JP3549757B2 - 雨滴・結露検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車などの窓ガラスに雨滴が付着したことを検出してワイパーなどを自動的に駆動させるとともに、室内の結露を検出してデフロスタなどを自動的に駆動させるための雨滴・結露検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、雨滴を検出する装置は、室内側に発光素子と受光素子を配設し、発光素子からの発光ビームと、受光素子の受光視野とが室外においてガラスの前方所定距離で交差するようにし、センシング領域内に雨滴が存在すると発光素子からの光が雨滴に当たって散乱光を発し、該散乱光を受光素子が検出して雨滴を検出する装置（特開平１０−９６７９１号公報）、フロントガラスに向けて配された発光素子と、フロントガラスに向けて配されるとともに発光素子より発せられフロントガラス内を全反射した光を受光する素子とを有し、フロントガラス上の雨滴によって生じる受光素子における受光量の変化に基づき雨滴の存在を検出する装置（特開平１０−６２３３６号公報）などが出願されている。
【０００３】
また、雨滴と結露を検出する装置として、ハーフミラー、導光板、ミラーなどを組み合わせた特開平９−２５７９５２号が出願されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平１０−９６７９１号公報に示される装置では、常時前方向に検出光の赤外線を放出するが、検出領域が広いので赤外線放射、検出にエネルギーを要し、車両などの移動体において電力消費が大きくなることから問題があり、特に車室内に装置を配する場合には、近年の車両のフロントガラスでは車室内への熱の流入を抑制するため遮熱効果の高いグリーン系の着色ガラスが多く用いられており、これらは、３μｍより長い波長では１０％以下と著しく透過率が低く、それより短い赤外線域においても透過率が５０％以下と低いことから特にこの点が懸念され、装置、さらには制御システム全体としても大がかりとならざるを得ない。
【０００５】
また、特開平１０−６２３３６号公報に示される装置では、プリズムの形状、設置状況により検出装置全体の寸法が大きくなって運転者などにとって邪魔な存在になるばかりか、導入用、導出用プリズムを発光素子、受光素子との位置関係で正確に取り付ける必要がある。
【０００６】
また、特開平９−２５７９５２号公報に示される装置は、雨滴以外に結露も検出することができるが、導光板、ハーフミラー、ミラーなどを必要とし、装置全体が大がかりであるだけでなく、ミラーが設けられる部分は透視できず、フロントガラスなどに用いる場合には、安全上好ましくない。
【０００７】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、導光板、ミラーを必要とせず、検出光の進行中に透視できない部分はなく、しかも、小型化、軽量化した雨滴・結露検出装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の雨滴・結露検出装置は、２枚の透明板状体を接着した合わせガラス、板ガラスと透明樹脂板を接着したバイレイヤーガラスなどの積層体に発光素子からの検出光を導入して、該積層体中を２光束の検出光が全反射するように進行させ、該２光束の検出光を受光素子により受光して雨滴と結露を検出する装置において、前記２光束の検出光は、前記２枚の透明板状体の間に設けたホログラムにより、一方の透明板状体中を全反射する検出光と、他方の透明板状体中を全反射する検出光とし、一方の検出光により雨滴を、他方の検出光により結露を検出するようにしたことを特徴とする。
【０００９】
２光束に分岐する方法は、一つの発光素子から積層体に検出光を導入し、該積層体中に設けたホログラムにより検出光を２光束とする方法が、プリズムを必要とせず最も好ましいが、一つの発光素子からハーフミラーにより分岐しても、あるいは二つの発光素子を使用してもよい。
すなわち、本発明の雨滴・結露検出装置は、前述の雨滴・結露検出装置において、一つの発光素子から積層体に検出光を導入し、ハーフミラーにより検出光を２光束としたことを特徴とする雨滴・結露検出装置であり、また、分岐用ホログラムにより検出光を２光束に分岐したしたことを特徴とする雨滴・結露検出装置である。
【００１０】
また、本発明の雨滴・結露検出装置は、前述の雨滴・結露検出装置において、２つの発光素子から積層体に２光束の検出光を導入したことを特徴とする雨滴・結露検出装置である。
さらにまた、前述の雨滴・結露検出装置において、２光束の検出光から積層体に設けた二つの受光素子への導出は２枚の導出用ホログラムを介して行うことを特徴とする雨滴・結露検出装置である。
【００１１】
本発明は、２枚の透明板状体の間に設けたホログラムにより、一方の透明板状体中を全反射する検出光と、他方の透明板状体中を全反射する検出光とするものであるから、ミラーなどの不透明板を必要とせず、透視を妨げることはなく、しかも、導入用ホログラム、導出用ホログラムを使用すればプリズムなどの突起物を積層体に設けなくても済む。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の雨滴・結露検出装置は、自動車用のフロントガラスに応用した例で説明したが、船舶、飛行機、電車などの乗り物用の風防ガラスとして応用して、ワイパーなどを自動的に駆動させたり、住宅用の合わせガラス構造の窓ガラスに応用して雨が降ってきたことを住民に通報させたり各種の応用が可能である。
【００１３】
透明板状体としては、２枚の板ガラスをポリビニールブチラールなどの中間膜により接着した構造の合わせガラス、板ガラスに透明樹脂板を接着したバイレイヤーガラス以外にも板ガラスに代えてポリカーボネートなどの透明樹脂板などを採用することもできる。
【００１４】
透明板状体の間に設けたホログラムは、反射型ホログラムであり、その作製は２光束の検出光の全反射面になるように、フォトポリマーなどの感材に、入射角を ４１．８°〜６０．１°の方向の２方向からのレーザー光を、発散光と発散光あるいは発散光と平行光として異なる面からガラスブロック、ホログラムなどを介在させて照射し、干渉縞を形成する。
【００１５】
発光素子については、波長範囲の狭い単波長の光を発光する発光ダイオード、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子などを好適に採用することができるが、波長範囲の狭いものであって小型であれば同様に使用することができる。
【００１６】
受光素子については、フォトダイオードなど各種の小型で軽量な受光素子を採用することができ、一つあるいは二つの発光素子を積層体に設ける。
【００１７】
発光素子から積層体への検出光の導入は、図５、図７に示すように、発光素子５とプリズム８を積層体１に設けプリズム８を介して行うか、あるいは各実施例、図４、図６に示すように導入用ホログラム３、３１、３２などを介して行う。
【００１８】
この場合のホログラム３と３２および実施例２における３１は、透過型ホログラムであり、その作製は、まずフォトポリマーなどの感材の一方の面に例えば垂直方向（入射角０°）と入射角を ４１．８°〜６０．１°の方向の２方向からのレーザー光を、発散光と発散光あるいは発散光と平行光として同じ面からガラスブロック、あるいはホログラムなどを介在させて照射して干渉縞を形成させて形成する。
【００１９】
発光素子が一つの場合には、検出光を２光束に分岐する必要があり、分岐シートを用いる。その手段として図６、図７に示す公知のハーフミラー９以外にも、図４、図５あるいは後述する実施例１、実施例３に示すように、導入用ホログラム３１と導入用ホログラム３２を積層したものを分岐用ホログラムとして好適に使用することができ、ホログラムを使用すると分岐の機能だけでなく、導入の機能も併せ持たせることができるので好ましい。
【００２０】
この場合のホログラムは、反射型ホログラムと透過型ホログラムを作製し、積層すればよく、反射型ホログラムの作製は、フォトポリマーなどの感材に、入射角を例えば垂直方向（入射角０°）と４１．８°〜６０．１°の方向の２方向からのレーザー光を、発散光と発散光あるいは発散光と平行光として異なる面から露光量を減らして回折効率がほぼ５０％になるようにガラスブロック、ホログラムなどを介在させて照射して干渉縞を形成し、透過型ホログラムの作製は、フォトポリマーなどの感材の一方の面に例えば垂直方向（入射角０°）と入射角を ４１．８°〜６０．１°の方向の２方向からのレーザー光を、発散光と発散光あるいは発散光と平行光として同じ面からガラスブロック、ホログラムなどを介在させて照射して干渉縞を形成する。
【００２１】
発光素子が二つの場合には、導入用のプリズムあるいはホログラムがあればよく、２光束に分岐する分岐シート用の光学素子は不要である。
【００２２】
受光素子については、フォトダイオードなど各種の小型で軽量な受光素子を採用することができ、積層体に普通二つ設けるものであるが、発光素子を二つ設ける場合に一つとすることができる。すなわち発光素子を二つとし、タイマーなどにより雨滴検出用と結露検出用の検出光を交互に切り替えて積層体中に導入し、検出回路により、発光素子と連動させて検出すれば雨滴と結露の識別が可能であり、後述する実施例１と実施例３に示す構成において発光素子と受光素子を入れ替えた構成にすればよい。
【００２３】
受光素子への検出光の導出は、導出用ホログラムかあるいはプリズムを使用して行えばよく、導出用のホログラムは導入用のホログラムと同様に作製すればよい。
【００２４】
ホログラムの感材については、樹脂フィルムに厚さ２５μｍのフォトポリマー、例えばＯｍｎｉＤｅｘ−３５２（ＤｕＰｏｎｔ製）を塗布したものなどが好適であるが、フィルムに感材が塗布されたものであればよい。
【００２５】
検出回路は、雨滴が透明板状体に付着すると、その雨滴部分で光が散乱され受光素子への検出光の入光量が低減するので、その変化を検出できるような増幅回路、設定値との比較を行う比較回路など、場合によっては検出光の変化をとらえられるような微分回路などを必要に応じて付加した通常の検出回路を使用することができる。
【００２６】
【実施例】
以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。
【００２７】
図１〜図３はそれぞれ実施例１〜実施例３におけるフロントガラスの要部断面図である。
【００２８】
実施例１
図１に示すように、積層体１を車両用フロントガラスとして、発光素子を一つとして、検出光の導入と導出を導入用ホログラムと導出用ホログラムにより行う例である。
【００２９】
ここでは発光素子にＡｌＧａＡｓ系の近赤外線発光ダイオード、検出器はゲルマニウム系検出器を用いることとし、導入用ホログラム、全反射用ホログラム、導出用ホログラムは以下のようにして作製した。
【００３０】
まず、樹脂フィルムに厚さ２５μｍのフォトポリマーを塗布した、例えばＯｍｎｉＤｅｘ−３５２（ＤｕＰｏｎｔ製）１０ｍｍ×１８ｍｍの感材の片側（左側）１０ｍｍ×４ｍｍの領域以外はマスキングして、図示しない６４７ｎｍの光を発振するレーザー発振器、ビームスプリッター、凸レンズ、ミラーなどを組み合わせた光学装置によりレーザー光を２分割させて、一方の光の再生角が０°、他方の光の再生角が４１．８°〜６０．１°の間の角度になるように、ガラスブロックを用いて例えば入射角６．２°の発散光と、同じく４３．８°の平行光をそれぞれ感材の異なる面に露光量を落として照射して、感材の左側１０ｍｍ×４ｍｍの領域に回折効率がほぼ５０％の干渉縞を形成し、導入用ホログラム３１とする。
【００３１】
次いで前記左側と右側の１０ｍｍ×８ｍｍの領域をマスキングして、図示しない６４７ｎｍの光を発振するレーザー発振器、ビームスプリッター、凸レンズ、ミラーなどを組み合わせた光学装置によりレーザー光を２分割させて、一方の光の再生角が４１．８〜６０．１°、他方の光の再生角が４１．８〜６０．１°の角度になるように、ガラスブロックを用いて例えば６０．７°の平行光、と６０．７４３°の平行光をそれぞれ感材の異なる面に照射して中央の１０ｍｍ×６ｍｍの領域に干渉縞を形成し、全反射用のホログラム２とする。
【００３２】
次いでその右側の１０ｍｍ×４ｍｍの領域に、その他の部分はマスキングして、図示しない６４７ｎｍの光を発振するレーザー発振器、ビームスプリッター、凸レンズ、ミラーなどを組み合わせた光学装置によりレーザー光を２分割させて、一方の光の再生角が０°、他方の光の再生角が４１．８°〜６０．１°の間の角度になるように、ガラスブロックを用いて例えば入射角２１．４°の収束光と、同じく７１．４°の平行光をそれぞれ感材の異なる面に照射して、１０ｍｍ×４ｍｍの領域に干渉縞を形成し導出用のホログラム４１とする。
【００３３】
次いで、その右側の領域以外はマスキングして、図示しない６４７ｎｍの光を発振するレーザー発振器、ビームスプリッター、凸レンズ、ミラーなどを組み合わせた光学装置によりレーザー光を２分割させて、一方の光の再生角が０°、他方の光の再生角が４１．８°〜６０．１°の間の角度になるように、ガラスブロックを用いて例えば入射角６．２°の収束光と、同じく４３．８°の平行光をそれぞれ感材の一方の同一面に照射して、１０ｍｍ×４ｍｍの領域に干渉縞を形成し、導出用ホログラム４２とする。 このようにして得られた感材には４種類のホログラムの干渉縞が形成されており、その後通常の現像処理を行う。
【００３４】
さらに別の１０ｍｍ×４ｍｍの感材を用意して、図示しない６４７ｎｍの光を発振するレーザー発振器、ビームスプリッター、凸レンズ、ミラーなどを組み合わせた光学装置によりレーザー光を２分割させて、一方の光の再生角が０°、他方の光の再生角が４１．８°〜６０．１°の間の角度になるように、ガラスブロックを用いて例えば入射角６．２°の発散光と、同じく４３．８°の平行光をそれぞれ感材の一方の同一面に照射して、干渉縞を形成し、透過型の導入用ホログラム３２とする。その後通常の現像処理を行う。
【００３５】
導入用ホログラム３２を導入用ホログラム３１に合わせて積層して１枚のホログラムシートを得る。
【００３６】
次いで車内側板ガラス１１の合わせ面側に前記のホログラムシートを貼り付けて、車外側板ガラス１２とポリビニールブチラールなどの中間膜１３により通常の合わせ処理を行って接着して合わせガラスを得る。
【００３７】
この合わせガラスに発光素子５と、受光素子６１、受光素子６２を取り付け、自動車の前部開口部にフロントガラスとして装着する。
【００３８】
なお、図示しないが、発光素子５には電源からのリード線を接続し、受光素子６１、６２の出力側には検出回路を接続する。
【００３９】
このようにして得られた雨滴・結露検出装置において、合わせガラスに発光素子５からの検出光が導入されると、導入用ホログラム３１によって一部が回折され一方の検出光として車内側板ガラス中を全反射しながら進行し、回折しない一部が透過して導入用ホログラム３２に入射し、このホログラムで回折されて他方の検出光となり、車外側板ガラス１２中を全反射しながら進行する。
【００４０】
車外側板ガラス１２中を進行する検出光は、雨が降っていないときには、車外側板ガラス１２の車外側面と全反射用ホログラム２の間で全反射されて、受光素子６２によって受光され、車内側板ガラス１１中を進行する検出光は、車内に結露がないときには車内側板ガラス１１と全反射用ホログラム２の間で全反射され、受光素子６１に受光される。
【００４１】
この場合には合わせガラス中の光の減衰が若干あるだけでほぼ全量が受光される。雨滴が車外側板ガラス１２の車外側面に付着すると、雨滴に車外側板ガラス中１２を進行する検出光の一部、あるいは全量が入射してこの雨滴によって散乱するので、受光素子６２に受光される検出光はほとんど０になるか激減する。
【００４２】
車内側板ガラス１１に結露が発生すると、水滴に車内側板ガラス１１中を進行する検出光の一部、あるいは全量が水滴によって散乱するので、受光素子６１に受光される検出光は激減する。
【００４３】
図示しない検出回路において、この受光素子６２の受光量の絶対量を、雨が降ってない通常の量に相当する量を基準値として比較すれば雨滴を的確に検出することができ、同様に受光素子６１の受光量を、結露していない通常の状態を基準値と比較することにより結露を的確に検出することができる。
【００４４】
実施例２
図２に示すように、積層体１を車両用フロントガラスとして、発光素子を二つ５１、５２として設け、検出光の導入と導出を導入用ホログラムと導出用ホログラムにより行う例であり、全反射ホログラム２と受光素子６１，６２は実施例１と同じ構成にしたものである。
【００４５】
導入用ホログラムと導出用ホログラムはいずれも透過型ホログラムであり、例えば一方の光の再生角が０°、他方の光の再生角が４１．８°〜６０．１°の間の角度になるように、ガラスブロックを用いて例えば導入用ホログラムの場合、入射角６．２°の発散光と、同じく４３．８°の平行光を、導出用ホログラムの場合、入射角６．２°の収束光と同じく４３．８°の平行光を、それぞれ感材の一方の同一面に照射して、作製すればよい。
【００４６】
実施例３
図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、積層体１を車両用フロントガラスとして、発光素子５を一つとするが、受光素子６１、６２とともに平面的にほぼ横一線になるように配設し、折り返し用ホログラム７１、７２を導出用ホログラムの代わりに設け、新たに導出用ホログラム４１、４２を設けた以外の導入用ホログラム３１、３２、および全反射ホログラム２は実施例１と同じ構成にしたものである。
【００４７】
折り返し用ホログラム７１，７２は、全反射してきた検出光が断面的には同じだが、図３（Ｂ）に示すように平面的に異なる光路を全反射しながら折り返すように露光して作製すればよい。
【００４８】
導出用ホログラム４１、４２は導入用ホログラム３１、３２と進行方向が逆だが同様に機能させるものであり、検出光の往路と復路が異なるので前記実施例１、実施例２の場合よりも幅広にしておく必要がある。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば、ホログラムを利用して２光束の検出光とするものであるから、積層体の透視を維持した状態で雨滴と結露を的確に検出することができ、しかも装置を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１におけるフロントガラスの要部断面図である。
【図２】実施例２におけるフロントガラスの要部断面図である。
【図３】実施例３における図面であり、（Ａ）が要部断面図、（Ｂ）が要部平面図である。
【図４】検出光の導入の１実施態様を示す要部断面図である。
【図５】検出光の導入の１実施態様を示す要部断面図である。
【図６】検出光の導入の１実施態様を示す要部断面図である。
【図７】検出光の導入の１実施態様を示す要部断面図である。
【符号の説明】
１ 積層体
２ 全反射用ホログラム
３、３１、３２ 導入用ホログラム
４１、４２ 導出用ホログラム
５、５１５２ 発光素子
６１、６２ 受光素子
７ 折り返し用ホログラム
８ プリズム
９ ハーフミラー

Claims (5)

1. ２枚の透明板状体を接着した積層体に発光素子からの検出光を導入して、該積層体中を２光束の検出光が全反射するように進行させ、該２光束の検出光を受光素子により受光して雨滴と結露を検出する装置において、前記２光束の検出光は、前記２枚の透明板状体の間に設けた全反射ホログラムにより全反射されて、一方の透明板状体中を全反射する検出光と、他方の透明板状体中を全反射する検出光とし、一方の検出光により雨滴を、他方の検出光により結露を検出するようにしたことを特徴とする雨滴・結露検出装置。
2. 一つの発光素子から積層体に検出光を導入し、ハーフミラーにより検出光を２光束としたことを特徴とする請求項１記載の雨滴・結露検出装置。
3. 一つの発光素子から積層体に検出光を導入し、分岐用ホログラムにより検出光を２光束に分岐したことを特徴とする請求項１記載の雨滴・結露検出装置。
4. ２つの発光素子から積層体に２光束の検出光を導入したことを特徴とする請求項１記載の雨滴・結露検出装置。
5. ２光束の検出光から積層体に設けた二つの受光素子への導出は２枚の導出用ホログラムを介して行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の雨滴・結露検出装置。

Images