JP2013113681A

JP2013113681A - 雨滴検出装置

Info

Publication number: JP2013113681A
Application number: JP2011259383A
Authority: JP
Inventors: Toshifumi Nishijima; 敏文西島
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-11-28
Filing date: 2011-11-28
Publication date: 2013-06-10
Anticipated expiration: 2031-11-28
Also published as: JP5682544B2

Abstract

【課題】本発明は、雨滴検出装置に係り、ガラス板の表面に付着する雨滴の検出をガラス板の全面に亘って適切に行うことにある。
【解決手段】ガラス板に向けて光を照射する発光素子と、発光素子から照射された光のうち、ガラス板の、発光素子が配設される側の端面とは反対側の端面で反射する反射光を受光する受光素子と、を備え、受光素子での受光量に基づいてガラス板の表面に付着する雨滴を検出する雨滴検出装置において、発光素子として有機発光素子が複数配置された発光素子層と、受光素子として有機受光素子が複数配置された受光素子層と、を軟質材料上に積層させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、雨滴検出装置に係り、特に、ガラス板の裏面側に配設された発光素子と受光素子とを備え、受光素子での受光量に基づいてガラス板の表面に付着する雨滴を検出するうえで好適な雨滴検出装置に関する。

従来、車両のウィンドウガラスなどのガラス板の表面に付着する雨滴を検出する雨滴検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この雨滴検出装置は、ガラス板に向けて光を照射する発光素子と、発光素子から照射された光のうちガラス板で反射する反射光を受光する受光素子と、からなるレインセンサを備えている。受光素子での受光量は、ガラス板の表面に雨滴が付着するか否か及びその付着量に応じて変化する。上記した雨滴検出装置は、受光素子での受光量に基づいてガラス板の表面に付着する雨滴の有無及びその量を検出する。

特開平１１−３７９２７号公報

ところで、上記した特許文献１記載の雨滴検出装置においては、レインセンサを構成する発光素子及び受光素子がそれぞれ一つずつ設けられていると共に、発光素子から受光素子までの光路上に回折格子が設けられている。回折格子は、発光素子から照射された光をガラス板表面で全反射するように屈折させると共に、ガラス板表面で反射した光を受光素子に受光されるように屈折させる。しかしながら、発光素子及び受光素子がそれぞれ一つずつしか設けられていない雨滴検出装置では、雨滴検出がガラス板の一部の領域のみを対象とするため、ガラス板の全面に亘る雨滴検出を行うことができず、均一な或いは精度の高い雨滴検出が困難である。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、ガラス板の表面に付着する雨滴の検出をガラス板の全面に亘って適切に行うことが可能な雨滴検出装置を提供することを目的とする。

上記の目的は、ガラス板に向けて光を照射する発光素子と、前記発光素子から照射された光のうち、前記ガラス板の、前記発光素子が配設される側の端面とは反対側の端面で反射する反射光を受光する受光素子と、を備え、前記受光素子での受光量に基づいて前記ガラス板の表面に付着する雨滴を検出する雨滴検出装置であって、前記発光素子として有機発光素子が複数配置された発光素子層と、前記受光素子として有機受光素子が複数配置された受光素子層と、を軟質材料上に積層させた雨滴検出装置により達成される。

本発明によれば、ガラス板の表面に付着する雨滴の検出をガラス板の全面に亘って適切に行うことができる。

本発明の一実施例である雨滴検出装置の構成図である。本実施例の雨滴検出装置が備える発光素子を含む回路構成図である。本実施例の雨滴検出装置が備える受光素子を含む回路構成図である。本実施例の雨滴検出装置が備える受光素子の配置図である。本実施例の雨滴検出装置が備える発光素子及び受光素子の配線構造を表した図である。本実施例の雨滴検出装置が備える複数の発光素子が配置された発光素子層及び複数の受光素子が配置された受光素子層の回路図である。本実施例の雨滴検出装置において雨滴有無に応じた受光状態の変化を表した図である。本発明の変形例である雨滴検出装置の構成図である。本発明の変形例である雨滴検出装置の構成図である。

以下、図面を用いて、本発明に係る雨滴検出装置の具体的な実施の形態について説明する。

図１は、本発明の一実施例である雨滴検出装置１０の構成図を示す。尚、図１には断面図が示されている。図２は、本実施例の雨滴検出装置１０が備える発光素子を含む回路構成図を示す。図３は、本実施例の雨滴検出装置１０が備える受光素子を含む回路構成図を示す。図４は、本実施例の雨滴検出装置１０が備える受光素子の配置図を示す。尚、図４には平面図が示されている。図５は、本実施例の雨滴検出装置が備える発光素子及び受光素子の配線構造を表した図を示す。尚、図５には上面視が示されている。また、図６は、本実施例の雨滴検出装置が備える複数の発光素子が配置された発光素子層及び複数の受光素子が配置された受光素子層の回路図を示す。尚、図６（Ａ）には発光素子層の平面図が、また、図６（Ｂ）には受光素子層の平面図が、それぞれ示されている。

本実施例の雨滴検出装置１０は、例えば車両のウィンドシールドなどのガラス板１２の表面に付着する雨滴を検出する装置であって、その雨滴が有ることが検出された場合に例えば車載ワイパーを自動的に作動させるための装置である。ガラス板１２は、例えば“１．５”程度の反射率を有している。雨滴検出装置１０は、発光素子１４と受光素子１６とからなるレインセンサ１８を備えている。レインセンサ１８すなわち発光素子１４及び受光素子１６は、ガラス板１２の、雨滴が付着し得る表面側とは反対の裏面側に略全面（具体的には、例えばワイパー制御に必要な雨滴検知範囲内）に亘って配設されている。

発光素子１４は、ガラス板１２に向けて光を照射する発光ダイオードである。発光素子１４は、軟質材料で構成された有機発光素子である。また、受光素子１６は、発光素子１４から照射された光のうち、ガラス板１２の、発光素子１４が配設される裏面側の端面とは反対にある表面側の端面で反射する反射光を受光するフォトダイオードであって、入射した光を電気信号に光電変換する。受光素子１６は、軟質材料で構成された有機受光素子である。発光素子１４及び受光素子１６はそれぞれ、複数設けられており、ガラス板１２の略全面に亘って略均一な間隔が空くように配置されている。各発光素子１４及び各受光素子１６はそれぞれ、所定の大きさ（面積）を有している。

複数個の発光素子１４は、発光素子層２０を形成している。また、複数個の受光素子１６は、受光素子層２２を形成している。すなわち、雨滴検出装置１０は、発光素子１４が複数配置された発光素子層２０と、受光素子１６が複数配置された受光素子層２２と、を有している。発光素子層２０及び受光素子層２２はそれぞれ、所定の厚さに形成された有機層からなる。発光素子層２０において、複数個の発光素子１４は、格子状（具体的には、格子の交点）に配置されている。また、受光素子層２２において、複数個の受光素子１６は、格子状（具体的には、格子の交点）に配置されている。尚、これらの格子の間隔は、例えば、５００μｍなどであればよい。

発光素子層２０には、上記の発光素子１４以外に、その発光素子１４の発光をオン／オフするスイッチ（以下、発光用スイッチと称す）２４と、その発光素子１４に電流を流すための配線（以下、発光用配線と称す）２６と、が形成されている。発光用スイッチ２４は、発光素子１４の数と同数だけ設けられており、発光素子１４ごとに一つずつ設けられている。

発光用スイッチ２４には、発光用配線２６を介してコントローラ３０が接続されている。コントローラ３０は、雨滴検出装置１０の有するマイクロコンピュータを主体に構成された電子制御ユニットである。コントローラ３０は、発光素子１４に電流を流してその発光素子１４を発光させる際に、発光用スイッチ２４に対して発光素子１４を発光させるための指令信号を供給する。

発光用配線２６は、図５及び図６（Ａ）に示す如く、図中左右方向に延びるＲＯＷ配線２６ａと、図中上下方向に延びるＣＯＬＵＭＮ配線２６ｂと、からなる。ＲＯＷ配線２６ａとＣＯＬＵＭＮ配線２６ｂとは、発光素子層２０において互いに接触しないように配置されている。発光用スイッチ２４は、ＲＯＷ配線２６ａ及びＣＯＬＵＭＮ配線２６ｂに接続されており、コントローラ３０からＲＯＷ配線２６ａを通じて指令信号が供給される際にオンする。発光素子１４は、発光用スイッチ２４がオンした際にＣＯＬＵＭＮ配線２６ｂを通じて電流が流通することにより発光する。

受光素子層２２には、上記の受光素子１６以外に、その受光素子１６が受光した際に発生する電流の流通のオン／オフを切り替えるスイッチ（以下、受光用スイッチと称す）３２と、その発生する電流を流すための配線（以下、受光用配線と称す）３４と、が形成されている。受光用スイッチ３２は、受光素子１６の数と同数だけ設けられており、受光素子１６ごとに一つずつ設けられている。

受光用スイッチ３２には、受光用配線３４を介して上記のコントローラ３０が接続されている。コントローラ３０は、受光素子１６の受光により発生する電流の流通をオンする際に、受光用スイッチ３２に対してその電流流通をオンさせるための指令信号を供給する。

受光用配線３４は、図５及び図６（Ｂ）に示す如く、図中左右方向に延びるＲＯＷ配線３４ａと、図中上下方向に延びるＣＯＬＵＭＮ配線３４ｂと、からなる。ＲＯＷ配線３４ａとＣＯＬＵＭＮ配線３４ｂとは、受光素子層２２において互いに接触しないように配置されている。受光用スイッチ３２は、ＲＯＷ配線３４ａ及びＣＯＬＵＭＮ配線３４ｂに接続されており、コントローラ３０からＲＯＷ配線３４ａを通じて指令信号が供給される際にオンする。受光素子１６が受光した際に発生する電流は、受光用スイッチ３２がオンした際にＣＯＬＵＭＮ配線３４ｂを通じてコントローラ３０へ向けて流通する。この電流量は、受光素子１６での受光量に応じて変化する。

コントローラ３０は、電流流通指令時（すなわち、発光素子１４の発光指令時）に受光素子１６から受光用配線３４を通じて流通する電流量を検出し、その電流量に基づいて受光素子１６での受光量を検出し、その受光量に基づいて発光素子１４から照射される光のうちガラス板１２の表面側の端面で反射する反射光の量を検出する。そして、その反射光に基づいてガラス板１２の表面に付着する雨滴の有無及びその量を検出する。

上記の発光素子層２０と上記の受光素子層２２とは、透明な基板３６上に積層されている。基板３６は、軟質材料で構成されたポリシートなどである。基板３６上に積層された発光素子層２０及び受光素子層２２は、ガラス板１２の裏面に接着固定されている。発光素子層２０は基板３６に接しており、また、受光素子層２２はガラス板１２の裏面に接している。すなわち、受光素子層２２は、ガラス板１２と基板３６上の発光素子層２０とに挟まれた層である。

発光素子層２０の各発光素子１４と受光素子層２２の各受光素子１６とは、基板３６上において上下に並ぶようにすなわちガラス板１２に対して鉛直方向に並ぶように配置されている。すなわち、ガラス板１２の表面側から、その裏面側において基板３６上に積層された発光素子層２０と受光素子層２２とを見た場合に、発光素子１４と受光素子１６とが互いに重なるように配置されている。発光素子１４と受光素子１６とは、互いに略同じ大きさ（面積）を有している。

次に、図７を参照して、本実施例の雨滴検出装置１０の動作について説明する。図７は、本実施例の雨滴検出装置１０において雨滴有無に応じた受光状態の変化を表した図を示す。尚、図７（Ａ）にはガラス板１２の表面に雨滴が無い場合を、また、図７（Ｂ）にはガラス板１２の表面に雨滴が有る場合を、それぞれ示す。

本実施例の雨滴検出装置１０は、ガラス板１２の表面に雨滴が付着する前後でガラス１２の表面側の端面での屈折率が変化することを利用して、雨滴の検出を行う。コントローラ３０は、雨滴検出を行う場合、発光用スイッチ２４に対して発光素子１４を発光させるための指令を発する。かかる指令が行われると、発光素子１４が発光する。

上記した雨滴検出装置１０の構造において、ガラス板１２の表面に雨滴が付着していないときは、発光素子１４から発せられた光は、２つの受光素子１６の間を通過してガラス板１２に達した後、ガラス板１２の表面側の端面（界面）で反射して、受光素子１６に受光される。一方、ガラス板１２の表面に雨滴が付着しているときは、発光素子１４から発せられた光は、２つの受光素子１６の間を通過してガラス板１２に達した後、付着する雨滴が無い面については、ガラス板１２の表面側の端面で反射して受光素子１６に受光される一方、付着する雨滴が有る面については、そのガラス板１２の表面側の端面を透過して散乱する。

受光素子１６は、受光量に応じた光電変換を行う。すなわち、この光電変換により発生する電流の量は、受光素子１６での受光量に応じた値であって、ガラス板１２に付着する雨滴が無いときは、有るときに比べて大きな値となる。コントローラ３０は、発光素子１４の発光指令を行った以後、受光素子１６からの電流量に基づいてガラス板１２の表面側の端面での反射光の量を検出する。そして、その反射光の量に基づいてガラス板１２の表面に付着する雨滴の有無及びその量を検出する。

このように本実施例の雨滴検出装置１０においては、複数の発光素子１４からなる発光素子層２０及び複数の受光素子１６からなる受光素子層２２が、ガラス板１２の略全面（具体的には、例えばワイパー制御に必要な雨滴検知範囲内）に亘って配置されている。このため、本実施例の雨滴検出装置１０によれば、ガラス板１２の表面に付着する雨滴の検出をそのガラス板１２の全面に亘って行うことができ、これにより、ガラス板１２の表面に付着する雨滴の検出をガラス板１２上で均一にかつ精度良く行うことができる。従って、ガラス板１２の表面上を払拭するワイパーの自動制御などを的確に行うことができる。

尚、上記の如く複数の発光素子１４と複数の受光素子１６とを用いてガラス板１２の全面に亘って均一に雨滴検出を行うことができれば、発光素子１４や受光素子１６とガラス板１２との間に、光を全反射させて光の散乱や集光を実現するレンズを設けることは不要である。このため、本実施例の雨滴検出装置１０によれば、上記の如くレンズが設けられた構成（対比構成）とは異なり、素子１４，１６とガラス板１２との間にレンズを配置するためのある程度の距離を確保することが不要となり、レインセンサ１８全体としての薄型化を図ることができる。

例えば、ガラス板１２のワイパー制御に必要な雨滴検知面積を確保するためには、上記の対比構成では、発光素子１４や受光素子１６とガラス板１２とを１ｃｍ以上の距離離すことが必要であるが、これに対して、本実施例の雨滴検出装置１０の構成によれば、発光素子１４や受光素子１６とガラス板１２とを１〜２ｍｍ程度離すだけで十分であるので、薄型化が可能である。

また、本実施例の雨滴検出装置１０においては、受光素子１６がガラス板１２の全面に亘って格子状に配置されているので、そのガラス板１２の全面に亘る雨滴検知を木目細かく行うことが可能である。このため、ガラス板１２の表面に付着した雨滴の大きさやその個数などを認識することが可能である。例えば、受光素子１６が５００μｍ間隔で配置される場合は、１ｍｍ程度の雨滴を識別することができ、霧雨や小雨，大雨などの雨の状態を認知することができる。従って、ワイパーの自動制御を雨の状態に応じて木目細かなものとすることができる。

また、発光素子１４から照射された光がガラス板１２の表面の端面で反射して受光素子１６に受光されるためには、ガラス板１２の端面で全反射する必要がある。この全反射の条件は、スネルの法則により入射角≧臨界角であるが、例えばガラスの反射率が１．５２であるときは臨界角が４１°となり、入射角はその４１°よりも鈍角であることが全反射の条件である。

これに対して、本実施例の雨滴検出装置１０においては、発光素子層２０と受光素子層２２とが基板３６上に積層されており、受光素子層２２がガラス板１２と発光素子層２０とに挟まれており、かつ、発光素子１４と受光素子１６とが基板３６上においてガラス板１２に対して鉛直方向に並ぶように配置されている。この点、発光素子１４がガラス板１２に対して受光素子１６の直下に配置される。

このため、発光素子１４から照射される光のうち発光素子１４からガラス板１２へ向けて真上方向に照射される光はガラス板１２に到達する前に受光素子１６に妨げられる一方、入射角が臨界角に比して鈍角側である光がガラス板１２に到達する前に受光素子１６に妨げられるのは防止されると共に、発光素子１４からガラス板１２に達する光の入射角は臨界角に比して鈍角側となり易くなる。従って、本実施例によれば、発光素子１４から照射された光のガラス板１２での全反射を効率的・効果的に行うことができると共に、その発光素子１４から照射された光がガラス板１２に到達する前に受光素子１６に妨げられることに起因する受光素子１６での受光量の減少を抑制することができるので、雨滴検出を適切かつ効率的に行うことができる。

また、本実施例の雨滴検出装置１０においては、発光素子１４が軟質材料で構成された有機発光素子でありかつ受光素子１６が軟質材料で構成された有機受光素子である共に、それらの素子１４，１６が配置された層２０，２２が積層される基板３６も軟質材料で構成されたポリシートなどである。このため、本実施例の雨滴検出装置１０によれば、図８に示す如くガラス板１２が極端に大きく湾曲している構造であっても、発光素子層２０及び受光素子層２２をそのガラス板１２の裏面に沿って隙間無く貼付することができ、発光素子層２０及び受光素子層２２をガラス板１２と略平行に配置することができ、これにより、ガラス板１２の全面に亘って均一な雨滴検出を実現することができる。

尚、上記の実施例においては、基板３６が特許請求の範囲に記載した「軟質材料」に相当している。

ところで、上記の実施例においては、ガラス板１２の表面に付着する雨滴を検出するために発光素子１４と受光素子１６とからなるレインセンサ１８を設け、受光素子１６での受光量に基づいて雨滴検出を行うこととしている。しかし、雨滴検出を行ううえで、外乱光（例えば、太陽光や赤外線を応用した装置からの光など）による誤差分を補正することとしてもよい。

すなわち、外乱光が受光素子１６に受光されると、その受光分だけ受光素子１６での受光量が増加するので、そのままでは外乱光の変化によって雨滴検出結果が誤認識されるおそれがある。そこで、かかる課題を解決すべく、発光素子１４からの光の照射を間欠的に行って点滅を施したうえで、点灯時における受光素子１６での受光量と消灯時における受光素子１６での受光量との差に基づいて雨滴検出のための閾値や雨滴検出結果に補正を施すことが考えられる。しかし、かかる構成では、発光素子１４を点滅させる必要があるので、単位時間当たりの雨滴検出時間が減少し、また、外乱光が急峻に変化した際に速やかな雨滴検出を行うことができなくなる。

そこで、本変形例においては、図９に示す如く、受光素子層２２に、雨滴検出を行うための受光素子１６以外に、外乱光を検出するための受光素子５０が設けられる。この受光素子５０は、例えば受光素子１６の外周側に配置される。また、受光素子層２２における受光素子１６と受光素子５０との間の境界領域には、発光素子１４からの光を遮光する遮蔽層（遮光配線）５２が配設される。この遮蔽層５２は、受光素子５０での、受光素子１６の直下に配設される発光素子１４からの光の受光を妨げる機能を有する。

かかる変形例において、受光素子５０からの電流量は、コントローラ３０に供給される。コントローラ３０は、受光素子５０からの電流量に基づいて受光素子５０での受光量を検出し、外乱光の量を検出する。そして、その外乱光の量に基づいて雨滴検出のための閾値や雨滴検出結果に補正を施す。かかる変形例によれば、外乱光が変化しても、精度の高い雨滴検出を実現することができると共に、その雨滴検出を間欠的にではなく常時行うことができる。

また、上記の実施例においては、発光素子１４、受光素子１６、及び基板３６をそれぞれ軟質材料により構成することとしたが、Ｓｉ系の材料により構成することとしてもよい。また、発光素子１４及び受光素子１６を半導体によるものとしてもよい。

また、上記の実施例においては、基板３６上において発光素子層２０を下層としかつ受光素子層２２を上層としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、少なくとも両層２０，２２を多層構造とすればよい。

１０雨滴検出装置
１２ガラス板
１４発光素子
１６受光素子
２０発光素子層
２２受光素子層
３０コントローラ
３６基板

Claims

ガラス板に向けて光を照射する発光素子と、前記発光素子から照射された光のうち、前記ガラス板の、前記発光素子が配設される側の端面とは反対側の端面で反射する反射光を受光する受光素子と、を備え、前記受光素子での受光量に基づいて前記ガラス板の表面に付着する雨滴を検出する雨滴検出装置であって、
前記発光素子として有機発光素子が複数配置された発光素子層と、前記受光素子として有機受光素子が複数配置された受光素子層と、を軟質材料上に積層させたことを特徴とする雨滴検出装置。
前記受光素子層は、前記ガラス板と前記発光素子層とに挟まれた層であり、
前記発光素子と前記受光素子とは、前記ガラス板に対して鉛直方向に並ぶように配置されていることを特徴とする請求項１記載の雨滴検出装置。