JP3066725B2 - 水滴検出装置 - Google Patents

水滴検出装置

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JP3066725B2
JP3066725B2 JP7285922A JP28592295A JP3066725B2 JP 3066725 B2 JP3066725 B2 JP 3066725B2 JP 7285922 A JP7285922 A JP 7285922A JP 28592295 A JP28592295 A JP 28592295A JP 3066725 B2 JP3066725 B2 JP 3066725B2
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万寿夫 杉浦
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028Material parameters
    • G01N2291/02845Humidity, wetness

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、超音波を利用して
被検出面上に付着した水滴や曇りを検出する水滴検出装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、水滴検出装置として、図8に示す
ような光学的手段によるものが種々提案されている。例
えば、特開昭59−44641号公報に開示された水滴
検出装置は、図8に示すように、発光素子1と受光素子
2とを透明板3の被検出面4と反対側の面に配置し、被
検出面4に水滴が付着していない時に、受光素子1の発
した光が透明板3内で全反射して受光素子2に入射する
ように構成されている。そして、被検出面4に水滴が付
着すると、水滴被着部分で発光素子1からの光の反射が
変化し、受光素子2に入射する光量が減少して受光レベ
ルが低下する。この受光レベルの低下から、水滴の付着
を検出することができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この種の水滴
検出装置は光学式であるため、透明板にしか適用できな
いこと、外乱(周囲の光)による影響が大きいこと、検
出面積が狭いこと、厳密な光軸調整が必要なこと、等の
問題があった。
【0004】本発明は、上記事情を考慮し、透明板以外
にも適用でき、周囲光等の外乱の影響を受けにくく、検
出面積が広く、しかも取付に際しての厳密な位置調整が
不要な、簡単な構造の水滴検出装置を提供することを目
的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明の水滴検
出装置は、被検出面上に付着した水滴を検出する装置で
あって、前記被検出面上に取り付けられ、該被検出面上
を伝播する超音波表面波を送波し、かつその反射波を受
信する超音波送受信手段と、前記超音波表面波の送信か
ら受信までの時間と反射波の受信強度を監視し、かつ所
定の時間幅内の受信強度を基準値と比較して検出結果を
出力する演算回路とを備えたことを特徴とする。
【0006】請求項2の発明の水滴検出装置は、被検出
面上に付着した水滴を検出する装置であって、被検出面
の裏面に取付けられ、超音波板波を送波し、かつその反
射波を受信する超音波送受信手段と、前記超音波板波の
送信から受信までの時間と反射波の受信強度を監視し、
かつ所定の時間幅内での受信強度を基準値と比較して検
出結果を出力する演算回路とを備えたことを特徴とす
る。
【0007】請求項3の発明の水滴検出装置は、請求項
1または2において、前記所定の時間幅が時間的間隔を
おいて複数設けられ、各時間幅ごとに基準値が設けられ
ていることを特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を参
照して説明する。第1実施例の水滴検出装置は、超音波
の伝搬モードの一形態である表面波の反射波(以下、エ
コーという)を利用して、材料表面に付着した水滴の検
出を行うものである。この水滴検出装置は、図1に示す
ように、材料10の被検出面11に貼り付けられた超音
波送受信手段である超音波素子12と、超音波素子12
に接続され、超音波素子12の送信モードと受信モード
とを所定間隔で切り換える送受信回路13と、送信から
受信までの時間を計測すると共に受信波強度を基準値と
比較演算して演算結果を出力する演算制御回路14と、
演算制御回路14が水滴の付着を検出した際に発する制
御信号に応じて作動する雨滴除去装置15とから構成さ
れている。
【0009】ここで、超音波表面波とは被検出面11の
表面近傍(表面から超音波の振幅に相当する高さまでの
部分)を伝播する超音波であり、超音波素子12の音響
的整合層を被検出面11に関する屈折角が90度になる
ように調整して配置することで発生させることができ
る。異種の媒質間における超音波の入反射様式は、スネ
ル(Snell)の法則に従うことが知られており、前
記屈折率は一方の媒質にある入射角をもって入射した超
音波が他方の媒質に進行する時の進入角度と定義され
る。同法則において、屈折角は超音波の入射角に加えて
超音波の媒質中の伝播速度によっても変化し、また伝播
速度は媒質を形成する材料によって変化するため、所望
の屈折角を得るためには媒質の組み合わせを考慮して入
射角を設定する必要がある。例えば、超音波素子12に
は、超音波を被検出面11まで導くために導波部(図示
省略)が一体に設けられているが、この導波部を超音波
透過材料として一般的に使用されるアクリル樹脂とし、
被検出面11が自動車のウインドウガラスである場合、
表面波の発生に必要な屈折角90度を得るためには、超
音波を被検出面11に対して約60度の角度で入射させ
るとよい。
【0010】上記の如く構成される水滴検出装置におい
て、図2に示すように、超音波素子12から発振される
超音波表面波の伝播経路上に水滴Dが存在すると、超音
波表面波は水滴Dにより反射されて、超音波素子12に
戻り、受信される。同図において、Nはパルス状の送信
波であり、送信波Nの発生後、エコーDEが水滴Dの付
着位置(超音波素子12からの距離)に応じた時間を経
過した後に観測される。
【0011】ところで、例えば自動車のバックミラーや
ウインドウガラス等のように有限の寸法を有する被検出
面11に上記水滴検出装置を適用した場合、図3に示す
ように、超音波表面波は常にその端面Tで反射され、超
音波素子12に戻ってくる。従って、水滴検出装置の検
出範囲Pは、超音波素子12の送波面の幅Wと端部Tま
での距離Lとをかけた面積(図中斜線部)となる。ま
た、検出範囲P内に水滴Dが存在しない場合には、超音
波素子12から発振された超音波表面波は常に被検出面
11の端面Tで反射され、超音波素子12に戻ってく
る。そして、被検出面11は有限であるから、反射波で
ある端面エコーTE(図4参照)は時間軸上の一定位置
で、しかも一定の強度をもって観測される。
【0012】しかし、検出範囲P内に水滴Dが付着した
ような場合は、図4に示すように、上記の端面エコーT
Eに加えて、水滴Dで反射された水滴エコーDEが観測
される。この時、超音波素子12から発振される超音波
表面波の強度は一定であるから、端面エコーTEの受信
強度は水滴Dの無い場合に比べて低下する。この低下量
は、水滴Dの大きさや付着量に比例するため、水滴エコ
ーDEの受信強度もしくは端面エコーTEの受信強度の
低下量から、水滴Dの大きさや付着量も推定できる。即
ち、図4に示すように、水滴Dが小径の場合(同図
(a))には、水滴エコーDEの受信強度が低く、水滴
Dが大径の場合(同図(b))には、水滴エコーDEの
受信強度が上昇するとともに、端面エコーTEの受信強
度が低下する。但し、端面エコーTEの時間軸上の位置
は不変である。
【0013】以下に、水滴Dの大きさ、すなわち付着し
ているのが曇り程度の水滴か、雨滴程度の水滴かを判定
するための演算処理について詳述する。この演算処理
は、演算制御回路14中で行われる。端面エコーTEの
観測される時間軸上の位置は、被検出面11の形状や寸
法ににより規定され、一定の位置で観測される。また、
水滴エコーDEも検出範囲P内、即ち時間軸において端
面エコーTEと送信波Nとの間で観測される。従って、
図5に示すように、それら各位置に対応させて、それぞ
れ電圧を監視するためのゲートを設定しておき、各ゲー
トで水滴エコーDEと端面エコーTEのレベル(受信強
度)を監視する。ここでは、検出範囲PのゲートをGA
TE1とし、端面TのゲートをGATE2とする。そし
て、各ゲートの基準値(Hi、Loの区別をする閾値)
を設定し、各ゲートで検出される受信強度とのレベルの
比較を行うことで、水滴Dの大きさを検知することがで
きる。例えば、図6に示すように、GATE1の基準値
をG1、GATE2の基準値をG2とすると、検出範囲
Pに水滴Dがない場合は、水滴エコーDEは観測され
ず、端面エコーTEのみが観測され、G1との比較から
GATE1はLo、G2との比較からGATE2はHi
となる。また、検出範囲Pに水滴Dがある場合は、水滴
エコーDEおよび水滴Dに当たらずに端面Tで反射され
た端面エコーTEが観測され、GATE1及びGATE
2ともHiとなり、演算制御回路14から雨滴除去装置
15(図1参照)に制御信号が出力され、雨滴除去装置
15が作動する。
【0014】ここで、水滴Dの大きさや付着状態によ
り、GATE1で観測される波形が異なる。即ち、水滴
Dが比較的大径で、点在するような場合には、G1を越
えるような比較的大きなピークが、検出範囲P内に付着
した水滴数だけ離間して観測される(図中、中央カラ
ム)。また、時間軸は超音波素子12からの距離に相当
するため、この時間軸から水滴Dの付着位置も検出する
ことができる。また、曇りや霧のように多数の微小水滴
Mが分布して付着している場合は、G1よりも低レベル
の無数の水滴エコーDEが観測されるともに、端面エコ
ーTEもほとんど観測されず、GATE1、GATE2
ともLoとなる。ここでGATE2がLoになるのは、
送信波が無数の水滴Dにより途中で減衰を重ね、端面T
にまで達することができないためである。従って、G1
のレベルは、曇りや霧等の水滴Mによる受信強度を実験
的に求めておき、それ以上のレベルに設定し、またG2
は曇りや霧等の水滴Mによる受信強度よりも低く設定す
ることが好ましい。尚、図6において、G1とG2のレ
ベルが異なっているが、上記の関係を満たす場合には同
一レベルであっても構わない。
【0015】このように、GATE1とGATE2のレ
ベルを監視することにより、水滴Dの有無の検出に加え
て、水滴Dの大きさや付着状態をも検知でき、雨滴除去
装置15の制御をより細かく行うことができる。このこ
とは、例えば自動車において、降雨を検知して自動的に
ワイパーを作動させたり、ウインドーの曇りを検知して
自動的にヒータを作動させる等、水滴の状態に応じて各
種の雨滴除去装置15を自動的に切り換えて作動させる
ことを可能にする。
【0016】なお、上記実施例では超音波表面波を用い
て検出する場合を説明したが、材料10がガラスや鏡等
の薄板材料の場合、超音波表面波の代わりに超音波の他
の伝搬モードである「超音波板波」を用いて同様の水滴
検出が可能である。超音波を薄い材料10に入射させる
と、図7に示すように、材料10の素子取付面上を伝播
する超音波に加えて、前記取付面の裏面を伝播する超音
波が発生する。このような材料10の表裏両面を伝播す
る超音波は超音波板波と呼ばれている。この超音波板波
を用いる第2の実施例の水滴検出原理は、超音波表面波
を用いた上記水滴検出装置における検出原理と同様であ
り、水滴によるエコーを検出するものである。この超音
波板波を用いる場合は、超音波素子12を被検出面11
の裏面に配置することができるため、例えば自動車のド
アミラーのハウジング内部やウインドーガラスの車室側
に配置可能となり、設置の自由度や装置の損傷防止等の
点で有利である。
【0017】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の水滴検出
装置によれば、超音波表面波または板波を使用して水滴
の検出を行うので、材料が透明体であるか否かに拘ら
ず、水滴の検出が可能である。しかも、水滴の大きさや
付着状態を検知することも可能であり、雨滴除去装置の
最適な制御を自動的に実現することができる。また、超
音波板波を利用する場合、超音波素子を被検出面の裏面
に配置することができるため、設置の自由度や装置の損
傷防止等の点で有利である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例の概略構成図である。
【図2】第1実施例の検出原理の説明図である。
【図3】第1実施例の検出範囲の説明図である。
【図4】第1実施例における水滴の大小による観測波形
の違いを示す説明図である。
【図5】第1実施例における水滴の大小の検出原理の説
明図である。
【図6】第1実施例における水滴の付着状況と観測波形
の関係を示す図である。
【図7】本発明の第2実施例の概略構成図である。
【図8】従来の水滴検出装置の断面図である。
【符号の説明】
11 被検出面 12 超音波素子 14 演算制御回路 15 雨滴除去装置 D 水滴 DE 水滴エコー TE 端面エコー

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被検出面上に付着した水滴を検出する装
    置であって、 前記被検出面上に取り付けられ、該被検出面上を伝播す
    る超音波表面波を送波し、かつその反射波を受信する超
    音波送受信手段と、 前記超音波表面波の送信から受信までの時間と反射波の
    受信強度を監視し、かつ所定の時間幅内での受信強度を
    基準値と比較して演算結果を出力する演算回路とを備え
    たことを特徴とする水滴検出装置。
  2. 【請求項2】 被検出面上に付着した水滴を検出する装
    置であって、 前記被検出面の裏面に取付けられ、超音波板波を送波
    し、かつその反射波を受信する超音波送受信手段と、 前記超音波板波の送信から受信までの時間と反射波の受
    信強度を監視し、かつ所定の時間幅内での受信強度を基
    準値と比較して演算結果を出力する演算回路とを備えた
    ことを特徴とする水滴検出装置。
  3. 【請求項3】 前記所定の時間幅が時間的間隔をおいて
    複数設定され、各時間幅毎に基準値が設定されているこ
    とを特徴とする請求項1または2記載の水滴検出装置。
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US6388032B1 (en) 1997-10-16 2002-05-14 Teijin Limited Cyclic olefin polymer containing little catalyst residue

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