定角度傾けて設けられている。
ここで、プリズムＰ１、Ｐ２のレンズ面Ｐ１ａ、Ｐ２ａがウインドシールドガラスＧの表面に対して４５度となるようにプリズムＰ１、Ｐ２を配置して、検知面Ｄに雨滴が付着していない場合に、検知面Ｄに入射した光が検知面Ｄで全反射され、かつ発光素子Ｌと受光素子Ｒ１との離間距離が短くなるようにしている。

受光素子Ｒ２とウインドシールドガラスＧとの間にはプリズムＰ３が設置されている。プリズムＰ３は、車両の上方からウインドシールドガラスＧに入射する光を受光素子Ｒ２に誘導する。
そのため、プリズムＰ３は、ウインドシールドガラスＧから受光素子Ｒ２に向かう光の光路Ｚに沿って位置するように、前壁３ａのハウジング３の内方側の面に所定角度傾けて設けられている。
ここで、プリズムＰ３のレンズ面Ｐ３ａがウインドシールドガラスＧの表面に対して１０度程度となるようにプリズムＰ３を配置して、車両の上方から入射した光が受光素子Ｒ２に集光されるようにしている。

これにより、発光素子Ｌが照射した光は、平凸レンズ５を介してプリズムＰ１に入射し、プリズムＰ１を通ってウインドシールドガラスＧに誘導される。そして、ウインドシールドガラスＧの表面に所定の大きさの検知面Ｄを形成すると共に、検知面Ｄで反射した光は、プリズムＰ２を通って受光素子Ｒ側に誘導され、平凸レンズ６で集光されて受光素子Ｒ１に受光される。
車両の前方からウインドシールドガラスＧの検知面Ｄに入射した光は、プリズムＰ２を通り平凸レンズ６で集光された後、受光素子Ｒ１に受光される。
車両の上方からウインドシールドガラスＧに入射した光は、プリズムＰ３を通り受光素子Ｒ２に受光される。

受光処理部２０のＩ−Ｖ変換回路２１は、光を受光した受光素子Ｒ１が受光量に比例して生じた電流を、電圧信号に変換し、検出波形処理部３０に出力する。
また、Ｉ−Ｖ変換回路２２は、車両の上方から入射した光を受光した受光素子Ｒ２が受光量に比例して生じた電流を、電圧信号に変換し、検出波形処理部３０に出力する。

図３は、Ｉ−Ｖ変換回路２１とＩ−Ｖ変換回路２２とが、それぞれ検出波形処理部３０に出力する電圧信号を説明する説明図であり、（ａ）はＩ−Ｖ変換回路２２が出力する電圧信号を、（ｂ）はＩ−Ｖ変換回路２１が出力する電圧信号を示している。

Ｉ−Ｖ変換回路２２が出力する電圧信号の電圧値は、受光素子Ｒ２が受光する光の受光量に応じて変化する。この際、車両周囲の照度が大きい（明るい）ほど、受光量が大きくなるので、電圧値も大きくなる。
よって、Ｉ−Ｖ変換回路２２の電圧値の経時的な変化を示す波形が、図３の（ａ）に示すような波形の場合、ある明るさに保たれていた車両周囲の明るさが変化して、新たな明るさで保たれるようになったことを示している。

Ｉ−Ｖ変換回路２１が出力する電圧信号の電圧値は、受光素子Ｒ１が受光する光の受光量に応じて変化する。
受光素子Ｒ１は、車両の前方から入射する光を常時受光すると共に、発光素子Ｌから照射されて検知面Ｄで反射された光を所定間隔毎に受光する。そのため、Ｉ−Ｖ変換回路２１の電圧値は、車両前方の照度が大きい（明るい）ほど、大きくなる。さらに、発光素子Ｌからの光を受光している間だけ一時的に上昇する。
よって、Ｉ−Ｖ変換回路２１の電圧値の経時的な変化を示す波形は、図３の（ｂ）に示すような波形となる。この図３の（ｂ）に示す波形の場合、ある明るさに保たれていた車両前方の明るさが変化して、新たな明るさで保たれるようになったこと、そして、図中楕円で囲った部分において示すように、所定時間Ｔ毎に発光素子Ｌからの光を受光して電圧値が一時的に増加していることが示されている。

ここで、検知面Ｄに付着している雨滴が多くなると、発光素子Ｌから照射された光が検知面Ｄで拡散するので、受光素子Ｒ１の受光量が減少する。よって、検知面Ｄに付着している雨滴の量に応じて、発光素子Ｌから照射された光を受光した際の受光素子Ｒ１の出力（電圧値）の変動幅が変化する。
ここで、図中符号αで示す検知面Ｄに雨滴が付着していないときの受光素子Ｒ１の出力を基準出力とし、この基準出力に対する出力の減少量により、検知面Ｄに付着している雨滴の量を推定できる。
したがって、図中符号βで示す受光素子Ｒ１の出力は、検知面Ｄに雨滴が付着していないときの受光素子Ｒ１の出力よりも小さくなっているので、検知面Ｄに雨滴が付着していると判定され、基準出力との差に基づき雨滴の付着量が推定される。
ここで、基準出力との差が大きいほど雨滴の量が多く、小さいほど雨滴の量が少なくなる。

なお、受光素子Ｒ１は、車両の前方から入射する光も受光しており、受光素子Ｒ１の出力（電圧値）は、車両の前方からの光の受光量に応じて電圧値が変動する。
よって、雨滴の検出の際には、発光素子Ｌからの光を受光した際の電圧値から、当該発光素子Ｌからの光を受光する直前の電圧値（車両の前方からの光の受光量に応じて決まる電圧値）を減算して求めた値と、雨滴量推定のための閾値（α）との差（雨滴量評価値）を求め、雨滴の付着量を推定する。
ここで、雨滴量推定のための閾値（α）は、検知面に雨滴が付着していないときに発光素子Ｌからの光を受光した受光素子Ｒ１の出力（電圧値）から、当該受光の直前の受光素子Ｒ１の出力（電圧値）を減算して求める。
これにより、発光素子Ｌからの光の受光間隔において車両前方の照度が変化しても、かかる照度の変化が雨滴の検出に影響を及ぼさないようにしている。

検出波形処理部３０は、コンデンサ３１と、雨滴検出波形処理回路３２と、トンネル検出波形処理回路３３と、車両周囲照度検出波形処理回路３４とを備える。
コンデンサ３１は、Ｉ−Ｖ変換回路２１から入力された電圧信号の直流成分を取り除き、交流成分のみを雨滴検出波形処理回路３２に出力する。

受光素子Ｒ１が発光素子Ｌからの光を受光する際には、受光素子Ｒ１は車両の前方から入射する光も受光しているので、Ｉ−Ｖ変換回路２１が出力する電圧信号には、検知面Ｄが反射した発光素子Ｌからの光による成分と、車両の前方から入射した光による成分とが含まれている。
ここで、発光素子Ｌは所定間隔毎に光を照射するので、発光素子Ｌからの光による成分は、パルス状に変化する交流成分となる。また、車両の前方から入射する光は、短時間に大きく変化しないので、直流成分となる。
よって、雨滴検出波形処理回路３２において、発光素子Ｌからの光による成分のみを増幅できるようにするために、コンデンサ３１において、電圧信号の直流成分を取り除き、交流成分のみを雨滴検出波形処理回路３２に出力するようにしている。

雨滴検出波形処理回路３２は、コンデンサ３１から入力される電圧信号の交流成分を増幅し、雨滴検出信号として、制御部４０に出力する。
トンネル検出波形処理回路３３は、Ｉ−Ｖ変換回路２１から入力される電圧信号を増幅し、トンネル検出信号として、制御部４０に出力する。
車両周囲照度検出波形処理回路３４は、Ｉ−Ｖ変換回路２２から入力される電圧信号を増幅し、車両周囲光検出信号として、制御部４０に出力する。

制御部４０は、降雨状態推定のために、パルス信号を所定間隔毎に発光制御部１０に出力して、発光素子Ｌをパルス信号で規定される所定のタイミングで発光させる。
制御部４０は、検出波形処理部３０からの入力される雨滴検出信号、トンネル検出信号、そして車両周囲光検出信号などに基づいて、降雨状態、車両周囲の照度、車両前方の照度、そして車両前方におけるトンネルの有無などを判断し、判断結果に基づいて、ワイパーの動作制御、ライトの点消灯制御などを行う。

降雨状態の判断は、雨滴検出部４１が、雨滴検出信号の出力値と、雨滴検出面に雨滴が付着していない場合の雨滴検出信号の出力値との差（雨滴量評価値）に基づいて行う。
雨滴検出部４１は、雨滴量評価値が大きいほど降雨量が多いと判断する。
そして、図示しないワイパーから入力されるワイパー駆動信号に基づいて現在のワイパーの動作状態（間欠駆動、連続駆動、停止）やワイパーの払拭速度（高速、中速、低速）を特定し、推定した降雨量に基づいて、ワイパーの動作状態（間欠駆動、連続駆動、停止）やワイパーの払拭速度（高速、中速、低速）の変更の要否を判断する。
変更が必要と判断された場合は、新たなワイパーの駆動条件（ワイパーの動作状態やワイパーの払拭速度）を決定し、決定したワイパーの駆動条件でワイパーを制御する制御信号を生成し、図示しないワイパー制御部に出力する。

車両周囲の照度の判断は、車両周囲照度検出部４３が、車両周囲光検出信号の出力値を、ライトの点灯の要否を判断する閾値と比較することで行う。
車両周囲照度検出部４３は、車両周囲光検出信号の出力値が、閾値よりも大きい場合は、車両周囲の照度がライトの点灯を要しない明るさであると判断し、小さい場合は、ライトの点灯が必要な明るさであると判断する。
そして、図示しないライト制御部から入力されるライト駆動信号に基づいて、現在のライトの状態（点灯状態、消灯状態）を特定する。
車両周囲照度検出部４３は、ライトが消灯されているときにライトの点灯が必要であると判断された場合は、ライトの点灯を命令する信号を図示しないライト制御部に出力してライトを点灯させる。
また、ライトが点灯されているときにライトの消灯が必要であると判断された場合は、ライトの消灯を命令する信号を図示しないライト制御部に出力してライトを消灯させる。

車両前方におけるトンネルの有無の判断は、トンネル検出部４２が、トンネル検出信号に基づいて特定した車両前方の照度と、車両周囲光検出信号の出力値に基づき特定される車両の周囲の照度とに基づいて行う。
例えば、トンネル検出部４２は、車両周囲の照度がライトの点灯が不要な明るさであると判断されている場合に、車両前方の照度をトンネル判定閾値と比較して車両前方にトンネルが有るか否かを判断する。そして、車両前方の照度がトンネル判定閾値よりも低い場合は、車両の前方にトンネルがあると判断し、その旨を車両周囲照度検出部４３に出力する。これにより、ライトの点灯制御を行うことが可能となる。

以上の通り、本実施例では、雨滴と照度とを検出する光センサ装置１であって、ウインドシールドガラスＧに設定された検知面Ｄに向けて所定間隔毎に光を照射する発光素子Ｌと、発光素子Ｌから照射されウインドシールドガラスＧの検知面Ｄで反射した光を受光する受光素子Ｒ１と、車両の上方から入射する光を受光する受光素子Ｒ２とを備え、発光素子Ｌが光を照射した際の受光素子Ｒ１の出力に基づいて雨滴の検出をし、発光素子Ｌが光を照射していない間の受光素子Ｒ１の出力に基づいて車両前方の照度を検出するようにした。
これにより、受光素子Ｒ１の出力に基づいて、雨滴検出部４１によりウインドシールドガラスＧの検知面Ｄに付着した雨滴の検出を、トンネル検出部４２により車両前方の照度の検出を行うことができ、受光素子Ｒ２の出力に基づいて、車両周囲照度検出部４３により車両周囲の照度の検出を行うことができるので、車両の前方から入射する光を受光するためだけの受光素子とこの受光素子の出力を処理する処理回路とを省略できる。
よって、光センサ装置を構成する部品の点数を減らすことができるので、光センサ装置の小型化と製造コストの低減が可能となる。

さらに、受光素子Ｒ１を車両の前方に向けて配置する構成としたので、車両の前方側から入射する光を確実に捉えることができる。

また、ウインドシールドガラスＧで反射した光の受光素子に受光されるまでの光路Ｙが、車両の前後方向に沿うように、発光素子Ｌと受光素子Ｒ１とを配置する構成とした。
よって、車両の前方からウインドシールドガラスＧに入射する光を受光素子Ｒ１で受光できるようにするために、新たなプリズムやレンズを設ける必要がない。
よって、部品点数を増加させずにすむので、光センサ装置の小型化と製造コストの低減の妨げになることがない。

実施例にかかる光センサ装置のブロック図である。 実施例にかかる光センサ装置の設置状態を説明する説明図である。 実施例にかかる光センサ装置の受光素子の出力を説明するタイムチャートである。

符号の説明

１ 光センサ装置
２ 基板
３ ハウジング
４ 接着シート
５ 平凸レンズ
６ 平凸レンズ
１０ 発光制御部
１１ 発光制御回路
２０ 受光処理部
２１ Ｉ−Ｖ変換回路
２２ Ｉ−Ｖ変換回路
３０ 検出波形処理部
３１ コンデンサ
３２ 雨滴検出波形処理回路
３３ トンネル検出波形処理回路
３４ 車両周囲光検出波形処理回路
４０ 制御部
４１ 雨滴検出部
４２ 車両周囲照度検出部
４３ トンネル検出部
Ｄ 検知面
Ｇ ウインドシールドガラス
Ｌ 発光素子
Ｒ１ 受光素子（第１の受光素子）
Ｒ２ 受光素子（第２の受光素子）

Claims (3)

1. 雨滴と照度とを検出する光センサ装置であって、
   ウインドシールドガラスに向けて所定間隔毎に光を照射する発光素子と、
   前記発光素子から照射され前記ウインドシールドガラスで反射した光を受光する第１の受光素子と、
   車両の上方から入射する光を受光する第２の受光素子とを備え、
   前記発光素子が光を照射した際の前記第１の受光素子の出力に基づいて雨滴の検出をし、前記発光素子が光を照射していない間の前記第１の受光素子の出力に基づいて車両前方の照度を検出するようにした
   ことを特徴とする光センサ装置。
2. 前記第１の受光素子を、前記車両の前方に向けて配置した
   ことを特徴とする請求項１に記載の光センサ装置。
3. 前記ウインドシールドガラスで反射した光の前記第１の受光素子に受光されるまでの光路が、前記車両の前後方向に沿うように、前記発光素子と前記第１の受光素子とを配置した
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光センサ装置。

Images