JP2010054370A - レインセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子とレンズとの厳密な位置決めを必要とせず、かつ検出性能を向上させることができるレインセンサを提供する
【解決手段】ウインドシールドガラスＧに向けて光を照射する発光素子１３と、ウインドシールドガラスＧで反射された光を受光する受光素子１４と、発光素子１３とウインドシールドガラスＧとの間に設けられて、発光素子１３から照射された光を平行光にする凸レンズ１８と、を備えるレインセンサ１０において、発光素子１３と凸レンズ１８との間に集光プリズム２０を介在させて、発光素子１３から集光プリズム２０に入射した光の出射面を、凸レンズ１８の焦点位置に設けて、発光素子１３から照射された拡散光を集光プリズム２０で集光したのち、凸レンズ１８の焦点位置から、凸レンズ１８に照射させるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、レインセンサに関する。

車両のウインドシールドガラスに付着した雨滴に応じた出力をするレインセンサとして、例えば特許文献１に開示されたものがある。
特開２００１−６６２４６号公報

特許文献１に開示された従来例にかかるレインセンサは、ウインドシールドガラスに向けて光を照射する発光素子と、ウインドシールドガラスで反射された光を受光する受光素子とを備え、受光素子の受光量に基づいて雨滴の量を検出して降雨の判定を行う。

図５は、従来例にかかるレインセンサにおける発光素子とレンズとの位置関係を模式的に示した図である。
特許文献１に開示されたような従来例にかかるレインセンサでは、発光素子１００から照射された拡散光１０３は、レンズ（凸レンズ）１０１により平行光１０４とされたのちに、図示しないウインドシールドガラスに照射される。

ここで、ウインドシールドガラスで反射した光を受光素子で確実に受光できるようにするためには、図５の（ａ）に示すように、発光素子１００が、レンズ１０１の焦点位置Ｆからレンズ１０１に向けて光を照射して、発光素子１００からの拡散光１０３が、レンズ１０１により、所定の光路Ｌに沿う平行光１０４となるようにする必要がある。
これは、図５の（ｂ）に示すように、発光素子１００の光を照射する位置が、レンズ１０１の焦点位置Ｆから外れると、拡散光１０３Ａのレンズ１０１への入射角が変化して、レンズ１０１を通過した光１０４Ａが光路Ｌに沿う平行光とならないので、受光素子に到達すべき光が受光素子で受光できなくなり、レインセンサの検出性能が低下してしまうからである。

そのため、従来のレインセンサでは、製造時に発光素子とレンズとの位置決めを厳密に行う必要があり、低コスト化のために平面実装タイプの発光素子を採用したレインセンサの場合には、位置決めが非常に難しくなるという問題があった。

本発明は、発光素子とレンズとの厳密な位置決めを必要とせず、かつ検出性能を向上させることができるレインセンサを提供すること目的とする。

本発明は、ウインドシールドガラスに向けて光を照射する発光素子と、ウインドシールドガラスで反射された光を受光する受光素子と、発光素子とウインドシールドガラスとの間に設けられて、発光素子から照射された光を平行光にするレンズと、を備えるレインセンサにおいて、発光素子とレンズとの間に集光プリズムを介在させて、発光素子から集光プリズムに入射した光の出射位置を、レンズの焦点位置に設けた構成とした。

本発明によれば、発光素子から照射されて集光プリズムに入射した光は、レンズの焦点位置からレンズに向けて照射される。よって、発光素子は、照射した光が集光プリズムに入射可能な位置に設けられていれば良く、製造時に発光素子とレンズとの位置決めを厳密に行う必要がない。
また、集光プリズムに入射した光は、レンズの焦点位置からレンズに向けて出射されて平行光とされるので、従来の装置のような発光素子の位置ズレに起因する光軸の傾きが生じない。よって、製造されたレインセンサ毎の出力特性のバラツキが低減される。

以下、本発明の実施例を説明する。
図１は、実施例にかかるレインセンサの構成を説明する図であり、レインセンサ１０が取り付けられたウインドシールドガラスＧを断面方向から見た図である。
図２は、レインセンサ１０の導入部１６側の要部を拡大して模式的に示した図である。

レインセンサ１０は、ウインドシールドガラスＧの車室側の面に、図示しない接着剤や接着シートなど用いて固定されている。
レインセンサ１０の箱型の本体ケース１１内には、ウインドシールドガラスＧに対して平行にプリント基板１２が設けられており、プリント基板１２のウインドシールドガラスＧ側の上面には、発光素子１３と受光素子１４とが配置されている。

発光素子１３は、例えばＬＥＤからなり、ウインドシールドガラスＧ側の上方に向けて光（拡散光）３０を照射する。発光素子１３は、照射した拡散光３０の少なくとも一部が、集光プリズム２０の底面２０ａに入射可能な位置に設けられている。

受光素子１４は、発光素子１３から照射された光のうち、ウインドシールドガラスＧの検知領域Ｔで反射された光を受光し、受光した光の量（受光量）に比例する電流値を与える。検知領域Ｔは、所定面積を有しており、ウインドシールドガラスＧのワイパー払拭領域内に位置している。

ここで、検知領域Ｔに水滴などが付着していると、発光素子１３から検知領域Ｔに照射された光は水滴により拡散される。そのため、受光素子１４に到達する光の量が、検知領域Ｔに付着した水滴に応じて変化し、受光素子１４の出力値（電流値）が受光量に応じて変化する。
よって、レインセンサ１０では、図示しない判定部が、受光素子１４の出力値の変動に基づいて検知領域Ｔに付着した水滴の量を求めて、降雨の判定を行うようになっている。

本体ケース１１の底壁１１ａには、プリズム１５のウインドシールドガラスＧ側の取付面１５ａを露出させる開口１１ｂが設けられている。
プリズム１５の取付面１５ａは、底壁１１ａの開口１１ｂ内で、ウインドシールドガラスＧの車室側の面に、図示しない光透過性の接着剤や接着シートなどを用いて固定されている。

プリズム１５は、発光素子１３および受光素子１４と、ウインドシールドガラスＧとの間に介在しており、発光素子１３から照射された光を、ウインドシールドガラスＧの検知領域Ｔに導く導入部１６と、検知領域Ｔで反射した光を受光素子１４側に導く導出部１７とを備える。

以下、プリズム１５を詳細に説明する。
導出部１７は、ウインドシールドガラスＧの検知領域Ｔから受光素子１４に向かう光路Ｙに沿って設けられており、プリント基板１２側の端部には半円球形状の凸レンズ２２が設けられている。凸レンズ２２は、導出部１７と同じ材料で構成され、導出部１７と一体に形成されている。
凸レンズ２２の焦点位置には受光素子１４が位置しており、ウインドシールドガラスＧで反射されて導出部１７内をプリント基板１２側に向けて通過した光（平行光）が、凸レンズ２２により集光されて、受光素子１４で受光されるようになっている。

図２に示すように、導入部１６は、発光素子１３側から検知領域Ｔに向かう光の光路Ｘに沿って設けられている。この導入部１６のプリント基板１２側の端部には、半円球形状の凸レンズ１８が設けられている。凸レンズ１８は、導入部１６と同じ材料で構成され、導入部１６と一体に形成されている。
発光素子１３側から凸レンズ１８に入射した拡散光３１は、凸レンズ１８により、光路Ｘに沿う平行光３２とされたのち、導入部１６内を通って検知領域Ｔに照射されるようになっている。

導入部１６には、凸レンズ１８の周縁から、光路Ｘに沿ってプリント基板１２側に突出して筒形状のホルダ１９が形成されている。ホルダ１９は、導入部１６と同じ材料で構成され、導入部１６と一体に形成されている。
ホルダ１９のプリント基板１２側の端部１９ａには、ホルダ１９内に挿入された集光プリズム２０のフランジ部２０ｄが当接している。

集光プリズム２０は、透明なガラスや樹脂などから形成されており、図３の（ａ）に示すように、円錐形状を有している。
図３の（ｂ）に示すように、集光プリズム２０の底面２０ａは、発光素子１３から照射された拡散光が入射する入射面とされている。
集光プリズム２０の頂点側は、底面２０ａに対して平行に切り落とされて、微少面積の平坦面２０ｂが形成されており、集光プリズム２０は、裁頭円錐形状を成している。
集光プリズム２０の平坦面２０ｂは、集光プリズム２０に入射した光の出射面とされている。

集光プリズム２０の外周面２０ｃには、例えばアルミや銀などの金属材料からなる反射膜２１が、従来公知の金属蒸着法などにより、全周に亘って設けられている。
反射膜２１の集光プリズム２０側の内面は、反射鏡として機能し、底面２０ａから集光プリズム２０に入射した光が、反射膜２１で反射を繰り返しながら集光プリズム２０の内部を進み、例えば図中符号３３で示すような経路を経たのちに、平坦面２０ｂから出射されるようになっている。

集光プリズム２０の底面２０ａの外周には、径方向外側に延出するフランジ部２０ｄが、周方向の全周に亘って設けられている。
図２に示すように、このフランジ部２０ｄの延出長さＬは、ホルダ１９の厚みＤと同じであり、フランジ部２０ｄは、ホルダ１９のプリント基板１２側の端部１９ａに接着固定されている。

ここで、集光プリズム２０の底面２０ａのフランジ部２０ｄを除いた直径Ｒは、ホルダ１９内の空間１９ｂの内径と同じであり、集光プリズム２０は、発光素子１３と凸レンズ１８との間において、平坦面２０ｂを凸レンズ１８に向けると共に、底面２０ａをプリント基板１２に向けた状態で、ホルダ１９に内嵌して固定されている。

ここで、ホルダ１９に内嵌された集光プリズム２０は、当該集光プリズム２０の頂点と底面２０ａの中心を通る仮想線が、検知領域Ｔに向けて照射される光の光路Ｘと一致するように設けられており、集光プリズム２０に入射した光の出射面となる平坦面２０ｂが、光路Ｘ上に配置されるようになっている。
また、集光プリズム２０の高さＨは、集光プリズム２０をホルダ１９に挿入支持させた際に、平坦面２０ｂが、凸レンズ１８の焦点位置Ｆに配置される高さに設定されており、集光プリズム２０に入射した光が、凸レンズ１８の焦点位置Ｆから、凸レンズ１８に向けて照射されるようになっている。

かかる構成のレインセンサ１０では、発光素子１３から照射された拡散光３０のうち、集光プリズム２０に入射した光３３は、反射膜２１で反射を繰り返しながら集光プリズム２０の内部を進みつつ集光されたのち、凸レンズ１８の焦点位置Ｆにある平坦面２０ｂから、凸レンズ１８に向けて照射される。
よって、凸レンズ１８に入射した光は、凸レンズ１８により所定の光路Ｘに沿う平行光とされたのちに、ウインドシールドガラスＧの検知領域Ｔに照射される。

以上の通り、本実施例では、ウインドシールドガラスＧに向けて光を照射する発光素子１３と、ウインドシールドガラスＧで反射された光を受光する受光素子１４と、発光素子１３とウインドシールドガラスＧとの間に設けられて、発光素子１３から照射された光を平行光にする凸レンズ１８と、を備えるレインセンサ１０において、発光素子１３と凸レンズ１８との間に集光プリズム２０を介在させて、発光素子１３から集光プリズム２０に入射した光の出射面となる平坦面２０ｂを、凸レンズ１８の焦点位置Ｆに設けた構成とした。
これにより、発光素子１３から照射された光は、凸レンズ１８の焦点位置Ｆに光の出射位置がある集光プリズム２０から、凸レンズ１８に向けて照射される。よって、発光素子１３は、照射した光が集光プリズム２０に入射可能な位置に設けられていれば良く、製造時に発光素子１３と凸レンズ１８との位置決めを厳密に行う必要がない。これにより、製造工程が簡略化されるので、製造コストの低減が可能となる。
また、発光素子１３の設置位置の自由度が高くなるので、プリント基板１２の設計上の自由度もまた高くなる。
さらに、集光プリズム２０に入射した光は、凸レンズ１８の焦点位置Ｆから、凸レンズ１８に向けて照射されて、凸レンズ１８により平行光とされる。
よって、検知領域Ｔで反射した光が、受光素子１４で確実に受光されるようになるので、従来例にかかる装置のように、発光素子の位置ズレに起因する光軸の傾きが生じない。また、製造時のメカ的な寸法変動による光軸のブレが低減できる。
これにより、製造されたレインセンサ毎の出力特性のバラツキが低減されて、出力の安定性が良くなるので、レインセンサ１０の誤作動要因が低減する。

また、集光プリズム２０は、円錐形状を有しており、底面２０ａを発光素子１３が照射した光の入射面とし、頂点側を底面２０ａに対して平行に切り落として形成した平坦面２０ｂを、集光プリズム２０に入射した光の出射面とし、集光プリズム２０の円錐面には、全周に亘って反射膜２１が設けられている構成とした。
円錐形状の集光プリズム２０の底面２０ａを入射面としたので、入射面を広く取ることができる。これにより、発光素子１３から照射された拡散光のより多くを、検知領域Ｔに照射して雨滴の検出に用いることができる。よって、受光素子１４での受光量が増加して、受光素子１４の出力信号の強度が増加するので、レインセンサ１０の検出性能が向上する。
さらに、集光プリズム２０の円錐面には、全周に亘って反射膜２１が設けられているので、入射面となる底面２０ａから集光プリズム２０に入射した光は、反射膜２１で反射を繰り返しながら集光プリズム２０内を進んで出射面となる平坦面２０ｂに集光されたのちに、凸レンズ１８に向けて照射される。
よって、受光素子１４での受光量が増加し、受光素子１４の出力信号の強度が増加するので、レインセンサ１０検出性能が向上する。
また、平坦面２０ｂは、凸レンズ１８の焦点位置Ｆにあるので、発光素子１３の位置ズレの影響を受けずに、理想的な平行光が得られて、検知領域Ｔに照射されるようになる。

さらに、凸レンズ１８の周縁から発光素子１３側に突出する筒形状のホルダ１９をさらに備え、円錐形状の集光プリズム２０は、ホルダ１９で支持されている構成とした。
集光プリズム２０のフランジ部２０ｄの基端部を、筒形状のホルダ１９に内嵌させて設けると、集光プリズム２０の頂点側にある平坦面２０ｂは、断面視におけるホルダ１９内の空間１９ｂの中央に位置決めされる。よって、集光プリズム２０の高さＨを設定するだけで、平坦面２０ｂを、凸レンズ１８の焦点位置Ｆに位置精度良く配置できるようになる。

前記実施例では、円錐の頂点側を底面２０ａに対して平行に切り落として平坦面２０ｂを形成した集光プリズム２０を採用し、頂点側の平坦面２０ｂを、集光プリズム２０に入射した光の照射面としたが、円錐の頂点側を切り落とさずに、頂点およびその近傍のごく僅かな部分にのみ反射膜を設けないようにして、反射膜が設けられていない部分（頂点）から、凸レンズ１８に光が照射されるようにしても良い。この場合もまた前記実施例の場合と同様の効果が奏されることになる。また、平坦面２０ｂを形成する工程を省略できるので、製造コストの低減に寄与できるようになる。

また、発光素子１３から照射された光の受光面となる集光プリズム２０の底面２０ａが平坦である場合を例示したが、底面２０ａを、プリント基板１２側に突出する半円球形状の凸レンズ１８のような形状としても良い。この場合、発光素子１３から照射された拡散光のうち、凸レンズ形状の底面に入射した光の光路が調整されるので、光が集光プリズム２０の平坦面２０ｂ側に容易に導かれやすくなる。

さらに、前記実施例では、集光プリズム２０が、頂点側を底面２０ａに対して水平に切り落とされた裁頭円錐形状である場合を例示したが、頂点側に出射面となる平坦面が形成されており、底部から入射した光が平坦面に向けて集光される形状であれば、多角錐のような様々な錐体形状を採用できる。

また、前記実施例では、筒形状のホルダ１９と凸レンズ１８とが、集光プリズム２０の導入部１６と一体に形成されている場合を例示したが、これらは別体に形成されていても良い。

さらに、前記実施例では、発光素子１３が、所定の光路Ｘ上に設けられている場合を例示した。ここで、発光素子１３は、照射した光が集光プリズム２０に入射可能な位置に設けられていれば良いので、例えば図４において符号１３’で示すように、照射した拡散光のより多くが集光プリズム２０に入射するように、光路Ｘから凸レンズ１８側にオフセットさせた位置に設けるようにしても良い。
この場合、より多くの照射光が集光プリズム２０に入射するようになるので、発光素子１３から照射される光の拡散角が大きい場合であっても、照射された光を雨滴の検知に用いることができるようになる。よって、受光素子１４の出力が改善されて、レインセンサの検出性能が向上することになる。

実施例にかかるレインセンサの構成を説明する図である。 実施例にかかるレインセンサの要部拡大図である。 集光プリズムを説明する図である。 発光素子の配置場所の変形例を説明する図である。 従来例にかかるレインセンサにおける発光素子とレンズとの位置関係を説明する図である。

符号の説明

１０ レインセンサ
１１ 本体ケース
１２ プリント基板
１３ 発光素子
１４ 受光素子
１５ プリズム
１６ 導入部
１７ 導出部
１８ 凸レンズ
１９ ホルダ
２０ 集光プリズム
２１ 反射膜
２２ 凸レンズ
３１ 拡散光
３２ 平行光
Ｆ 焦点位置
Ｇ ウインドシールドガラス
Ｘ 光路
Ｙ 光路
Ｔ 検知領域

Claims (4)

1. ウインドシールドガラスに向けて光を照射する発光素子と、
   前記ウインドシールドガラスで反射された光を受光する受光素子と、
   前記発光素子と前記ウインドシールドガラスとの間に設けられて、前記発光素子から照射された光を平行光にするレンズと、を有するレインセンサにおいて、
   前記発光素子と前記レンズとの間に集光プリズムを介在させ、前記発光素子から前記集光プリズムに入射した光の出射面を、前記レンズの焦点位置に設けたことを特徴とするレインセンサ。
2. 前記集光プリズムは、錐体形状を有しており、
   前記錐体の底面が前記光の入射面とされると共に、前記錐体の頂点側に前記出射面が設けられ、
   前記錐体の錐面には全周に亘って反射膜が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のレインセンサ。
3. 前記レンズの周縁から前記発光素子側に突出する筒形状のホルダをさらに備え、
   前記集光プリズムは、前記ホルダに支持されていることを特徴とする請求項２に記載のレインセンサ。
4. 前記錐体は、円錐体であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のレインセンサ。

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