JP3691488B2 - 付着物検出装置およびそれを用いた制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、検知面上に付着した付着物の存在を検知し、当該付着物の形状効果に起因する強い外界光の入射があった場合に発生するいわゆるフラッシング現象を自動的に検出できる機能を併せ持つ付着物検出装置およびそれを用いた制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
付着物の有無を検出し、付着物の存在が検出されたことを契機として制御内容を変更するシステムには様々なものがある。付着物の一例として雨滴を考えると、車のウィンドシールドのウィンドウワイパー制御装置は、天候の変化があり降雨が始まったことを契機として制御内容を臨機応変に変更する必要が生じる。このウィンドウワイパー制御装置の利便性を高めるための重要な課題の一つとして、降雨中であるのか否かを検知するレインセンサの開発が挙げられる。以下に、従来の付着物検出装置として、車のウィンドシールドにおける雨滴を付着物として検出する従来のレインセンサを説明する。
【０００３】
一般に普及している手動操作によるウィンドウワイパーの場合、運転者自身が降雨が始まったことを認識し、自動車の走行状態、ウィンドシールドに付着する雨滴の量の変化を勘案し、自動車運転時に必要とするウィンドシールド越しの視界を確保すべく、ウィンドウワイパーのスイッチをオフからオンに手動で切り替える必要がある。この手動によるウィンドウワイパーのスイッチ切替操作の煩わしさを緩和するため、レインセンサを設けて自動車のウィンドシールドの検知面上の雨滴など付着物の存在を検知し、ウィンドウの払拭が必要か否かを判定している。
【０００４】
従来のレインセンサには、雨滴の検知方法に応じて、反射光検知型レインセンサなどが知られている。図２５は、従来技術の反射光検知型レインセンサによる雨滴検出原理を簡単に説明した図である。図２５において、１０００は自動車のウィンドシールドである。説明の便宜上、ウィンドシールド１０００の上側空間を自動車内部側、つまり運転者側の空間、下側空間を外界とした。１０１０は光源、１０２０はプリズム、１０３０は反射光をウィンドシールド内から導き出すためのプリズム、１０４０はレンズ、１０５０は受光素子としてのＰＤ（光検出素子）、１１１０が検知面である。１１２０が検知面上に付着した雨滴である。光源１０１０からは検知面全体をカバーしうる広がりを持つ光束が照射され、そのうち１１３０が雨滴が付着した部分に対して入射した光の軌跡、１１３０以外の光１１４０が雨滴が付着していない検知面に対して入射した光の軌跡を表している。
【０００５】
反射光検知型レインセンサでは、各要素の取り付け角度と材質（特に材質が持つ屈折率）の調整が重要である。雨滴検出原理を簡単に言えば、検知面のうち雨滴が付着した部分に対して入射した光はウィンドシールド１０００の外界面において全反射条件が満足されずに外界に逃げ、検知面のうち雨滴が付着していない部分に対して入射した光はウィンドシールド１０００の外界面において全反射条件が満足されて全反射し、当該反射光の強度差を検出するわけである。
【０００６】
そのため、光源１０１０とプリズム１０２０は、照射光がウィンドシールド１０００内部に入射する入射条件を満たす角度、材質が選ばれ、また、ウィンドシールド１０００の外界面上の検知面において全反射する角度が選ばれる。さらに、雨滴付着による屈折率の変化により検知面１１１０における全反射条件の満足・不満足が切り換わるように検知面に対する光入射角度が選ばれる。
【０００７】
プリズム１０３０も反射光がウィンドシールド１０００外部に出射できるように出射条件を満たす、つまり全反射条件が満足されないように材質、角度が選ばれている。レンズ１０４０と受光素子１０５０は、レンズ１０４０に入射した光が受光素子１０５０のセンサ部分に集光するように角度と距離が調整されている。
【０００８】
なお、これら１０１０〜１０５０の要素は、ウィンドシールド１０００以外の場所、例えばボンネットの上や屋根の上などにも取り付け可能であるが、検知対象はウィンドシールド１０００の状態であるのでウィンドシールド１０００の一部であるワイパー払拭部に取り付けることが好ましい。また、運転者の視界を狭めないように取り付けられることが好ましい。例えば、もともとバックミラーが取り付けられて視界が遮られているウィンドシールド部分などに取り付けることが好ましい。
【０００９】
以上の従来の反射光検知型レインセンサの動作を簡単に説明すると、光源１０１０から照射された光束は、プリズム１０２０によりウィンドシールド１０００内部に導入され、検知面１１１０全面にわたり入射する。いま、検知面１１１０上には雨滴１１２０が付着していたものとする。検知面１１１０に入射した光のうち雨滴１１２０が付着した部分に対して入射した光１１３０は、ウィンドシールド１０００の外界面において、屈折率ｎが約１．３である雨滴の存在により全反射条件が満足されず、外界に逃げ、当該光が受光素子１０５０において検知されることはない。一方、検知面１１１０に入射した光のうち雨滴が付着していない部分に対して入射した光１１４０は、ウィンドシールド１０００の外界面には屈折率ｎが１である空気の存在により全反射条件が満足されて全反射する。全反射した光はウィンドシールド１０００の自動車内側の面のプリズム１０３０の存在により全反射せずに自動車内に出射する。出射した光はレンズ１０４０において受光素子１０５０上の光センサ部分に集光される。
【００１０】
このように、受光素子１０５０が検知する光量は、雨滴１１２０が存在すると減少し、雨滴１１２０が検知面１１１０上を覆う面積が大きくなるほど受光する光量は減少することとなる。この光量の変化を検出して検知面１１１０上の雨滴の存在を検知する。以上が従来の反射光検知型レインセンサによる雨滴検出原理である。
【００１１】
なお、それぞれのタイプのレインセンサは、上記したような信号変化を検知すれば雨滴検出信号を出力するように構成されている。レインセンサからの雨滴検出信号は、ウィンドウワイパーの制御部に入力され、当該雨滴検出信号の入力を契機として所定のウィンドウワイパーの制御などが行われる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のレインセンサには以下に示すような問題点があった。
【００１３】
従来のレインセンサでは、フラッシング現象を検知することができないという問題があった。付着物の種類、ウィンドシールドの撥水能力の高さ、車の運転走行状態など様々な要因により同じ付着物であってもその形状は異なったものとなる。このような雨滴形状に起因して外界光入射によりフラッシング現象が発生しうることが知られている。フラッシング現象は、外界に存在する光源であって外界環境における基準光量よりも相対的に強い光源からの照射光がウィンドシールド上の付着物に入射し、該付着物の形状に起因して起こる現象をいう。このフラッシング現象発生を検知することができれば、すみやかにウィンドシールド面をワイパーで払拭して付着物を除去してフラッシング現象を緩和することができる。
【００１４】
本発明は、上記問題点に鑑み、検知面上における付着物の表面形状効果として生じるフラッシング現象を検出できる付着物検出装置およびその当該付着物検出装置を用いて推定したフラッシング現象に対する対応制御を行う制御装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第１の付着物検出装置は、全反射用光源を備え、前記全反射用光源から出射され透明性基板内に導入された入射光が反射される前記透明性基板の外表面を検知面とし、前記検知面を介して外界から入射する外界光および前記検知面からの前記全反射用光源の反射光を検出する受光部と、前記受光部が検知した光検出信号における、付着物による前記検知面上での反射条件の変化による信号レベル低下を検出して前記付着物の存在を検出する付着物検出部と前記受光部に受光される外界光による信号レベル増加の有無を検出する外界光増加検出部を備えたことを特徴とする。
【００１６】
ここで、付着物検出装置は、前記付着物検出部が付着物の存在を検出し、前記外界光増加検出部が外界光による信号レベル増加を検出した場合、フラッシング現象が起きていると推定する。
【００１７】
上記構成により、検知面上に、例えば、雨滴のような付着物が存在することが検出され、また、外界光の入射量の増加が検出された場合、当該外界光の入射量の増加が付着物の形状効果に起因したものであると推定することができる。
【００１８】
また、上記課題を解決するために、本発明の第１の付着物検出装置の別構成は、全反射用光源と散乱用光源を備え、前記全反射用光源から出射され透明性基板内に導入された入射光が反射され、また、前記散乱用光源から出射され前記透明性基板内に導入された入射光が照射される前記透明性基板の外表面を検知面とし、前記検知面を介して外界から入射する外界光、前記検知面からの前記全反射用光源の反射光および前記検知面からの前記散乱用光源の散乱光を検出する受光部と、前記受光部が検知した光検出信号における、付着物による前記全反射用光源からの信号レベルの変化を検出して前記付着物の存在を検出する付着物検出部と、前記受光部が検知した光検出信号における、付着物による前記散乱用光源からの信号レベルの変化を検出して前記付着物が光散乱性のある付着物であるか否かを検出する光散乱性付着物検出部と、前記受光部に受光される外界光による信号増加の有無を検出する外界光増加検出部を備えたことを特徴とする。
【００１９】
上記構成により、本発明の付着物検出装置において、まず、付着物検出部と光散乱性付着物検出部を用いて、検知面上において付着物が存在し、当該付着物が光散乱性を有していないものであることが検出できる。つまり、当該付着物が雨滴などのように光透過性を有し、散乱を起こさないものであると推定することができる。次に、外界光増加検出部を用いて当該付着物の影響により外界光の入射量が増加したことが検出されるので、付着物推定部は当該外界光の入射量の増加が付着物の形状効果に起因したものであると推定することができる。
【００２０】
なお、前記付着物検出部により付着物の存在が検出され、前記光散乱性付着物検出部により付着物の光散乱性が検出されず、前記外界光増加検出部により外界光入射量増加が検出された場合、付着物検出装置は付着物の形状効果に起因してフラッシング現象が発生したと推定することができる。
【００２１】
また、上記本発明の第１の付着物検出装置において、前記外界光増加検出部が検出した外界光の入射量の増加割合に応じて前記フラッシング現象の強度を評価することができる。
【００２２】
運転者が知覚するフラッシング現象の強度は、増加した外界光の入射量の絶対値により決まるものではなく、外界の環境に比べて入射する光量が相対的に大きい場合に知覚されるフラッシング現象の強度が大きいと推定できるからである。例えば、昼間であれば外界環境の光量が元々大きいため、何らかの人工照明がウィンドシールドを通して入射してもその影響は比較的小さい場合がある。一方、夜間では外界環境の光量が元々小さいため、何らかの人工照明がウィンドシールドを通して入射することによりその影響が比較的大きくなる場合がある。このように、夜間の方がフラッシング現象が起こりやすいことが知られている。
【００２３】
また、本発明の付着物検出装置において、前記付着物検出部が稼動する場合には前記光散乱用光源を消灯し、前記光散乱性付着物検出部が稼動する場合には前記全反射用光源を消灯し、前記外界光増加検出部が稼動する場合には前記全反射用光源および前記光散乱用光源を消灯し、前記付着物検出部と前記光散乱性付着物検出部と前記外界光増加検出部を切り換えつつ用いることが好ましい。
【００２４】
上記構成により、付着物の存在を検出する付着物検出モードと、付着物が光散乱性を有する付着物であるか否かを検出する光散乱性付着物検出モードと、外界光入射量の増加を検出するモードとをそれぞれ切り分けて稼動させることができ、各モードでの検出精度を上げることができる。
【００２５】
上記課題を解決するために、本発明の第２の付着物検出装置は、透明性基板の外表面を検知面とし、外界光により照射された前記検知面を結像させる結像系レンズと、前記結像レンズにより結像された像を受光する受光素子アレイを備えた付着物検出装置において、前記受光素子アレイが複数の微小受光素子を備え、各微小受光素子からの光検出信号をそれら微小受光素子の配列に応じて並べた信号パターンを生成し、前記検知面上の付着物の付着状態に対応した信号パターンを出力することを特徴とする。
【００２６】
上記構成により、各微小受光素子により検出される光検出信号を微小受光素子の配列に応じて並べ、信号パターン（波形）を得ることができる。信号パターンは検知面から得られる信号レベルをつなぎ合わせてパターン化したものであり、検知面上の付着物の状態の相違は、信号パターンの微小区間の相対的変化として表れることとなる。本発明は、信号レベルの絶対値そのものを解析する必要はなく、信号パターン中の相対的変化、つまり、波形変化を解析することにより、高い精度で外界から入射する外界光の増加を検出することができ、フラッシング現象など外界から強い光が入射する現象を捉えることができ、当該フラッシング現象を起こした付着物の存在を推定することができる。ここで、信号パターンにおいて、相対的に信号レベルが高い信号パターン部分と相対的に信号レベルが低い信号パターン部分がある場合、フラッシング現象が起きていると推定する。
【００２７】
次に、本発明の第２の付着物検出装置の他の構成は、全反射用の光源を備え、前記全反射用の光源から発射され透明性基板内に導入された入射光が反射される前記透明性基板の外表面を検知面とし、前記全反射用の光源により照射された前記検知面を結像させる結像系レンズと、複数の微小受光素子を備え、前記結像系レンズからの光を受光し、各微小受光素子からの光検出信号をそれら微小受光素子の配列に応じて並べた信号パターンとして出力する受光素子アレイと、前記全反射用光源からの照射光によって前記受光素子アレイにおいて得られる前記信号パターン中に、周囲の信号レベルから相対的に信号レベルが低い信号パターン部分を検出すれば、該パターン部分に対応する検知面上の付着物の存在を検出し、前記全反射用の光源を消灯して、外界光によって前記受光素子アレイにおいて得られる信号パターン中に、周囲の信号レベルから相対的に信号レベルが高い信号パターン部分を検出すれば、フラッシングが起きていると推定することを特徴とする。
【００２８】
上記構成により、検知面上の付着物の有無による反射条件の変化を信号パターンの相対的変化として捉えることができ、例えば、雨滴のような付着物を検出することができ、さらに、外界光による信号パターンの相対的変化によりフラッシング現象も推定することができる。
【００２９】
また、上記課題を解決するために、本発明の第２の付着物検出装置の他の構成は、全反射用と散乱用の光源を備え、前記全反射用の光源から発射され透明性基板内に導入された入射光が反射され、また、前記散乱用の光源から発射され透明性基板内に導入された入射光が散乱される前記透明性基板の外表面を検知面とし、前記全反射用および散乱用の光源により照射された前記検知面を結像させる結像系レンズと、複数の微小受光素子を備え、前記結像系レンズからの光を受光し、各微小受光素子からの光検出信号をそれら微小受光素子の配列に応じて並べた信号パターンとして出力する受光素子アレイと、前記全反射用光源からの照射光によって前記受光素子アレイにおいて得られる前記信号パターン中に、周囲の信号レベルから相対的に信号レベルが低い信号パターン部分を検出すれば、該パターン部分に対応する検知面上の付着物の存在を検出し、前記散乱用光源からの散乱光によって前記受光素子アレイにおいて得られる前記信号パターン中に、周囲の信号レベルから相対的に信号レベルが高い信号パターン部分を検出すれば、該パターン部分に対応する検知面上の光散乱性付着物の存在を検出し、前記全反射用および散乱用の光源を消灯して、外界光によって前記受光素子アレイにおいて得られる信号パターン中に、周囲の信号レベルから相対的に信号レベルが高い信号パターン部分を検出すれば、フラッシングが起きていると推定することを特徴とする。
【００３０】
上記構成により、検知面上の付着物の有無による反射条件の変化を信号パターンの相対的変化として捉えることができ、さらに検知面上の付着物の有無による散乱条件の変化を信号パターンの相対的変化として捉えることができるので、付着物が雨滴であるのか泥水であるのかなど付着物の種類と状態について正確な推定をすることができ、さらに、外界光による信号パターンの相対的変化によりフラッシング現象も推定することができる。
【００３１】
また、本発明の付着物検出装置において、前記全反射用光源および前記散乱用光源を消灯するモードと、前記全反射用光源を点灯し、前記散乱用光源を消灯するモードと、前記全反射用光源を消灯し、前記散乱用光源を点灯するモードの３つのモードを切り換える切替部を備えることが好ましい。
【００３２】
上記構成により、付着物の存在を検出する付着物検出モードと、付着物が光散乱性を有する付着物であるか否かを検出する光散乱性付着物検出モードと、外界光入射量の増加を検出する外界光増加検出モードとをそれぞれ切り分けて稼動させることができ、各モードでの検出精度を上げることができる。
【００３３】
次に、本発明の第１または第２の付着物検出装置は、前記検知面を自動車のウィンドシールド上に設け、前記ウィンドシールド内に入射する外界光の増加を前記外界光増加検出部により検出し、フラッシング現象を推定するレインセンサとして利用することが可能であり、さらに、ウィンドウワイパー駆動部と、ウィンドウワイパー制御部を備え、前記ウィンドウワイパー制御部が、前記付着物検出装置からのフラッシング現象の推定結果に基づいて前記ウィンドウワイパー駆動部の制御内容を変更するウィンドウワイパー装置として構成することができる。
【００３４】
上記構成により、ウィンドシールド上の付着物の存在、当該付着物の表面形状効果の影響によるフラッシング現象の発生に応じて、ワイパーの払拭制御内容が適切なものとなるように制御したウィンドウワイパー装置を提供することができる。
発明を実施するための最良の形態
本発明の第１の付着物検出装置として、検知面を通して受光素子において得られた入射光の光検出信号のレベルによりフラッシング現象の発生を推定する付着物検出装置を、実施形態１〜実施形態２に示す。
【００３５】
また、本発明の第２の付着物検出装置として、受光素子として複数の微小受光素子を並べた微小受光素子アレイを用い、検知面を通して各微小受光素子において得られた入射光の光検出信号レベルをつなぎ合わせて得た信号パターンを解析することによりフラッシング現象の発生を推定する付着物検出装置を、実施形態３に示す。
【００３６】
さらに、本発明の第１または第２の付着物検出装置をレインセンサとして用いたウィンドウワイパー制御装置を、実施形態４に示す。
【００３７】
（実施形態１）
まず、本発明の第１の付着物検出装置を説明する。
【００３８】
本発明の第１の付着物検出装置は、透明性基板の検知面上における付着物の有無のみならず、外界光から入射する入射光量の増加割合を検出することを通じて当該付着物の表面形状や、表面形状効果により発生するフラッシング現象を推定する機能を備えている。以下の実施形態では、特に、検知面上に雨滴が付着した場合を例として説明する。
【００３９】
まず、付着物による表面形状効果によりフラッシング現象が起こる原理を簡単に説明し、次に、本発明の付着物検出装置の装置構成、付着物検出モードにおける動作および推定処理、光散乱性付着物検出モードにおける動作および推定処理、さらに、受光部に受光される外界光による信号増加の有無を検出するモード（以下、外界光増加検出モードという）における動作および推定処理を説明し、最後にフラッシング現象が推定される処理を説明する。
【００４０】
まず、付着物による表面形状効果によりフラッシング現象が起こる原理を簡単に説明する。
【００４１】
図１は、付着物による表面形状効果により乱反射が起こる様子を示す図である。付着物は雨滴１２０とし、検知面１１０に付着している。雨滴１２０は、雨滴自身が持つ表面張力と検知面１１０が持つ撥水効果により、半球状に盛り上がっているような形状を持っている。ここでは検知面１１０が持つ撥水効果が大きく、雨滴１２０は厚く盛り上がり、表面内面は大きな曲率をもった状態であるとする。いま、外界環境の平均的光量よりも比較的強い光が雨滴１２０に入射したとする。雨滴１２０に入射した光は、雨滴の表面形状効果により屈折し、乱反射を起こすことがある。このような現象がフラッシング現象である。上記の雨滴表面内面で起こる反射は、雨滴表面内面の曲率が大きいほど起こりやすく、また、検知面１１０の内側に向けて出射する光量が大きく、フラッシング現象の強度が大きくなる。
【００４２】
以上のように、フラッシング現象の発生は、外界から入射する光量の増加を検出することによりある程度の推定が可能となる。そこで本発明の付着物検出装置は、透明性基板の外表面などを検知面として設け、検知面を介して外界から入射する外界光を検出する受光部と、当該受光部に受光される外界光による信号レベルの増加の有無を検出して外界光の入射量の増加を検出する外界光増加検出部を備え、外界光増加を招く付着物の存在を推定し、フラッシング現象の発生を推定するものである。
【００４３】
本発明の第１の付着物検出装置ではさらにフラッシング現象の発生検知の精度を上げるため、次の条件を検出し、より精度の高いフラッシング現象発生の推定を可能とする。第１の条件は、検知面に雨滴が存在していることである。第２の条件は受光部により受光される光信号のレベルが急に増えたことである。これら２つの条件は十分条件ではないがフラッシング現象が成立するための重要な必要条件と言える。本発明の付着物検出装置は、上記第１の条件に加えて第２の条件が成立しているときにフラッシング現象の発生を推定するものである。
【００４４】
本発明の第１の付着物検出装置は、上記第１の条件である雨滴を検出するため下記の付着物検出モードを持っている。ここでは雨滴検出推定精度を上げるためさらに下記の光散乱性付着物検出モードを持つ例を挙げる。他の実施形態として、光散乱性付着物検出モードを持たず、付着物検出モードのみとする構成も可能である。また、本発明の付着物検出装置は、上記第２の条件を検出するため下記の外界光増加検出モードを持っている。
【００４５】
付着物検出モードとは、透明性基板の検知面上における付着物の有無を検出するためのモードである。光散乱性付着物検出モードとは、検知面上における付着物が光散乱性を有するものであるか否か、例えば、付着物が泥水や鳥類の糞など光散乱性を有するものであるか否かを検知するモードである。外界光増加検出モードとは、受光部に受光される外界光増加の有無を検出するモードであり、ウィンドシールドを介して入射する外界光の増加割合を検出するモードである。
【００４６】
本発明の第１の付着物検出装置は、付着物検出モードにおいて検知面上における付着物の存在が検出され、光散乱性付着物検出モードにおいて光散乱性が検出されない場合、まず、当該付着物が雨滴など光透過性を持つものであることが推定できる。さらに加えて、外界光増加検出モードにおいて外界から入射する光量の増加が検出された場合に、当該入射光量の増加は付着物の影響、つまり、付着物の表面形状効果により検出光量が増加したと推定するものである。特に、本発明の付着物検出装置は、外界光増加検出モードにおいて外界から入射する光量の増加の割合が大きい場合には、雨滴などの付着物が厚く盛り上がった形状をしており、運転者の視界を歪めるものであると推定し、また、特に外界光増加検出モードにおいて外界から入射する光量の増加の割合が大きい場合には、フラッシング現象が強く知覚され得る状態が発生したと推定するものである。
【００４７】
本発明の第１の付着物検出装置では、昼間の明るさなど外界環境は短時間では変化しないものであるので、今回の外界光増加検出モードで検出された光検出信号と前回の外界光増加検出モードで検出された光検出信号を比較し、短時間の間に急激に検出された光量が増加した場合には、対向車のヘッドライト光など、外界環境の光レベルに比べて強い光が付着物にあたり、図１に示したように、当該付着物の形状効果に基づいて発生した乱反射光の一部が受光されたと推定する。
【００４８】
次に、本発明の第１の付着物検出装置の装置構成例を示す。
【００４９】
図２は、本発明の第１の付着物検出装置の装置構成例を簡単に示した模式図である。図２において、１００が透明性基板の一例としてのウィンドシールド１００である。ウィンドシールド１００の下層は外界である。検知面１１０はウィンドシールド１００と外界との境界面の一定領域にある。１０が全反射用光源、２０が散乱用光源である。３０ａ、３０ｃがプリズムである。４０が集光レンズ、５０が受光部としての受光素子部である。６０が付着物推定部である。なお、この例では、全反射用光源１０、プリズム３０ａ、プリズム３０ｃ、集光レンズ４０、受光素子部５０の構成要素により付着物検出部が構成されている。また、散乱用光源２０、プリズム３０ｃ、集光レンズ４０、受光素子部５０の構成要素により光散乱性付着物検出部が構成されている。なお、散乱用光源２０とウィンドシールド１００との間のコンタクトをとるプリズムは必須ではないが、両者間にプリズムを介在させても良い。また、上記構成では集光レンズ４０を用いたが、本装置構成としては、全反射光や散乱光などプリズム３０ｃを介して出射する光が受光素子部５０に入射するように配置されていれば良く、その場合はプリズム３０ｃと受光素子部５０間に集光レンズ４０を介在させても良く、介在させなくても良い。
【００５０】
全反射用光源１０は、指向性のある照射光を照射でき、照射光が検知面１１０に対して所定角度で入射するような位置および角度で配置されている。全反射用光源１０から出射されプリズム３０ａを介してウィンドシールド１００に導入された光が検知面１１０に入射し、図２（ｃ）のように検知面１１０に付着物がない場合、つまり、空気が接している場合、検知面上での全反射条件が満足されるように調整されている。なお、プリズム３０ｃ、集光レンズ４０、受光素子部５０は、検知面１１０においてウィンドシールド１００内に全反射した反射光がウィンドシールド１００表面に取り付けられたプリズム３０ｃを介してウィンドシールド１００外に出射し、集光レンズ４０により受光素子部５０の受光面上に結像するように調整されている。さらに、全反射用光源１０や上記要素の配置および取り付け角度は、図２（ｂ）のように雨滴（水分）が接している場合には検知面１１０上での全反射条件が満足されないように調整される。
【００５１】
いま、外界の媒質の屈折率をｎ1、ウィンドシールド１００の屈折率をｎ2とし、照射光の検知面への入射角度をθ1とすると、全反射条件は（数１）で表される。
【００５２】
【数１】
【００５３】
ここで、図２（ｃ）のように雨滴がない場合の外界の媒質、つまり、空気の屈折率としてｎ1が１となり、ウィンドシールド１００の屈折率ｎ2の例として約１．５１とすると（数１）より、４１．４７°＜θ1となる。さらに、図２（ｂ）のように雨滴付着の場合は、水の屈折率が約１．３３であるので、θ1＜６１．７４°であれば良いこととなる。つまり、検知面１１０において（数１）で示した全反射条件の満足・不満足が切り換わる光入射角度θ1は、４１．４７°＜θ1＜６１．７４°の範囲で選ばれる。これら条件を満たす要素の配置および取り付け角度の例としてこの例では、光源１０からの照射光の検知面１１０への入射角度および反射角度が４７°となるように調整する。
【００５４】
次に、散乱用光源２０を説明する。散乱用光源２０も、指向性のある照射光を照射でき、照射光が検知面１１０に対して所定角度で入射するような位置および角度で配置されている。ここでは、受光素子部５０において付着物によって散乱された光の有無を感度良く確認する必要があり、付着物が検知面上にない状態において散乱用光源２０の照射光が直接受光素子部５０に入射しないように構成する。つまり、全反射用光源１０で設定する角度からずらし、散乱用光源のウィンドシールドによる全反射光が直接受光素子部５０に入射しないように配置する。また、例えば、散乱用光源２０の照射光の入射角度を、検知面１１０に対して全反射条件である上記（数１）が成立しない角度、つまり、外界の媒質の屈折率をｎ1、ウィンドシールド１００の屈折率をｎ2とし、照射光の検知面への入射角度をθ1’とすると、θ1’の角度は散乱用光源からの光が全反射しない条件である４１．４７°以下にする。この例ではθ1’を０°としている。
【００５５】
プリズム３０ａは、全反射用光源１０とウィンドシールド１００の両者を光学的にコンタクトさせる媒体となるプリズムであり、全反射用光源１０から照射された光をウィンドシールド１００内に導く働きをする。
【００５６】
プリズム３０ｃは、検知面１１０における全反射用光源１０からの反射光および散乱用光源２０からの散乱光をウィンドシールド１００内から導き出す働きをする。
【００５７】
集光レンズ４０は、プリズム３０ｃから入力された光を受光素子部５０上に集光するためのレンズである。なお、この例では、集光レンズ４０を有する構成例を示したが、これに限られることなく、レンズのない構成でも良く、また結像レンズを用いる構成でも良い。例えば、等倍結像系で正立画像を結像するロッドレンズを用いることができる。
【００５８】
受光素子部５０は、照射光量に応じて光検出信号を出力する受光素子を備えているもので、集光レンズ４０と受光素子部５０の受光素子は、集光レンズ４０に入射した光が受光素子部５０の受光素子上で結像するように角度と距離が調整されている。
【００５９】
上記したように、全反射用光源１０、プリズム３０ａ、プリズム３０ｃ、集光レンズ４０、受光素子部５０により付着物検出部が構成され、また、散乱用光源２０、プリズム３０ｃ、集光レンズ４０、受光素子部５０により光散乱性付着物検出部が構成されているが、本実施形態１の付着物検出装置は、全反射用光源１０による光照射タイミングと、散乱用光源２０による光照射タイミングを切り替えることにより、付着物検出モードと、光散乱性付着物検出モードと、外界光増加検出モードとを切り替えることができるものとする。制御部分は図２には図示しなかったが、全反射用光源１０のオンオフ制御、散乱用光源２０のオンオフ制御、付着物推定部６０への稼動モード通知、つまり、付着物検出モードであるか光散乱性付着物検出モードであるか外界光増加検出モードであるかを通知する機能を備えた制御部分があるものとする。付着物推定部６０が当該制御部分を兼ねる構成としても良い。
【００６０】
次に、付着物推定部６０を説明する。付着物推定部６０は、受光素子部５０からの光検出信号を受け、光検出信号を解析することにより、付着物の有無、付着物の種類、付着物の付着形状を推定処理する部分である。なお、推定処理では各モードにおける前回の光検出信号値からの相対変化を用いて推定するので、付着物推定部６０は、各モードの前回に検出した光検出信号値をラッチするラッチ部を備えているものとする。なお、付着物検出モードにおける光検出信号のラッチ部を６１、光散乱性付着物検出モードにおける光検出信号のラッチ部を６２、外界光増加検出モードにおける光検出信号のラッチ部を６３とする。
【００６１】
次に、付着物検出モード、光散乱性付着物検出モード、外界光増加検出モードの各モードにおける動作および推定処理を説明する。最初にフラッシング現象を起こす外界光の入射がない場合を説明し、後からフラッシング現象を起こす外界光の入射がある場合を説明する。
【００６２】
図３（ａ）は、本発明の付着物検出装置が付着物検出モードにある場合の検知面上の付着物における様子を模式的に示したものである。付着物検出モードでは、全反射用光源１０から光が検知面１１０に照射され、散乱用光源２０は消灯されている。検知面１１０に雨滴がある場合には、上記に検討したように検知面１１０における全反射条件が満足されず、照射光が外界へ逃げてしまう。この場合、受光素子部５０には光が受光されないこととなる。そのため付着物推定部６０が、付着物検出モードで受け取る光検出信号は原理的に前回の信号レベルに対する“信号レベル低下”を検出することになる。
【００６３】
図７は受光素子部５０で検出された光検出信号の例を示す図である。なお、横軸は時間軸であり、各モードが交互に切り換えられている。４０１が付着物検出モード、４０２が光散乱性付着物検出モード、４０３が外界光増加検出モード、４０４が付着物検出モード、４０５が光散乱性付着物検出モード、４０６が外界光増加検出モードというように交互になっている。なお、図７（ａ）と図７（ｃ）において、付着物検出モード４０１から外界入射光量増加検出モード４０３は雨滴付着前に検出された信号とし、付着物検出モード４０４から外界入射光量増加検出モード４０６は雨滴付着後に検出された信号とする。また同様に、図７（ｂ）において付着物検出モード４０１から外界入射光量増加検出モード４０３は泥水付着前に検出された信号とし、付着物検出モード４０４から外界入射光量増加検出モード４０６は泥水付着後に検出された信号とする。
【００６４】
図７（ａ）は付着物が雨滴である場合（フラッシング現象なし）の光検出信号例を示している。図７（ａ）に示すように、雨滴付着後の付着物検出モード４０４の信号レベルは、ラッチ部６１にラッチされている雨滴付着直前の付着物検出モード４０１の信号レベルと比べて、低下している。なお、基準信号値は絶対値で管理する必要はなく、装置がデフォルト状態から稼動を始め、前回に付着物検出モードにおいて捉えた信号値からの相対変化のみで判断しても良い。もっとも、ノイズによる影響を除去するため、相対変化の割合におけるしきい値を設定しておき、当該しきい値を超える信号レベルの低下があった場合にのみ“信号レベル低下”と判断することが好ましい。
【００６５】
図３（ｂ）は、本発明の付着物検出装置が光散乱性付着物検出モードにある場合の様子を模式的に示したものである。光散乱性付着物検出モードでは、散乱用光源２０から光が検知面１１０に照射され、全反射用光源１０は消灯されている。ここでは検知面１１０には雨滴があるが、雨滴は光散乱性に乏しく、原理的には光散乱が起こらないため、照射光が外界へ逃げてしまう。この場合、受光素子部５０には光が受光されないこととなる。そのため光散乱性付着物検出モードにおける光検出信号は低いレベルのまま変化がないこととなる。図７（ａ）の光検出信号例において、雨滴付着後の光散乱性付着物検出モード４０５の信号レベルは、ラッチ部６２にラッチされている雨滴付着直前の光散乱性付着物検出モード４０２の光検出信号レベル同様、低いレベルにあることがわかる。もっとも、ノイズの影響を考慮するため変化の有無を判断するためのしきい値を設けておくことが好ましい。
【００６６】
付着物推定部６０は、付着物検出モードで“信号レベル低下”、光散乱性付着物検出モードで“信号レベル変化なし”が得られた場合、雨滴の存在、つまり、光散乱性の乏しい付着物の存在を推定する。
【００６７】
上記処理により第１の条件である雨滴の存在を検知することができる。
【００６８】
次に、付着物が雨滴ではないと判別する場合の処理について述べる。
【００６９】
図４は、雨滴ではない例として泥水１２０ａが検知面１１０上に付着している場合の付着物推定部６０による推定処理の概念を説明した図である。
【００７０】
図４（ａ）は、図３（ａ）と同じく、本発明の付着物検出装置が付着物検出モードにある場合の様子を模式的に示したものである。図３（ａ）の場合と同様、全反射用光源１０から照射光が検知面１１０に照射され、散乱用光源２０は消灯されている。検知面１１０の泥水１２０ａの存在により検知面１１０における全反射条件は満足されず、照射光は反射せず、泥水１２０ａ内に吸収されたり散乱したりして、受光素子部５０には所定の強さの光が受光されない。もっとも泥水１２０ａの光散乱性による散乱光の一部が受光素子部５０において受光されることが有り得るが、全反射光を受光する場合に比べて相対的に小さいものとなる。そのため付着物推定部６０は付着物検出モードで受け取る光検出信号を比較・解析し、前回の信号レベルに対する“信号レベル低下”を検出できることになる。図７（ｂ）は付着物が泥水である場合（フラッシング現象なし）の光検出信号例を示している。図７（ａ）の場合と同様、泥水１２０ａ付着後の付着物検出モード４０４の信号レベルは、ラッチ部６１にラッチされている泥水１２０ａ付着直前の付着物検出モード４０１の信号レベルと比べて、低下している。
【００７１】
図４（ｂ）は、図３（ｂ）と同様、本発明の付着物検出装置が光散乱性付着物検出モードにある場合の様子を模式的に示したものである。散乱用光源２０から照射光が検知面１１０に照射され、全反射用光源１０は消灯されている。この場合、散乱用光源光が泥水１２０ａである付着物に当たる。ここで、照射光の一部は泥水１２０ａ内で吸収されるが、泥水１２０ａは光散乱性を有しているので光散乱が起こることとなる。このため泥水１２０ａから周囲には散乱光が発せられ、その一部が、プリズム３０ｃ、集光レンズ４０を介して受光素子部５０において受光されることとなる。そのため付着物推定部６０が光散乱性付着物検出モードにおいて受け取る光検出信号は、原理的に前回の信号レベルに比べて“信号レベル増加”が検出されることになる。泥水付着後の光散乱性付着物検出モード４０５の信号レベルは、ラッチ部６２にラッチされている泥水付着直前の光散乱性付着物検出モード４０２の低い信号レベルと比べて、信号レベルが増加していることがわかる。もっとも、ノイズによる影響を除去するため、一定のしきい値を設けておき、当該しきい値を超えた場合のみ“信号レベル増加”と判断することが好ましい。
【００７２】
付着物推定部６０は、付着物検出モードで“信号レベル低下”、光散乱性付着物検出モードで“信号レベル増加”が得られた場合、泥水の存在、つまり、光散乱性を有する付着物の存在を推定し、当該付着物が雨滴ではないということが推定できる。
【００７３】
なお、付着物推定部６０は、付着物検出モードで“信号レベル増加”が検出された場合には、付着物が検知面上から取り除かれたと推定し、光散乱性検出モードで“信号レベル低下”が検出された場合には、光散乱性付着物が検知面上から取り除かれたと推定することができる。
【００７４】
次に、外界光増加検出モードにおける動作および推定処理を説明する。
【００７５】
図５は、本発明の付着物検出装置が外界光増加検出モードにある場合の様子を模式的に示したものである。外界光増加検出モードでは、全反射用光源１０および散乱用光源２０双方とも消灯され、両光源からの照射光が検知面１１０に照射されることはない。つまりこの外界光増加検出モードでは外界から入射し、直接受光素子部５０に受光される外界光の光量を検出する。ここで、外界から入射し、直接受光素子部５０に受光される外界光の光は大きく２つに分けることができる。一つは外界環境の明るさにより、外界から直接入射する光である。例えば、昼間であれば昼間の自然光、夜間であれば街路灯などの人工照明など直接受光素子部５０が受光する光が想定される。他の一つは検知面１１０上に付着した付着物の形状効果により、付着物内で乱反射した光で、その一部が受光素子部５０に受光された場合が想定される。
【００７６】
なお、上記の装置構成の説明において述べたように、この例において、受光素子部５０は全反射用光源が４７°の角度で配置されているので、受光素子部５０も概ね４７°付近の角度で配置されていることとなる。そのため、外界から直接入射する光の多くは入射されないこととなる。
【００７７】
時刻に依存する太陽光の明るさなどの外界環境は短時間では変化しないものであるので、時系列に得られる光検出信号において、あるタイミングにおける外界光増加検出モードで検出された光検出信号とその前回の外界光増加検出モードで検出された光検出信号の大きさを比較し、短時間の間に急激に検出光量が増加している場合には、対向車のヘッドライト光など、外界環境の光レベルに比べて強い光が付着物にあたり、図１に示したように、当該付着物の形状効果に基づいて発生した乱反射光の一部が受光素子部５０に受光されたと推定することができる。
【００７８】
図６は、実際に付着物の形状効果などの原因でフラッシング現象が発生している場合にその乱反射光の一部が受光素子部５０に受光されうるということを確認した結果を示す図である。外界環境に対して十分強い光を様々な角度から入射させ、受光素子部５０において光検出信号が増加することを確認した。図６（ａ）に見るように、対向車からのヘッドライト光などの強い光をその角度を変えて検知面１１０上に厚く盛り上がった雨滴１２０に対して入射させた。図６（ｂ）は−８０°の角度から強い光を当てた場合に受光素子部５０において得られた光検出信号の様子を示しており、図６（ｃ）は＋８０°の角度から強い光を当てた場合に受光素子部５０において得られた光検出信号の様子を示している。図６（ｂ）に見るように雨滴１２０に対して−８０°の角度から入射した光によっても強い光検出信号が得られ、また、図６（ｃ）に見るように、雨滴１２０に対して＋８０°の角度から入射した場合でも強い光検出信号が得られた。このように外界環境に対して十分強い光が厚く盛り上がった雨滴１２０に入射すれば、いずれの入射角度であっても乱反射が発生し、受光素子部５０において光検出信号が増加する。つまり、外界光増加検出モードの構成において受光素子部５０の光検出信号を調べれば、付着物の形状効果に基づいて発生した乱反射光の影響による外界入射光量の増加を検出することができる。
【００７９】
フラッシング現象を起こすような強い外界光の入射があった場合の各モードにおける光検出信号レベルの変化は以下のようになる。
【００８０】
図７（ｃ）は付着物が雨滴であり、雨滴の形状効果によりフラッシング現象が発生した場合の光検出信号例を示している。付着物検出モード４０１から外界光増加検出モード４０３まではフラッシング現象が発生しておらず、付着物検出モード４０４以降フラッシング現象が発生している。図７（ｃ）に示すように、付着物検出モード４０１から光散乱性付着物検出モード４０３までの光検出信号結果は図７（ａ）と同様である。外界光増加検出モード４０６の信号レベルは、ラッチ部６３にラッチされている前回の外界光増加検出モード４０３信号レベルと比べて増加していることが検知される。このように、信号レベルが急激に増加している場合は、視界に入る光量が急に変化したこととなり、付着物推定部６０は、対向車のヘッドライト光など、外界環境の光レベルに比べて強い光が付着物にあたり、図１に示したように、当該付着物の形状効果に基づいて発生した乱反射光の一部が受光素子部５０に受光されたと推定できる。さらに、雨滴形状が盛り上がった形をしており、フラッシング現象が生じていると推定する。またさらに、この増加割合が大きいほど雨滴形状の曲率が大きく、フラッシング現象の強度も強いと推定できる。
【００８１】
なお、基準信号値は絶対値で管理する必要はなく、装置がデフォルト状態から稼動を始め、前回に付着物検出モードにおいて捉えた信号値からの相対変化のみで判断しても良い。もっとも、ノイズによる影響を除去するため、相対変化の割合におけるしきい値を設定しておき、当該しきい値を超える信号レベルの増加があった場合にのみ“信号レベル増加”と判断することが好ましい。
【００８２】
なお、外界光増加検出モードにおける信号レベルは、フラッシング現象が発生していなくても強い外界光が入射した場合にも増加する場合がありうる。フラッシング現象の発生は雨滴による表面形状効果に起因するものであるので、付着物推定部６０は、付着物検出モード、光散乱性付着物検出モードにおいて雨滴付着が検出され、かつ、外界光増加検出モードにおける信号レベルが増加した場合にフラッシング現象が発生していると推定する。
【００８３】
図９は、受光素子部５０における光検出信号の信号レベル変化を基にした、付着物推定部６０による検知面上の付着物の有無の推定とフラッシング現象発生の有無の推定を示したものである。図９（２）は外界光増加検出モードにおける信号レベルの増加が検知されたが雨滴付着は見られないのでフラッシング現象発生は推定されない。同様に、図９（６）は外界光増加検出モードにおける信号レベルの増加が検知されたが泥水付着が推定されているのでフラッシング現象発生は推定されない。図９（４）は外界光増加検出モードにおける信号レベルの増加が検知され、かつ、雨滴付着が推定されているのでフラッシング現象発生が推定される。
【００８４】
図８は、本実施形態１の付着物検出装置の付着物推定部６０による、付着物が雨滴であるかフラッシング現象が生じているか否かの推定処理を示すフローチャートである。なお、この例では、付着物推定部６０が、付着物検出モードと光散乱性付着物検出モードと外界光増加検出モードを切り替える制御部分を兼ね、光検出信号値をラッチするラッチ機能を備えている構成例とした。
【００８５】
まず、付着物推定部６０は、稼動モードを付着物検出モードに設定し、全反射用光源１０に光照射制御信号を送る（ステップＳ８０１）。全反射用光源１０は検知面１１０に照射光を照射し、受光素子部５０は検知面１１０からの反射光を受光する。
【００８６】
次に、付着物推定部６０は、受光素子部５０の信号レベルを取得する（ステップＳ８０２）。この今回の信号レベルが、付着物有無を推定するための対象信号となる。
【００８７】
次に、付着物推定部６０は、ラッチ部６１にラッチされている前回の付着物検出モードにおいて受光素子部５０から検出された光検出信号レベルを取得する（ステップＳ８０３）。なお、前回ラッチされている信号がない初期状態での処理は初期値として“０”信号レベルを用いれば良い。
【００８８】
次に、付着物推定部６０は、今回の受光素子部５０の信号レベルと前回の受光素子部５０の信号レベルを比較・解析し、その変化を検知する（ステップＳ８０４）。
【００８９】
付着物推定部６０は、両者の相対的変化割合について“信号レベル低下”、“信号レベル増加”と判断するしきい値を持っており、“信号レベル低下”、“信号レベル増加”“信号レベル変化無し”の３状態のいずれかを検知する（ステップＳ８０５）。
【００９０】
次に、付着物推定部６０のラッチ部６１は、ラッチしていた前回の受光素子部５０の信号レベルに代え、今回の受光素子部５０の信号レベルをラッチする（ステップＳ８０６）。
【００９１】
次に、付着物推定部６０は、稼動モードを光散乱性付着物検出モードに設定し、光散乱用光源２０に光照射制御信号を送る（ステップＳ８０７）。散乱用光源２０は検知面１１０に照射光を照射し、受光素子部５０は検知面１１０からの散乱光を受光する。
【００９２】
次に、付着物推定部６０は、受光素子部５０の信号レベルを取得する（ステップＳ８０８）。この今回の信号レベルが、光散乱性付着物有無を推定するための対象信号となる。
【００９３】
次に、付着物推定部６０は、ラッチ部６２にラッチされている前回の光散乱性付着物検出モードにおいて受光素子部５０から検出された光検出信号レベルを取得する（ステップＳ８０９）。なお、前回ラッチされている信号がない初期状態での処理は初期値として“０”信号レベルを用いれば良い。
【００９４】
次に、付着物推定部６０は、今回の受光素子部５０の信号レベルと前回の受光素子部５０の信号レベルを比較・解析し、その変化を検知する（ステップＳ８１０）。
【００９５】
付着物推定部６０は、両者の相対的変化割合について“信号レベル低下”、“信号レベル増加”と判断するしきい値を持っており、“信号レベル低下”、“信号レベル増加”“信号レベル変化無し”の３状態のいずれかを検知する（ステップＳ８１１）。
【００９６】
次に、付着物推定部６０のラッチ部６２は、ラッチしていた前回の受光素子部５０の信号レベルに代え、今回の受光素子部５０の信号レベルをラッチする（ステップＳ８１２）。
【００９７】
次に、付着物推定部６０は、稼動モードを外界光増加検出モードに設定し、全反射用光源１０および光散乱用光源２０双方を消灯すべく、光照射制御信号を送らない（ステップＳ８１３）。受光素子部５０は外界から入射する光のみを受光する。
【００９８】
次に、付着物推定部６０は、受光素子部５０の信号レベルを取得する（ステップＳ８１４）。この今回の信号レベルが、付着物からの乱反射発生の有無を推定するための対象信号となる。
【００９９】
次に、付着物推定部６０は、ラッチ部６３にラッチされている前回の外界光増加検出モードにおいて受光素子部５０から検出された光検出信号レベルを取得する（ステップＳ８１５）。なお、前回ラッチされている信号がない初期状態での処理は初期値として“０”信号レベルを用いれば良い。
【０１００】
次に、付着物推定部６０は、今回の受光素子部５０の信号レベルと前回の受光素子部５０の信号レベルを比較・解析し、その変化を検知する（ステップＳ８１６）。
【０１０１】
付着物推定部６０は、両者の相対的変化割合について“信号レベル低下”、“信号レベル増加”と判断するしきい値を持っており、“信号レベル低下”、“信号レベル増加”“信号レベル変化無し”の３状態のいずれかを検知する（ステップＳ８１７）。
【０１０２】
次に、付着物推定部６０のラッチ部６３は、ラッチしていた前回の受光素子部５０の信号レベルに代え、今回の受光素子部５０の信号レベルをラッチする（ステップＳ８１８）。
【０１０３】
次に、付着物推定部６０は、ステップＳ８０５における付着物検出モードで検知した“信号レベル低下”、“信号レベル増加”“信号レベル変化無し”の３状態のいずれかと、ステップＳ８１１における光散乱性付着物検出モードで検知した“信号レベル低下”、“信号レベル増加”“信号レベル変化無し”の３状態のいずれかと、ステップＳ８１７における外界光増加検出モードで検知した“信号レベル低下”、“信号レベル増加”“信号レベル変化無し”の３状態のいずれかの組み合わせに応じ、付着物の有無、付着物の種類、付着物の形状効果に基づく乱反射を推定する（ステップＳ８１９）。
【０１０４】
当該光検出結果と推定結果との関係示した図９に基づいて付着物の有無とフラッシング現象発生の有無を推定する。例えば、付着物検出モードで“信号レベル低下”、光散乱性付着物検出モードで“信号レベル変化なし”、外界光増加検出モードで“信号レベル増加”が検知された場合、雨滴の形状効果に基づくフラッシング現象が発生したと推定する。
【０１０５】
付着物推定部６０は、上記推定結果を表す出力信号を出力し（ステップＳ８２０）、処理が継続される場合（ステップＳ８２１：Ｙ）にはステップＳ８０１に戻り、処理が継続されない場合（ステップＳ８２１：Ｎ）には終了する。
【０１０６】
なお、上記説明において、付着物検出モード、光散乱性付着物検出モード、外界光増加検出モードの順序が異なっても良いことは言うまでもない。
【０１０７】
以上、本実施形態１の付着物検出装置によれば、検知面上における付着物があり、当該付着物が雨滴であるか、当該付着物により表面形状効果が起きたか、特にフラッシング現象が起きたかを推定することができる。
【０１０８】
（実施形態２）
本実施形態２は、本発明の第１の付着物検出装置の他の実施形態を示すものである。実施形態１に示した付着物検出装置を簡便にしたものであり、光散乱性付着物検出部を簡略化した構成となっている。付着物検出部による検知面上における雨滴付着の検出と、外界光増加検出部による外界光から入射する入射光量の増加割合を検出とを通じて雨滴によるフラッシング現象を推定する機能を備えている。
【０１０９】
図１０は、実施形態２の付着物検出装置の装置構成例を簡単に示した模式図である。図１０において、ウィンドシールド１００、検知面１１０、全反射用光源１０、プリズム３０ａ、３０ｃ、集光レンズ４０、受光素子部５０、付着物推定部６０である。実施形態１と同様、全反射用光源１０、プリズム３０ａ、プリズム３０ｃ、集光レンズ４０、受光素子部５０の構成要素により付着物検出部が構成され、プリズム３０ｃ、集光レンズ４０、受光素子部５０の構成要素により外界光増加検出部が構成されている。
【０１１０】
付着物推定部６０は、受光部である受光素子部５０からの光検出信号を受け、光検出信号を解析することにより、付着物の有無、付着物の種類、付着物の付着形状を推定処理する部分であるが、付着物検出モードと外界光増加検出モードのみで稼動するので光検出信号のラッチ部は６１と６３のみで良く、実施形態１における光散乱性付着物検出モードにおける光検出信号のラッチ部６２は備える必要はない。付着物検出モード、外界光増加検出モードの２つのモードを切り替えつつ稼動する。なお、付着物検出モード、外界光増加検出モードにおける動作はそれぞれ実施形態１と同様であるのでここではその説明は省略する。
【０１１１】
また、受光素子部５０で検出された光検出信号の例は、実施形態１で説明した図７における付着物検出モード４０１および４０４、外界光増加検出モード４０３および４０６と同様である。
【０１１２】
さらに、付着物推定部６０の推定処理は、実施形態１で説明した図９のテーブルのうち（１）〜（４）、（７）を用いて行う。もっとも光散乱性付着物検出モードの結果を除いて付着物検出モードと外界光量増加検出モードの結果のみから推定結果を求める。実施形態２の構成では、図９（４）に示すように、付着物検出モードにおいて“信号レベル低下”が検出され、外界光量増加検出モードにおいて“信号レベル増加”が検出されれば、“フラッシング現象発生”を推定する。
【０１１３】
（実施形態３）
本発明の第２の付着物検出装置の一構成例を実施形態３に示す。実施形態３にかかる本発明の第２の付着物検出装置は、透明性基板の外表面を検知面とし、外界光により照射された検知面を結像系レンズにより、複数の微小受光素子を持っている受光素子アレイに受光させ、当該受光素子アレイが、各微小受光素子からの光検出信号をそれら微小受光素子の配列に応じて並べた信号パターンを生成し、検知面上の付着物の付着状態に対応した信号パターンを出力するものであり、当該信号パターンの変化部分を解析することにより検知面上の付着物の有無、種類、フラッシング現象の発生などを検出するものである。
【０１１４】
実施形態３にかかる本発明の第２の付着物検出装置は、フラッシング現象の発生検知の精度を上げるため、付着物の有無、種類の検出も併せて実行し、その検出結果も考慮してフラッシング現象を推定する。実施形態３の付着物検出装置は、付着物の有無を検出する付着物検出モード、光散乱性付着物の有無を検出する光散乱性付着物検出モード、外界光のみにより検知面の状態を検出する外界光増加検出モードの３つのモードを持っている。
【０１１５】
本発明の第２の付着物検出装置は、本発明の第１の付着物検出装置を改良したものである。本発明の第１の付着物検出装置では受光部の信号レベルの絶対値の変化を精密に検出する必要があるが、車のウィンドシールド上など厳しい環境のもとでは難しい場合がある。また、本発明の第１の付着物検出装置ではフラッシング現象の発生を推定する信号基準値を設定する必要があるが、環境変動などを加味して信号基準値を設定することが困難な場合がある。さらに、本発明の第１の付着物検出装置ではフラッシング現象が起こる前の受光部の信号レベルを保持し、現時点の受光部の信号レベルと精密に比較することにより、信号レベルの変化を検出する必要があるが、その信号レベルの保持・比較の処理が複雑である。そこで、本発明の第２の付着物検出装置は、受光部である受光素子部が複数の微小受光素子を持つ受光素子アレイであり、外界光により照射された検知面を結像レンズにより受光素子アレイに結像させ、各微小受光素子から得られる信号レベルをつなぎ合わせて信号パターンとして取得し、当該信号パターンを解析することによって、フラッシング現象の発生を推定できるようにしたものである。なお、実施形態３の付着物検出装置は、フラッシング現象の発生検知の精度を上げるため、付着物の有無、種類の検出も併せて実行し、その検出結果も考慮してフラッシング現象を推定するものとした。そのため実施形態３の付着物検出装置は、外界光増加検出モードに加えて付着物検出モードと光散乱性付着物検出モードを備えた構成例とした。もちろん他の実施形態として、光散乱性付着物検出モードを持たず、付着物検出モードのみとする構成なども可能である。
【０１１６】
本発明の第２の付着物検出装置において、外界光増加検出モードとは、装置側の光源を用いずに外界光により照射された検知面から得られた信号パターンを検出・解析するモードである。付着物検出モードとは、透明性基板の検知面上における付着物の有無を検出するためのモードであり、全反射用光源により照射された検知面から得られた信号パターンを検出・解析するものである。光散乱性付着物検出モードとは、検知面上における付着物が光散乱性を有するものであるか否か、例えば、付着物が泥水や鳥類の糞など光散乱性を有するものであるか否かを検知するモードであり、光散乱性用光源により照射された検知面から得られた信号パターンを検出・解析するものである。いずれのモードにおいても、信号パターン中に相対的に信号レベルが高い信号パターン部分や相対的に信号レベルが低い信号パターン部分など信号パターンの解析で良く、信号レベルの絶対値自体を扱う必要がない。なお、各モードにおける信号パターンの例と解析方法については後述する。
【０１１７】
まず、実施形態３にかかる本発明の第２の付着物検出装置の装置構成例を示す。図１１は、本発明の付着物検出装置の装置構成例を簡単に示した模式図である。なお、装置構成の断面を示したものとなっており、後述するように当該断面の各構成要素が紙面垂直方向にアレイ状に複数構成されている。図１１において、ウィンドシールド１００、検知面１１０は実施形態１で説明したものと同様である。１０ａが全反射用光源、２０ａが散乱用光源である。３０ａ，３０ｃがプリズムである。４０ａが集光レンズ、５０ａが受光部としての受光素子部である。６０ａが付着物推定部である。全反射用光源１０ａ、プリズム３０ａ、プリズム３０ｃ、集光レンズ４０ａ、受光素子部５０ａの構成要素により付着物検出部が構成されている。また、散乱用光源２０ａ、プリズム３０ｃ、集光レンズ４０ａ、受光素子部５０ａの構成要素により光散乱性付着物検出部が構成されている。
【０１１８】
ここで、全反射用光源１０ａ、散乱用光源２０ａ、プリズム３０ａ、プリズム３０ｃ、集光レンズ４０ａ、受光素子部５０ａの配置関係は、実施形態１で説明した配置関係と同様とする。つまり、全反射用光源１０ａの配置に関しては、検知面１１０に付着物がない場合、検知面上での全反射条件が満足されるように調整され、雨滴が接している場合には検知面１１０上での全反射条件が満足されないように調整され、入射角度θ1は、（数１）で示した全反射条件の満足・不満足が切り換わるように４１．４７°＜θ1＜６１．７４°の範囲で選ばれる。ここでは４７°とする。また、散乱用光源２０ａは照射光の入射角度θ1’を、検知面１１０に対して全反射条件である上記（数１）が成立しない角度、つまり、外界の媒質の屈折率をｎ1、ウィンドシールド１００の屈折率をｎ2とすると、４１．４７°＜θ1’の範囲で選ばれる。この例ではθ1’を０°としている。
【０１１９】
全反射用光源１０ａは、複数のＬＥＤなどの光源を一端または両端など端部に持ち、線状に設けられている開口部から光を取り出すものであり、線状の開口部から光線が取り出される。
【０１２０】
散乱用光源２０ａも、全反射用光源１０ａと同様、複数のＬＥＤなどの光源を一端または両端など端部に持ち、線状の開口部から光線が取り出される。
【０１２１】
図１２（ａ）が全反射用光源１０ａおよび散乱用光源２０ａの端面を表し、図１２（ｂ）が全反射用光源１０ａおよび散乱用光源２０ａの開口部１４を正面から見た様子を示している。全反射用光源１０ａおよび光散乱用光源２０ａは、例えば光源を端部に設け、線状に設けられている開口部１４から取り出すものである。図１２（ａ）において、１１が光源としてのＬＥＤ、１２が透光性材料よりなる導光体、１３が光を遮蔽するカバー、１４がＬＥＤ光を取り出す開口部、１５がＬＥＤ１１から出射された光線である。なお、ＬＥＤ１１は図１２（ｂ）の左右の一端または両端部設け、カバー１３の内面における反射を繰り返して開口部１４の各部分に導く構成である。また、ＬＥＤは導光体の開口部１４に対向する面に等間隔で配置しても良い。
【０１２２】
図１２（ｂ）の開口部１４から取り出された光はプリズム３０ａに入射される。
【０１２３】
プリズム３０ａは、全反射用光源１０ａとウィンドシールド１００の両者を光学的にコンタクトさせる媒体となるプリズムであり、全反射用光源１０ａから照射された光をウィンドシールド１００内に導く働きをする。
【０１２４】
プリズム３０ｃは、検知面１１０における全反射用光源１０ａからの反射光および散乱用光源２０ａからの散乱光をウィンドシールド１００内から導き出す働きをする。
【０１２５】
次に、集光レンズ４０ａを説明する。集光レンズ４０ａは、検知面１１０の像を受光素子部５０ａの微小受光素子上に結像させる。集光レンズ４０ａと受光素子部５０ａは、集光レンズ４０ａに入射した光で照射された検知面が受光素子部５０ａ上で結像するように角度と距離が調整されている。
【０１２６】
図１３は、集光レンズ４０ａの一例を模式的に示した図である。本実施形態では、集光レンズ４０ａとして屈折率分布型レンズアレイを用いる例を説明する。図１３は、等倍結像系の屈折率分布型レンズアレイの一種である、ＳＬＡ(R)（Selfoc Lense Array）の簡単な構成を示した図である。４１が微小レンズとしてのロッドレンズ、４２が黒色樹脂、４３がＦＲＰ板である。ロッドレンズ４１は棒状のものであり、図１３ではそのレンズ面が見えている。また、図１１の構成図ではこのロッドレンズ４１一つのみの側断面を示している。このＳＬＡを用いれば、入射された光線を屈曲させて、所定位置に正立・等倍の像を結像させることができる。つまり、検知面１１０の像をそのまま受光素子アレイ上に結像させることができる。
【０１２７】
上記例は、ロッドレンズ４１が直線状に配置されたものであるが、全反射用光源１０ａおよび光散乱用光源２０ａから取り出す光線の並び、後述する受光素子部５０ａの各受光素子の配置に応じたレンズ配置とする。
【０１２８】
なお、上記説明は、等倍結像系の例であるが、受光素子部５０ａの受光素子であるそれぞれの受光素子受光面と検知面１１０とが結像光学系を形成していることが重要である。
【０１２９】
次に、受光部である受光素子部５０ａを説明する。
【０１３０】
受光素子部５０ａは複数の微小受光素子を持ち、それらは全反射用光源１０ａまたは光散乱用光源２０ａの光により照射される検知面に対応するように複数配置されている。
【０１３１】
図１４は、受光素子部５０ａの一例を模式的に示した図である。図１４の例は各受光素子部５０ａの各受光素子を直線状に配置した例となっている。５１は各受光素子であり受光面を概念的に示したものである。なお、受光素子５１内部のキャパシタやトランジスタ回路、センスアンプ回路などは図示を省略し、受光素子５１の受光面が直線状に配置されていることが分かる図とした。各受光素子５１の受光面は、全反射用光源１０ａおよび光散乱用光源２０ａの開口部１４の配置と対応するように配置され、集光レンズ４０ａを介して検知面１１０の像が結像するように、その距離、角度が調整されて取り付けられる。
【０１３２】
なお、受光素子５１の受光面の有効面積は、検出すべき付着物の面積に対応して選択する。
【０１３３】
以下に、ウィンドシールド１００上に付着する雨滴の大きさを検討した。もっとも、降雨した雨滴の大きさやウィンドシールド１００上での付着の状態により付着した雨滴の大きさは多様に変化するが、目安として具体的数値を挙げて検討した。一般的に、霧雨と言われる雨滴の空気中での直径は０．１〜０．２ｍｍ程度、小粒の雨と言われる雨滴の空気中での直径は０．２〜１ｍｍ程度、大粒の雨と言われる雨滴の空気中での直径は２〜４ｍｍ程度、夕立など特に激しい雨の雨滴の空気中での直径は４〜６ｍｍ程度である。これら雨滴がウィンドシールド１００に付着したときの大きさは、ガラス表面が親水性か撥水性かにより変化するが、撥水性であると想定すると、雨滴はほぼ空気中の大きさと同じ大きさで表面に付着する。ここで、検出すべき最小の雨滴として、小粒の雨の平均的サイズ、例えば、０．５ｍｍ直径の雨滴を選択すれば、当該雨滴一粒に相当する微小領域の面積は、約０．２ｍｍ2である。さらに感度を上げるため、検出すべき最小の雨滴として小粒の雨の最小サイズ、０．２ｍｍ直径の雨滴を選択すれば、当該雨滴一粒に相当する微小領域の面積は、約０．０３ｍｍ2である。
【０１３４】
上記した検知面１１０上で検知すべき付着物の大きさの検討に従って、集光レンズ４０ａが等倍結像系であれば、好ましくは約０．２ｍｍ2以下、さらに好ましくは約０．０３ｍｍ2以下とする。もっとも上記範囲と異なる受光面有効面積を持つ受光素子を用いることもできる。
【０１３５】
以上の各構成要素において、全反射用光源１０ａ、プリズム３０ａ、プリズム３０ｃ、集光レンズ４０ａ、受光素子部５０ａにより付着物検出部が構成され、また、散乱用光源２０ａ、プリズム３０ｃ、集光レンズ４０ａ、受光素子部５０ａにより光散乱性付着物検出部が構成され、また、入射する外界光と、プリズム３０ｃ、集光レンズ４０ａ、受光素子部５０ａにより外界光増加検出部が構成されているが、本実施形態３の付着物検出装置は、全反射用光源１０ａによる光照射タイミングと、散乱用光源２０ａによる光照射タイミングを切り替えることにより、付着物検出モードと、光散乱性付着物検出モードと、外界光増加検出モードとを切り替えることができるものとする。制御部分は図１１には図示しなかったが、全反射用光源１０ａのオンオフ制御、散乱用光源２０ａのオンオフ制御、付着物推定部６０ａへの稼動モード通知、つまり、付着物検出モードであるか光散乱性付着物検出モードであるか外界光増加検出モードであるかを通知する機能を備えた制御部分があるものとする。付着物推定部６０ａが当該制御部分を兼ねる構成としても良い。
【０１３６】
次に、付着物推定部６０ａを説明する。
【０１３７】
付着物推定部６０ａは、受光素子部５０ａからの光検出信号を受け、光検出信号を解析することにより、付着物の有無、付着物の種類、付着物の付着形状を推定処理する部分である。本発明に用いる受光素子は、微小アレイ構成となっているので、付着物推定部６０ａは、受光素子部５０ａの各受光素子５１からの光検出信号を受け、光検出信号を解析することにより、一つのモードにおいて各受光素子が検出した光検出信号の信号レベルを微小アレイ構成の配置に従って信号レベルをつなぎ合わせ、信号パターンを導く。検知面１１０上における雨滴付着による全反射条件の相違や散乱条件の相違などがあれば、対応するそれぞれの微小受光素子における光検出信号レベルが個々に異なることとなり、信号パターン中に低下部分や増加部分などが出現する。本願はこのように信号パターンを解析することにより、検知面上の付着物の有無、種類、フラッシング現象発生の有無などを検出するものである。
【０１３８】
以下に、付着物検出モードの信号パターン、光散乱性付着物検出モードの信号パターン、外界光増加検出モードの信号パターンとそれら信号パターンを用いた解析を詳しく説明する。例として検知面１１０上の並びに３つの雨滴が存在するものとし、上記３つの動作それぞれについて、最初にフラッシング現象を起こす外界光の入射がない場合を説明し、次にフラッシング現象を起こす外界光の入射がある場合を説明する。
【０１３９】
まず、付着物検出モードにおける動作を説明する。
【０１４０】
図１５は、本発明の付着物検出装置が付着物検出モードにある場合の検知面上の１つの雨滴付着物における様子を模式的に示したものである。付着物検出モードでは、全反射用光源１０ａから光が検知面１１０に照射され、散乱用光源２０ａは停止されている。検知面１１０の雨滴付着部分においては、上記に検討したように検知面１１０における全反射条件が満足されず、照射光が外界へ逃げてしまう。フラッシング現象を起こす外界光の入射がない場合、受光素子部５０ａの対応する受光素子には原理的には光が受光されないこととなる。そのため信号パターンの対応する部分において、相対的に周囲の信号レベルに対する信号レベル低下部分が検出されることになる。この例では雨滴は３個所あるので信号パターンにおいて低下部分が３個所見られることとなる。その様子を表わしたものが図１９上段左の信号パターンである。図１９上段左に示すように、周囲の信号レベルに比べて相対的に低下しているパターン部分が３個所見られる。
【０１４１】
次に、フラッシング現象を起こす外界光の入射がある場合における付着物検出モードの動作を説明する。図１６は、フラッシング現象を起こす外界光が付着物検出装置に入射した場合の様子を示す図である。図１６のように外界光が検知面１１０上の雨滴に入射した場合、雨滴の表面形状効果によりフラッシング現象が起こり、外界光の一部が受光素子部５０ａの微小受光素子５１において受光される。その信号パターンを図１９上段右に示す。全反射用光源からの照射光は上記のように雨滴付着部分では外界に逃げてその分の光検出信号レベルは低下することとなるが、雨滴の形状効果により屈折したり乱反射した外界光の受光により、検出される光量レベルが全体的に増加し、特に雨滴付着部分に対応する微小受光素子では相対的に多くの外界光が受光されることとなる。そのため、光検出信号において、全反射光による信号レベルの低下分とフラッシングによる信号レベル増加分とが相殺されることとなる。図１９上段右に示すように、図１９上段左のフラッシング現象を起こす外界光入射がない場合に比べ、信号パターンにおける低下部分の相対的大きさが鈍っていることがわかる。なお、この例では雨滴の存在による全反射用光源光の信号レベルの相対的低下分が、外界光による信号レベルの相対的増加分より大きい場合となっているが、雨滴の存在による全反射用光源光の信号レベルの相対的低下分が、外界光による信号レベルの相対的増加分より小さい場合には、雨滴付着に対応する信号パターン部分に増加パターンが見られることとなる。
【０１４２】
次に、光散乱性付着物検出モードにおける動作を説明する。
【０１４３】
図１７は、本発明の付着物検出装置が光散乱性付着物検出モードにある場合の検知面上の１つの雨滴付着物における様子を模式的に示したものである。光散乱性付着物検出モードでは、散乱用光源２０ａから光が検知面１１０に照射され、全反射用光源１０ａは停止されている。雨滴は光散乱性に乏しく、原理的には光散乱が起こらないため、照射光が外界へ逃げてしまう。この場合も、原理的には受光素子部５０ａの対応する受光素子には光が受光されないこととなる。そのため散乱光は透過してしまい、雨滴付着の区別なしに各受光素子の光検出信号はいずれも同じく低い信号レベルになる。信号パターンを示したものが図１９中段左である。図１９中段左に見るように信号パターンは低く平坦であり、“信号レベルパターン変化なし”が検出されることになる。次に、フラッシング現象を起こす外界光の入射がある場合における光散乱性付着物検出モードの信号パターンを示す。図１６に示したようにフラッシングを起こすような強い光が入射した場合には雨滴において屈折したり乱反射した外界光が受光素子部５０ａにおいて受光され、微小受光素子全体にわたり検出される光量レベルが増加し、さらに、雨滴付着部分では相対的に多くの光が受光されることとなり、相対的に信号レベルが増加することとなる。そのため図１９中段右に示すように、信号パターンにおいて雨滴付着に対応する部分において信号レベル増加パターンが見られることとなる。
【０１４４】
次に、外界光増加検出モードにおける動作を説明する。
【０１４５】
図１８は、本発明の付着物検出装置の外界光増加検出モードの動作を模式的に示したものである。外界光増加検出モードでは、全反射用光源１０ａおよび散乱用光源２０ａ双方とも消灯され、両光源からの照射光が検知面１１０に照射されることはない。つまりこの外界光増加検出モードでは外界から入射し、直接受光素子部５０ａに受光される外界光の光量を検出する。
【０１４６】
なお、上記の装置構成の説明において述べたように、この例において、受光素子部５０ａは全反射用光源が４７°の角度で配置されているので、受光素子部５０ａも概ね４７°付近の角度で配置されていることとなる。そのため、外界から直接入射する光の多くは入射されないこととなり、雨滴の形状効果に基づくフラッシングによる外界光のみが受光素子部５０ａにおいて受光されることとなる。
【０１４７】
なお、フラッシングを起こすような強い外界光は、街灯の光や対向車のヘッドライト光が想定される。本発明の付着物検出装置を搭載した車などが街灯の下を通過した場合や、対向車のヘッドライト光により照らされた場合などは、外界環境の光レベルに比べて強い光が付着物にあたり、図１に示したように付着物の形状効果に基づいて乱反射光が発生し、その乱反射光の一部が受光素子部５０ａに受光されたと推定できる。
【０１４８】
信号パターンの例を示す。図１９下段左がフラッシング現象を起こす強い外界光入射がない場合、図１９下段右がフラッシング現象を起こす強い外界光入射がある場合である。フラッシング現象を起こす強い外界光入射がない場合は原理的に受光素子部５０ａの各微小受光素子において光信号の検出はなく、図１９下段左に見るように信号パターンは低く平坦であり、“信号レベルパターン変化なし”が検出されることになる。フラッシング現象を起こす外界光の入射がある場合は、各微小受光素子において検出される光量レベルは全体的に増加し、さらに、雨滴付着部分では相対的に多くの屈折光や乱反射光が受光されることとなり、信号レベルが増加することとなる。図１９下段右に示すように、雨滴付着に対応する信号パターンにおいて増加部分が見られることとなる。
【０１４９】
なお、外界光の角度であるが、フラッシング現象は乱反射を起こすので外界光の角度によらない。図１８（ｂ）および（ｃ）は、実際に付着物の形状効果に基づいて発生した乱反射光の一部が受光素子部５０ａに受光されうるということを確認した結果を示す図である。図１８（ａ）に見るように、街灯の光や対向車からのヘッドライト光など強い光を角度を変えて検知面１１０上に厚く盛り上がった雨滴１２０に対して入射させ、図１８（ｂ）は−８０°の角度から強い光を当てた場合に受光素子部５０ａにおいて得られた光検出信号パターンを示しており、図１８（ｃ）は＋８０°の角度から強い光を当てた場合に受光素子部５０ａにおいて得られた光検出信号パターンの様子を示している。なお、図１８（ａ）の装置構成では各構成要素が紙面に垂直方向にアレイ状に形成されているが、図１８（ｂ）と図１８（ｃ）は説明の便宜上、紙面水平方向に各微小受光素子から得られた信号レベルをつなげた形の信号パターンを示している。図１８（ｂ）に見るように雨滴１２０に対して−８０°の角度から入射した光によっても図１９下段右と同様の光検出信号パターンが得られ、また、図１８（ｃ）に見るように、雨滴１２０に対して＋８０°の角度から入射した場合でも同様の光検出信号信号パターンが得られる。このように外界環境に対して十分強い光が厚く盛り上がった雨滴１２０に入射すれば、いずれの入射角度であっても乱反射が発生し、受光素子部５０ａにおいて光検出信号が増加する。つまり、外界光増加検出モードの構成において受光素子部５０の光検出信号を調べれば、付着物の形状効果に基づいて発生した乱反射光の影響による光量の増加を検出することができる。
【０１５０】
以上、付着物推定部６０ａは、図１９下段左右の信号パターンの比較から、信号パターン中に増加部分が見られる場合には、雨滴付着の表面形状効果によるフラッシング現象が発生していると推定することができる。
【０１５１】
以上、付着物検出モードの信号パターン、光散乱性付着物検出モードの信号パターン、外界光増加検出モードの信号パターンを用いて解析を行うことにより、フラッシング現象の発生を推定することが可能となる。
【０１５２】
図２０は、付着物推定部６０ａによる、付着物が雨滴であるかフラッシング現象が生じているか否かの推定処理を示すフローチャートである。
【０１５３】
まず、付着物推定部６０ａは、稼動モードを付着物検出モードに設定し、全反射用光源１０ａに光照射制御信号を送る（ステップＳ２００１）。全反射用光源１０ａは検知面１１０に照射光を照射し、受光素子部５０ａは検知面１１０からの反射光を受光する。
【０１５４】
次に、付着物推定部６０ａは、受光素子部５０ａの各受光素子からの検出信号を基に信号パターンを取得する（ステップＳ２００２）。
【０１５５】
次に、付着物推定部６０ａは、信号パターンを解析し、その変化を検知する（ステップＳ２００３）。
【０１５６】
付着物推定部６０ａは、信号パターンを基に“信号パターン低下部分あり”、“信号パターン増加部分あり”、“信号パターン変化部分なし”の３状態のいずれかを検知する（ステップＳ２００４）。
【０１５７】
次に、付着物推定部６０ａは、稼動モードを光散乱性付着物検出モードに設定し、光散乱用光源２０ａに光照射制御信号を送る（ステップＳ２００５）。散乱用光源２０ａは検知面１１０に照射光を照射し、受光素子部５０ａは検知面１１０からの散乱光を受光する。
【０１５８】
次に、付着物推定部６０ａは、受光素子部５０ａの各受光素子からの検出信号を基に信号パターンを取得する（ステップＳ２００６）。
【０１５９】
次に、付着物推定部６０ａは、信号パターンを解析し、その変化を検知する（ステップＳ２００７）。
【０１６０】
付着物推定部６０ａは、信号パターンを基に“信号パターン低下部分あり”、“信号パターン増加部分あり”、“信号パターン変化部分なし”の３状態のいずれかを検知する（ステップＳ２００８）。
【０１６１】
次に、付着物推定部６０ａは、稼動モードを外界光増加検出モードに設定し、全反射用光源１０ａおよび光散乱用光源２０ａ双方を消灯すべく、光照射制御信号を送らない（ステップＳ２００９）。受光素子部５０ａは外界から入射する光のみを受光する。
【０１６２】
次に、付着物推定部６０ａは、受光素子部５０ａの各受光素子からの検出信号を基に信号パターンを取得する（ステップＳ２０１０）。
【０１６３】
次に、付着物推定部６０ａは、信号パターンを解析し、その変化を検知する（ステップＳ２０１１）。
【０１６４】
付着物推定部６０ａは、信号パターンを基に“信号パターン低下部分あり”、“信号パターン増加部分あり”、“信号パターン変化部分なし”の３状態のいずれかを検知する（ステップＳ２０１２）。
【０１６５】
次に、付着物推定部６０ａは、ステップＳ２００４における付着物検出モードでの検知結果、ステップＳ２００８における光散乱性付着物検出モードでの検知結果、ステップＳ２０１２における外界光増加検出モードでの検知結果の組み合わせに応じ、付着物の有無、付着物の形状効果に基づくフラッシング現象を推定する（ステップＳ２０１３）。
【０１６６】
当該光検出結果と推定結果との関係を図２１に示す。図２１（１）欄に示すように、付着物検出モード、光散乱性付着物検出モード、外界光増加検出モードのいずれにおいても“信号パターン変化部分なし”が得られている場合は、付着物も存在せず、フラッシング現象も発生していないと推定する。図２１（２）欄に示すように、付着物検出モードで“信号パターン低下部分あり”、光散乱性付着物検出モードで“信号パターン変化部分なし”、外界光増加検出モードで“信号パターン変化部分なし”が検知された場合、雨滴付着が存在するがフラッシング現象は発生していないと推定する。図２１（３）欄に示すように、付着物検出モードで“信号パターン低下部分あり”、光散乱性付着物検出モードで“信号パターン増加部分あり”、外界光増加検出モードで“信号パターン増加部分あり”が検知された場合、雨滴付着が存在し、フラッシング現象が発生していると推定する。
【０１６７】
付着物推定部６０ａは、上記推定結果を表す出力信号を出力し（ステップＳ２０１４）、処理が継続される場合（ステップＳ２０１５：Ｙ）にはステップＳ２００１に戻り、処理が継続されない場合（ステップＳ２０１６：Ｎ）には終了する。
【０１６８】
なお、上記説明において、付着物検出モード、光散乱性付着物検出モード、外界光増加検出モードの順序が異なっても良いことは言うまでもない。
【０１６９】
以上、本実施形態３の付着物検出装置によれば、検知面上における付着物があり、当該付着物が雨滴であるか、当該付着物により表面形状効果が起きたか、特にフラッシング現象が起きたかを推定することができる。また、微小アレイ構成に対応して得られた光検出信号の信号パターンを解析して、相対的な信号パターンの変化を基に、付着物の有無、フラッシング現象の有無を推定することができる。信号パターン中の相対的な変化を解析するので、細かい付着物の有無も精度良く検出することができ、また、温度特性などによる環境の変化の影響も受けにくい。
【０１７０】
（実施形態４）
実施形態４は、本発明の第１または第２の付着物検出装置を用いた制御装置の一実施形態として、付着物検出装置をレインセンサとして用いるウィンドウワイパー制御装置の装置構成例を示すものである。
【０１７１】
図２２は、本発明の第１または第２の付着物検出装置をレインセンサとして用いるウィンドウワイパー制御装置のブロック図の例である。７００が実施形態１〜３において示した本発明の第１または第２の付着物検出装置を用いたレインセンサの機能ブロック、７１０がウィンドウワイパー制御部、７２０がウィンドウワイパー駆動部、７３０がウィンドウワイパーであり、図示のように接続されている。また、図２３は、本実施形態４のウィンドウワイパー制御装置の処理動作の流れの一例を示すフローチャートである。
【０１７２】
レインセンサ７００は実施形態１から実施形態３において説明したように各要素の取付け角度や材質が選択されたものであり、降雨による雨滴を検知対象とし、各受光素子からの光検出信号を出力するものである。また、レインセンサとして使用する付着物検出装置の付着物推定部は、実施形態１で示した雨滴の存在検知、雨滴による乱反射発生の推定、フラッシング現象発生の推定が可能であるとする。
【０１７３】
レインセンサ７００は付着物推定部の出力信号として、“付着物なし”推定信号、“雨滴付着あり”推定信号、“光散乱性付着物あり”推定信号、“フラッシング現象あり”推定信号の検出信号を出力するものとする。
【０１７４】
ウィンドウワイパー制御部７１０は、レインセンサ７００の付着物推定部からの各種推定信号を入力とし、ウィンドウワイパー駆動部７２０に対して、ウィンドシールド表面の各推定状態に応じたワイパー制御信号を出力するものである。
【０１７５】
例えば、“付着物なし”推定信号に対しては、ワイパー停止状態とする制御信号を出力する。
【０１７６】
“雨滴付着あり”推定信号と“フラッシング現象あり”推定信号に対しては、ワイパー駆動状態とする制御信号を出力する。特に“フラッシング現象あり”の場合にワイパー駆動間欠時間を短くして迅速にフラッシング現象の解消できるように制御することが好ましい。
【０１７７】
例えば、ワイパーの動作において間欠モードを有している装置において、雨滴の付着量よりワイパー動作は間欠モードが適切であると判断されている状態で、フラッシング現象有りと判断された場合には、緊急的にワイパー駆動する制御信号を出力するようにしても良い。
【０１７８】
“泥水付着あり”推定信号に対しては、洗浄液噴射を行い、十分に泥のこびりつきがなくなりワイパーによる払拭ができる状態になった後にワイパー駆動状態とする制御信号を出力する。泥水の払拭には洗浄液により泥のこびりつきを無くしてからワイパーで払拭することが好ましいと想定されるからである。
【０１７９】
ウィンドウワイパー駆動部７２０はウィンドウワイパー制御部７１０からの制御信号を入力とし、ウィンドウワイパー７３０の駆動を制御するものである。
【０１８０】
ウィンドウワイパー７３０は、ウィンドウワイパー駆動部７２０によりトルクなどが与えられて駆動され、停止状態、駆動状態を持つ。駆動状態には間欠駆動のピッチが短いものや長いものなど複数の状態がありうる。駆動状態においてウィンドシールドの所定表面を払拭する。
【０１８１】
図２３のフローチャートを参照しつつ、ウィンドウワイパー制御装置の処理動作の流れを説明する。
【０１８２】
ウィンドウワイパー制御装置が稼動中の場合（ステップＳ２３０１：Ｙ）、ウィンドウワイパー制御部７１０は、レインセンサ７００の付着物推定部からの制御信号をモニタする（ステップＳ２３０２）。
【０１８３】
ウィンドウワイパー制御部７１０は、付着物推定部からの制御信号をデコードし、その制御内容を解析する（ステップＳ２３０３）。
【０１８４】
ウィンドウワイパー制御部７１０は、ステップＳ２３０３で得た制御内容に従い、ウィンドウワイパー７３０の駆動を制御する（ステップＳ２３０４）。ステップＳ２３０４の後、再度ステップＳ２３０１にループして制御を継続する（ステップＳ２３０１へ戻る）。
【０１８５】
図２４は、本発明の付着物検出装置をレインセンサとして用いたウィンドウワイパー制御装置の取り付け構成例を簡単に示した図である。図２４に示すように、付着物検出装置であるレインセンサ７００を、車のバックミラー９００の裏面にあるウィンドシールド部分９１０に取り付けている。このようにバックミラー９００の裏面のウィンドシールド部分９１０に取り付けることにより運転者の運転視界を不必要に遮ることなく、かつ、検知面をウィンドシールド上に確保できる。ウィンドウワイパー制御部７１０とウィンドウワイパー駆動部７２０は図示していないが、ウィンドウワイパー７３０付近の車装品としてキャビン内に格納されているものとする。
【０１８６】
以上、本実施形態４に示した付着物検出装置を用いた制御装置は、一例であり、本発明の付着物検出装置は、上記の具体的装置構成例に限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて他の装置構成も可能であり、ウィンドウワイパー制御装置以外の用途にも用いることができることは言うまでもない。
【０１８７】
【発明の効果】
本発明の付着物検出装置によれば、検知面上における付着物の存在の有無の検出のみならず、付着物の表面形状、特に表面曲率の小さな形状を持つ雨滴の存在を検出できる。また、本発明の付着物検出装置によれば、検知面上における付着物の表面形状効果として生じるフラッシング現象を検出できる。
【０１８８】
また、本発明の付着物検出装置によれば、微小アレイ構成に対応して得られた光検出信号の信号パターンを解析して、信号パターン中の相対的な変化を基に、付着物の有無、種類、状態を推定することができる。信号パターン中の相対的な変化を解析するので、細かい付着物の有無も精度良く検出することができ、また、温度特性などによる環境の変化の影響も受けにくい。
【０１８９】
また、本発明の付着物検出装置を用いた制御装置によれば、本発明の付着物検出装置により付着物が雨滴の表面形状、フラッシング現象発生の推定に応じてその制御内容を制御することができ、例えば、付着物検出装置をレインセンサとし、付着物検出装置を用いた制御装置をワイパー制御装置とすれば、ウィンドシールド上の雨滴の表面形状効果の推定に応じてワイパー駆動状態を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の付着物による表面形状効果により乱反射が起こる様子を示す図である。
【図２】図２は、本発明の第１の付着物検出装置の装置構成例を簡単に示した模式図である。
【図３】図３は、本発明の付着物検出装置が付着物検出モードにある場合の検知面上の付着物における様子を模式的に示した図である。
【図４】図４は、雨滴ではない例として泥水１２０ａが検知面１１０上に付着している場合の付着物推定部６０による推定処理の概念を説明した図である。
【図５】図５は、本発明の付着物検出装置が外界光増加検出モードにある場合の様子を模式的に示した図である。
【図６】図６は、実際に付着物の形状効果に基づいて発生した乱反射光の一部が受光素子部５０に受光されうるということを確認した結果を示す図である。
【図７】図７は、付着物が雨滴であり、雨滴の形状効果により乱反射が発生した場合の光検出信号例を示した図である。
【図８】図８は、付着物推定部６０による付着物が雨滴であるかフラッシング現象が生じているか否かの推定処理を示すフローチャートである。
【図９】図９は、本発明の第１の付着物検出装置における検出結果と推定結果との関係を示す図である。
図１０は、本発明の第１の付着物検出装置の他の装置構成例を簡単に示した模式図である。
【図１１】図１１は、本発明の第２の付着物検出装置の装置構成例を簡単に示した模式図である。
【図１２】（ａ）が光源部の端面を模式的に示した図、（ｂ）が光源部を開口部１４の見える面を正面とした図である。
【図１３】図１３は、集光レンズ４０ａの一例を模式的に示した図である。
【図１４】図１４は、受光素子部５０ａの一例を模式的に示した図である。
【図１５】図１５は、本発明の第２の付着物検出装置が付着物検出モードにある場合の検知面上の付着物における様子を模式的に示した図である。
【図１６】図１６は、付着物が雨滴であり、雨滴の形状効果により屈折や乱反射が発生した場合の光信号検出を示した図である。
【図１７】図１７は、本発明の第２の付着物検出装置が光散乱性付着物検出モードにある場合の様子を模式的に示した図である。
【図１８】図１８は、本発明の第２の付着物検出装置が外界光増加検出モードにある場合の様子を模式的に示した図である。
【図１９】図１９は、本発明の第２の付着物検出装置における各モードの信号パターンを示す図である。
【図２０】図２０は、本発明の第２の付着物検出装置の付着物推定部による付着物の有無、フラッシング現象の有無の推定処理を示すフローチャートである。
【図２１】図２１は、本発明の第２の付着物検出装置における信号パターン検出結果と推定結果との関係を示す図である。
【図２２】図２２は、本発明の付着物検出装置をレインセンサとして用いるウィンドウワイパー制御装置のブロック図である。
【図２３】図２３は、実施形態４のウィンドウワイパー制御装置の処理動作の流れの一例を示すフローチャートである。
【図２４】図２４は、本発明の付着物検出装置をレインセンサとして用いたウィンドウワイパー制御装置の取り付け構成例を簡単に示した図である。
【図２５】図２５は、従来の反射光検知型レインセンサによる雨滴検出原理を簡単に説明した図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、検知面上に付着した付着物の存在を検知し、当該付着物の形状効果に起因する強い外界光の入射があった場合に発生するいわゆるフラッシング現象を自動的に検出できる機能を併せ持つ付着物検出装置およびそれを用いた制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
付着物の有無を検出し、付着物の存在が検出されたことを契機として制御内容を変更するシステムには様々なものがある。付着物の一例として雨滴を考えると、車のウィンドシールドのウィンドウワイパー制御装置は、天候の変化があり降雨が始まったことを契機として制御内容を臨機応変に変更する必要が生じる。このウィンドウワイパー制御装置の利便性を高めるための重要な課題の一つとして、降雨中であるのか否かを検知するレインセンサの開発が挙げられる。以下に、従来の付着物検出装置として、車のウィンドシールドにおける雨滴を付着物として検出する従来のレインセンサを説明する。
【０００３】
一般に普及している手動操作によるウィンドウワイパーの場合、運転者自身が降雨が始まったことを認識し、自動車の走行状態、ウィンドシールドに付着する雨滴の量の変化を勘案し、自動車運転時に必要とするウィンドシールド越しの視界を確保すべく、ウィンドウワイパーのスイッチをオフからオンに手動で切り替える必要がある。この手動によるウィンドウワイパーのスイッチ切替操作の煩わしさを緩和するため、レインセンサを設けて自動車のウィンドシールドの検知面上の雨滴など付着物の存在を検知し、ウィンドウの払拭が必要か否かを判定している。
【０００４】
従来のレインセンサには、雨滴の検知方法に応じて、反射光検知型レインセンサなどが知られている。図２５は、従来技術の反射光検知型レインセンサによる雨滴検出原理を簡単に説明した図である。図２５において、１０００は自動車のウィンドシールドである。説明の便宜上、ウィンドシールド１０００の上側空間を自動車内部側、つまり運転者側の空間、下側空間を外界とした。１０１０は光源、１０２０はプリズム、１０３０は反射光をウィンドシールド内から導き出すためのプリズム、１０４０はレンズ、１０５０は受光素子としてのＰＤ（光検出素子）、１１１０が検知面である。１１２０が検知面上に付着した雨滴である。光源１０１０からは検知面全体をカバーしうる広がりを持つ光束が照射され、そのうち１１３０が雨滴が付着した部分に対して入射した光の軌跡、１１３０以外の光１１４０が雨滴が付着していない検知面に対して入射した光の軌跡を表している。
【０００５】
反射光検知型レインセンサでは、各要素の取り付け角度と材質（特に材質が持つ屈折率）の調整が重要である。雨滴検出原理を簡単に言えば、検知面のうち雨滴が付着した部分に対して入射した光はウィンドシールド１０００の外界面において全反射条件が満足されずに外界に逃げ、検知面のうち雨滴が付着していない部分に対して入射した光はウィンドシールド１０００の外界面において全反射条件が満足されて全反射し、当該反射光の強度差を検出するわけである。
【０００６】
そのため、光源１０１０とプリズム１０２０は、照射光がウィンドシールド１０００内部に入射する入射条件を満たす角度、材質が選ばれ、また、ウィンドシールド１０００の外界面上の検知面において全反射する角度が選ばれる。さらに、雨滴付着による屈折率の変化により検知面１１１０における全反射条件の満足・不満足が切り換わるように検知面に対する光入射角度が選ばれる。
【０００７】
プリズム１０３０も反射光がウィンドシールド１０００外部に出射できるように出射条件を満たす、つまり全反射条件が満足されないように材質、角度が選ばれている。レンズ１０４０と受光素子１０５０は、レンズ１０４０に入射した光が受光素子１０５０のセンサ部分に集光するように角度と距離が調整されている。
【０００８】
なお、これら１０１０〜１０５０の要素は、ウィンドシールド１０００以外の場所、例えばボンネットの上や屋根の上などにも取り付け可能であるが、検知対象はウィンドシールド１０００の状態であるのでウィンドシールド１０００の一部であるワイパー払拭部に取り付けることが好ましい。また、運転者の視界を狭めないように取り付けられることが好ましい。例えば、もともとバックミラーが取り付けられて視界が遮られているウィンドシールド部分などに取り付けることが好ましい。
【０００９】
以上の従来の反射光検知型レインセンサの動作を簡単に説明すると、光源１０１０から照射された光束は、プリズム１０２０によりウィンドシールド１０００内部に導入され、検知面１１１０全面にわたり入射する。いま、検知面１１１０上には雨滴１１２０が付着していたものとする。検知面１１１０に入射した光のうち雨滴１１２０が付着した部分に対して入射した光１１３０は、ウィンドシールド１０００の外界面において、屈折率ｎが約１．３である雨滴の存在により全反射条件が満足されず、外界に逃げ、当該光が受光素子１０５０において検知されることはない。一方、検知面１１１０に入射した光のうち雨滴が付着していない部分に対して入射した光１１４０は、ウィンドシールド１０００の外界面には屈折率ｎが１である空気の存在により全反射条件が満足されて全反射する。全反射した光はウィンドシールド１０００の自動車内側の面のプリズム１０３０の存在により全反射せずに自動車内に出射する。出射した光はレンズ１０４０において受光素子１０５０上の光センサ部分に集光される。
【００１０】
このように、受光素子１０５０が検知する光量は、雨滴１１２０が存在すると減少し、雨滴１１２０が検知面１１１０上を覆う面積が大きくなるほど受光する光量は減少することとなる。この光量の変化を検出して検知面１１１０上の雨滴の存在を検知する。以上が従来の反射光検知型レインセンサによる雨滴検出原理である。
【００１１】
なお、それぞれのタイプのレインセンサは、上記したような信号変化を検知すれば雨滴検出信号を出力するように構成されている。レインセンサからの雨滴検出信号は、ウィンドウワイパーの制御部に入力され、当該雨滴検出信号の入力を契機として所定のウィンドウワイパーの制御などが行われる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のレインセンサには以下に示すような問題点があった。
【００１３】
従来のレインセンサでは、フラッシング現象を検知することができないという問題があった。付着物の種類、ウィンドシールドの撥水能力の高さ、車の運転走行状態など様々な要因により同じ付着物であってもその形状は異なったものとなる。このような雨滴形状に起因して外界光入射によりフラッシング現象が発生しうることが知られている。フラッシング現象は、外界に存在する光源であって外界環境における基準光量よりも相対的に強い光源からの照射光がウィンドシールド上の付着物に入射し、該付着物の形状に起因して起こる現象をいう。このフラッシング現象発生を検知することができれば、すみやかにウィンドシールド面をワイパーで払拭して付着物を除去してフラッシング現象を緩和することができる。
【００１４】
本発明は、上記問題点に鑑み、検知面上における付着物の表面形状効果として生じるフラッシング現象を検出できる付着物検出装置およびその当該付着物検出装置を用いて推定したフラッシング現象に対する対応制御を行う制御装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第１の付着物検出装置は、全反射用光源を備え、前記全反射用光源から出射され透明性基板内に導入された入射光が反射される前記透明性基板の外表面を検知面とし、前記検知面を介して外界から入射する外界光および前記検知面からの前記全反射用光源の反射光を検出する受光部と、前記受光部が検知した光検出信号における、付着物による前記検知面上での反射条件の変化による信号レベル低下を検出して前記付着物の存在を検出する付着物検出部と前記受光部に受光される外界光による信号レベル増加の有無を検出する外界光増加検出部を備えたことを特徴とする。
【００１６】
ここで、付着物検出装置は、前記付着物検出部が付着物の存在を検出し、前記外界光増加検出部が外界光による信号レベル増加を検出した場合、フラッシング現象が起きていると推定する。
【００１７】
上記構成により、検知面上に、例えば、雨滴のような付着物が存在することが検出され、また、外界光の入射量の増加が検出された場合、当該外界光の入射量の増加が付着物の形状効果に起因したものであると推定することができる。
【００１８】
また、上記課題を解決するために、本発明の第１の付着物検出装置の別構成は、全反射用光源と散乱用光源を備え、前記全反射用光源から出射され透明性基板内に導入された入射光が反射され、また、前記散乱用光源から出射され前記透明性基板内に導入された入射光が照射される前記透明性基板の外表面を検知面とし、前記検知面を介して外界から入射する外界光、前記検知面からの前記全反射用光源の反射光および前記検知面からの前記散乱用光源の散乱光を検出する受光部と、前記受光部が検知した光検出信号における、付着物による前記全反射用光源からの信号レベルの変化を検出して前記付着物の存在を検出する付着物検出部と、前記受光部が検知した光検出信号における、付着物による前記散乱用光源からの信号レベルの変化を検出して前記付着物が光散乱性のある付着物であるか否かを検出する光散乱性付着物検出部と、前記受光部に受光される外界光による信号増加の有無を検出する外界光増加検出部を備えたことを特徴とする。
【００１９】
上記構成により、本発明の付着物検出装置において、まず、付着物検出部と光散乱性付着物検出部を用いて、検知面上において付着物が存在し、当該付着物が光散乱性を有していないものであることが検出できる。つまり、当該付着物が雨滴などのように光透過性を有し、散乱を起こさないものであると推定することができる。次に、外界光増加検出部を用いて当該付着物の影響により外界光の入射量が増加したことが検出されるので、付着物推定部は当該外界光の入射量の増加が付着物の形状効果に起因したものであると推定することができる。
【００２０】
なお、前記付着物検出部により付着物の存在が検出され、前記光散乱性付着物検出部により付着物の光散乱性が検出されず、前記外界光増加検出部により外界光入射量増加が検出された場合、付着物検出装置は付着物の形状効果に起因してフラッシング現象が発生したと推定することができる。
【００２１】
また、上記本発明の第１の付着物検出装置において、前記外界光増加検出部が検出した外界光の入射量の増加割合に応じて前記フラッシング現象の強度を評価することができる。
【００２２】
運転者が知覚するフラッシング現象の強度は、増加した外界光の入射量の絶対値により決まるものではなく、外界の環境に比べて入射する光量が相対的に大きい場合に知覚されるフラッシング現象の強度が大きいと推定できるからである。例えば、昼間であれば外界環境の光量が元々大きいため、何らかの人工照明がウィンドシールドを通して入射してもその影響は比較的小さい場合がある。一方、夜間では外界環境の光量が元々小さいため、何らかの人工照明がウィンドシールドを通して入射することによりその影響が比較的大きくなる場合がある。このように、夜間の方がフラッシング現象が起こりやすいことが知られている。
【００２３】
また、本発明の付着物検出装置において、前記付着物検出部が稼動する場合には前記光散乱用光源を消灯し、前記光散乱性付着物検出部が稼動する場合には前記全反射用光源を消灯し、前記外界光増加検出部が稼動する場合には前記全反射用光源および前記光散乱用光源を消灯し、前記付着物検出部と前記光散乱性付着物検出部と前記外界光増加検出部を切り換えつつ用いることが好ましい。
【００２４】
上記構成により、付着物の存在を検出する付着物検出モードと、付着物が光散乱性を有する付着物であるか否かを検出する光散乱性付着物検出モードと、外界光入射量の増加を検出するモードとをそれぞれ切り分けて稼動させることができ、各モードでの検出精度を上げることができる。
【００２５】
上記課題を解決するために、本発明の第２の付着物検出装置は、透明性基板の外表面を検知面とし、外界光により照射された前記検知面を結像させる結像系レンズと、前記結像レンズにより結像された像を受光する受光素子アレイを備えた付着物検出装置において、前記受光素子アレイが複数の微小受光素子を備え、各微小受光素子からの光検出信号をそれら微小受光素子の配列に応じて並べた信号パターンを生成し、前記検知面上の付着物の付着状態に対応した信号パターンを出力することを特徴とする。
【００２６】
上記構成により、各微小受光素子により検出される光検出信号を微小受光素子の配列に応じて並べ、信号パターン（波形）を得ることができる。信号パターンは検知面から得られる信号レベルをつなぎ合わせてパターン化したものであり、検知面上の付着物の状態の相違は、信号パターンの微小区間の相対的変化として表れることとなる。本発明は、信号レベルの絶対値そのものを解析する必要はなく、信号パターン中の相対的変化、つまり、波形変化を解析することにより、高い精度で外界から入射する外界光の増加を検出することができ、フラッシング現象など外界から強い光が入射する現象を捉えることができ、当該フラッシング現象を起こした付着物の存在を推定することができる。ここで、信号パターンにおいて、相対的に信号レベルが高い信号パターン部分と相対的に信号レベルが低い信号パターン部分がある場合、フラッシング現象が起きていると推定する。
【００２７】
次に、本発明の第２の付着物検出装置の他の構成は、全反射用の光源を備え、前記全反射用の光源から発射され透明性基板内に導入された入射光が反射される前記透明性基板の外表面を検知面とし、前記全反射用の光源により照射された前記検知面を結像させる結像系レンズと、複数の微小受光素子を備え、前記結像系レンズからの光を受光し、各微小受光素子からの光検出信号をそれら微小受光素子の配列に応じて並べた信号パターンとして出力する受光素子アレイと、前記全反射用光源からの照射光によって前記受光素子アレイにおいて得られる前記信号パターン中に、周囲の信号レベルから相対的に信号レベルが低い信号パターン部分を検出すれば、該パターン部分に対応する検知面上の付着物の存在を検出し、前記全反射用の光源を消灯して、外界光によって前記受光素子アレイにおいて得られる信号パターン中に、周囲の信号レベルから相対的に信号レベルが高い信号パターン部分を検出すれば、フラッシングが起きていると推定することを特徴とする。
【００２８】
上記構成により、検知面上の付着物の有無による反射条件の変化を信号パターンの相対的変化として捉えることができ、例えば、雨滴のような付着物を検出することができ、さらに、外界光による信号パターンの相対的変化によりフラッシング現象も推定することができる。
【００２９】
また、上記課題を解決するために、本発明の第２の付着物検出装置の他の構成は、全反射用と散乱用の光源を備え、前記全反射用の光源から発射され透明性基板内に導入された入射光が反射され、また、前記散乱用の光源から発射され透明性基板内に導入された入射光が散乱される前記透明性基板の外表面を検知面とし、前記全反射用および散乱用の光源により照射された前記検知面を結像させる結像系レンズと、複数の微小受光素子を備え、前記結像系レンズからの光を受光し、各微小受光素子からの光検出信号をそれら微小受光素子の配列に応じて並べた信号パターンとして出力する受光素子アレイと、前記全反射用光源からの照射光によって前記受光素子アレイにおいて得られる前記信号パターン中に、周囲の信号レベルから相対的に信号レベルが低い信号パターン部分を検出すれば、該パターン部分に対応する検知面上の付着物の存在を検出し、前記散乱用光源からの散乱光によって前記受光素子アレイにおいて得られる前記信号パターン中に、周囲の信号レベルから相対的に信号レベルが高い信号パターン部分を検出すれば、該パターン部分に対応する検知面上の光散乱性付着物の存在を検出し、前記全反射用および散乱用の光源を消灯して、外界光によって前記受光素子アレイにおいて得られる信号パターン中に、周囲の信号レベルから相対的に信号レベルが高い信号パターン部分を検出すれば、フラッシングが起きていると推定することを特徴とする。
【００３０】
上記構成により、検知面上の付着物の有無による反射条件の変化を信号パターンの相対的変化として捉えることができ、さらに検知面上の付着物の有無による散乱条件の変化を信号パターンの相対的変化として捉えることができるので、付着物が雨滴であるのか泥水であるのかなど付着物の種類と状態について正確な推定をすることができ、さらに、外界光による信号パターンの相対的変化によりフラッシング現象も推定することができる。
【００３１】
また、本発明の付着物検出装置において、前記全反射用光源および前記散乱用光源を消灯するモードと、前記全反射用光源を点灯し、前記散乱用光源を消灯するモードと、前記全反射用光源を消灯し、前記散乱用光源を点灯するモードの３つのモードを切り換える切替部を備えることが好ましい。
【００３２】
上記構成により、付着物の存在を検出する付着物検出モードと、付着物が光散乱性を有する付着物であるか否かを検出する光散乱性付着物検出モードと、外界光入射量の増加を検出する外界光増加検出モードとをそれぞれ切り分けて稼動させることができ、各モードでの検出精度を上げることができる。
【００３３】
次に、本発明の第１または第２の付着物検出装置は、前記検知面を自動車のウィンドシールド上に設け、前記ウィンドシールド内に入射する外界光の増加を前記外界光増加検出部により検出し、フラッシング現象を推定するレインセンサとして利用することが可能であり、さらに、ウィンドウワイパー駆動部と、ウィンドウワイパー制御部を備え、前記ウィンドウワイパー制御部が、前記付着物検出装置からのフラッシング現象の推定結果に基づいて前記ウィンドウワイパー駆動部の制御内容を変更するウィンドウワイパー装置として構成することができる。
【００３４】
上記構成により、ウィンドシールド上の付着物の存在、当該付着物の表面形状効果の影響によるフラッシング現象の発生に応じて、ワイパーの払拭制御内容が適切なものとなるように制御したウィンドウワイパー装置を提供することができる。
発明を実施するための最良の形態
本発明の第１の付着物検出装置として、検知面を通して受光素子において得られた入射光の光検出信号のレベルによりフラッシング現象の発生を推定する付着物検出装置を、実施形態１〜実施形態２に示す。
【００３５】
また、本発明の第２の付着物検出装置として、受光素子として複数の微小受光素子を並べた微小受光素子アレイを用い、検知面を通して各微小受光素子において得られた入射光の光検出信号レベルをつなぎ合わせて得た信号パターンを解析することによりフラッシング現象の発生を推定する付着物検出装置を、実施形態３に示す。
【００３６】
さらに、本発明の第１または第２の付着物検出装置をレインセンサとして用いたウィンドウワイパー制御装置を、実施形態４に示す。
【００３７】
（実施形態１）
まず、本発明の第１の付着物検出装置を説明する。
【００３８】
本発明の第１の付着物検出装置は、透明性基板の検知面上における付着物の有無のみならず、外界光から入射する入射光量の増加割合を検出することを通じて当該付着物の表面形状や、表面形状効果により発生するフラッシング現象を推定する機能を備えている。以下の実施形態では、特に、検知面上に雨滴が付着した場合を例として説明する。
【００３９】
まず、付着物による表面形状効果によりフラッシング現象が起こる原理を簡単に説明し、次に、本発明の付着物検出装置の装置構成、付着物検出モードにおける動作および推定処理、光散乱性付着物検出モードにおける動作および推定処理、さらに、受光部に受光される外界光による信号増加の有無を検出するモード（以下、外界光増加検出モードという）における動作および推定処理を説明し、最後にフラッシング現象が推定される処理を説明する。
【００４０】
まず、付着物による表面形状効果によりフラッシング現象が起こる原理を簡単に説明する。
【００４１】
図１は、付着物による表面形状効果により乱反射が起こる様子を示す図である。付着物は雨滴１２０とし、検知面１１０に付着している。雨滴１２０は、雨滴自身が持つ表面張力と検知面１１０が持つ撥水効果により、半球状に盛り上がっているような形状を持っている。ここでは検知面１１０が持つ撥水効果が大きく、雨滴１２０は厚く盛り上がり、表面内面は大きな曲率をもった状態であるとする。いま、外界環境の平均的光量よりも比較的強い光が雨滴１２０に入射したとする。雨滴１２０に入射した光は、雨滴の表面形状効果により屈折し、乱反射を起こすことがある。このような現象がフラッシング現象である。上記の雨滴表面内面で起こる反射は、雨滴表面内面の曲率が大きいほど起こりやすく、また、検知面１１０の内側に向けて出射する光量が大きく、フラッシング現象の強度が大きくなる。
【００４２】
以上のように、フラッシング現象の発生は、外界から入射する光量の増加を検出することによりある程度の推定が可能となる。そこで本発明の付着物検出装置は、透明性基板の外表面などを検知面として設け、検知面を介して外界から入射する外界光を検出する受光部と、当該受光部に受光される外界光による信号レベルの増加の有無を検出して外界光の入射量の増加を検出する外界光増加検出部を備え、外界光増加を招く付着物の存在を推定し、フラッシング現象の発生を推定するものである。
【００４３】
本発明の第１の付着物検出装置ではさらにフラッシング現象の発生検知の精度を上げるため、次の条件を検出し、より精度の高いフラッシング現象発生の推定を可能とする。第１の条件は、検知面に雨滴が存在していることである。第２の条件は受光部により受光される光信号のレベルが急に増えたことである。これら２つの条件は十分条件ではないがフラッシング現象が成立するための重要な必要条件と言える。本発明の付着物検出装置は、上記第１の条件に加えて第２の条件が成立しているときにフラッシング現象の発生を推定するものである。
【００４４】
本発明の第１の付着物検出装置は、上記第１の条件である雨滴を検出するため下記の付着物検出モードを持っている。ここでは雨滴検出推定精度を上げるためさらに下記の光散乱性付着物検出モードを持つ例を挙げる。他の実施形態として、光散乱性付着物検出モードを持たず、付着物検出モードのみとする構成も可能である。また、本発明の付着物検出装置は、上記第２の条件を検出するため下記の外界光増加検出モードを持っている。
【００４５】
付着物検出モードとは、透明性基板の検知面上における付着物の有無を検出するためのモードである。光散乱性付着物検出モードとは、検知面上における付着物が光散乱性を有するものであるか否か、例えば、付着物が泥水や鳥類の糞など光散乱性を有するものであるか否かを検知するモードである。外界光増加検出モードとは、受光部に受光される外界光増加の有無を検出するモードであり、ウィンドシールドを介して入射する外界光の増加割合を検出するモードである。
【００４６】
本発明の第１の付着物検出装置は、付着物検出モードにおいて検知面上における付着物の存在が検出され、光散乱性付着物検出モードにおいて光散乱性が検出されない場合、まず、当該付着物が雨滴など光透過性を持つものであることが推定できる。さらに加えて、外界光増加検出モードにおいて外界から入射する光量の増加が検出された場合に、当該入射光量の増加は付着物の影響、つまり、付着物の表面形状効果により検出光量が増加したと推定するものである。特に、本発明の付着物検出装置は、外界光増加検出モードにおいて外界から入射する光量の増加の割合が大きい場合には、雨滴などの付着物が厚く盛り上がった形状をしており、運転者の視界を歪めるものであると推定し、また、特に外界光増加検出モードにおいて外界から入射する光量の増加の割合が大きい場合には、フラッシング現象が強く知覚され得る状態が発生したと推定するものである。
【００４７】
本発明の第１の付着物検出装置では、昼間の明るさなど外界環境は短時間では変化しないものであるので、今回の外界光増加検出モードで検出された光検出信号と前回の外界光増加検出モードで検出された光検出信号を比較し、短時間の間に急激に検出された光量が増加した場合には、対向車のヘッドライト光など、外界環境の光レベルに比べて強い光が付着物にあたり、図１に示したように、当該付着物の形状効果に基づいて発生した乱反射光の一部が受光されたと推定する。
【００４８】
次に、本発明の第１の付着物検出装置の装置構成例を示す。
【００４９】
図２は、本発明の第１の付着物検出装置の装置構成例を簡単に示した模式図である。図２において、１００が透明性基板の一例としてのウィンドシールド１００である。ウィンドシールド１００の下層は外界である。検知面１１０はウィンドシールド１００と外界との境界面の一定領域にある。１０が全反射用光源、２０が散乱用光源である。３０ａ、３０ｃがプリズムである。４０が集光レンズ、５０が受光部としての受光素子部である。６０が付着物推定部である。なお、この例では、全反射用光源１０、プリズム３０ａ、プリズム３０ｃ、集光レンズ４０、受光素子部５０の構成要素により付着物検出部が構成されている。また、散乱用光源２０、プリズム３０ｃ、集光レンズ４０、受光素子部５０の構成要素により光散乱性付着物検出部が構成されている。なお、散乱用光源２０とウィンドシールド１００との間のコンタクトをとるプリズムは必須ではないが、両者間にプリズムを介在させても良い。また、上記構成では集光レンズ４０を用いたが、本装置構成としては、全反射光や散乱光などプリズム３０ｃを介して出射する光が受光素子部５０に入射するように配置されていれば良く、その場合はプリズム３０ｃと受光素子部５０間に集光レンズ４０を介在させても良く、介在させなくても良い。
【００５０】
全反射用光源１０は、指向性のある照射光を照射でき、照射光が検知面１１０に対して所定角度で入射するような位置および角度で配置されている。全反射用光源１０から出射されプリズム３０ａを介してウィンドシールド１００に導入された光が検知面１１０に入射し、図２（ｃ）のように検知面１１０に付着物がない場合、つまり、空気が接している場合、検知面上での全反射条件が満足されるように調整されている。なお、プリズム３０ｃ、集光レンズ４０、受光素子部５０は、検知面１１０においてウィンドシールド１００内に全反射した反射光がウィンドシールド１００表面に取り付けられたプリズム３０ｃを介してウィンドシールド１００外に出射し、集光レンズ４０により受光素子部５０の受光面上に結像するように調整されている。さらに、全反射用光源１０や上記要素の配置および取り付け角度は、図２（ｂ）のように雨滴（水分）が接している場合には検知面１１０上での全反射条件が満足されないように調整される。
【００５１】
いま、外界の媒質の屈折率をｎ1、ウィンドシールド１００の屈折率をｎ2とし、照射光の検知面への入射角度をθ1とすると、全反射条件は（数１）で表される。
【００５２】
【数１】
ここで、図２（ｃ）のように雨滴がない場合の外界の媒質、つまり、空気の屈折率としてｎ1が１となり、ウィンドシールド１００の屈折率ｎ2の例として約１．５１とすると（数１）より、４１．４７°＜θ1となる。さらに、図２（ｂ）のように雨滴付着の場合は、水の屈折率が約１．３３であるので、θ1＜６１．７４°であれば良いこととなる。つまり、検知面１１０において（数１）で示した全反射条件の満足・不満足が切り換わる光入射角度θ1は、４１．４７°＜θ1＜６１．７４°の範囲で選ばれる。これら条件を満たす要素の配置および取り付け角度の例としてこの例では、光源１０からの照射光の検知面１１０への入射角度および反射角度が４７°となるように調整する。
【００５４】
次に、散乱用光源２０を説明する。散乱用光源２０も、指向性のある照射光を照射でき、照射光が検知面１１０に対して所定角度で入射するような位置および角度で配置されている。ここでは、受光素子部５０において付着物によって散乱された光の有無を感度良く確認する必要があり、付着物が検知面上にない状態において散乱用光源２０の照射光が直接受光素子部５０に入射しないように構成する。つまり、全反射用光源１０で設定する角度からずらし、散乱用光源のウィンドシールドによる全反射光が直接受光素子部５０に入射しないように配置する。また、例えば、散乱用光源２０の照射光の入射角度を、検知面１１０に対して全反射条件である上記（数１）が成立しない角度、つまり、外界の媒質の屈折率をｎ1、ウィンドシールド１００の屈折率をｎ2とし、照射光の検知面への入射角度をθ1’とすると、θ1’の角度は散乱用光源からの光が全反射しない条件である４１．４７°以下にする。この例ではθ1’を０°としている。
【００５５】
プリズム３０ａは、全反射用光源１０とウィンドシールド１００の両者を光学的にコンタクトさせる媒体となるプリズムであり、全反射用光源１０から照射された光をウィンドシールド１００内に導く働きをする。
【００５６】
プリズム３０ｃは、検知面１１０における全反射用光源１０からの反射光および散乱用光源２０からの散乱光をウィンドシールド１００内から導き出す働きをする。
【００５７】
集光レンズ４０は、プリズム３０ｃから入力された光を受光素子部５０上に集光するためのレンズである。なお、この例では、集光レンズ４０を有する構成例を示したが、これに限られることなく、レンズのない構成でも良く、また結像レンズを用いる構成でも良い。例えば、等倍結像系で正立画像を結像するロッドレンズを用いることができる。
【００５８】
受光素子部５０は、照射光量に応じて光検出信号を出力する受光素子を備えているもので、集光レンズ４０と受光素子部５０の受光素子は、集光レンズ４０に入射した光が受光素子部５０の受光素子上で結像するように角度と距離が調整されている。
【００５９】
上記したように、全反射用光源１０、プリズム３０ａ、プリズム３０ｃ、集光レンズ４０、受光素子部５０により付着物検出部が構成され、また、散乱用光源２０、プリズム３０ｃ、集光レンズ４０、受光素子部５０により光散乱性付着物検出部が構成されているが、本実施形態１の付着物検出装置は、全反射用光源１０による光照射タイミングと、散乱用光源２０による光照射タイミングを切り替えることにより、付着物検出モードと、光散乱性付着物検出モードと、外界光増加検出モードとを切り替えることができるものとする。制御部分は図２には図示しなかったが、全反射用光源１０のオンオフ制御、散乱用光源２０のオンオフ制御、付着物推定部６０への稼動モード通知、つまり、付着物検出モードであるか光散乱性付着物検出モードであるか外界光増加検出モードであるかを通知する機能を備えた制御部分があるものとする。付着物推定部６０が当該制御部分を兼ねる構成としても良い。
【００６０】
次に、付着物推定部６０を説明する。付着物推定部６０は、受光素子部５０からの光検出信号を受け、光検出信号を解析することにより、付着物の有無、付着物の種類、付着物の付着形状を推定処理する部分である。なお、推定処理では各モードにおける前回の光検出信号値からの相対変化を用いて推定するので、付着物推定部６０は、各モードの前回に検出した光検出信号値をラッチするラッチ部を備えているものとする。なお、付着物検出モードにおける光検出信号のラッチ部を６１、光散乱性付着物検出モードにおける光検出信号のラッチ部を６２、外界光増加検出モードにおける光検出信号のラッチ部を６３とする。
【００６１】
次に、付着物検出モード、光散乱性付着物検出モード、外界光増加検出モードの各モードにおける動作および推定処理を説明する。最初にフラッシング現象を起こす外界光の入射がない場合を説明し、後からフラッシング現象を起こす外界光の入射がある場合を説明する。
【００６２】
図３（ａ）は、本発明の付着物検出装置が付着物検出モードにある場合の検知面上の付着物における様子を模式的に示したものである。付着物検出モードでは、全反射用光源１０から光が検知面１１０に照射され、散乱用光源２０は消灯されている。検知面１１０に雨滴がある場合には、上記に検討したように検知面１１０における全反射条件が満足されず、照射光が外界へ逃げてしまう。この場合、受光素子部５０には光が受光されないこととなる。そのため付着物推定部６０が、付着物検出モードで受け取る光検出信号は原理的に前回の信号レベルに対する“信号レベル低下”を検出することになる。
【００６３】
図７は受光素子部５０で検出された光検出信号の例を示す図である。なお、横軸は時間軸であり、各モードが交互に切り換えられている。４０１が付着物検出モード、４０２が光散乱性付着物検出モード、４０３が外界光増加検出モード、４０４が付着物検出モード、４０５が光散乱性付着物検出モード、４０６が外界光増加検出モードというように交互になっている。なお、図７（ａ）と図７（ｃ）において、付着物検出モード４０１から外界入射光量増加検出モード４０３は雨滴付着前に検出された信号とし、付着物検出モード４０４から外界入射光量増加検出モード４０６は雨滴付着後に検出された信号とする。また同様に、図７（ｂ）において付着物検出モード４０１から外界入射光量増加検出モード４０３は泥水付着前に検出された信号とし、付着物検出モード４０４から外界入射光量増加検出モード４０６は泥水付着後に検出された信号とする。
【００６４】
図７（ａ）は付着物が雨滴である場合（フラッシング現象なし）の光検出信号例を示している。図７（ａ）に示すように、雨滴付着後の付着物検出モード４０４の信号レベルは、ラッチ部６１にラッチされている雨滴付着直前の付着物検出モード４０１の信号レベルと比べて、低下している。なお、基準信号値は絶対値で管理する必要はなく、装置がデフォルト状態から稼動を始め、前回に付着物検出モードにおいて捉えた信号値からの相対変化のみで判断しても良い。もっとも、ノイズによる影響を除去するため、相対変化の割合におけるしきい値を設定しておき、当該しきい値を超える信号レベルの低下があった場合にのみ“信号レベル低下”と判断することが好ましい。
【００６５】
図３（ｂ）は、本発明の付着物検出装置が光散乱性付着物検出モードにある場合の様子を模式的に示したものである。光散乱性付着物検出モードでは、散乱用光源２０から光が検知面１１０に照射され、全反射用光源１０は消灯されている。ここでは検知面１１０には雨滴があるが、雨滴は光散乱性に乏しく、原理的には光散乱が起こらないため、照射光が外界へ逃げてしまう。この場合、受光素子部５０には光が受光されないこととなる。そのため光散乱性付着物検出モードにおける光検出信号は低いレベルのまま変化がないこととなる。図７（ａ）の光検出信号例において、雨滴付着後の光散乱性付着物検出モード４０５の信号レベルは、ラッチ部６２にラッチされている雨滴付着直前の光散乱性付着物検出モード４０２の光検出信号レベル同様、低いレベルにあることがわかる。もっとも、ノイズの影響を考慮するため変化の有無を判断するためのしきい値を設けておくことが好ましい。
【００６６】
付着物推定部６０は、付着物検出モードで“信号レベル低下”、光散乱性付着物検出モードで“信号レベル変化なし”が得られた場合、雨滴の存在、つまり、光散乱性の乏しい付着物の存在を推定する。
【００６７】
上記処理により第１の条件である雨滴の存在を検知することができる。
【００６８】
次に、付着物が雨滴ではないと判別する場合の処理について述べる。
【００６９】
図４は、雨滴ではない例として泥水１２０ａが検知面１１０上に付着している場合の付着物推定部６０による推定処理の概念を説明した図である。
【００７０】
図４（ａ）は、図３（ａ）と同じく、本発明の付着物検出装置が付着物検出モードにある場合の様子を模式的に示したものである。図３（ａ）の場合と同様、全反射用光源１０から照射光が検知面１１０に照射され、散乱用光源２０は消灯されている。検知面１１０の泥水１２０ａの存在により検知面１１０における全反射条件は満足されず、照射光は反射せず、泥水１２０ａ内に吸収されたり散乱したりして、受光素子部５０には所定の強さの光が受光されない。もっとも泥水１２０ａの光散乱性による散乱光の一部が受光素子部５０において受光されることが有り得るが、全反射光を受光する場合に比べて相対的に小さいものとなる。そのため付着物推定部６０は付着物検出モードで受け取る光検出信号を比較・解析し、前回の信号レベルに対する“信号レベル低下”を検出できることになる。図７（ｂ）は付着物が泥水である場合（フラッシング現象なし）の光検出信号例を示している。図７（ａ）の場合と同様、泥水１２０ａ付着後の付着物検出モード４０４の信号レベルは、ラッチ部６１にラッチされている泥水１２０ａ付着直前の付着物検出モード４０１の信号レベルと比べて、低下している。
【００７１】
図４（ｂ）は、図３（ｂ）と同様、本発明の付着物検出装置が光散乱性付着物検出モードにある場合の様子を模式的に示したものである。散乱用光源２０から照射光が検知面１１０に照射され、全反射用光源１０は消灯されている。この場合、散乱用光源光が泥水１２０ａである付着物に当たる。ここで、照射光の一部は泥水１２０ａ内で吸収されるが、泥水１２０ａは光散乱性を有しているので光散乱が起こることとなる。このため泥水１２０ａから周囲には散乱光が発せられ、その一部が、プリズム３０ｃ、集光レンズ４０を介して受光素子部５０において受光されることとなる。そのため付着物推定部６０が光散乱性付着物検出モードにおいて受け取る光検出信号は、原理的に前回の信号レベルに比べて“信号レベル増加”が検出されることになる。泥水付着後の光散乱性付着物検出モード４０５の信号レベルは、ラッチ部６２にラッチされている泥水付着直前の光散乱性付着物検出モード４０２の低い信号レベルと比べて、信号レベルが増加していることがわかる。もっとも、ノイズによる影響を除去するため、一定のしきい値を設けておき、当該しきい値を超えた場合のみ“信号レベル増加”と判断することが好ましい。
【００７２】
付着物推定部６０は、付着物検出モードで“信号レベル低下”、光散乱性付着物検出モードで“信号レベル増加”が得られた場合、泥水の存在、つまり、光散乱性を有する付着物の存在を推定し、当該付着物が雨滴ではないということが推定できる。
【００７３】
なお、付着物推定部６０は、付着物検出モードで“信号レベル増加”が検出された場合には、付着物が検知面上から取り除かれたと推定し、光散乱性検出モードで“信号レベル低下”が検出された場合には、光散乱性付着物が検知面上から取り除かれたと推定することができる。
【００７４】
次に、外界光増加検出モードにおける動作および推定処理を説明する。
【００７５】
図５は、本発明の付着物検出装置が外界光増加検出モードにある場合の様子を模式的に示したものである。外界光増加検出モードでは、全反射用光源１０および散乱用光源２０双方とも消灯され、両光源からの照射光が検知面１１０に照射されることはない。つまりこの外界光増加検出モードでは外界から入射し、直接受光素子部５０に受光される外界光の光量を検出する。ここで、外界から入射し、直接受光素子部５０に受光される外界光の光は大きく２つに分けることができる。一つは外界環境の明るさにより、外界から直接入射する光である。例えば、昼間であれば昼間の自然光、夜間であれば街路灯などの人工照明など直接受光素子部５０が受光する光が想定される。他の一つは検知面１１０上に付着した付着物の形状効果により、付着物内で乱反射した光で、その一部が受光素子部５０に受光された場合が想定される。
【００７６】
なお、上記の装置構成の説明において述べたように、この例において、受光素子部５０は全反射用光源が４７°の角度で配置されているので、受光素子部５０も概ね４７°付近の角度で配置されていることとなる。そのため、外界から直接入射する光の多くは入射されないこととなる。
【００７７】
時刻に依存する太陽光の明るさなどの外界環境は短時間では変化しないものであるので、時系列に得られる光検出信号において、あるタイミングにおける外界光増加検出モードで検出された光検出信号とその前回の外界光増加検出モードで検出された光検出信号の大きさを比較し、短時間の間に急激に検出光量が増加している場合には、対向車のヘッドライト光など、外界環境の光レベルに比べて強い光が付着物にあたり、図１に示したように、当該付着物の形状効果に基づいて発生した乱反射光の一部が受光素子部５０に受光されたと推定することができる。
【００７８】
図６は、実際に付着物の形状効果などの原因でフラッシング現象が発生している場合にその乱反射光の一部が受光素子部５０に受光されうるということを確認した結果を示す図である。外界環境に対して十分強い光を様々な角度から入射させ、受光素子部５０において光検出信号が増加することを確認した。図６（ａ）に見るように、対向車からのヘッドライト光などの強い光をその角度を変えて検知面１１０上に厚く盛り上がった雨滴１２０に対して入射させた。図６（ｂ）は−８０°の角度から強い光を当てた場合に受光素子部５０において得られた光検出信号の様子を示しており、図６（ｃ）は＋８０°の角度から強い光を当てた場合に受光素子部５０において得られた光検出信号の様子を示している。図６（ｂ）に見るように雨滴１２０に対して−８０°の角度から入射した光によっても強い光検出信号が得られ、また、図６（ｃ）に見るように、雨滴１２０に対して＋８０°の角度から入射した場合でも強い光検出信号が得られた。このように外界環境に対して十分強い光が厚く盛り上がった雨滴１２０に入射すれば、いずれの入射角度であっても乱反射が発生し、受光素子部５０において光検出信号が増加する。つまり、外界光増加検出モードの構成において受光素子部５０の光検出信号を調べれば、付着物の形状効果に基づいて発生した乱反射光の影響による外界入射光量の増加を検出することができる。
【００７９】
フラッシング現象を起こすような強い外界光の入射があった場合の各モードにおける光検出信号レベルの変化は以下のようになる。
【００８０】
図７（ｃ）は付着物が雨滴であり、雨滴の形状効果によりフラッシング現象が発生した場合の光検出信号例を示している。付着物検出モード４０１から外界光増加検出モード４０３まではフラッシング現象が発生しておらず、付着物検出モード４０４以降フラッシング現象が発生している。図７（ｃ）に示すように、付着物検出モード４０１から光散乱性付着物検出モード４０３までの光検出信号結果は図７（ａ）と同様である。外界光増加検出モード４０６の信号レベルは、ラッチ部６３にラッチされている前回の外界光増加検出モード４０３信号レベルと比べて増加していることが検知される。このように、信号レベルが急激に増加している場合は、視界に入る光量が急に変化したこととなり、付着物推定部６０は、対向車のヘッドライト光など、外界環境の光レベルに比べて強い光が付着物にあたり、図１に示したように、当該付着物の形状効果に基づいて発生した乱反射光の一部が受光素子部５０に受光されたと推定できる。さらに、雨滴形状が盛り上がった形をしており、フラッシング現象が生じていると推定する。またさらに、この増加割合が大きいほど雨滴形状の曲率が大きく、フラッシング現象の強度も強いと推定できる。
【００８１】
なお、基準信号値は絶対値で管理する必要はなく、装置がデフォルト状態から稼動を始め、前回に付着物検出モードにおいて捉えた信号値からの相対変化のみで判断しても良い。もっとも、ノイズによる影響を除去するため、相対変化の割合におけるしきい値を設定しておき、当該しきい値を超える信号レベルの増加があった場合にのみ“信号レベル増加”と判断することが好ましい。
【００８２】
なお、外界光増加検出モードにおける信号レベルは、フラッシング現象が発生していなくても強い外界光が入射した場合にも増加する場合がありうる。フラッシング現象の発生は雨滴による表面形状効果に起因するものであるので、付着物推定部６０は、付着物検出モード、光散乱性付着物検出モードにおいて雨滴付着が検出され、かつ、外界光増加検出モードにおける信号レベルが増加した場合にフラッシング現象が発生していると推定する。
【００８３】
図９は、受光素子部５０における光検出信号の信号レベル変化を基にした、付着物推定部６０による検知面上の付着物の有無の推定とフラッシング現象発生の有無の推定を示したものである。図９（２）は外界光増加検出モードにおける信号レベルの増加が検知されたが雨滴付着は見られないのでフラッシング現象発生は推定されない。同様に、図９（６）は外界光増加検出モードにおける信号レベルの増加が検知されたが泥水付着が推定されているのでフラッシング現象発生は推定されない。図９（４）は外界光増加検出モードにおける信号レベルの増加が検知され、かつ、雨滴付着が推定されているのでフラッシング現象発生が推定される。
【００８４】
図８は、本実施形態１の付着物検出装置の付着物推定部６０による、付着物が雨滴であるかフラッシング現象が生じているか否かの推定処理を示すフローチャートである。なお、この例では、付着物推定部６０が、付着物検出モードと光散乱性付着物検出モードと外界光増加検出モードを切り替える制御部分を兼ね、光検出信号値をラッチするラッチ機能を備えている構成例とした。
【００８５】
まず、付着物推定部６０は、稼動モードを付着物検出モードに設定し、全反射用光源１０に光照射制御信号を送る（ステップＳ８０１）。全反射用光源１０は検知面１１０に照射光を照射し、受光素子部５０は検知面１１０からの反射光を受光する。
【００８６】
次に、付着物推定部６０は、受光素子部５０の信号レベルを取得する（ステップＳ８０２）。この今回の信号レベルが、付着物有無を推定するための対象信号となる。
【００８７】
次に、付着物推定部６０は、ラッチ部６１にラッチされている前回の付着物検出モードにおいて受光素子部５０から検出された光検出信号レベルを取得する（ステップＳ８０３）。なお、前回ラッチされている信号がない初期状態での処理は初期値として“０”信号レベルを用いれば良い。
【００８８】
次に、付着物推定部６０は、今回の受光素子部５０の信号レベルと前回の受光素子部５０の信号レベルを比較・解析し、その変化を検知する（ステップＳ８０４）。
【００８９】
付着物推定部６０は、両者の相対的変化割合について“信号レベル低下”、“信号レベル増加”と判断するしきい値を持っており、“信号レベル低下”、“信号レベル増加”“信号レベル変化無し”の３状態のいずれかを検知する（ステップＳ８０５）。
【００９０】
次に、付着物推定部６０のラッチ部６１は、ラッチしていた前回の受光素子部５０の信号レベルに代え、今回の受光素子部５０の信号レベルをラッチする（ステップＳ８０６）。
【００９１】
次に、付着物推定部６０は、稼動モードを光散乱性付着物検出モードに設定し、光散乱用光源２０に光照射制御信号を送る（ステップＳ８０７）。散乱用光源２０は検知面１１０に照射光を照射し、受光素子部５０は検知面１１０からの散乱光を受光する。
【００９２】
次に、付着物推定部６０は、受光素子部５０の信号レベルを取得する（ステップＳ８０８）。この今回の信号レベルが、光散乱性付着物有無を推定するための対象信号となる。
【００９３】
次に、付着物推定部６０は、ラッチ部６２にラッチされている前回の光散乱性付着物検出モードにおいて受光素子部５０から検出された光検出信号レベルを取得する（ステップＳ８０９）。なお、前回ラッチされている信号がない初期状態での処理は初期値として“０”信号レベルを用いれば良い。
【００９４】
次に、付着物推定部６０は、今回の受光素子部５０の信号レベルと前回の受光素子部５０の信号レベルを比較・解析し、その変化を検知する（ステップＳ８１０）。
【００９５】
付着物推定部６０は、両者の相対的変化割合について“信号レベル低下”、“信号レベル増加”と判断するしきい値を持っており、“信号レベル低下”、“信号レベル増加”“信号レベル変化無し”の３状態のいずれかを検知する（ステップＳ８１１）。
【００９６】
次に、付着物推定部６０のラッチ部６２は、ラッチしていた前回の受光素子部５０の信号レベルに代え、今回の受光素子部５０の信号レベルをラッチする（ステップＳ８１２）。
【００９７】
次に、付着物推定部６０は、稼動モードを外界光増加検出モードに設定し、全反射用光源１０および光散乱用光源２０双方を消灯すべく、光照射制御信号を送らない（ステップＳ８１３）。受光素子部５０は外界から入射する光のみを受光する。
【００９８】
次に、付着物推定部６０は、受光素子部５０の信号レベルを取得する（ステップＳ８１４）。この今回の信号レベルが、付着物からの乱反射発生の有無を推定するための対象信号となる。
【００９９】
次に、付着物推定部６０は、ラッチ部６３にラッチされている前回の外界光増加検出モードにおいて受光素子部５０から検出された光検出信号レベルを取得する（ステップＳ８１５）。なお、前回ラッチされている信号がない初期状態での処理は初期値として“０”信号レベルを用いれば良い。
【０１００】
次に、付着物推定部６０は、今回の受光素子部５０の信号レベルと前回の受光素子部５０の信号レベルを比較・解析し、その変化を検知する（ステップＳ８１６）。
【０１０１】
付着物推定部６０は、両者の相対的変化割合について“信号レベル低下”、“信号レベル増加”と判断するしきい値を持っており、“信号レベル低下”、“信号レベル増加”“信号レベル変化無し”の３状態のいずれかを検知する（ステップＳ８１７）。
【０１０２】
次に、付着物推定部６０のラッチ部６３は、ラッチしていた前回の受光素子部５０の信号レベルに代え、今回の受光素子部５０の信号レベルをラッチする（ステップＳ８１８）。
【０１０３】
次に、付着物推定部６０は、ステップＳ８０５における付着物検出モードで検知した“信号レベル低下”、“信号レベル増加”“信号レベル変化無し”の３状態のいずれかと、ステップＳ８１１における光散乱性付着物検出モードで検知した“信号レベル低下”、“信号レベル増加”“信号レベル変化無し”の３状態のいずれかと、ステップＳ８１７における外界光増加検出モードで検知した“信号レベル低下”、“信号レベル増加”“信号レベル変化無し”の３状態のいずれかの組み合わせに応じ、付着物の有無、付着物の種類、付着物の形状効果に基づく乱反射を推定する（ステップＳ８１９）。
【０１０４】
当該光検出結果と推定結果との関係示した図９に基づいて付着物の有無とフラッシング現象発生の有無を推定する。例えば、付着物検出モードで“信号レベル低下”、光散乱性付着物検出モードで“信号レベル変化なし”、外界光増加検出モードで“信号レベル増加”が検知された場合、雨滴の形状効果に基づくフラッシング現象が発生したと推定する。
【０１０５】
付着物推定部６０は、上記推定結果を表す出力信号を出力し（ステップＳ８２０）、処理が継続される場合（ステップＳ８２１：Ｙ）にはステップＳ８０１に戻り、処理が継続されない場合（ステップＳ８２１：Ｎ）には終了する。
【０１０６】
なお、上記説明において、付着物検出モード、光散乱性付着物検出モード、外界光増加検出モードの順序が異なっても良いことは言うまでもない。
【０１０７】
以上、本実施形態１の付着物検出装置によれば、検知面上における付着物があり、当該付着物が雨滴であるか、当該付着物により表面形状効果が起きたか、特にフラッシング現象が起きたかを推定することができる。
【０１０８】
（実施形態２）
本実施形態２は、本発明の第１の付着物検出装置の他の実施形態を示すものである。実施形態１に示した付着物検出装置を簡便にしたものであり、光散乱性付着物検出部を簡略化した構成となっている。付着物検出部による検知面上における雨滴付着の検出と、外界光増加検出部による外界光から入射する入射光量の増加割合を検出とを通じて雨滴によるフラッシング現象を推定する機能を備えている。
【０１０９】
図１０は、実施形態２の付着物検出装置の装置構成例を簡単に示した模式図である。図１０において、ウィンドシールド１００、検知面１１０、全反射用光源１０、プリズム３０ａ、３０ｃ、集光レンズ４０、受光素子部５０、付着物推定部６０である。実施形態１と同様、全反射用光源１０、プリズム３０ａ、プリズム３０ｃ、集光レンズ４０、受光素子部５０の構成要素により付着物検出部が構成され、プリズム３０ｃ、集光レンズ４０、受光素子部５０の構成要素により外界光増加検出部が構成されている。
【０１１０】
付着物推定部６０は、受光部である受光素子部５０からの光検出信号を受け、光検出信号を解析することにより、付着物の有無、付着物の種類、付着物の付着形状を推定処理する部分であるが、付着物検出モードと外界光増加検出モードのみで稼動するので光検出信号のラッチ部は６１と６３のみで良く、実施形態１における光散乱性付着物検出モードにおける光検出信号のラッチ部６２は備える必要はない。付着物検出モード、外界光増加検出モードの２つのモードを切り替えつつ稼動する。なお、付着物検出モード、外界光増加検出モードにおける動作はそれぞれ実施形態１と同様であるのでここではその説明は省略する。
【０１１１】
また、受光素子部５０で検出された光検出信号の例は、実施形態１で説明した図７における付着物検出モード４０１および４０４、外界光増加検出モード４０３および４０６と同様である。
【０１１２】
さらに、付着物推定部６０の推定処理は、実施形態１で説明した図９のテーブルのうち（１）〜（４）、（７）を用いて行う。もっとも光散乱性付着物検出モードの結果を除いて付着物検出モードと外界光量増加検出モードの結果のみから推定結果を求める。実施形態２の構成では、図９（４）に示すように、付着物検出モードにおいて“信号レベル低下”が検出され、外界光量増加検出モードにおいて“信号レベル増加”が検出されれば、“フラッシング現象発生”を推定する。
【０１１３】
（実施形態３）
本発明の第２の付着物検出装置の一構成例を実施形態３に示す。実施形態３にかかる本発明の第２の付着物検出装置は、透明性基板の外表面を検知面とし、外界光により照射された検知面を結像系レンズにより、複数の微小受光素子を持っている受光素子アレイに受光させ、当該受光素子アレイが、各微小受光素子からの光検出信号をそれら微小受光素子の配列に応じて並べた信号パターンを生成し、検知面上の付着物の付着状態に対応した信号パターンを出力するものであり、当該信号パターンの変化部分を解析することにより検知面上の付着物の有無、種類、フラッシング現象の発生などを検出するものである。
【０１１４】
実施形態３にかかる本発明の第２の付着物検出装置は、フラッシング現象の発生検知の精度を上げるため、付着物の有無、種類の検出も併せて実行し、その検出結果も考慮してフラッシング現象を推定する。実施形態３の付着物検出装置は、付着物の有無を検出する付着物検出モード、光散乱性付着物の有無を検出する光散乱性付着物検出モード、外界光のみにより検知面の状態を検出する外界光増加検出モードの３つのモードを持っている。
【０１１５】
本発明の第２の付着物検出装置は、本発明の第１の付着物検出装置を改良したものである。本発明の第１の付着物検出装置では受光部の信号レベルの絶対値の変化を精密に検出する必要があるが、車のウィンドシールド上など厳しい環境のもとでは難しい場合がある。また、本発明の第１の付着物検出装置ではフラッシング現象の発生を推定する信号基準値を設定する必要があるが、環境変動などを加味して信号基準値を設定することが困難な場合がある。さらに、本発明の第１の付着物検出装置ではフラッシング現象が起こる前の受光部の信号レベルを保持し、現時点の受光部の信号レベルと精密に比較することにより、信号レベルの変化を検出する必要があるが、その信号レベルの保持・比較の処理が複雑である。そこで、本発明の第２の付着物検出装置は、受光部である受光素子部が複数の微小受光素子を持つ受光素子アレイであり、外界光により照射された検知面を結像レンズにより受光素子アレイに結像させ、各微小受光素子から得られる信号レベルをつなぎ合わせて信号パターンとして取得し、当該信号パターンを解析することによって、フラッシング現象の発生を推定できるようにしたものである。なお、実施形態３の付着物検出装置は、フラッシング現象の発生検知の精度を上げるため、付着物の有無、種類の検出も併せて実行し、その検出結果も考慮してフラッシング現象を推定するものとした。そのため実施形態３の付着物検出装置は、外界光増加検出モードに加えて付着物検出モードと光散乱性付着物検出モードを備えた構成例とした。もちろん他の実施形態として、光散乱性付着物検出モードを持たず、付着物検出モードのみとする構成なども可能である。
【０１１６】
本発明の第２の付着物検出装置において、外界光増加検出モードとは、装置側の光源を用いずに外界光により照射された検知面から得られた信号パターンを検出・解析するモードである。付着物検出モードとは、透明性基板の検知面上における付着物の有無を検出するためのモードであり、全反射用光源により照射された検知面から得られた信号パターンを検出・解析するものである。光散乱性付着物検出モードとは、検知面上における付着物が光散乱性を有するものであるか否か、例えば、付着物が泥水や鳥類の糞など光散乱性を有するものであるか否かを検知するモードであり、光散乱性用光源により照射された検知面から得られた信号パターンを検出・解析するものである。いずれのモードにおいても、信号パターン中に相対的に信号レベルが高い信号パターン部分や相対的に信号レベルが低い信号パターン部分など信号パターンの解析で良く、信号レベルの絶対値自体を扱う必要がない。なお、各モードにおける信号パターンの例と解析方法については後述する。
【０１１７】
まず、実施形態３にかかる本発明の第２の付着物検出装置の装置構成例を示す。図１１は、本発明の付着物検出装置の装置構成例を簡単に示した模式図である。なお、装置構成の断面を示したものとなっており、後述するように当該断面の各構成要素が紙面垂直方向にアレイ状に複数構成されている。図１１において、ウィンドシールド１００、検知面１１０は実施形態１で説明したものと同様である。１０ａが全反射用光源、２０ａが散乱用光源である。３０ａ，３０ｃがプリズムである。４０ａが集光レンズ、５０ａが受光部としての受光素子部である。６０ａが付着物推定部である。全反射用光源１０ａ、プリズム３０ａ、プリズム３０ｃ、集光レンズ４０ａ、受光素子部５０ａの構成要素により付着物検出部が構成されている。また、散乱用光源２０ａ、プリズム３０ｃ、集光レンズ４０ａ、受光素子部５０ａの構成要素により光散乱性付着物検出部が構成されている。
【０１１８】
ここで、全反射用光源１０ａ、散乱用光源２０ａ、プリズム３０ａ、プリズム３０ｃ、集光レンズ４０ａ、受光素子部５０ａの配置関係は、実施形態１で説明した配置関係と同様とする。つまり、全反射用光源１０ａの配置に関しては、検知面１１０に付着物がない場合、検知面上での全反射条件が満足されるように調整され、雨滴が接している場合には検知面１１０上での全反射条件が満足されないように調整され、入射角度θ1は、（数１）で示した全反射条件の満足・不満足が切り換わるように４１．４７°＜θ1＜６１．７４°の範囲で選ばれる。ここでは４７°とする。また、散乱用光源２０ａは照射光の入射角度θ1’を、検知面１１０に対して全反射条件である上記（数１）が成立しない角度、つまり、外界の媒質の屈折率をｎ1、ウィンドシールド１００の屈折率をｎ2とすると、４１．４７°＜θ1’の範囲で選ばれる。この例ではθ1’を０°としている。
【０１１９】
全反射用光源１０ａは、複数のＬＥＤなどの光源を一端または両端など端部に持ち、線状に設けられている開口部から光を取り出すものであり、線状の開口部から光線が取り出される。
【０１２０】
散乱用光源２０ａも、全反射用光源１０ａと同様、複数のＬＥＤなどの光源を一端または両端など端部に持ち、線状の開口部から光線が取り出される。
【０１２１】
図１２（ａ）が全反射用光源１０ａおよび散乱用光源２０ａの端面を表し、図１２（ｂ）が全反射用光源１０ａおよび散乱用光源２０ａの開口部１４を正面から見た様子を示している。全反射用光源１０ａおよび光散乱用光源２０ａは、例えば光源を端部に設け、線状に設けられている開口部１４から取り出すものである。図１２（ａ）において、１１が光源としてのＬＥＤ、１２が透光性材料よりなる導光体、１３が光を遮蔽するカバー、１４がＬＥＤ光を取り出す開口部、１５がＬＥＤ１１から出射された光線である。なお、ＬＥＤ１１は図１２（ｂ）の左右の一端または両端部設け、カバー１３の内面における反射を繰り返して開口部１４の各部分に導く構成である。また、ＬＥＤは導光体の開口部１４に対向する面に等間隔で配置しても良い。
【０１２２】
図１２（ｂ）の開口部１４から取り出された光はプリズム３０ａに入射される。
【０１２３】
プリズム３０ａは、全反射用光源１０ａとウィンドシールド１００の両者を光学的にコンタクトさせる媒体となるプリズムであり、全反射用光源１０ａから照射された光をウィンドシールド１００内に導く働きをする。
【０１２４】
プリズム３０ｃは、検知面１１０における全反射用光源１０ａからの反射光および散乱用光源２０ａからの散乱光をウィンドシールド１００内から導き出す働きをする。
【０１２５】
次に、集光レンズ４０ａを説明する。集光レンズ４０ａは、検知面１１０の像を受光素子部５０ａの微小受光素子上に結像させる。集光レンズ４０ａと受光素子部５０ａは、集光レンズ４０ａに入射した光で照射された検知面が受光素子部５０ａ上で結像するように角度と距離が調整されている。
【０１２６】
図１３は、集光レンズ４０ａの一例を模式的に示した図である。本実施形態では、集光レンズ４０ａとして屈折率分布型レンズアレイを用いる例を説明する。図１３は、等倍結像系の屈折率分布型レンズアレイの一種である、ＳＬＡ(R)（Selfoc Lense Array）の簡単な構成を示した図である。４１が微小レンズとしてのロッドレンズ、４２が黒色樹脂、４３がＦＲＰ板である。ロッドレンズ４１は棒状のものであり、図１３ではそのレンズ面が見えている。また、図１１の構成図ではこのロッドレンズ４１一つのみの側断面を示している。このＳＬＡを用いれば、入射された光線を屈曲させて、所定位置に正立・等倍の像を結像させることができる。つまり、検知面１１０の像をそのまま受光素子アレイ上に結像させることができる。
【０１２７】
上記例は、ロッドレンズ４１が直線状に配置されたものであるが、全反射用光源１０ａおよび光散乱用光源２０ａから取り出す光線の並び、後述する受光素子部５０ａの各受光素子の配置に応じたレンズ配置とする。
【０１２８】
なお、上記説明は、等倍結像系の例であるが、受光素子部５０ａの受光素子であるそれぞれの受光素子受光面と検知面１１０とが結像光学系を形成していることが重要である。
【０１２９】
次に、受光部である受光素子部５０ａを説明する。
【０１３０】
受光素子部５０ａは複数の微小受光素子を持ち、それらは全反射用光源１０ａまたは光散乱用光源２０ａの光により照射される検知面に対応するように複数配置されている。
【０１３１】
図１４は、受光素子部５０ａの一例を模式的に示した図である。図１４の例は各受光素子部５０ａの各受光素子を直線状に配置した例となっている。５１は各受光素子であり受光面を概念的に示したものである。なお、受光素子５１内部のキャパシタやトランジスタ回路、センスアンプ回路などは図示を省略し、受光素子５１の受光面が直線状に配置されていることが分かる図とした。各受光素子５１の受光面は、全反射用光源１０ａおよび光散乱用光源２０ａの開口部１４の配置と対応するように配置され、集光レンズ４０ａを介して検知面１１０の像が結像するように、その距離、角度が調整されて取り付けられる。
【０１３２】
なお、受光素子５１の受光面の有効面積は、検出すべき付着物の面積に対応して選択する。
【０１３３】
以下に、ウィンドシールド１００上に付着する雨滴の大きさを検討した。もっとも、降雨した雨滴の大きさやウィンドシールド１００上での付着の状態により付着した雨滴の大きさは多様に変化するが、目安として具体的数値を挙げて検討した。一般的に、霧雨と言われる雨滴の空気中での直径は０．１〜０．２ｍｍ程度、小粒の雨と言われる雨滴の空気中での直径は０．２〜１ｍｍ程度、大粒の雨と言われる雨滴の空気中での直径は２〜４ｍｍ程度、夕立など特に激しい雨の雨滴の空気中での直径は４〜６ｍｍ程度である。これら雨滴がウィンドシールド１００に付着したときの大きさは、ガラス表面が親水性か撥水性かにより変化するが、撥水性であると想定すると、雨滴はほぼ空気中の大きさと同じ大きさで表面に付着する。ここで、検出すべき最小の雨滴として、小粒の雨の平均的サイズ、例えば、０．５ｍｍ直径の雨滴を選択すれば、当該雨滴一粒に相当する微小領域の面積は、約０．２ｍｍ2である。さらに感度を上げるため、検出すべき最小の雨滴として小粒の雨の最小サイズ、０．２ｍｍ直径の雨滴を選択すれば、当該雨滴一粒に相当する微小領域の面積は、約０．０３ｍｍ2である。
【０１３４】
上記した検知面１１０上で検知すべき付着物の大きさの検討に従って、集光レンズ４０ａが等倍結像系であれば、好ましくは約０．２ｍｍ2以下、さらに好ましくは約０．０３ｍｍ2以下とする。もっとも上記範囲と異なる受光面有効面積を持つ受光素子を用いることもできる。
【０１３５】
以上の各構成要素において、全反射用光源１０ａ、プリズム３０ａ、プリズム３０ｃ、集光レンズ４０ａ、受光素子部５０ａにより付着物検出部が構成され、また、散乱用光源２０ａ、プリズム３０ｃ、集光レンズ４０ａ、受光素子部５０ａにより光散乱性付着物検出部が構成され、また、入射する外界光と、プリズム３０ｃ、集光レンズ４０ａ、受光素子部５０ａにより外界光増加検出部が構成されているが、本実施形態３の付着物検出装置は、全反射用光源１０ａによる光照射タイミングと、散乱用光源２０ａによる光照射タイミングを切り替えることにより、付着物検出モードと、光散乱性付着物検出モードと、外界光増加検出モードとを切り替えることができるものとする。制御部分は図１１には図示しなかったが、全反射用光源１０ａのオンオフ制御、散乱用光源２０ａのオンオフ制御、付着物推定部６０ａへの稼動モード通知、つまり、付着物検出モードであるか光散乱性付着物検出モードであるか外界光増加検出モードであるかを通知する機能を備えた制御部分があるものとする。付着物推定部６０ａが当該制御部分を兼ねる構成としても良い。
【０１３６】
次に、付着物推定部６０ａを説明する。
【０１３７】
付着物推定部６０ａは、受光素子部５０ａからの光検出信号を受け、光検出信号を解析することにより、付着物の有無、付着物の種類、付着物の付着形状を推定処理する部分である。本発明に用いる受光素子は、微小アレイ構成となっているので、付着物推定部６０ａは、受光素子部５０ａの各受光素子５１からの光検出信号を受け、光検出信号を解析することにより、一つのモードにおいて各受光素子が検出した光検出信号の信号レベルを微小アレイ構成の配置に従って信号レベルをつなぎ合わせ、信号パターンを導く。検知面１１０上における雨滴付着による全反射条件の相違や散乱条件の相違などがあれば、対応するそれぞれの微小受光素子における光検出信号レベルが個々に異なることとなり、信号パターン中に低下部分や増加部分などが出現する。本願はこのように信号パターンを解析することにより、検知面上の付着物の有無、種類、フラッシング現象発生の有無などを検出するものである。
【０１３８】
以下に、付着物検出モードの信号パターン、光散乱性付着物検出モードの信号パターン、外界光増加検出モードの信号パターンとそれら信号パターンを用いた解析を詳しく説明する。例として検知面１１０上の並びに３つの雨滴が存在するものとし、上記３つの動作それぞれについて、最初にフラッシング現象を起こす外界光の入射がない場合を説明し、次にフラッシング現象を起こす外界光の入射がある場合を説明する。
【０１３９】
まず、付着物検出モードにおける動作を説明する。
【０１４０】
図１５は、本発明の付着物検出装置が付着物検出モードにある場合の検知面上の１つの雨滴付着物における様子を模式的に示したものである。付着物検出モードでは、全反射用光源１０ａから光が検知面１１０に照射され、散乱用光源２０ａは停止されている。検知面１１０の雨滴付着部分においては、上記に検討したように検知面１１０における全反射条件が満足されず、照射光が外界へ逃げてしまう。フラッシング現象を起こす外界光の入射がない場合、受光素子部５０ａの対応する受光素子には原理的には光が受光されないこととなる。そのため信号パターンの対応する部分において、相対的に周囲の信号レベルに対する信号レベル低下部分が検出されることになる。この例では雨滴は３個所あるので信号パターンにおいて低下部分が３個所見られることとなる。その様子を表わしたものが図１９上段左の信号パターンである。図１９上段左に示すように、周囲の信号レベルに比べて相対的に低下しているパターン部分が３個所見られる。
【０１４１】
次に、フラッシング現象を起こす外界光の入射がある場合における付着物検出モードの動作を説明する。図１６は、フラッシング現象を起こす外界光が付着物検出装置に入射した場合の様子を示す図である。図１６のように外界光が検知面１１０上の雨滴に入射した場合、雨滴の表面形状効果によりフラッシング現象が起こり、外界光の一部が受光素子部５０ａの微小受光素子５１において受光される。その信号パターンを図１９上段右に示す。全反射用光源からの照射光は上記のように雨滴付着部分では外界に逃げてその分の光検出信号レベルは低下することとなるが、雨滴の形状効果により屈折したり乱反射した外界光の受光により、検出される光量レベルが全体的に増加し、特に雨滴付着部分に対応する微小受光素子では相対的に多くの外界光が受光されることとなる。そのため、光検出信号において、全反射光による信号レベルの低下分とフラッシングによる信号レベル増加分とが相殺されることとなる。図１９上段右に示すように、図１９上段左のフラッシング現象を起こす外界光入射がない場合に比べ、信号パターンにおける低下部分の相対的大きさが鈍っていることがわかる。なお、この例では雨滴の存在による全反射用光源光の信号レベルの相対的低下分が、外界光による信号レベルの相対的増加分より大きい場合となっているが、雨滴の存在による全反射用光源光の信号レベルの相対的低下分が、外界光による信号レベルの相対的増加分より小さい場合には、雨滴付着に対応する信号パターン部分に増加パターンが見られることとなる。
【０１４２】
次に、光散乱性付着物検出モードにおける動作を説明する。
【０１４３】
図１７は、本発明の付着物検出装置が光散乱性付着物検出モードにある場合の検知面上の１つの雨滴付着物における様子を模式的に示したものである。光散乱性付着物検出モードでは、散乱用光源２０ａから光が検知面１１０に照射され、全反射用光源１０ａは停止されている。雨滴は光散乱性に乏しく、原理的には光散乱が起こらないため、照射光が外界へ逃げてしまう。この場合も、原理的には受光素子部５０ａの対応する受光素子には光が受光されないこととなる。そのため散乱光は透過してしまい、雨滴付着の区別なしに各受光素子の光検出信号はいずれも同じく低い信号レベルになる。信号パターンを示したものが図１９中段左である。図１９中段左に見るように信号パターンは低く平坦であり、“信号レベルパターン変化なし”が検出されることになる。次に、フラッシング現象を起こす外界光の入射がある場合における光散乱性付着物検出モードの信号パターンを示す。図１６に示したようにフラッシングを起こすような強い光が入射した場合には雨滴において屈折したり乱反射した外界光が受光素子部５０ａにおいて受光され、微小受光素子全体にわたり検出される光量レベルが増加し、さらに、雨滴付着部分では相対的に多くの光が受光されることとなり、相対的に信号レベルが増加することとなる。そのため図１９中段右に示すように、信号パターンにおいて雨滴付着に対応する部分において信号レベル増加パターンが見られることとなる。
【０１４４】
次に、外界光増加検出モードにおける動作を説明する。
【０１４５】
図１８は、本発明の付着物検出装置の外界光増加検出モードの動作を模式的に示したものである。外界光増加検出モードでは、全反射用光源１０ａおよび散乱用光源２０ａ双方とも消灯され、両光源からの照射光が検知面１１０に照射されることはない。つまりこの外界光増加検出モードでは外界から入射し、直接受光素子部５０ａに受光される外界光の光量を検出する。
【０１４６】
なお、上記の装置構成の説明において述べたように、この例において、受光素子部５０ａは全反射用光源が４７°の角度で配置されているので、受光素子部５０ａも概ね４７°付近の角度で配置されていることとなる。そのため、外界から直接入射する光の多くは入射されないこととなり、雨滴の形状効果に基づくフラッシングによる外界光のみが受光素子部５０ａにおいて受光されることとなる。
【０１４７】
なお、フラッシングを起こすような強い外界光は、街灯の光や対向車のヘッドライト光が想定される。本発明の付着物検出装置を搭載した車などが街灯の下を通過した場合や、対向車のヘッドライト光により照らされた場合などは、外界環境の光レベルに比べて強い光が付着物にあたり、図１に示したように付着物の形状効果に基づいて乱反射光が発生し、その乱反射光の一部が受光素子部５０ａに受光されたと推定できる。
【０１４８】
信号パターンの例を示す。図１９下段左がフラッシング現象を起こす強い外界光入射がない場合、図１９下段右がフラッシング現象を起こす強い外界光入射がある場合である。フラッシング現象を起こす強い外界光入射がない場合は原理的に受光素子部５０ａの各微小受光素子において光信号の検出はなく、図１９下段左に見るように信号パターンは低く平坦であり、“信号レベルパターン変化なし”が検出されることになる。フラッシング現象を起こす外界光の入射がある場合は、各微小受光素子において検出される光量レベルは全体的に増加し、さらに、雨滴付着部分では相対的に多くの屈折光や乱反射光が受光されることとなり、信号レベルが増加することとなる。図１９下段右に示すように、雨滴付着に対応する信号パターンにおいて増加部分が見られることとなる。
【０１４９】
なお、外界光の角度であるが、フラッシング現象は乱反射を起こすので外界光の角度によらない。図１８（ｂ）および（ｃ）は、実際に付着物の形状効果に基づいて発生した乱反射光の一部が受光素子部５０ａに受光されうるということを確認した結果を示す図である。図１８（ａ）に見るように、街灯の光や対向車からのヘッドライト光など強い光を角度を変えて検知面１１０上に厚く盛り上がった雨滴１２０に対して入射させ、図１８（ｂ）は−８０°の角度から強い光を当てた場合に受光素子部５０ａにおいて得られた光検出信号パターンを示しており、図１８（ｃ）は＋８０°の角度から強い光を当てた場合に受光素子部５０ａにおいて得られた光検出信号パターンの様子を示している。なお、図１８（ａ）の装置構成では各構成要素が紙面に垂直方向にアレイ状に形成されているが、図１８（ｂ）と図１８（ｃ）は説明の便宜上、紙面水平方向に各微小受光素子から得られた信号レベルをつなげた形の信号パターンを示している。図１８（ｂ）に見るように雨滴１２０に対して−８０°の角度から入射した光によっても図１９下段右と同様の光検出信号パターンが得られ、また、図１８（ｃ）に見るように、雨滴１２０に対して＋８０°の角度から入射した場合でも同様の光検出信号信号パターンが得られる。このように外界環境に対して十分強い光が厚く盛り上がった雨滴１２０に入射すれば、いずれの入射角度であっても乱反射が発生し、受光素子部５０ａにおいて光検出信号が増加する。つまり、外界光増加検出モードの構成において受光素子部５０の光検出信号を調べれば、付着物の形状効果に基づいて発生した乱反射光の影響による光量の増加を検出することができる。
【０１５０】
以上、付着物推定部６０ａは、図１９下段左右の信号パターンの比較から、信号パターン中に増加部分が見られる場合には、雨滴付着の表面形状効果によるフラッシング現象が発生していると推定することができる。
【０１５１】
以上、付着物検出モードの信号パターン、光散乱性付着物検出モードの信号パターン、外界光増加検出モードの信号パターンを用いて解析を行うことにより、フラッシング現象の発生を推定することが可能となる。
【０１５２】
図２０は、付着物推定部６０ａによる、付着物が雨滴であるかフラッシング現象が生じているか否かの推定処理を示すフローチャートである。
【０１５３】
まず、付着物推定部６０ａは、稼動モードを付着物検出モードに設定し、全反射用光源１０ａに光照射制御信号を送る（ステップＳ２００１）。全反射用光源１０ａは検知面１１０に照射光を照射し、受光素子部５０ａは検知面１１０からの反射光を受光する。
【０１５４】
次に、付着物推定部６０ａは、受光素子部５０ａの各受光素子からの検出信号を基に信号パターンを取得する（ステップＳ２００２）。
【０１５５】
次に、付着物推定部６０ａは、信号パターンを解析し、その変化を検知する（ステップＳ２００３）。
【０１５６】
付着物推定部６０ａは、信号パターンを基に“信号パターン低下部分あり”、“信号パターン増加部分あり”、“信号パターン変化部分なし”の３状態のいずれかを検知する（ステップＳ２００４）。
【０１５７】
次に、付着物推定部６０ａは、稼動モードを光散乱性付着物検出モードに設定し、光散乱用光源２０ａに光照射制御信号を送る（ステップＳ２００５）。散乱用光源２０ａは検知面１１０に照射光を照射し、受光素子部５０ａは検知面１１０からの散乱光を受光する。
【０１５８】
次に、付着物推定部６０ａは、受光素子部５０ａの各受光素子からの検出信号を基に信号パターンを取得する（ステップＳ２００６）。
【０１５９】
次に、付着物推定部６０ａは、信号パターンを解析し、その変化を検知する（ステップＳ２００７）。
【０１６０】
付着物推定部６０ａは、信号パターンを基に“信号パターン低下部分あり”、“信号パターン増加部分あり”、“信号パターン変化部分なし”の３状態のいずれかを検知する（ステップＳ２００８）。
【０１６１】
次に、付着物推定部６０ａは、稼動モードを外界光増加検出モードに設定し、全反射用光源１０ａおよび光散乱用光源２０ａ双方を消灯すべく、光照射制御信号を送らない（ステップＳ２００９）。受光素子部５０ａは外界から入射する光のみを受光する。
【０１６２】
次に、付着物推定部６０ａは、受光素子部５０ａの各受光素子からの検出信号を基に信号パターンを取得する（ステップＳ２０１０）。
【０１６３】
次に、付着物推定部６０ａは、信号パターンを解析し、その変化を検知する（ステップＳ２０１１）。
【０１６４】
付着物推定部６０ａは、信号パターンを基に“信号パターン低下部分あり”、“信号パターン増加部分あり”、“信号パターン変化部分なし”の３状態のいずれかを検知する（ステップＳ２０１２）。
【０１６５】
次に、付着物推定部６０ａは、ステップＳ２００４における付着物検出モードでの検知結果、ステップＳ２００８における光散乱性付着物検出モードでの検知結果、ステップＳ２０１２における外界光増加検出モードでの検知結果の組み合わせに応じ、付着物の有無、付着物の形状効果に基づくフラッシング現象を推定する（ステップＳ２０１３）。
【０１６６】
当該光検出結果と推定結果との関係を図２１に示す。図２１（１）欄に示すように、付着物検出モード、光散乱性付着物検出モード、外界光増加検出モードのいずれにおいても“信号パターン変化部分なし”が得られている場合は、付着物も存在せず、フラッシング現象も発生していないと推定する。図２１（２）欄に示すように、付着物検出モードで“信号パターン低下部分あり”、光散乱性付着物検出モードで“信号パターン変化部分なし”、外界光増加検出モードで“信号パターン変化部分なし”が検知された場合、雨滴付着が存在するがフラッシング現象は発生していないと推定する。図２１（３）欄に示すように、付着物検出モードで“信号パターン低下部分あり”、光散乱性付着物検出モードで“信号パターン増加部分あり”、外界光増加検出モードで“信号パターン増加部分あり”が検知された場合、雨滴付着が存在し、フラッシング現象が発生していると推定する。
【０１６７】
付着物推定部６０ａは、上記推定結果を表す出力信号を出力し（ステップＳ２０１４）、処理が継続される場合（ステップＳ２０１５：Ｙ）にはステップＳ２００１に戻り、処理が継続されない場合（ステップＳ２０１６：Ｎ）には終了する。
【０１６８】
なお、上記説明において、付着物検出モード、光散乱性付着物検出モード、外界光増加検出モードの順序が異なっても良いことは言うまでもない。
【０１６９】
以上、本実施形態３の付着物検出装置によれば、検知面上における付着物があり、当該付着物が雨滴であるか、当該付着物により表面形状効果が起きたか、特にフラッシング現象が起きたかを推定することができる。また、微小アレイ構成に対応して得られた光検出信号の信号パターンを解析して、相対的な信号パターンの変化を基に、付着物の有無、フラッシング現象の有無を推定することができる。信号パターン中の相対的な変化を解析するので、細かい付着物の有無も精度良く検出することができ、また、温度特性などによる環境の変化の影響も受けにくい。
【０１７０】
（実施形態４）
実施形態４は、本発明の第１または第２の付着物検出装置を用いた制御装置の一実施形態として、付着物検出装置をレインセンサとして用いるウィンドウワイパー制御装置の装置構成例を示すものである。
【０１７１】
図２２は、本発明の第１または第２の付着物検出装置をレインセンサとして用いるウィンドウワイパー制御装置のブロック図の例である。７００が実施形態１〜３において示した本発明の第１または第２の付着物検出装置を用いたレインセンサの機能ブロック、７１０がウィンドウワイパー制御部、７２０がウィンドウワイパー駆動部、７３０がウィンドウワイパーであり、図示のように接続されている。また、図２３は、本実施形態４のウィンドウワイパー制御装置の処理動作の流れの一例を示すフローチャートである。
【０１７２】
レインセンサ７００は実施形態１から実施形態３において説明したように各要素の取付け角度や材質が選択されたものであり、降雨による雨滴を検知対象とし、各受光素子からの光検出信号を出力するものである。また、レインセンサとして使用する付着物検出装置の付着物推定部は、実施形態１で示した雨滴の存在検知、雨滴による乱反射発生の推定、フラッシング現象発生の推定が可能であるとする。
【０１７３】
レインセンサ７００は付着物推定部の出力信号として、“付着物なし”推定信号、“雨滴付着あり”推定信号、“光散乱性付着物あり”推定信号、“フラッシング現象あり”推定信号の検出信号を出力するものとする。
【０１７４】
ウィンドウワイパー制御部７１０は、レインセンサ７００の付着物推定部からの各種推定信号を入力とし、ウィンドウワイパー駆動部７２０に対して、ウィンドシールド表面の各推定状態に応じたワイパー制御信号を出力するものである。
【０１７５】
例えば、“付着物なし”推定信号に対しては、ワイパー停止状態とする制御信号を出力する。
【０１７６】
“雨滴付着あり”推定信号と“フラッシング現象あり”推定信号に対しては、ワイパー駆動状態とする制御信号を出力する。特に“フラッシング現象あり”の場合にワイパー駆動間欠時間を短くして迅速にフラッシング現象の解消できるように制御することが好ましい。
【０１７７】
例えば、ワイパーの動作において間欠モードを有している装置において、雨滴の付着量よりワイパー動作は間欠モードが適切であると判断されている状態で、フラッシング現象有りと判断された場合には、緊急的にワイパー駆動する制御信号を出力するようにしても良い。
【０１７８】
“泥水付着あり”推定信号に対しては、洗浄液噴射を行い、十分に泥のこびりつきがなくなりワイパーによる払拭ができる状態になった後にワイパー駆動状態とする制御信号を出力する。泥水の払拭には洗浄液により泥のこびりつきを無くしてからワイパーで払拭することが好ましいと想定されるからである。
【０１７９】
ウィンドウワイパー駆動部７２０はウィンドウワイパー制御部７１０からの制御信号を入力とし、ウィンドウワイパー７３０の駆動を制御するものである。
【０１８０】
ウィンドウワイパー７３０は、ウィンドウワイパー駆動部７２０によりトルクなどが与えられて駆動され、停止状態、駆動状態を持つ。駆動状態には間欠駆動のピッチが短いものや長いものなど複数の状態がありうる。駆動状態においてウィンドシールドの所定表面を払拭する。
【０１８１】
図２３のフローチャートを参照しつつ、ウィンドウワイパー制御装置の処理動作の流れを説明する。
【０１８２】
ウィンドウワイパー制御装置が稼動中の場合（ステップＳ２３０１：Ｙ）、ウィンドウワイパー制御部７１０は、レインセンサ７００の付着物推定部からの制御信号をモニタする（ステップＳ２３０２）。
【０１８３】
ウィンドウワイパー制御部７１０は、付着物推定部からの制御信号をデコードし、その制御内容を解析する（ステップＳ２３０３）。
【０１８４】
ウィンドウワイパー制御部７１０は、ステップＳ２３０３で得た制御内容に従い、ウィンドウワイパー７３０の駆動を制御する（ステップＳ２３０４）。ステップＳ２３０４の後、再度ステップＳ２３０１にループして制御を継続する（ステップＳ２３０１へ戻る）。
【０１８５】
図２４は、本発明の付着物検出装置をレインセンサとして用いたウィンドウワイパー制御装置の取り付け構成例を簡単に示した図である。図２４に示すように、付着物検出装置であるレインセンサ７００を、車のバックミラー９００の裏面にあるウィンドシールド部分９１０に取り付けている。このようにバックミラー９００の裏面のウィンドシールド部分９１０に取り付けることにより運転者の運転視界を不必要に遮ることなく、かつ、検知面をウィンドシールド上に確保できる。ウィンドウワイパー制御部７１０とウィンドウワイパー駆動部７２０は図示していないが、ウィンドウワイパー７３０付近の車装品としてキャビン内に格納されているものとする。
【０１８６】
以上、本実施形態４に示した付着物検出装置を用いた制御装置は、一例であり、本発明の付着物検出装置は、上記の具体的装置構成例に限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて他の装置構成も可能であり、ウィンドウワイパー制御装置以外の用途にも用いることができることは言うまでもない。
【０１８７】
【発明の効果】
本発明の付着物検出装置によれば、検知面上における付着物の存在の有無の検出のみならず、付着物の表面形状、特に表面曲率の小さな形状を持つ雨滴の存在を検出できる。また、本発明の付着物検出装置によれば、検知面上における付着物の表面形状効果として生じるフラッシング現象を検出できる。
【０１８８】
また、本発明の付着物検出装置によれば、微小アレイ構成に対応して得られた光検出信号の信号パターンを解析して、信号パターン中の相対的な変化を基に、付着物の有無、種類、状態を推定することができる。信号パターン中の相対的な変化を解析するので、細かい付着物の有無も精度良く検出することができ、また、温度特性などによる環境の変化の影響も受けにくい。
【０１８９】
また、本発明の付着物検出装置を用いた制御装置によれば、本発明の付着物検出装置により付着物が雨滴の表面形状、フラッシング現象発生の推定に応じてその制御内容を制御することができ、例えば、付着物検出装置をレインセンサとし、付着物検出装置を用いた制御装置をワイパー制御装置とすれば、ウィンドシールド上の雨滴の表面形状効果の推定に応じてワイパー駆動状態を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の付着物による表面形状効果により乱反射が起こる様子を示す図である。
【図２】図２は、本発明の第１の付着物検出装置の装置構成例を簡単に示した模式図である。
【図３】図３は、本発明の付着物検出装置が付着物検出モードにある場合の検知面上の付着物における様子を模式的に示した図である。
【図４】図４は、雨滴ではない例として泥水１２０ａが検知面１１０上に付着している場合の付着物推定部６０による推定処理の概念を説明した図である。
【図５】図５は、本発明の付着物検出装置が外界光増加検出モードにある場合の様子を模式的に示した図である。
【図６】図６は、実際に付着物の形状効果に基づいて発生した乱反射光の一部が受光素子部５０に受光されうるということを確認した結果を示す図である。
【図７】図７は、付着物が雨滴であり、雨滴の形状効果により乱反射が発生した場合の光検出信号例を示した図である。
【図８】図８は、付着物推定部６０による付着物が雨滴であるかフラッシング現象が生じているか否かの推定処理を示すフローチャートである。
【図９】図９は、本発明の第１の付着物検出装置における検出結果と推定結果との関係を示す図である。
図１０は、本発明の第１の付着物検出装置の他の装置構成例を簡単に示した模式図である。
【図１１】図１１は、本発明の第２の付着物検出装置の装置構成例を簡単に示した模式図である。
【図１２】（ａ）が光源部の端面を模式的に示した図、（ｂ）が光源部を開口部１４の見える面を正面とした図である。
【図１３】図１３は、集光レンズ４０ａの一例を模式的に示した図である。
【図１４】図１４は、受光素子部５０ａの一例を模式的に示した図である。
【図１５】図１５は、本発明の第２の付着物検出装置が付着物検出モードにある場合の検知面上の付着物における様子を模式的に示した図である。
【図１６】図１６は、付着物が雨滴であり、雨滴の形状効果により屈折や乱反射が発生した場合の光信号検出を示した図である。
【図１７】図１７は、本発明の第２の付着物検出装置が光散乱性付着物検出モードにある場合の様子を模式的に示した図である。
【図１８】図１８は、本発明の第２の付着物検出装置が外界光増加検出モードにある場合の様子を模式的に示した図である。
【図１９】図１９は、本発明の第２の付着物検出装置における各モードの信号パターンを示す図である。
【図２０】図２０は、本発明の第２の付着物検出装置の付着物推定部による付着物の有無、フラッシング現象の有無の推定処理を示すフローチャートである。
【図２１】図２１は、本発明の第２の付着物検出装置における信号パターン検出結果と推定結果との関係を示す図である。
【図２２】図２２は、本発明の付着物検出装置をレインセンサとして用いるウィンドウワイパー制御装置のブロック図である。
【図２３】図２３は、実施形態４のウィンドウワイパー制御装置の処理動作の流れの一例を示すフローチャートである。
【図２４】図２４は、本発明の付着物検出装置をレインセンサとして用いたウィンドウワイパー制御装置の取り付け構成例を簡単に示した図である。
【図２５】図２５は、従来の反射光検知型レインセンサによる雨滴検出原理を簡単に説明した図である。
Claims (13)
- 全反射用光源を備え、前記全反射用光源から出射され透明性基板内に導入された入射光が反射される前記透明性基板の外表面を検知面とする付着物検出装置であって、
前記付着物検出装置は、前記全反射用光源を点灯して前記検知面上の付着物の有無を検出する付着物検出モードと、前記全反射用光源を消灯して外界からの入射光の光量を検出する外界光増加検出モードとの二つの動作モードを交互に切り換えて動作し、
前記外界光増加検出モードでは前記検知面を介して外界から入射する外界光を検出し、前記付着物検出モードでは前記検知面からの前記全反射用光源の反射光を検出する受光部と、
前記受光部が検知した光検出信号を解析する付着物推定部とを備え、
前記付着物推定部は、
前記付着物検出モードで前記受光部が検知した光検出信号をラッチするラッチ部を有し、前記付着物検出モードで動作する度に、前記受光部で検知した光検出信号のレベルと前回の付着物検出モードでの動作時に前記ラッチ部にラッチされた光検出信号のレベルとを比較することにより、付着物による前記検知面上での反射条件の変化による信号レベル低下を検出して前記付着物の存在を検出する付着物検出部と、
前記外界光増加検出モードで前記受光部が検知した光検出信号をラッチするラッチ部を有し、前記外界光増加検出モードで動作する度に、前記受光部で受光した光検出信号のレベルと前回の外界光増加検出モードでの動作時に前記ラッチ部にラッチされた光検出信号のレベルとを比較することにより、前記検知面に付着した雨滴によって前記受光部に受光される外界光量の増加の有無を検出する外界光増加検出部とを備え、
前記付着物検出部により付着物の存在が検出され、かつ、前記外界光増加検出部により前記光量の増加が検出された場合、フラッシング現象が起きていると推定することを特徴とする付着物検出装置。 - 前記付着物推定部は、前記外界光増加検出部が検出した外界光の入射量の増加割合に応じて前記フラッシング現象の強度を推定する請求項１に記載の付着物検出装置。
- 全反射用光源と散乱用光源を備え、前記全反射用光源から出射され透明性基板内に導入された入射光が反射され、また、前記散乱用光源から出射され前記透明性基板内に導入された入射光が照射される前記透明性基板の外表面を検知面とする付着物検出装置であって、
前記付着物検出装置は、前記全反射用光源のみを点灯して前記検知面上の付着物の有無を検出する付着物検出モードと、前記散乱用光源のみを点灯して前記検知面上の付着物が光散乱性のある付着物であるか否かを検出する光散乱性付着物検出モードと、前記全反射用光源および散乱用光源の両方を消灯して外界からの入射光の光量を検出する外界光増加検出モードとの三つの動作モードを順次に切り換えて動作し、
前記外界光増加検出モードでは前記検知面を介して外界から入射する外界光を検出し、前記付着物検出モードでは前記検知面からの前記全反射用光源の反射光を検出し、前記散乱性付着物検出モードでは前記検知面からの前記散乱用光源の散乱光を検出する受光部と、
前記受光部が検知した光検出信号を解析する付着物推定部とを備え、
前記付着物推定部は、
前記付着物検出モードで前記受光部が検知した光検出信号をラッチするラッチ部を備え、前記付着物検出モードで動作する度に、前記受光部で検知した光検出信号のレベルと前回の付着物検出モードでの動作時に前記ラッチ部にラッチされた光検出信号のレベルとを比較することにより、付着物による前記検知面上での反射条件の変化を検出して前記付着物の有無を検出する付着物検出部と、
前記散乱性付着物検出モードで前記受光部が検知した光検出信号をラッチするラッチ部を備え、前記散乱性付着物検出モードで動作する度に、前記受光部で検知した光検出信号のレベルと前回の散乱性付着物検出モードでの動作時に前記ラッチ部にラッチされた光検出信号のレベルとを比較することにより、付着物による前記散乱用光源からの信号レベルの変化を検出して前記付着物が光散乱性のある付着物であるか否かを検出する光散乱性付着物検出部と、
前記外界光増加検出モードで前記受光部が検知した光検出信号をラッチするラッチ部を備え、前記外界光増加検出モードで動作する度に、前記受光部で受光した光検出信号のレベルと前回の外界光増加検出モードでの動作時に前記ラッチ部にラッチされた光検出信号のレベルとを比較することにより、前記検知面に付着した雨滴によって前記受光部に受光される外界光量の増加の有無を検出する外界光増加検出部とを備え、
前記付着物検出部により付着物の存在が検出され、かつ、前記光散乱性付着物検出部により前記付着物の光散乱性が検出されず、かつ、前記外界光増加検出部により前記外界光量の増加が検出された場合、フラッシング現象が起きていると推定することを特徴とする付着物検出装置。 - 前記付着物推定部は、前記外界光増加検出部が検出した外界光の入射量の増加割合に応じて前記フラッシング現象の強度を推定する請求項３に記載の付着物検出装置。
- 全反射用の光源を備え、前記全反射用の光源から発射され透明性基板内に導入された入射光が反射される前記透明性基板の外表面を検知面とする付着物検出装置であって、
前記付着物検出装置は、前記全反射用光源を点灯して前記検知面上の付着物の有無を検出する付着物検出モードと、前記全反射用光源を消灯して外界からの入射光の光量を検出する外界光増加検出モードとの二つの動作モードを交互に切り換えて動作し、
前記全反射用の光源により照射された前記検知面を結像させる結像系レンズと、
複数の微小受光素子を備え、前記結像系レンズからの光を受光し、各微小受光素子からの光検出信号をそれら微小受光素子の配列に応じて並べた信号パターンとして出力する受光素子アレイと、
前記受光素子アレイの出力を解析する付着物推定部とを備え、
前記付着物推定部は、
前記付着物検出モードにおいて前記全反射用光源からの照射光によって前記受光素子アレイにおいて得られる前記信号パターン中に相対的に信号レベルが低い信号パターン部分を検出すれば、該パターン部分に対応する検知面上の付着物の存在を検出し、かつ、
前記外界光増加検出モードにおいて前記全反射用の光源を消灯して、外界光によって前記受光素子アレイにおいて得られる信号パターン中に相対的に信号レベルが高い信号パターン部分を検出すれば、フラッシングが起きていると推定することを特徴とする付着物検出装置。 - 付着物の存在が検出され、フラッシングが起きていると推定された場合、前記付着物が雨滴であり、当該雨滴の形状効果に起因してフラッシング現象が発生したと推定する請求項５に記載の付着物検出装置。
- 全反射用と散乱用の光源を備え、前記全反射用の光源から発射され透明性基板内に導入された入射光が反射され、また、前記散乱用の光源から発射され透明性基板内に導入された入射光が散乱される前記透明性基板の外表面を検知面とする付着物検出装置であって、
前記付着物検出装置は、前記全反射用光源のみを点灯して前記検知面上の付着物の有無を検出する付着物検出モードと、前記散乱用光源のみを点灯して前記検知面上の付着物が光散乱性のある付着物であるか否かを検出する光散乱性付着物検出モードと、前記全反射用光源および散乱用光源の両方を消灯して外界からの入射光の光量を検出する外界光増加 検出モードとの三つの動作モードを順次に切り換えて動作し、
前記全反射用および散乱用の光源により照射された前記検知面を結像させる結像系レンズと、
複数の微小受光素子を備え、前記結像系レンズからの光を受光し、各微小受光素子からの光検出信号をそれら微小受光素子の配列に応じて並べた信号パターンとして出力する受光素子アレイと、
前記受光素子アレイの出力を解析する付着物推定部とを備え、
前記付着物推定部は、
前記付着物検出モードにおいて前記全反射用光源からの照射光によって前記受光素子アレイにおいて得られる前記信号パターン中に相対的に信号レベルが低い信号パターン部分を検出すれば、該パターン部分に対応する検知面上の付着物の存在を検出し、かつ、
前記光散乱性付着物検出モードにおいて前記散乱用光源からの散乱光によって前記受光素子アレイにおいて得られる前記信号パターン中に相対的に信号レベルが高い信号パターン部分を検出すれば、該パターン部分に対応する検知面上の光散乱性付着物の存在を検出し、かつ、
外界光増加検出モードにおいて前記全反射用および散乱用の光源を消灯して、外界光によって前記受光素子アレイにおいて得られる信号パターン中に相対的に信号レベルが高い信号パターン部分を検出すれば、フラッシングが起きていると推定することを特徴とする付着物検出装置。 - 付着物の存在が検出され、光散乱性付着物の存在が検出されず、フラッシングが起きていると推定された場合、前記付着物が雨滴であり、当該雨滴の形状効果に起因してフラッシング現象が発生したと推定する請求項７に記載の付着物検出装置。
- 前記検知面を自動車のウィンドシールド上に設け、前記ウィンドシールドに付着した付着物の存在を検知するレインセンサとした請求項１〜８のいずれかに記載の付着物検出装置と、
ウィンドウワイパー駆動部と、
ウィンドウワイパー制御部を備え、
前記ウィンドウワイパー制御部が、前記付着物検出装置からの出力に基づいて前記ウィンドウワイパー駆動部の制御内容を変更するウィンドウワイパー装置。 - 全反射用光源から出射され透明性基板内に導入された入射光が反射される前記透明性基板の外表面を検知面とし、
前記全反射用光源を点灯して前記検知面からの前記全反射用光源の反射光を検出し、検出された反射光の信号レベルを記憶する付着物検出処理と、前記全反射用光源を消灯して前記検知面を介して外界から入射する外界光の光量を検出し、検出された光量を記憶する外界光増加検出処理とを交互に実行する付着物検出方法であって、
前記付着物検出処理で、前回の付着物検出処理で記憶された前記反射光の信号レベルよりも今回の付着物検出処理で検出された前記反射光の信号レベルが低下したことにより、検知面への雨滴の付着が検出され、かつ、
前記外界光増加検出処理で、前回の外界光増加検出処理で記憶された前記光量よりも、今回の外界光増加検出処理で検出された前記光量が増加した場合に、フラッシング現象が起きていると推定することを特徴とする付着物検出方法。 - 全反射用光源から出射され透明性基板内に導入された入射光が反射され、散乱用光源から出射され前記透明性基板内に導入された入射光が照射される前記透明性基板の外表面を検知面とし、
前記全反射用光源のみを点灯して前記検知面からの前記全反射用光源の反射光を検出し、検出された反射光の信号レベルを記憶する付着物検出処理と、前記散乱用光源のみを点 灯して前記検知面への付着物からの散乱光を検出し、検出された散乱光の信号レベルを記憶する光散乱性付着物検出処理と、前記全反射用光源と前記散乱用光源との両方を消灯して前記検知面を介して外界から入射する外界光の光量を検出し、検出された光量を記憶する外界光増加検出処理とを順次に実行する付着物検出方法であって、
前記外界光増加検出処理において前回の外界光増加検出処理で記憶された前記光量よりも、今回の外界光増加検出処理で検出された前記光量が増加した場合、前記付着物検出処理において前回の付着物検出処理で記憶された前記反射光の信号レベルよりも今回の付着物検出処理で検出された前記反射光の信号レベルが低下したことにより前記検知面への雨滴の付着が検出されていればフラッシング現象が起きていると推定し、前記光散乱性付着物検出処理において前回の光散乱性付着物検出処理で記憶された前記散乱光の信号レベルよりも今回の光散乱性付着物検出処理で検出された前記散乱光の信号レベルが増加したことにより前記検知面への付着物が光散乱性を有することが検出されていればフラッシング現象が起きていないと推定することを特徴とする付着物検出方法。 - 全反射用の光源を用い、前記全反射用の光源から発射され透明性基板内に導入された入射光が反射される前記透明性基板の外表面を検知面とし、
前記全反射用光源を点灯して前記検知面上の付着物の有無を検出する付着物検出処理と、前記全反射用光源を消灯して外界からの入射光の光量を検出する外界光増加検出処理とを交互に実行する付着物検出方法であって、
前記全反射用の光源により照射された前記検知面を結像させる結像系レンズと、前記結像レンズにより結像された像を受光する複数の微小受光素子を備えた受光素子アレイを用い、
前記受光素子アレイの各微小受光素子からの光検出信号をそれら微小受光素子の配列に応じて並べた信号パターンを生成し、
前記付着物検出処理において前記全反射用光源からの照射光によって前記受光素子アレイにおいて得られる前記信号パターン中に相対的に信号レベルが低い信号パターン部分を検出したことにより、該パターン部分に対応する検知面上の付着物の存在を検出し、かつ、
前記外界光増加検出処理において前記全反射用光源を消灯して、外界光によって前記受光素子アレイにおいて得られる信号パターン中に相対的に信号レベルが高い信号パターン部分を検出すれば、フラッシングが起きていると推定することを特徴とする付着物検出方法。 - 全反射用と散乱用の光源を用い、前記全反射用の光源から発射され透明性基板内に導入された入射光が反射され、また、前記散乱用の光源から発射され透明性基板内に導入された入射光が散乱される前記透明性基板の外表面を検知面とし、
前記全反射用光源のみを点灯して前記検知面上の付着物の有無を検出する付着物検出処理と、前記散乱用光源のみを点灯して前記検知面上の付着物が光散乱性のある付着物であるか否かを検出する光散乱性付着物検出処理と、前記全反射用光源および散乱用光源の両方を消灯して外界からの入射光の光量を検出する外界光増加検出処理とを順次に実行する付着物検出方法であって、
前記全反射用および散乱用の光源により照射された前記検知面を結像させる結像系レンズと、前記結像レンズにより結像された像を受光する複数の微小受光素子を備えた受光素子アレイを用い、
前記受光素子アレイの各微小受光素子からの光検出信号をそれら微小受光素子の配列に応じて並べた信号パターンを生成し、
前記付着物検出処理において前記全反射用光源からの照射光によって前記受光素子アレイにおいて得られる前記信号パターン中に相対的に信号レベルが低い信号パターン部分を検出したことにより、該パターン部分に対応する検知面上の付着物の存在を検出し、かつ、
前記光散乱性付着物検出処理において前記散乱用光源からの散乱光によって前記受光素子アレイにおいて得られる前記信号パターン中に、周囲の信号レベルから相対的に信号レベルが高い信号パターン部分を検出したことにより、該パターン部分に対応する検知面上の光散乱性付着物の存在を検出し、かつ、
前記外界光増加検出処理において前記全反射用および散乱用の光源を消灯して、外界光によって前記受光素子アレイにおいて得られる信号パターン中に相対的に信号レベルが高い信号パターン部分を検出すれば、フラッシングが起きていると推定することを特徴とする付着物検出方法。
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