JP2009092453A - 雨滴量検出装置およびそれを用いたワイパ制御装置、ヘッドライト制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ワイパ制御装置に好適な雨滴量検出装置およびそれを用いたワイパ制御装置、ヘッドライト制御装置を提供する。
【解決手段】撮像素子３６は、可視光を遮断し赤外光を透過させるフィルタ３７で覆われた第１受光部３８により、ウィンドシールドＷの室内面Ｗｂにて反射した発光手段３５からの近赤外光を受光しこの光の光量に基づいて各第１光量信号をＭＰＵ３４に出力し、その第２受光部３９により、ウィンドシールドＷを透過する透過光を受光しこの透過光の光量に基づいて各第２光量信号をＭＰＵ３４に出力する。ＭＰＵ３４は、撮像素子３６の第１受光部３８から出力される各第１光量信号に応じて雨滴量を表す信号である雨滴量信号を出力するとともに、撮像素子３６の第２受光部３９から出力される各第２光量信号に応じて外界の明るさを表す信号である外界光量信号を出力する。
【選択図】図２

Description

本発明は、雨滴量等を検出して出力する雨滴量検出装置およびそれを用いたワイパ制御装置、ヘッドライト制御装置に関するものである。

従来より、雨滴量等を検出して出力する雨滴量検出装置として、例えば、下記特許文献１に示す、雨滴検出装置が知られている。この雨滴検出装置は、出射した赤外光がウィンドシールド（フロントガラス）外側表面にて全反射するように設けられるＬＥＤと、このようにウィンドシールド外側表面にて全反射した光を受光するフォトダイオードとを備えている。当該雨滴検出装置は、ウィンドシールド外側表面の水滴の存在によりＬＥＤからの赤外光が散乱してフォトダイオードにおける受光量が低減することを利用して、この受光量の低減度合に基づいて雨滴量を検出している。
米国特許第５８９８１８３号明細書

上述のように検出される雨滴量の情報は、例えば、ワイパ制御装置に出力される。このとき、例えば、当該ワイパ制御装置は、この検出された雨滴量が増加するほどワイパの払拭動作頻度を増加させるように自動的に制御する。

ところで、上述のようにワイパの払拭動作頻度は、ウィンドシールドを介する運転者の視界自体を考慮することなく雨滴量のみに応じて設定されるので、その払拭動作頻度が運転者の感覚に一致しない場合がある。すなわち、外界が暗くウィンドシールドの雨滴が目立たない場合には、ワイパの払拭動作頻度が低くてもよく、逆に、対向車のヘッドライトがウィンドシールドに付着した雨滴により散乱されて視界が悪化する場合には、ワイパの払拭動作頻度を高くした方が望ましい。

外界の明るさ等を検出するセンサを別途設け、上述のように検出された雨滴量に加えてこの検出値に応じてワイパの払拭動作頻度を変更することも考えられる。しかしながら、雨滴量検出装置の部品点数が増加するだけでなく、雨滴量検出装置自体の小型化が図り難くなるという課題があった。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、ワイパ制御装置に好適な雨滴量検出装置およびそれを用いたワイパ制御装置、ヘッドライト制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、特許請求の範囲に記載の請求項１の雨滴量検出装置は、透明板（Ｗ）の一方の側面（Ｗｂ）側に設けられ、その透明板の他方の側面（Ｗａ）に存在する水滴（Ｒ）を検出する雨滴量検出装置（３０）であって、近赤外域の光または近赤外域の波長よりも長い波長の光を受光しこの光の光量に基づいた第１の信号（Ｓ_１）を出力する第１の受光部（３８）と前記透明板を透過して外界から入射する光を受光しこの光の光量に基づいた第２の信号（Ｓ_２）を出力する第２の受光部（３９）とを一体に有する受光手段（３６）と、前記透明板に向けて発光した近赤外域の光または近赤外域の波長よりも長い波長の光が前記他方の側面にて反射して前記第１の受光部に入射可能な発光手段（３５）と、前記他方の側面に存在する水滴により前記発光手段から前記透明板に入射する光が散乱して当該他方の側面にて反射した反射光の光量が減少し前記第１の受光部から入力される前記第１の信号の出力が減少することから当該第１の信号に基づいて前記他方の側面に存在する水滴量を表す雨滴量信号（Ｓ_Ｒ）を出力し、前記第２の受光部から入力される前記第２の信号に基づいて前記透明板を透過して外界から入射する光の光量を表す外界光量信号（Ｓ_Ｌ）を出力する出力制御手段（３４）と、を備えることを技術的特徴とする。

特許請求の範囲に記載の請求項２の雨滴量検出装置では、前記受光手段は、面状に複数の受光素子（３６ａ）を配置して備えており、前記複数の受光素子の一部が可視光の透過を遮断するフィルタ（３７）で覆われて前記第１の受光部を構成し、前記複数の受光素子の残部が前記第２の受光部を構成することを技術的特徴とする。

請求項１の発明では、受光手段は、近赤外域の光または近赤外域の波長よりも長い波長の光を受光する第１の受光部にて、透明板の他方の側面にて反射した発光手段からの光を受光しこの光の光量に基づいた第１の信号を出力制御手段に出力する。この第１の信号の出力は、他方の側面に存在する水滴により発光手段から透明板に入射する光が散乱して当該他方の側面にて反射した反射光の光量が減少することにより減少する。すなわち、第１の信号の出力は、他方の側面に存在する水滴量が多いほど減少する。また、受光手段は、その第２の受光部にて、透明板を透過して外界から入射する光（以下、透過光ともいう）を受光しこの透過光の光量に基づいた第２の信号を出力制御手段に出力する。ここで、第１の受光部では近赤外域の光または近赤外域の波長よりも長い波長の光を受光するようになっているので、主に可視光領域の光である透過光に影響されることなく、発光手段からの光を受光することができる。

また、発光手段は、透明板に向けて発光した近赤外域の光または近赤外域の波長よりも長い波長の光が当該透明板の他方の側面にて反射して第１の受光部に入射可能に構成されている。そして、出力制御手段は、上記第１の信号に基づいて他方の側面に存在する水滴量を表す信号である雨滴量信号を出力するとともに、上記第２の信号に基づいて透過光の光量すなわち外界の明るさを表す信号である外界光量信号を出力する。

このように、一つの受光手段で上記両受光部を構成することにより、水滴量を表す雨滴量信号と外界の明るさを表す外界光量信号との双方を出力できるので、水滴量を検出してこの水滴量に対応する信号を出力する部材と外界の明るさを検出してこの外界の明るさに対応する信号を出力する部材とを別途設ける場合と比べて、当該雨滴量検出装置における部品点数の削減や小型化に貢献することができる。

さらに、このように雨滴量検出装置から出力される雨滴量信号および外界光量信号を、例えば、透明板の他方の側面を払拭して雨滴を排除するためのワイパを駆動するワイパ制御装置に入力して、雨滴量信号および外界光量信号に応じてワイパを駆動させることができる。この場合、雨滴量を表す雨滴量信号だけでなく、外界の明るさを表す外界光量信号をも考慮して、例えば、外界の明るさが明るいほどワイパの払拭頻度を増加させるようにワイパを駆動することにより、運転者の感覚に合致した視界支援を実施することができる。
したがって、ワイパ制御装置に好適な雨滴量検出装置を提供することができる。

請求項２の発明では、受光手段は、面状に複数の受光素子を配置して備えており、当該受光手段は、これら複数の受光素子の一部が可視光の透過を遮断するフィルタで覆われて第１の受光部を構成し、上記複数の受光素子の残部が第２の受光部を構成する。

このため、第１の受光部を覆うフィルタにより主に可視光領域の光である透過光が遮断されるので、第１の受光部では、透過光に影響されることなく発光手段からの光が受光されることとなる。これにより、発光手段からの光を受光するための第１の受光部と透過光を受光するための第２の受光部とを、別の受光特性を有する受光素子によりそれぞれ設けるように構成することなく、複数の同一の受光素子で構成することができる。

請求項３の発明では、出力制御手段は、各受光素子のうち第２の受光部を構成する受光素子の配置位置に応じた重み付けした外界光量信号を出力する。

第２の受光部が各受光素子にて受光するそれぞれの透過光の光量は、運転者の所定の視界範囲におけるそれぞれの位置での明るさに相当する。具体的には、例えば、第２の受光部の中央に配置される受光素子にて受光する透過光の光量は、上記所定の視界範囲における視界中央の明るさに相当する。すなわち、第２の受光部から上記所定の視界範囲における各位置の明るさに応じた第２の信号がそれぞれ出力されることとなる。

そうすると、出力制御手段は、各第２の信号の出力をそれぞれ出力した各受光素子の第２の受光部での配置位置に応じた重み付け、例えば、上記所定の視界範囲において視界中央の明るさが視界端部の明るさよりも重視されるように重み付けした外界光量信号を出力することができる。
したがって、運転者の視界支援を行う際に雨滴量信号だけでなく運転者の感覚により合致した外界光量信号を出力することができる。

また、請求項４に記載の発明のように、受光手段は、発光手段からの光を受光する単一の受光素子を可視光の透過を遮断するフィルタで覆い第１の受光部が構成されるとともに、複数の受光素子により第２の受光部が構成されてもよい。

請求項５の発明では、出力制御手段は、第１の受光部から第１の信号を入力するとき発光手段を発光させ第２の受光部から第２の信号を入力するとき発光手段を発光させないように当該発光手段を制御する。

これにより、出力制御手段は、第２の受光部から第２の信号を入力するとき発光手段の発光を停止させるので、第２の信号に対し発光手段からの光による影響をなくすことができ、外界の明るさを表す外界光量信号の精度が向上し得る。

請求項６の発明では、受光手段は、第２の受光部を第１の受光部よりも発光手段に近接させるように配置される。

発光手段からの光は、透明板の他方の側面にて反射して受光手段の第１の受光部に受光されるので、反射率の観点から発光手段と第１の受光部とを所定の距離だけ離間させる必要がある。そこで、第２の受光部を第１の受光部よりも発光手段に近接させるように受光手段を配置することにより、発光手段と第１の受光部とを上記所定の距離だけ離間させつつ、発光手段と受光手段とを近接させることができる。その結果、このように発光手段と受光手段とを近接させて生じた内部スペースを有効に活用することにより、雨滴量検出装置のさらなる小型化を図ることができる。

請求項７の発明では、雨滴量検出装置は、透明板の他方の側面にて反射した発光手段からの光を発光手段側へ偏光させて第１の受光部に対し収束させる収光光学系を備えている。

このため、透明板の他方の側面にて反射した発光手段からの光を発光手段側へ偏光させることなく収束させる収光光学系を採用する場合に比べて、発光手段と第１の受光部、すなわち、発光手段と受光手段とを近接させることができる。その結果、このように発光手段と受光手段とを近接させて生じた内部スペースを有効に活用することにより、雨滴量検出装置のさらなる小型化を図ることができる。

請求項８の発明では、雨滴量検出装置は、透明板の他方の側面にて反射した発光手段からの光を第１の受光部に対して収束させる第１の収光光学系と、透明板を透過する透過光を第２の受光部に対して収束させる第２の収光光学系と、を兼備する収光光学系を備えている。

第１の受光部を第２の受光部よりも発光手段に近接させる場合、発光手段からの光を第１の受光部に対して収束させるための第１の収光光学系は、第１の受光部よりも発光手段側に位置し、透過光を第２の受光部に対して収束させるための第２の収光光学系は、第１の受光部よりも反発光手段側に位置することとなる。

一方、請求項６に記載の発明のように、第２の受光部を第１の受光部よりも発光手段に近接させることにより、第２の収光光学系が第１の受光部よりも発光手段側に位置して第１の収光光学系と第２の収光光学系とが発光手段側にて近接することとなる。そこで、第１の収光光学系よび第２の収光光学系を一つの収光光学系で兼備させることにより、さらなる部品点数の削減を図ることができる。

請求項９の発明では、ワイパ制御装置は、請求項１〜８のいずれか一項に記載の雨滴量検出装置から出力される雨滴量信号および外界光量信号に応じてワイパをワイパ駆動制御手段により駆動して透明板の他方の側面を払拭する。具体的には、例えば、ワイパ制御装置は、雨滴量信号の出力が所定の閾値を超えると所定の払拭頻度で払拭し外界光量信号の出力が増加するほど上記所定の払拭頻度を増加させるように、ワイパをワイパ駆動制御手段により駆動して透明板の他方の側面を払拭する。

このように雨滴量検出装置から出力される雨滴量信号および外界光量信号を、透明板の他方の側面を払拭して雨滴を排除するためのワイパを駆動するワイパ制御装置に入力して、雨滴量信号および外界光量信号に応じてワイパを駆動させることができる。これにより、雨滴量を表す雨滴量信号だけでなく、外界の明るさを表す外界光量信号をも考慮してワイパを駆動するので、運転者の感覚に合致した視界支援を実施することができる。

請求項１０の発明では、ヘッドライト制御装置は、請求項１〜８のいずれか一項に記載の雨滴量検出装置から出力される外界光量信号に応じてヘッドライト駆動制御手段によりヘッドライトの照射方向を変更するように制御する。具体的には、例えば、ヘッドライト制御装置は、透過光の光量が少ない方向にヘッドライトの照射方向を変更するように、ヘッドライトをヘッドライト駆動制御手段により駆動する。

このように雨滴量検出装置から出力される外界光量信号を、ヘッドライト制御装置に入力して、外界光量信号に応じてヘッドライトの照射方向を変更させることができる。これにより、外界の明るさを表す外界光量信号、即ち、外界の明るさに応じてヘッドライトの照射方向を変更するので、運転者の感覚に合致した視界支援を実施することができる。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態に係る雨滴量検出装置を備えるワイパ制御装置について図を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る雨滴量検出装置３０を備えるワイパ制御装置１０の概略構成を示す説明図である。図２は、雨滴量検出装置３０の詳細断面図である。図３は、雨滴量検出装置３０における制御概要を示す制御ブロック図である。

図１に示すように、ワイパ制御装置１０は、ワイパ駆動制御装置２０と雨滴量検出装置３０とを備えている。
ワイパ駆動制御装置２０は、透明板である車両のウィンドシールドＷ（フロントガラス）の室外面Ｗａを払拭するためのワイパ２１を駆動するワイパ用モータ２２と、このワイパ用モータ２２を駆動制御するためのワイパ用モータ駆動回路２３と、このワイパ用モータ駆動回路２３を制御するＭＰＵ２４と、ワイパスイッチ２５とを備えている。ＭＰＵ２４は、雨滴量検出装置３０から出力される雨滴量信号Ｓ_Ｒおよび外界光量信号Ｓ_Ｌ（後述する）と運転者が操作するワイパスイッチ２５の操作に応じた信号とに基づいてワイパ用モータ駆動回路２３を制御する。なお、ウィンドシールドＷは、一般的に１ｍｍ弱程度の厚さを有するポリビニルブチラール（ＰＶＢ）を、１．５〜３ｍｍ程度の板厚を有する２枚のガラスで挟んだ状態で接着してなるものである。

また、雨滴量検出装置３０には、図略の車両用ヘッドライトの照射方向を変更するヘッドライト制御装置２６が電気的に接続されており、このヘッドライト制御装置２６は、ヘッドライトの照射方向を変更するヘッドライト用モータ２７と、このヘッドライト用モータ２７を駆動制御するためのヘッドライト用モータ駆動回路２８と、このヘッドライト用モータ駆動回路２８を制御するＭＰＵ２９とを備えている。ＭＰＵ２９は、雨滴量検出装置３０から出力される外界光量信号Ｓ_Ｌおよび各第２光量信号Ｓ_２（後述する）に基づいてヘッドライト用モータ駆動回路２８を制御する。

図１および図２から判るように、雨滴量検出装置３０は、ウィンドシールドＷの室内面Ｗｂの所定の位置に設置されている。なお、雨滴量検出装置３０の設置場所としては特に限定されるものではないが、乗員（特に運転者）の視界の妨げにならない位置が好ましい。このような場所としては、例えばルームミラーの取り付けベース周辺等がある。

図２に示すように、雨滴量検出装置３０は、主に、上ケース３１および下ケース３２と、両ケース３１、３２により収納される回路基板３３と、この回路基板３３に実装されるＭＰＵ３４、発光手段３５および受光手段である撮像素子３６と、図略の種々の素子等とを備えている。

上ケース３１は、例えばポリカーボネート、ポリエステル、アクリル等の樹脂やガラス等の、ウィンドシールドＷを構成するガラスとほぼ同一の屈折率を有する材料を用いて構成されている。当該上ケース３１は、発光側レンズ３１ａ、受光側レンズ３１ｂおよび画像用レンズ３１ｃを備えている。

発光側レンズ３１ａは、発光手段３５からの光束の一部を平行光としてウィンドシールドＷ内に導くように形成されている。

受光側レンズ３１ｂは、発光手段３５からの光がウィンドシールドＷの室外面Ｗａにて反射する反射光を撮像素子３６の第１受光部３８（後述する）に対して収束させるように形成されている。

画像用レンズ３１ｃは、ウィンドシールドＷを透過する外界からの光（透過光）を撮像素子３６の第２受光部３９（後述する）に対して収束させるように形成されている。この透過光は、主に可視光領域の光である。

雨滴量検出装置３０は、上ケース３１にて接着剤４０によりウィンドシールドＷに固定されている。接着剤４０としては、ウィンドシールドＷや上ケース３１の各レンズ３１ａ、３１ｂ、３１ｃとほぼ同一の屈折率を有する材料（例えばシリコンゲル）を適用することができる。

図３に示すように、ＭＰＵ３４は、発光手段３５および撮像素子３６に電気的に接続されており、後述するように、発光手段３５に所定の発光指示信号を出力するとともに、撮像素子３６から入力される各光量信号Ｓ_１，Ｓ_２に基づいて設定される雨滴量信号Ｓ_Ｒおよび外界光量信号Ｓ_Ｌや各第２光量信号Ｓ_２を出力する。

発光手段３５としては、近赤外光を発光するものであれば適用が可能であり、本第１実施形態においては、近赤外発光ダイオード（ＬＥＤ）、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子と、当該素子の発光駆動回路（図示略）から構成される。発光手段３５は、ウィンドシールドＷに向けて発光した近赤外光が室外面Ｗａにて反射して撮像素子３６の第１受光部３８に入射するように配置されている。当該発光手段３５は、ＭＰＵ３４からの発光指示信号が上記発光駆動回路に入力されると、近赤外光を発光側レンズ３１ａを介してウィンドシールドＷに向けて発光するよう構成されている。

図４は、図１の撮像素子３６における受光状態を説明するための説明図である。
図４に示すように、撮像素子３６は、その表面にて面状にＮ×Ｎ個の受光素子、例えば、光電変換素子３６ａを備えており、各光電変換素子３６ａは、図４にて右上方から下方に向けて画素（１，１）〜（１，Ｎ）でｌｉｎｅ１を構成するように配置されるとともに、このように構成される各ｌｉｎｅが図４にて右方から左方に向けて画素（Ｎ，１）〜（Ｎ，Ｎ）でｌｉｎｅＮを構成するまで配置されている。各光電変換素子３６ａは、受光側レンズ３１ｂまたは画像用レンズ３１ｃ等を介して受光した光の光量に応じた電圧を発生する。このように発生する各電圧は、光量信号Ｓ_１や光量信号Ｓ_２としてＭＰＵ３４にそれぞれ入力される。

図２および図４に示すように、各光電変換素子３６ａのうち発光手段３５に近接する一部の上面側は、可視光を遮断し赤外光を透過させるフィルタ３７で覆われている。このフィルタ３７は、例えば、シリコンからなる高屈折率層と二酸化珪素からなる低屈折率層を交互に複数回積層させて構成されている。このようにフィルタ３７で覆われている部位（図４に示す破線領域）により発光手段３５から発光される近赤外域の光を受光するための第１受光部３８が構成されるとともに、フィルタ３７で覆われていない部位（図４に示す二点鎖線領域）により透過光を受光するための第２受光部３９が構成される。

ここで、第１受光部３８および第２受光部３９の役割と、発光手段３５の発光タイミングおよび各光電変換素子３６ａの受光タイミングを図５を用いて説明する。図５は、発光手段３５の発光タイミングと、各光電変換素子３６ａの受光タイミングおよびその受光量とを示すタイミングチャートである。

ＭＰＵ３４では、図５に示すように、所定のピクセルクロック（ｐｃｌｋ）単位で各光電変換素子３６ａからの光量信号Ｓ_１，Ｓ_２の入力タイミングが制御されている。そして、トリガ信号ｖｓｙｎｃが入力されると、例えば、Ｆｒａｍｅ１において画素（１，１）〜の順番で各光電変換素子３６ａからの光量信号Ｓ_１，Ｓ_２がＭＰＵ３４にそれぞれ入力される。また、トリガ信号ｈｓｙｎｃが入力されると、ｌｉｎｅＸにおいて画素（Ｘ，１）〜（Ｘ，Ｎ）（：但しＸはＮ以下の自然数）の順番で各光電変換素子３６ａからの光量信号Ｓ_１または光量信号Ｓ_２がＭＰＵ３４にそれぞれ入力される。

そうすると、第２受光部３９では、画素（１，１）〜（１，Ｎ）〜・・・（Ｎ−２，１）〜（Ｎ−２，Ｎ）の順番で各光電変換素子３６ａからの第２光量信号Ｓ_２がＭＰＵ３４にそれぞれ入力される。ここで、第２受光部３９が各光電変換素子３６ａにて受光したそれぞれの光の光量は、運転者の所定の視界範囲におけるそれぞれの位置での明るさに相当することから、対応する位置の明るさが明るいほど発生する電圧が高くなる（図５にて示すＶout参照）。

ＭＰＵ３４は、各第２光量信号Ｓ_２に対応する値を、それぞれ出力された各光電変換素子３６ａの第２受光部３９での配置位置に応じて重み付けした後、平均化して外界光量信号Ｓ_Ｌを設定する。具体的には、第２受光部３９の中央に位置するほど第２光量信号Ｓ_２に対応する値を大きくし、第２受光部３９の縁部に位置するほど第２光量信号Ｓ_２に対応する値を小さくするように重み付けがなされる。この外界光量信号Ｓ_Ｌは図略の増幅回路により増幅されてワイパ駆動制御装置２０に出力される。また、ＭＰＵ３４は、外界光量信号Ｓ_Ｌおよび各第２光量信号Ｓ_２をヘッドライト制御装置２６に出力する。

このように重み付けした理由を以下に示す。第２受光部３９が各光電変換素子３６ａにて受光するそれぞれの透過光の光量は、上記所定の視界範囲におけるそれぞれの位置での明るさに相当する。具体的には、例えば、第２受光部３９の中央に配置される光電変換素子３６ａにて受光する透過光の光量は、上記所定の視界範囲における視界中央の明るさに相当する。

一般に、運転者にとって上記所定の視界範囲における視界中央での明るさは、視界端部での明るさよりも運転時における影響度が高い。そこで、上記所定の視界範囲において視界中央の明るさを視界端部の明るさよりも重視するために、上述のように第２受光部３９の中央に位置するほど第２光量信号Ｓ_２に対応する値が大きくなるように重み付けがなされている。

また、各第２光量信号Ｓ_２が第２受光部３９からＭＰＵ３４に入力される間、当該ＭＰＵ３４は、発光手段３５から近赤外光が発光されないように当該発光手段３５を制御している（図５にて示すＬＥＤ点灯のＯＦＦ状態参照）。

そして、第１受光部３８では、第２受光部３９での各第１光量信号Ｓ_１がＭＰＵ３４にそれぞれ入力された後、画素（Ｎ−１，１）〜（Ｎ−１，Ｎ）、（Ｎ，１）〜（Ｎ，Ｎ）の順番で各光電変換素子３６ａからの第１光量信号Ｓ_１がＭＰＵ３４にそれぞれ入力される。このとき、ＭＰＵ３４は、各第１光量信号Ｓ_１に対応する値を上述のような重み付けをすることなく平均化して雨滴量信号Ｓ_Ｒを設定する。この雨滴量信号Ｓ_Ｒは図略の増幅回路により増幅されてワイパ駆動制御装置２０に出力される。

なお、第１受光部３８から出力される各第１光量信号Ｓ_１がＭＰＵ３４に入力される間、当該ＭＰＵ３４は、発光手段３５から近赤外光が発光されるように当該発光手段３５を制御している（図５にて示すＬＥＤ点灯のＯＮ状態参照）。

ここで、第１受光部３８によるウィンドシールドＷの室外面Ｗａに付着する雨滴の量の検出方法について以下に説明する。
ウィンドシールドＷの室外面Ｗａに水滴、例えば雨滴Ｒが付着していると、室外面Ｗａにて第１受光部３８側に反射する光の光量が減少する。このように光量が減少した光が第１受光部３８にて受光されると、各光電変換素子３６ａにて発生する電圧が低下する。

この電圧低下を図５を用いて説明すると、Ｆｒａｍｅ１ではウィンドシールドＷの室外面Ｗａに雨滴Ｒが付着していない場合を示しており、基準値Ｖｏに相当する電圧が各光電変換素子３６ａにて均一に発生することとなる。一方、Ｆｒａｍｅ２ではウィンドシールドＷの室外面Ｗａに雨滴Ｒが付着した場合を示しており、雨滴Ｒが付着し光量が減少した位置に対応する光電変換素子３６ａでは基準値Ｖｏ未満の電圧が発生することとなる。

このようにして、第１受光部３８の各光電変換素子３６ａにおける受光量の減少度合から、室外面Ｗａに付着する雨滴Ｒの量（以下、雨滴量ともいう）が検出され得る。本第１実施形態においては、この雨滴量に対応するように上述した雨滴量信号Ｓ_Ｒが設定される。

以上のように構成されるワイパ制御装置１０を作動状態にすると、発光手段３５は、発光側レンズ３１ａを介してウィンドシールドＷの室外面Ｗａに向けて近赤外光を発光する。ここで、室外面Ｗａに雨滴Ｒが付着していると、この付着量に応じて発光手段３５からの近赤外光が散乱し、室外面Ｗａにて反射して受光側レンズ３１ｂに向かう光の光量が減少する。このように光量が減少した近赤外光は、受光側レンズ３１ｂにより収束されて撮像素子３６の第１受光部３８に受光される。

また、ウィンドシールドＷを透過した透過光は、画像用レンズ３１ｃにより収束されて撮像素子３６の第２受光部３９に受光される。

ＭＰＵ３４は、第１受光部３８の各光電変換素子３６ａにて受光した近赤外光の光量に基づき設定された雨滴量信号Ｓ_Ｒと、第２受光部３９の各光電変換素子３６ａにて受光した透過光の光量に基づき設定された外界光量信号Ｓ_Ｌとをワイパ駆動制御装置２０に出力するとともに、外界光量信号Ｓ_Ｌと各第２光量信号Ｓ_２とをヘッドライト制御装置２６に出力する。

ワイパ駆動制御装置２０のＭＰＵ２４は、入力された雨滴量信号Ｓ_Ｒの出力が所定の閾値以下となると、ワイパ２１によりウィンドシールドＷの室外面Ｗａを所定の速度で払拭するようにワイパ用モータ駆動回路２３を制御する。そして、ＭＰＵ２４は、入力された外界光量信号Ｓ_Ｌの出力が増加するほど上記所定の速度を増加させるようにワイパ用モータ駆動回路２３を制御する。

これにより、ワイパ駆動制御装置２０は、雨滴量の増加に応じてワイパ２１を駆動するとともに、外界の明るさに応じてワイパ２１の払拭速度を調整する。なお、ＭＰＵ２４は、雨滴量信号Ｓ_Ｒの出力が減少するほど上記所定の速度を増加させるようにワイパ用モータ駆動回路２３を制御してもよい。

また、上述した外界光量信号Ｓ_Ｌや第２受光部３９の各光電変換素子３６ａからの第２光量信号Ｓ_２がヘッドライト制御装置２６のＭＰＵ２９に入力されると、ＭＰＵ２９は、外界光量信号Ｓ_Ｌや各第２光量信号Ｓ_２に応じて、例えば、透過光の光量が少ない方向にヘッドライトの照射方向を変更するようにヘッドライト用モータ駆動回路２８を制御する。これにより、ヘッドライト制御装置２６は、外界の明るさに応じてヘッドライトの照射方向を変更する。なお、ヘッドライト制御装置２６は、外界光量信号Ｓ_Ｌのみに基づいてヘッドライトの照射方向を変更してもよいし、各第２光量信号Ｓ_２のみに基づいてヘッドライトの照射方向を変更してもよい。

このように本第１実施形態に係る雨滴量検出装置３０では、撮像素子３６は、可視光を遮断し赤外光を透過させるフィルタ３７で覆われた第１受光部３８を構成する各光電変換素子３６ａにて、ウィンドシールドＷの室内面Ｗｂにて反射した発光手段３５からの近赤外光を受光しこの光の光量に基づいて各第１光量信号Ｓ_１をＭＰＵ３４に出力する。また、撮像素子３６は、その第２受光部３９を構成する各光電変換素子３６ａにて、ウィンドシールドＷを透過する透過光を受光しこの透過光の光量に基づいて各第２光量信号Ｓ_２をＭＰＵ３４に出力する。

ここで、第１受光部３８では可視光を遮断し赤外光を透過させるように構成されているので、主に可視光領域の光である透過光に影響されることなく、発光手段３５からの光を受光することができる。

また、発光手段３５は、ウィンドシールドＷに向けて発光した近赤外光が室外面Ｗａにて反射して撮像素子３６の第１受光部３８に入射するように配置されている。そして、ＭＰＵ３４は、撮像素子３６の第１受光部３８から出力される各第１光量信号Ｓ_１に応じて雨滴量を表す信号である雨滴量信号Ｓ_Ｒを出力するとともに、撮像素子３６の第２受光部３９から出力される各第２光量信号Ｓ_２に応じて外界の明るさを表す信号である外界光量信号Ｓ_Ｌを出力する。

このように、一つの撮像素子３６で上記両受光部３８、３９を構成することにより、雨滴量を表す雨滴量信号Ｓ_Ｒと、外界の明るさを表す外界光量信号Ｓ_Ｌとの双方を出力できるので、雨滴量を検出してこの雨滴量に対応する信号を出力する部材と外界の明るさを検出してこの外界の明るさに対応する信号を出力する部材とを別途設ける場合と比べて、当該雨滴量検出装置３０における部品点数の削減や小型化に貢献することができる。

さらに、このように雨滴量検出装置３０から出力される雨滴量信号Ｓ_Ｒおよび外界光量信号Ｓ_Ｌを、ワイパ制御装置１０のワイパ駆動制御装置２０に入力して、雨滴量信号Ｓ_Ｒおよび外界光量信号Ｓ_Ｌに応じてワイパ２１を駆動させることができる。この場合、雨滴量を表す雨滴量信号Ｓ_Ｒだけでなく、外界の明るさを表す外界光量信号Ｓ_Ｌをも考慮して、例えば、外界の明るさが明るいほどワイパ２１の払拭頻度を増加させるようにワイパ２１を駆動することにより、運転者の感覚に合致した視界支援を実施することができる。
したがって、ワイパ制御装置１０に好適な雨滴量検出装置３０を提供することができる。

さらに、このように雨滴量検出装置３０から出力される外界光量信号Ｓ_Ｌおよび各第２光量信号Ｓ_２を、ヘッドライト制御装置２６に入力して、外界光量信号Ｓ_Ｌおよび各第２光量信号Ｓ_２に応じヘッドライトの照射方向を変更させることができる。この場合、外界の明るさを表す外界光量信号Ｓ_Ｌおよび各第２光量信号Ｓ_２を考慮して、例えば、透過光の光量が少ない方向にヘッドライトの照射方向を変更するようにヘッドライト用モータ駆動回路２８を制御することにより、運転者の感覚に合致した視界支援を実施することができる。
したがって、ヘッドライト制御装置２６に好適な雨滴量検出装置３０を提供することができる。

また、本第１実施形態に係る雨滴量検出装置３０では、撮像素子３６は、面状に複数の光電変換素子３６ａを配置して備えており、当該撮像素子３６は、これら複数の光電変換素子３６ａの一部が可視光の透過を遮断するフィルタ３７で覆われて第１受光部３８を構成し、上記複数の光電変換素子３６ａの残部が第２受光部３９を構成する。

このため、第１受光部３８を覆うフィルタ３７により主に可視光領域の光である透過光が遮断されるので、第１受光部３８では、透過光に影響されることなく発光手段３５からの光が受光されることとなる。これにより、発光手段３５からの光を受光するための第１受光部３８と透過光を受光するための第２受光部３９とを、別の受光特性を有する光電変換素子によりそれぞれ設けるように構成することなく、複数の同一の光電変換素子３６ａで構成することができる。

さらに、本第１実施形態に係る雨滴量検出装置３０では、ＭＰＵ３４は、各光電変換素子３６ａのうち第２受光部３９を構成する光電変換素子３６ａの配置位置に応じた重み付けした外界光量信号Ｓ_Ｌを出力する。

これにより、ＭＰＵ３４は、上記各第２光量信号Ｓ_２の出力をそれぞれ出力した各光電変換素子３６ａの第２受光部３９での配置位置に応じた重み付け、例えば、上述した所定の視界範囲において視界中央の明るさが視界端部の明るさよりも重視されるように重み付けした外界光量信号Ｓ_Ｌを出力することができる。
したがって、運転者の視界支援を行う際に雨滴量信号Ｓ_Ｒだけでなく運転者の感覚により合致した外界光量信号Ｓ_Ｌを検出して出力することができる。

さらに、本第１実施形態に係る雨滴量検出装置３０では、ＭＰＵ３４は、第１受光部３８から各第１光量信号Ｓ_１を入力するときに発光手段３５を発光させ第２受光部３９から各第２光量信号Ｓ_２を入力するとき発光手段３５を発光させないように当該発光手段３５を制御する。

これにより、ＭＰＵ３４は、第２受光部３９から各第２光量信号Ｓ_２を入力するとき発光手段３５の発光を停止させるので、各第２光量信号Ｓ_２に対し発光手段３５からの光による影響をなくすことができ、外界の明るさを表す外界光量信号Ｓ_Ｌの精度が向上し得る。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る雨滴量検出装置を備えるワイパ制御装置について図６および図７を参照して説明する。図６は、本発明の第２実施形態に係る雨滴量検出装置５０の要部を示す説明図である。図７は、図６の撮像素子５１における受光状態を説明するための説明図である。

図６に示すように、本第２実施形態に係る雨滴量検出装置５０は、上記第１実施形態にて述べた撮像素子３６に代えて、撮像素子５１を採用している点が、上記第１実施形態に係る雨滴量検出装置３０と異なる。したがって、第１実施形態の雨滴量検出装置３０と実質的に同一の構成部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。

図７に示すように、撮像素子５１は、フィルタ３７で覆われた複数の光電変換素子３６ａを廃止して、単一の光電変換素子、例えば、フォトダイオード５１ａを設け、このフォトダイオード５１ａをフィルタ３７で覆うことにより第１受光部３８が構成される。撮像素子５１は、その第１受光部３８にて、受光側レンズ３１ｂにて収束された近赤外光を受光しこの近赤外光の光量に基づいた雨滴量信号Ｓ_Ｒを出力する。なお、第２受光部３９は、上記第１実施形態と同様に、複数の光電変換素子３６ａにより構成される。

このように、本第２実施形態に係る雨滴量検出装置５０では、撮像素子５１は、発光手段３５からの光を受光する単一の光電変換素子であるフォトダイオード５１ａをフィルタ３７で覆い第１受光部３８が構成されるとともに、複数の光電変換素子により第２受光部３９が構成されても、上記第１実施形態と同様に、雨滴量信号Ｓ_Ｒおよび外界光量信号Ｓ_Ｌを出力でき、上記第１実施形態と同等の作用・効果が得られる。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係る雨滴量検出装置を備えるワイパ制御装置について図８を参照して説明する。図８は、本発明の第３実施形態に係る雨滴量検出装置６０の要部を示す説明図である。

本第３実施形態に係る雨滴量検出装置６０では、図８に示すように、上記第１実施形態の撮像素子３６を、その第２受光部３９が第１受光部３８よりも発光手段３５に近接させるように回路基板３３上に配置されるとともに、上ケース３１に代えて上ケース６１を採用している点が、上記第１実施形態に係る雨滴量検出装置３０と異なる。したがって、第１実施形態の雨滴量検出装置３０と実質的に同一の構成部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。

撮像素子３６は、上述したように、その第２受光部３９が第１受光部３８よりも発光手段３５に近接しているので、上ケース６１は、上記上ケース３１と異なり、上述した画像用レンズ３１ｃが発光側レンズ３１ａと受光側レンズ３１ｂとの間に位置するように形成されている（図８参照）。

発光手段３５からの光は、ウィンドシールドＷの室外面Ｗａにて反射して撮像素子３６の第１受光部３８に受光されるので、反射率の観点から発光手段３５と第１受光部３８とを所定の距離だけ離間させる必要がある。そこで、上述のように、第２受光部３９を第１受光部３８よりも発光手段３５に近接させるように撮像素子３６を回路基板３３上に配置するとともに、上ケース６１を、その画像用レンズ３１ｃによりウィンドシールドＷを透過する透過光が収束して第２受光部３９に受光されるように形成する。

これにより、発光手段３５と第１受光部３８とを上記所定の距離だけ離間させつつ、発光手段３５と撮像素子３６とを近接させることができる。その結果、このように発光手段３５と撮像素子３６とを近接させて生じた内部スペースを有効に活用することにより、本第３実施形態においては、雨滴量検出装置のさらなる小型化を図ることができる。

［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態に係る雨滴量検出装置を備えるワイパ制御装置について図９を参照して説明する。図９は、本発明の第４実施形態に係る雨滴量検出装置７０の要部を示す説明図である。

本第４実施形態に係る雨滴量検出装置７０は、上記第３実施形態における受光側レンズ３１ｂに代えて、受光側レンズ３１ｄを採用している点が、上記第３実施形態に係る雨滴量検出装置６０と異なる。したがって、第３実施形態の雨滴量検出装置６０と実質的に同一の構成部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。

図９に示すように、受光側レンズ３１ｄは、上記受光側レンズ３１ｂと異なり、ウィンドシールドＷの室外面Ｗａにて反射された反射光を発光手段３５側へ偏光させるとともに第１受光部３８に対し収束させるように形成されている。

このため、発光手段３５からの光は、ウィンドシールドＷの室外面Ｗａにて反射した後、受光側レンズ３１ｄにて発光手段３５側へ偏光して、撮像素子３６の第１受光部３８に受光される。これにより、ウィンドシールドＷの室外面Ｗａにて反射した発光手段３５からの光を発光手段３５側へ偏光させることなく収束させるレンズを採用する場合に比べて、発光手段３５と第１受光部３８、すなわち、発光手段３５と撮像素子３６とを近接させることができる。その結果、このように発光手段３５と撮像素子３６とを近接させて生じた内部スペースを有効に活用することにより、本第４実施形態においては、雨滴量検出装置のさらなる小型化を図ることができる。
［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態に係る雨滴量検出装置を備えるワイパ制御装置について図１０を参照して説明する。図１０は、本発明の第５実施形態に係る雨滴量検出装置８０の要部を示す説明図である。

本第５実施形態に係る雨滴量検出装置８０は、上記第３実施形態における上ケース６１に代えて、上ケース８１を採用している点が、上記第３実施形態に係る雨滴量検出装置６０と異なる。したがって、第３実施形態の雨滴量検出装置６０と実質的に同一の構成部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。

上ケース８１は、上記上ケース６１と異なり、受光側レンズ３１ｂおよび画像用レンズ３１ｃを廃止するとともに、受光側レンズ３１ｂおよび画像用レンズ３１ｃの機能を兼備する受光兼画像用レンズ３１ｅを備えている。すなわち、図１０に示すように、受光兼画像用レンズ３１ｅは、ウィンドシールドＷの室外面Ｗａにおける反射光を第１受光部３８に対して収束させる収束機能と、ウィンドシールドＷを透過する透過光を第２受光部３９に対して収束させる収束機能とを兼備するように形成されている。

このように受光兼画像用レンズ３１ｅを受光側レンズ３１ｂおよび画像用レンズ３１ｃの両収束機能を兼備可能に形成し得る理由は以下による。すなわち、上記第３実施形態にて述べたように、撮像素子３６を、その第２受光部３９が第１受光部３８よりも発光手段３５に近接させるように回路基板３３上に配置させると、画像用レンズ３１ｃが発光側レンズ３１ａと受光側レンズ３１ｂとの間に位置することとなる。このとき、ウィンドシールドＷの室外面Ｗａでの反射光とウィンドシールドＷを透過する透過光とが発光手段３５側にて近接することとなる。そこで、受光側レンズ３１ｂおよび画像用レンズ３１ｃの両収束機能を一つの収光光学系である受光兼画像用レンズ３１ｅに兼備させることにより、本第５実施形態においては、さらなる部品点数の削減を図ることができる。

なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、以下のように具体化してもよく、その場合でも、上記各実施形態と同等の作用・効果が得られる。
（１）発光手段３５は、近赤外光を発光することに限らず、近赤外域の波長よりも長い波長の光を発光してもよい。このとき、撮像素子３６の第１受光部３８は、この発光手段３５から発光される光を受光し得るように構成される。

（２）ＭＰＵ３４は、第２受光部３９の中央に位置するほど第２光量信号Ｓ_２に対応する値を大きくし第２受光部３９の縁部に位置するほど第２光量信号Ｓ_２に対応する値を小さくするように重み付けをして外界光量信号Ｓ_Ｌを設定することに限らず、例えば、運転者にとって重視すべき視界部分での第２光量信号Ｓ_２に対応する値を大きくするように重み付けをして外界光量信号Ｓ_Ｌを設定してもよい。

（３）上記第２実施形態において、撮像素子５１は、複数の光電変換素子３６ａにより第２受光部３９が構成されることに限らず、単一の光電変換素子、例えば、フォトダイオードによって第２受光部３９が構成されてもよい。このとき、第２受光部３９からＭＰＵ３４に入力される第２光量信号Ｓ_２は単一であり、この単一の第２光量信号Ｓ_２が外界光量信号Ｓ_Ｌに対応することとなるので、上述した第２受光部３９での配置位置に応じた重み付けを行うことなく外界光量信号Ｓ_Ｌが設定されることとなる。

（４）上記各実施形態における撮像素子は、複数の光電変換素子を有するように構成されることに限らず、複数の光電変換素子に代えて複数のＣＭＯＳセンサ等の受光素子を有するように構成されてもよい。

（５）上記各実施形態における撮像素子は、複数の光電変換素子３６ａを利用して第１受光部３８および第２受光部３９を構成することに限らず、波長の長い光ほど深い位置までシリコンに吸収されることを利用して、当該撮像素子に別光感度部を設けるようにしてもよい。具体的には、撮像素子を構成するシリコンの浅い部分を利用して波長の短い光を受光する部位である第２受光部３９を構成するとともに、当該シリコンの深い部分を利用して波長の長い光を受光する部位である第１受光部３８を構成する。

本発明の第１実施形態に係る雨滴量検出装置を備えるワイパ制御装置の概略構成を示す説明図である。 雨滴量検出装置の詳細断面図である。 雨滴量検出装置における制御概要を示す制御ブロック図である。 図１の撮像素子における受光状態を説明するための説明図である。 発光手段の発光タイミングと、各光電変換素子の受光タイミングおよびその受光量を示すタイミングチャートである。 本発明の第２実施形態に係る雨滴量検出装置の要部を示す説明図である。 図６の撮像素子における受光状態を説明するための説明図である。 本発明の第３実施形態に係る雨滴量検出装置の要部を示す説明図である。 本発明の第４実施形態に係る雨滴量検出装置の要部を示す説明図である。 本発明の第５実施形態に係る雨滴量検出装置の要部を示す説明図である。

符号の説明

１０…ワイパ制御装置
２０…ワイパ駆動制御装置
２１…ワイパ
２２…ワイパ用モータ
２３…ワイパ用モータ駆動回路
２４…ＭＰＵ
２６…ヘッドライト制御装置
２７…ヘッドライト用モータ
２８…ヘッドライト用モータ駆動回路
２９…ＭＰＵ
３０、５０、６０、７０、８０…雨滴量検出装置
３１、６１、８１…上ケース
３１ａ…発光側レンズ
３１ｂ、３１ｄ…受光側レンズ（収光光学系、第１の収光光学系）
３１ｃ…画像用レンズ（第２の収光光学系）
３１ｅ…受光兼画像用レンズ（収光光学系）
３４…ＭＰＵ（出力制御手段）
３５…発光手段
３６、５１…撮像素子（受光手段）
３６ａ…光電変換素子（受光素子）
３７…フィルタ
３８…第１受光部
３９…第２受光部
Ｓ_１…第１光量信号（第１の信号）
Ｓ_２…第２光量信号（第２の信号）
Ｓ_Ｒ…雨滴量信号
Ｓ_Ｌ…外界光量信号
Ｒ…雨滴（水滴）
Ｗ…ウィンドシールド（透明板）
Ｗａ…室外面（他方の側面）
Ｗｂ…室内面（一方の側面）

Claims (10)

1. 透明板の一方の側面側に設けられ、その透明板の他方の側面に存在する水滴を検出する雨滴量検出装置であって、
   近赤外域の光または近赤外域の波長よりも長い波長の光を受光しこの光の光量に基づいた第１の信号を出力する第１の受光部と前記透明板を透過して外界から入射する光を受光しこの光の光量に基づいた第２の信号を出力する第２の受光部とを一体に有する受光手段と、
   前記透明板に向けて発光した近赤外域の光または近赤外域の波長よりも長い波長の光が前記他方の側面にて反射して前記第１の受光部に入射可能な発光手段と、
   前記他方の側面に存在する水滴により前記発光手段から前記透明板に入射する光が散乱して当該他方の側面にて反射した反射光の光量が減少し前記第１の受光部から入力される前記第１の信号の出力が減少することから当該第１の信号に基づいて前記他方の側面に存在する水滴量を表す雨滴量信号を出力し、前記第２の受光部から入力される前記第２の信号に基づいて前記透明板を透過して外界から入射する光の光量を表す外界光量信号を出力する出力制御手段と、
   を備えることを特徴とする雨滴量検出装置。
2. 前記受光手段は、面状に複数の受光素子を配置して備えており、前記複数の受光素子の一部が可視光の透過を遮断するフィルタで覆われて前記第１の受光部を構成し、前記複数の受光素子の残部が前記第２の受光部を構成することを特徴とする請求項１記載の雨滴量検出装置。
3. 前記出力制御手段は、前記複数の受光素子のうち前記第２の受光部を構成する前記受光素子の配置位置に応じた重み付けした前記外界光量信号を出力することを特徴とする請求項２記載の雨滴量検出装置。
4. 前記受光手段は、前記発光手段からの光を受光する単一の受光素子を可視光の透過を遮断するフィルタで覆い前記第１の受光部が構成されるとともに、複数の受光素子により前記第２の受光部が構成されることを特徴とする請求項１記載の雨滴量検出装置。
5. 前記出力制御手段は、前記第１の受光部から前記第１の信号を入力するとき前記発光手段を発光させ前記第２の受光部から前記第２の信号を入力するとき前記発光手段を発光させないように当該発光手段を制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の雨滴量検出装置。
6. 前記受光手段は、前記第２の受光部を前記第１の受光部よりも前記発光手段に近接させるように配置されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の雨滴量検出装置。
7. 前記透明板の他方の側面にて反射した前記発光手段からの光を前記発光手段側へ偏光させて前記第１の受光部に対し収束させる収光光学系を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の雨滴量検出装置。
8. 前記透明板の他方の側面にて反射した前記発光手段からの光を前記第１の受光部に対して収束させる第１の収光光学系と、前記透明板を透過する外界からの光を前記第２の受光部に対して収束させる第２の収光光学系と、を兼備する収光光学系を備えることを特徴とする請求項６記載の雨滴量検出装置。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の雨滴量検出装置と、
   前記雨滴量検出装置から出力される前記雨滴量信号および前記外界光量信号に応じて前記透明板の他方の側面を払拭するワイパを駆動するワイパ駆動制御手段と、を備えるワイパ制御装置。
10. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の雨滴量検出装置と、
    前記雨滴量検出装置から出力される前記外界光量信号に応じてヘッドライトの照射方向を制御するヘッドライト駆動制御手段と、を備えるヘッドライト制御装置。

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