JP4065713B2 - ワイパー制御方法、およびワイパー制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワイパー制御方法、およびワイパー制御装置に関する。特に、様々な降雨状況を識別し、それぞれの降雨状況に応じてワイパー払拭動作を適切に制御することができるワイパー制御方法、およびワイパー制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来例として、光学方式を用いて降雨を検出する装置が数多く提案されている（例えば、特開平１０−１８６０５９号）。この装置は、例えば、発光素子から発せられた光をウィンドシールドガラスに導入させ、前記ウィンドシールドガラスの検知面にて反射させ、この反射した光を受光素子で受光して雨滴の検出を行う。このような検出装置を用いてワイパーの動作を制御するためには、一定の基準にしたがってワイパーの払拭動作を制御する必要がある。
【０００３】
理想的には、ドライバーが払拭したいタイミングおよび速度で払拭するように制御するのがよい。しかしながら、「払拭したいタイミングおよび速度」は、個々のドライバーの感性にしたがう部分が多く、主観的で個人差が大きい。したがって、これに基づいて一律の基準を設定することは非常に困難である。
【０００４】
これに対して、ウィンドシールドガラスへの雨滴の付着、あるいは付着個数は、客観的な事象として捕らえることができるので、絶対的な判断基準の一つとなり得る。例えば、本発明者らは、特開２００１−１８０４４７公報において、検知面への雨滴の動的な付着を捕らえることができる技術を開示している。この技術によれば、検知面の汚れ，温度変化による受光素子の特性変化等が発生した場合にも、精度良く雨滴の付着を検出可能である。
【０００５】
また、検出された雨滴の付着個数（または付着量）を判断基準として、例えば以下の制御を行うことができる。所定時間あたりの雨滴の付着個数が多ければワイパーの間欠時間を短くし、個数が少なければ間欠時間を長くする。同様に、個数が多ければ払拭速度を速くし、個数が少なければ払拭速度を遅くする。このような制御によれば、降雨が強くなるにつれて、より頻繁に、より高速でワイパーの払拭動作を行うことができる。したがって、降雨の増加に対する応答性がよく、特に、雨の降り始め等において有用である。しかしながら、以下の不都合を生じることがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
高密度の雨滴がウィンドシールドガラスに付着する場合には、検出される雨滴の付着個数が非常に多くなる。例えば、霧雨が付着する場合、先行車の巻き上げ水が付着する場合、または大粒径の雨粒がウィンドシールドガラスに衝突して弾け、多数の小雨滴が発生する場合である。付着個数の観点から見ると、これらの場合は大雨の場合と区別できない。したがって、上記の制御によれば、強い雨が降っていないにもかかわらず、大雨と同様のワイパー払拭動作を行ってしまうことになる。このような状況では、雨滴の付着個数に基づいてワイパーの制御を行った場合、不必要な払拭を発生させてしまうことがある。
【０００７】
次に、大粒の雨が少量降っている場合には、検出される雨滴の付着個数は少なくなる。この降雨状況においては、比較的短い時間でドライバーの視界が悪くなるため、短い間欠時間での払拭が必要とされる。しかしながら、上記の制御によればワイパーの払拭速度が遅くなり、間欠時間が長くなってしまうことになる。このような状況では、雨滴の付着個数に基づいてワイパーの制御を行った場合、必要な払拭を得られないことがある。
【０００８】
そこで本発明は、様々な降雨状況を識別し、識別したそれぞれの降雨状況に応じて適切な払拭速度，間欠時間等となるようにワイパー動作を制御するワイパー制御方法、およびワイパー制御装置の提供を目的とする。
【０００９】
また、ハードウェア資源をあまり必要とせずに、上記の制御を行うワイパー制御方法、およびワイパー制御装置を提供する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、所定時間あたりに検知面に付着する雨滴の付着量を検出し、検知面に付着した雨滴の大きさを推定し、検出した雨滴の付着量と、推定した雨滴の大きさとに基づいて降雨状況を推定し、ワイパーの払拭動作を的確に制御する。ここで、雨滴の付着量として、検知面への雨滴の付着個数を用いると好適である。
【００１１】
本発明者らの分析により、ウィンドシールドガラスへの雨滴の付着量と、付着した雨滴の大きさとに基づいて、ウィンドシールドガラスへの雨滴の付着状況を判別し、降雨状況を推定できるという知見を得た。すなわち、検知面へ付着した雨滴の量と大きさとに基づいて、雨滴が、ウィンドシールドガラス上に、どの程度の大きさで付着しているのか、どの程度の量付着しているのか判別する。
【００１２】
ここで、ウィンドシールドガラスに付着した雨滴の付着量と推定される雨滴の大きさとの概念的な関係を図１に示す。雨滴の付着量が多く、雨滴の大きさが比較的大きい場合には、大きい雨滴が多量に付着していると判別される（図１中のＡ）。雨滴の付着量が多く、雨滴の大きさが比較的小さい場合には、小さい雨滴が多量に付着していると判別される（図１中のＢ）。雨滴の付着量が少なく、雨滴の大きさが比較的大きい場合には、大きい雨滴が少量付着していると判別される（図１中のＣ）。雨滴の付着量が少なく、雨滴の大きさが比較的小さい場合には、小さい雨滴が少量付着していると判別される（図１中のＤ）。
【００１３】
そして、例えば、大きい雨滴が多量に付着していると判別される場合には、強い雨が連続して降っていると推定できる。小さい雨滴が多量に付着していると判別される場合には、高密度の弱い雨が降っていると推定できる。大きい雨滴が少量付着していると判別される場合には、大粒の雨がまばらに降っていると推定できる。小さい雨滴が少量付着していると判別される場合には、弱い雨がまばらに降っていると推定できる。本発明は、このような知見に基づくものである。
【００１４】
当然のことながら、それぞれの降雨状況に即して適切な払拭速度，間欠時間でワイパーを動作させることが望ましい。本発明によれば、より細かく降雨状況を推定できるので、降雨状況に即して、より適切なワイパー動作を実現することができる。
【００１５】
具体的には、本発明は、発光素子から発せられた光を、車両のウィンドシールドガラスのワイパー払拭領域の一部に設けられた検知面で反射させ、前記反射光を受光素子で受光して前記検知面の状態を検出することにより、前記ワイパーを制御する方法であって、（ａ）前記受光素子の出力信号から遅れ信号を生成し、前記受光素子の出力信号と前記遅れ信号との差分を求め、前記差分の発生を検出することにより、前記検知面へ付着した所定時間当たりの雨滴の個数を検出し、（ｂ）前記検出された雨滴の個数に基づいて、前記ワイパーの払拭動作を決定し、（ｃ）前記検知面への雨滴の付着時または付着後の前記受光素子の出力信号の変化パターンを評価することにより、前記検知面に付着した雨滴の大きさを推定し、（ｄ）前記推定された雨滴の大きさに基づいて、前記決定されたワイパーの払拭動作を調整する制御を行う、ワイパー制御方法を含む。
【００１６】
さらに、上記方法の発明は、装置の発明としても成立する。また、上記発明は、ワイパーの制御装置やコンピュータやマイクロコンピュータに所定の機能を実現させるプログラムまたはそのプログラムを記録した記録媒体としても成立する。
【００１７】
また、本明細書における手段は、ハードウェア、ソフトウェアまたはハードウェアおよびソフトウェアの組み合わせにより実現可能である。ハードウェアおよびソフトウェアの組み合わせによる実行は、例えば、所定のプログラムを有するコンピュータにおける実行が該当する。
【００１８】
そして、１つの手段が有する機能が２つ以上のハードウェア、ソフトウェアまたはハードウェアおよびソフトウェアの組み合わせにより実現されても、２つ以上の手段の機能が１つのハードウェア、ソフトウェアまたはハードウェアおよびソフトウェアの組み合わせにより実現されても良い。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、以下の項目にしたがって順次説明していく。
・本発明に用い得る光学機構
・ワイパー制御装置の構成
・検出部の処理
・判断部の処理
・検知面への雨滴の付着の検出方法
・付着した雨滴の大きさの推定方法
【００２０】
（本発明に用い得る光学機構）
まず、本発明に用い得る基本的な光学機構について説明する（図２を参照）。
【００２１】
図２に示すように、例えばＬＥＤ等の発光素子１０から発せられた光は、プリズムガラス１１等を通じて、水滴の検出を行うべき透明性基板であるガラス基板（ウィンドシールドガラス）２に導かれる。導かれた光は、検出対象面３にて全反射し、前記プリズムガラス１１を通じて、例えばフォトダイオード等の受光素子１２に入射する。
【００２２】
この図のワイパー制御装置では、水滴等の付着のない状態で、受光素子には最大の出力が発生するように配置構成されている。このとき、検出面に水滴等の付着１３があると、受光素子の出力は低下する。
【００２３】
（ワイパー制御装置の構成）
次に、ワイパー制御装置の構成を図３を参照して説明する。図３はワイパー制御装置全体の構成を示した図である。便宜上、ハードウェア部分２０とソフトウェア部分２１とに分けている。
【００２４】
発光素子１０は、５００Hz以上の周波数（キャリア周波数）のパルス波形で駆動されているとよい。また発光素子１０は温度により発光特性が変化するので、実際の発光光量を、モニター用受光素子２３とモニター用検出回路２４を用いてモニターしておくことが好ましい。さらにモニター結果をフィードバックしながら、発光素子１０を駆動回路２２で駆動することが好ましい。
【００２５】
受光素子１２に光が入射することによって、出力信号が発生する。このとき信号は、発光素子を駆動時のキャリア波形を含んでいるので、まず信号検出回路２５にかけて、実信号のみを取り出す。
【００２６】
また通常得られる受光素子では、あまり大きな出力の信号を得ることができないことが多いので、受光素子からの信号は増幅回路２６にて増幅されることが好ましい。
【００２７】
続いて当該信号は、Ａ／Ｄコンバータ２７に入力されて、デジタル変換される。このとき、Ａ／Ｄコンバータ２７のダイナミックレンジは、上述した光学機構の出力から適宜定められるとよい。
【００２８】
Ａ／Ｄコンバータ２７の出力信号を検出部２８に入力する。当該検出部２８は、入力された信号から、所定時間当たりの検知面への雨滴の付着量を検出する。また、検出部２８は、入力された信号のゆらぎを検出し、信号のゆらぎの変化パターンから雨滴の大きさを推定する。
【００２９】
すなわち、検出部２８は、検知面への雨滴の付着量を検出する手段と、入力された信号のゆらぎを検出し、信号のゆらぎの変化パターンから雨滴の大きさを推定する手段とを有する。
【００３０】
また、検出部２８は、検知面への雨滴の動的な付着を検出し、その付着個数を積算する手段を備えてもよい。この場合には、積算された付着個数が付着量として用いられることとなる。さらに、検出部２８は、受光素子が受光する光量の低下度合による被覆率の変化に基づいて付着量を検出する手段を備えてもよい。
【００３１】
また、例えば、検出部２８が、信号のゆらぎの大きさを検出する手段を備えた構成であれば、入力された信号のゆらぎの大きさを検出することができる。また、検出部２８が、信号のゆらぎを検出してから当該信号のゆらぎの大きさが所定の大きさに減衰したことを検出するまでの時間を検出する手段を備えた構成であれば、入力された信号のゆらぎの長さを検出することができる。
【００３２】
また検出部２８は、検出した信号のゆらぎの変化パターンから雨滴の大きさを推定する。例えば上記例で言えば、信号のゆらぎの大きさの変化パターンを解析したり、信号のゆらぎの長さの変化パターンを解析して雨滴の大きさを推定する。
【００３３】
次に、検出部２８からの出力信号は判断部２９に入力される。判断部２９は、検出部２８が検出した検知面への雨滴の付着量と、検出部２８が推定した雨滴の大きさとから、検知面への雨滴の付着状況を判別して降雨状況を推定し、ワイパー動作を適切に制御する。
【００３４】
より具体的には、判断部２９は、検出部２８が積算した検知面への雨滴の付着個数に基づいてワイパーの払拭動作を決定し、この決定した払拭動作を、検出部２８が推定した雨滴の大きさに基づいて調整する。
【００３５】
判断部２９は、自動車制御用コンピュータ（図示しない）へ制御信号を送信して、自動車制御用コンピュータを介してワイパー動作を制御してもよい。また、ワイパー駆動用モータを直接制御してもよい。
【００３６】
なお、上記の検出部２８および判断部２９は、ソフトウエアにて構成することが可能である。
【００３７】
（検出部の処理）
次に、検出部２８の処理について、検知面へ付着した雨滴の付着量の検出処理と、検知面へ付着した雨滴の大きさの推定処理に分けて説明する。
【００３８】
（付着量の検出処理）
検知面への雨滴の付着量、特に付着個数を検出するためには、後に詳述するような、検知面への雨滴の動的な付着を検出する方法を用いることができる。ここでは、当該方法を用いる検出部２８の処理について説明する。なお、この方法は、本発明者らによって特開２００１−１８０４４７公報に開示されたものである。
【００３９】
検出部２８は、Ａ／Ｄコンバータ２７からの信号を受信して図４に示される処理を行う。なお、Ａ／Ｄコンバータ２７からの出力は、予めノイズカットフィルタに通され、スパイク性のノイズ等が除去される。
【００４０】
・〔ＬＰＦ１〕：量子化ノイズの除去
まずノイズカットフィルタからの出力は、さらにデジタルフィルタ１（ＬＰＦ１）に通され量子化ノイズ等が除去される。なお、フィルタ１からの出力（Ｆ１）は、入力された信号（ＤIN）に対する、１次遅れ信号と理解されてもよい。
【００４１】
・〔ＬＰＦ２〕：遅れ成分の生成
フィルタ１からの信号（Ｆ１）を、さらにデジタルフィルタ２（ＬＰＦ２）に入力する。このフィルタ２により、ノイズ除去された信号（Ｆ１）からその遅れ成分となる信号（Ｆ２）を発生させることができる。なお、フィルタ２からの出力（Ｆ２）は、入力された信号（ＤIN）に対する、２次遅れ信号と理解されてもよい。
【００４２】
・〔ＨＰＦ〕：差分の生成
つづいて、前記フィルタ１と前記フィルタ２からの２つの信号を、デジタルフィルタ３（ＨＰＦ）に入力して、前記Ｆ１とＦ２の差を求めて差分信号を発生させる。例えば、Ｆ２信号からＦ１信号を差し引けばよい。
【００４３】
・〔差分の検出〕：衝突の検出
この差分信号の発生を捕らえることで、雨滴等の動的な付着（衝突）を判断することができる。例えば、差分信号をＦ２信号からＦ１信号を差し引いた値とすると、前記差分値が正のとき、検知面に雨滴等の衝突があったと判断すればよい。逆に、差分信号をＦ１信号からＦ２信号を差し引いた値とするならば、前記差分値が負のとき、検知面に水滴等の衝突があったと判断すればよい。
【００４４】
検出部２８は、このようにして検出された雨滴の付着個数を、所定のメモリに積算していく。なお、雨滴の付着個数は、所定時間ごとに積算されて判断部２９へ出力される。したがって、判断部２９へ出力されるのは、所定時間あたりの付着個数である。付着個数が判断部２９へ出力された後は、メモリをクリアし、次の所定の時間内の付着個数の積算を行うようにする。
【００４５】
（閾値法により検出面への雨滴の付着を検出する方法）
なお、検出面への雨滴の付着を検出する他の方法として、受光素子の出力信号の変化（受光光量の低下）と基準値との比較によって降雨を検出する周知の方法（いわゆる閾値法）を用いることができる（例えば、特開平１０−１８６０５９号）。
【００４６】
さらに、種々のモードに応じて複数の基準値を設定する方法（特開平１０−１８６０５９号）、順次基準値を置換更新する方法（特開平２−６８２４８号）を用いてもよい。
【００４７】
上記のような方法においては、受光素子に入射する光量の変化を一定の閾値と比較することにより、雨滴の付着を検出するようにすればよい。
【００４８】
（光量の低下度合による検出）
また、検知面へ付着した雨滴の付着量を検出するためには、受光素子１２が受光する光量の低下度合により、すなわち、Ａ／Ｄコンバータ２７からの信号のレベルにより付着量の多少を判定する方法を用いることができる（例えば、特開平１０−１８６０５９号）。
【００４９】
この方法を用いる場合には、検出部２８は、受光素子１２（またはＡ／Ｄコンバータ２７）からの信号のレベルを、複数の基準値と比較することによって付着量を検出する処理を行う。
【００５０】
（雨滴の大きさの推定処理）
次に、検知面へ付着した雨滴の大きさを推定するためには、後に詳述するような、雨滴の大きさの推定方法を用いることができる。ここでは、当該方法を用いる検出部２８の処理について説明する。
【００５１】
この雨滴の大きさの推定処理の前提として、検知面に付着した雨滴の動的なゆらぎの変化の諸特性と、雨滴の大きさとの関係が求められており、所定のテーブルとしてメモリに記憶されている。検知面に付着した雨滴の動的なゆらぎの変化の諸特性とは、ゆらぎの長さ、ゆらぎの大きさ等である。なお、ゆらぎの大きさを表すパラメータとしては、ゆらぎ内の増減の変化回数，増加の変化量，増減の方向が含まれる。
【００５２】
検出部２８は、Ａ／Ｄコンバータ２７からの信号を受信して図５に示される処理を行う。なお、Ａ／Ｄコンバータ２７からの出力は、予めノイズカットフィルタに通され、スパイク性のノイズ等が除去される。
【００５３】
検出部２８は、Ａ／Ｄコンバータ２７からの信号のゆらぎの長さを検出する。例えば、信号のゆらぎを検出してから当該信号のゆらぎの大きさが所定の大きさに減衰したことを検出するまでの信号のゆらぎの時間を検出する。信号のゆらぎの長さの検出には、信号の圧縮率を用いてもよい。
【００５４】
検出部２８は、Ａ／Ｄコンバータ２７からの信号のゆらぎの大きさを検出する。例えば、信号の変化の回数を検出し、変化の増減方向および変化量等を算出する。
【００５５】
そして、検出部２８は、検出された信号のゆらぎの長さ，ゆらぎの大きさに基づいて、上述したテーブルを参照することにより、検知面に付着した雨滴の大きさを推定する。
【００５６】
（判断部の処理）
検出部２８から出力された、所定時間あたりの検知面への雨滴の付着量の検出結果と、検知面へ付着した雨滴の大きさの推定結果とは、判断部２９に入力される。判断部２９は、これらの入力に基づいて以下の判断処理を行う。
【００５７】
まず、判断部２９は、検出された雨滴の付着量または付着個数を基準として、ワイパーの払拭間欠時間および払拭速度を決定する制御を行う。具体的には、雨滴の付着量もしくは付着個数が多くなれば、払拭間欠時間をより短くする。あるいは、払拭速度をより速くする制御を行う。反対に、雨滴の付着量もしくは付着個数が少なくなれば、払拭間欠時間をより長くする。あるいは、払拭速度をより遅くする制御を行う。
【００５８】
そして、判断部２９は、このようにして決定されたワイパーの払拭間欠時間および払拭速度を、推定された雨滴の大きさに基づいて調整する。
【００５９】
具体的には、推定された雨滴の大きさが所定の閾値より小さい場合には、ワイパーの払拭間欠時間を、検出された雨滴の付着量等を基準として決定される払拭間欠時間より長くする。あるいは、ワイパーの払拭速度を、検出された雨滴の付着量等を基準として決定される払拭速度より遅くする制御を行う。反対に、推定された雨滴の大きさが所定の閾値以上である場合には、ワイパーの払拭間欠時間を、検出された雨滴の付着量等を基準として決定される払拭間欠時間より短くする。あるいは、ワイパーの払拭速度を、検出された雨滴の付着量等を基準として決定される払拭速度より速くする制御を行う。
【００６０】
このようなワイパー動作の制御を行うことにより、ワイパーの払拭動作を、雨滴の付着量を基準として決定する場合に比べて、より迅速に降雨状況の変化に追従させることができ、降雨状況の変化前後の不適切な払拭動作を減少させることができる。
【００６１】
次に、図６を参照して、判断部２９の処理の一例を説明する。ここで、図６は、判断部の処理を説明するフローチャートである。なお、この説明においては、雨滴の付着量の一例である付着個数を用いて説明する。
【００６２】
判断部２９は、まず検知面への雨滴の付着個数（積算付着個数）が所定の閾値ｔｈ以上か否か判断する（ステップ１０１）。付着個数が閾値ｔｈ以上の場合とは、大雨，霧雨，先行車の巻き上げ水等の高密度の雨滴により、多数の雨滴がウィンドシールドガラスに付着している場合を含む。
【００６３】
この段階においては、降雨状況が大雨か否か識別することはできない。すなわち、車両が、高速かつ連続の払拭を真に必要とする降雨状況に置かれているのか否か識別することはできない。したがって、判断部２９は、例えばワイパーの払拭間欠時間を短くする、あるいは払拭速度を速くするように制御を仮決定する。
【００６４】
付着個数が閾値ｔｈ以上の場合には、次に、推定された雨滴の大きさが所定の閾値ｔｈ以上か否か判断する（ステップ１０２）。
【００６５】
雨滴の大きさが所定の閾値ｔｈ以上の場合には、図１に示されるＡに該当することとなる。Ａは、大きな雨滴がウィンドシールドガラス上に多数付着していることを意味するので、車両が大雨の降雨状況下にあることが推定される。したがって、例えば、ワイパーの払拭速度が高速になるように制御する。
【００６６】
このようなワイパー動作の制御を行うことにより、降雨が急激に強くなった状況を迅速に識別してこれに応答することができ、ドライバーの視界を速やかに確保することができる。
【００６７】
ステップ１０２で雨滴の大きさが所定の閾値ｔｈ未満の場合には、図１に示されるＢに該当することとなる。Ｂは、小さな雨滴がウィンドシールドガラス上に多数付着していることを意味するので、車両は大雨の降雨状況下にはなく、高密度の弱い雨、例えば霧雨の降雨状況下にあることが推定される。したがって、例えばワイパーの払拭間欠時間を、雨滴の付着量を基準として決定されるものより長いモードに設定するよう制御する。
【００６８】
このようなワイパー動作の制御を行うことにより、ウィンドシールドガラス上の雨滴の付着状況をより正確に識別して適切な払拭頻度を実現することができ、無用な払拭動作を防止することができる。
【００６９】
次に、ステップ１０１へ戻って、付着個数が閾値ｔｈ未満の場合には、判断部２９は、例えばワイパーの払拭間欠時間を長くする、あるいは払拭速度を遅くするように制御を仮決定する。そして、次に、推定された雨滴の大きさが所定の閾値ｔｈ以上か否か判断する（ステップ１０３）。
【００７０】
雨滴の大きさが所定の閾値ｔｈ以上の場合には、図１に示されるＣに該当することとなる。Ｃは、大きな雨滴がウィンドシールドガラス上に少数付着していることを意味するので、車両が大粒の雨がまばらに降っている降雨状況下にあることが推定される。したがって、例えばワイパーの間欠時間を、雨滴の付着量を基準として決定されるものより短いモードに設定するよう制御する。
【００７１】
このようなワイパー動作の制御を行うことにより、ウィンドシールドガラス上の雨滴の付着状況をより正確に識別して、必要な払拭動作を実現することができる。
【００７２】
ステップ１０３で雨滴の大きさが所定の閾値ｔｈ未満の場合には、図１に示されるＤに該当することとなる。Ｄは、小さな雨滴がウィンドシールドガラス上に少数付着していることを意味するので、車両は、弱い雨の状況下にあることが推定される。したがって、例えばワイパーの間欠時間を、雨滴の付着量を基準として決定されるものよりさらに長いモードにするか、または待機モードに設定するよう制御する。
【００７３】
このようなワイパー動作の制御を行うことにより、降雨が急激に弱くなった状況を迅速に識別してこれに対応することができ、無用な払拭動作を防止することができる。
【００７４】
なお、降雨状況の変化に従ってワイパーの払拭動作を変化させることは有益であるが、上記ステップ１０１〜１０３による一回の処理結果のみに基づいてワイパー動作を変更すると不都合が生じる場合がある。例えば、小さい検知面に起因して、一回の処理では降雨を捕らえきれない場合がある。あるいは、払拭動作の切替が短時間内に頻発し、ドライバーに違和感を与えてしまう。
【００７５】
したがって、上記Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのいずれかの結果が複数回連続した場合に、ワイパーの動作を切り替えるようにすると好適である。
【００７６】
（他の実施の形態）
次に、他の実施の形態として、激しい雨の状況であるのか激しい雨の状況でないのかを識別し、適切なワイパー動作の制御を行う例について説明する。具体的には、本実施の形態は、雨滴の大きさの推定に加えて、ウィンドシールドガラスに対する雨滴の当たり方の強さを判別して、激しい雨の状況か否かを識別する方法である。
【００７７】
本実施の形態の前提として、車両が置かれた降雨状況にしたがって、ウィンドシールドガラスへの雨滴の当たり方が異なることが確認された。また、本発明者らは、ウィンドシールドガラスへの雨滴の当たり方によって雨滴の付着後の運動量が変化するという知見を得た。具体的には、ウィンドシールドガラスへの雨滴の当たり方が強くなればなるほど、付着後の雨滴の運動量が大きくなるという知見を得た。
【００７８】
ここでいう雨滴の運動量とは、後述する信号のゆらぎの長さと大きさとによって表すことができる。ゆらぎの長さとは、雨滴が付着した後、ゆらぎの大きさが所定の大きさに減衰するまでの時間である。一方、ゆらぎの大きさは、ゆらぎ内の増減の変化回数，増加の変化量，増減の方向等のパラメータによって表される。
【００７９】
具体的に説明すると、雨滴の当たり方が強くなると、ゆらぎの長さが長くなり、ゆらぎの大きさが大きくなる。ゆらぎの大きさが大きくなるとは、増減の変化回数，増加の変化量が多くなり、増減の方向に減少が現れるというパラメータによって表すことができる。
【００８０】
例えば、２つの雨滴の大きさが同一であれば、付着時における信号の減少方向への変化量は同一となる。しかし、より大きい運動エネルギーを有する雨滴においては、付着後の増減の変化回数，増加の変化量がより多くなり、ゆらぎの長さがより長くなる。このような知見により、雨滴の当たり方の強さと、信号のゆらぎの長さと大きさとで特徴づけられる信号のゆらぎの変化パターンとを関連付けることができる。
【００８１】
さらに、大粒の雨滴が強く当たる際の信号のゆらぎの変化パターンを求めておき、これを基準としてテーブル化することができる。検出部２８は、このようなテーブルを用いて、Ａ／Ｄコンバータ２７からの信号のゆらぎを評価して、雨滴の当たり方の強さを判別する。そして、大粒の雨滴が強く当たると判別された場合には、激しい雨の状況と推定できるので、判断部２９は、高速かつ連続になるようワイパー動作を制御する。
【００８２】
反対に、雨滴が強く当たると判別されない場合には、激しい雨の状況にはないと推定できる。したがって、ワイパーが高速かつ連続モードで動作している場合には、払拭速度および払拭頻度を落とすようにワイパー動作を制御する。あるいは、ワイパーが低速もしくは間欠モードで動作している場合には、高速かつ連続にならないようにワイパー動作を制御する。
【００８３】
このような方法により、激しい雨の状況か否かをより正確に識別することができる。また、降雨状況に応じて、高速かつ連続の払拭動作を適切に実行させることが可能となり、不要な払拭を防止することができる。
【００８４】
なお、判断部２９は、このようにして判別された雨滴の当たり方の強さと上述した雨滴の大きさの推定結果とを合わせて、高速かつ連続の払拭動作の制御を行ってもよく、雨滴の当たり方のみに基づいて制御を行ってもよい。
【００８５】
さらに、ここでいう雨滴の運動エネルギーは、風の影響および車両の走行速度等によって左右される。したがって、降雨が一定である場合に、車両の速度によって雨滴の当たり方の強さが変化する。
【００８６】
したがって、雨滴の当たり方が強くない場合、すなわち車両の速度が低速か、または停車中と推定される場合には、ワイパー動作を高速かつ連続にしないよう制御することもできる。
【００８７】
（実施の形態に用いられる方法の説明）
以上において、本発明の実施の形態について説明した。以下においては、上記実施の形態に用いられた、雨滴の付着の検出方法、および雨滴の大きさの推定方法についてさらに詳細に説明する。
【００８８】
（検知面への雨滴の付着の検出方法）
まず、検知面への雨滴の動的な付着を検出する方法について説明する。検知面への雨滴の動的な付着を検出する方法としては、例えば、本発明者らによって特開２００１−１８０４４７公報に開示された手法を用いることができる。以下にこの方法を具体的に説明する。
【００８９】
本方法の原理を図７を参照して説明する。図７は、本方法の測定原理を説明する図である。検知面に水滴が動的に付着した場合（水滴が衝突した場合）の入力信号モデル例を図７の（ａ）に示す。受光素子１２からは、その出力信号が入力（ＤIN）されている。この入力信号（ＤIN）から、その遅れ成分の信号（Ｆ１）を生成させることができる。さらに、前記遅れ信号（Ｆ１）から前記入力信号（ＤIN）を差し引いた差分信号（Δ（Ｆ１−ＤIN））を生成させることができる。図７の（ｂ）に、前記差分信号を模式的に示した。
【００９０】
差分信号（Δ（Ｆ１−ＤIN））では、ｔ0からｔ1の間で正の差分が発生しており、ｔ1からｔ3の間で負の差分が発生している。
【００９１】
なお図７の（ａ）では、図中の矢印（↓）の時点（ｔ0）から水滴が検知面に衝突し始め、さらにΔｔの間で水滴がつぶれている状況に対応している。その後の平坦な信号部分は、水滴が広がった様子を表している信号モデルである。
【００９２】
この動的付着では差分が発生していることがわかる。つまり、差分信号の発生を検知することで、検知面への水滴の衝突を検出することができる。
【００９３】
なおここで、前記差分を前記遅れ信号から前記入力信号を引いた値とすると、前記差分が正のとき、検知面に水滴の衝突があったと判断することができる。ただしこの場合、負の差分の発生は、水滴の衝突検出には用いないものとする。
【００９４】
水滴の動的な付着が判断できると、例えば、水滴の付着の有無、あるいは水滴の衝突個数を求めて、その結果によりワイパーの動作を制御することが可能になる。
【００９５】
もし付着（濡れ）の程度が小さいものであると、受光素子からの信号の低下は小さいものになってしまう。基準値との比較による判定では、ノイズレベルと同程度の信号に対しては、閾値を設定することが不可能となる。つまり、基準値との比較では、付着（濡れ）の程度が小さいと、水の付着が判別できなくなる。
【００９６】
一方本方法では、水滴の動的な付着が判断できるので、ノイズレベルと区別がつかない程度の小さな水滴であっても、水滴の付着が的確に判断できる。つまり、小さな水滴の付着であっても、雨滴の付着を検出することができる。
【００９７】
なお以上の説明は、遅れ信号（Ｆ１）から入力信号モデル（ＤIN）を差し引いた差分信号（Δ（Ｆ１−ＤIN））の発生にて、判定する場合であった。しかしさらに、Ｆ１信号から遅れ成分の信号（Ｆ２）を生成し、Ｆ２とＦ１の差分、例えば（Δ（Ｆ２−Ｆ１））の発生の検出により、雨滴の動的な付着を判断することが、好ましい（図７の（ｃ）参照のこと）。
【００９８】
その理由は、以下のようである。すなわち、ＡＤ変換されている入力信号は量子化誤差を含んでいることと、差分信号を用いたパターン処理は、微小な差異を捕らえるのに適しているが、一般的にノイズに弱いからである。
【００９９】
差分信号（Δ（Ｆ２−Ｆ１））では、ｔ0からｔ2の間で正の差分が発生しており、ｔ2からｔ4の間で負の差分が発生している。
【０１００】
つぎに、本発明の検出部２８における雨滴等の検出ロジックについて、ステップ毎に説明する（図４参照のこと）。図４は、雨滴の検出ステップを説明する図である。
【０１０１】
なおこれに先立って、Ａ／Ｄコンバータ２７からの出力は、例えば車内外から飛来するスパイク性のノイズ等を除去するために、予めノイズカットフィルタを通しておくことが好ましい。このノイズカットはソフトウエアで処理することができる。
【０１０２】
・〔ＬＰＦ１〕：量子化ノイズの除去
まずノイズカットフィルタからの出力は、さらにデジタルフィルタ１（ＬＰＦ１）に通される。このフィルタ１は、前記Ａ／Ｄコンバータ２７のデジタル変換の際に発生した量子化誤差や、回路ノイズ等を除去するために用いられる。なお、フィルタ１からの出力（Ｆ１）は、入力された信号（ＤIN）に対する、１次遅れ信号と理解されてもよい。
【０１０３】
このＬＰＦ１におけるノイズ除去は、以下のようにして行われる。順次入力される信号の所定のサンプル数の合計を、サンプル数で除して平均化することである。なおこのＬＰＦ１においても、ある程度のスパイク性ノイズを除去できるように、前記所定のサンプル数は決められるとよい。
【０１０４】
所定のサンプル数は、以下のようにして求めるとよい。まず、この回路において考えうる最大ノイズを測定し、それに対応するディジット値を設定する。この最大ノイズを除去できるように、つまり前記ディジット値をあるサンプル数で除したときの値が「０」となるように、所定のサンプル数を定めればよい。
【０１０５】
また通常のノイズは、入力を順次平均化することで取り除くことができる。なお本発明によるデータ処理は、高速処理のために、浮動点処理を行わず、小数以下を切り捨てて処理することが好ましい。
【０１０６】
図８を参照して、平均化処理についてさらに詳しく説明する。図８は、デジタルフィルタを説明する図である。入力されるデータ（Ｄn）があり、平均化の対象となるデータセルを考える。例えば、平均化の対象とするサンプル数を「８」とした場合、８個のデータセルに順次データが入力される。その合計をサンプル数８で除して、平均化出力（Ｆ(1)）が出力される。次にＤ9が、データセルに入力され、Ｄ1が払い出される。またその合計をサンプル数で除して、平均化出力（Ｆ(2)）が出力される。以下同様にして、順次平均化出力（Ｆ(n)）が出力される。
【０１０７】
・〔ＬＰＦ２〕：遅れ成分の生成
以上のようにして量子化ノイズ等が除去された信号（Ｆ１）を、さらにデジタルフィルタ２（ＬＰＦ２）に入力する。このフィルタ２も、上記フィルタ１と同様に、順次入力される信号の所定のサンプル数の合計を、サンプル数で除して平均化している。このように入力信号を平均化することにより、ノイズ除去された信号（Ｆ１）からその遅れ成分となる信号（Ｆ２）を発生させることができる。なお、フィルタ２からの出力（Ｆ２）は、入力された信号（ＤIN）に対する、２次遅れ信号と理解されてもよい。
【０１０８】
上述した２段階のフィルタリングは、高周波成分をカットするローパスフィルタとして理解されてもよい。またこれは、アナログ回路でも実現可能である。しかし、アナログ回路では、回路定数を簡単に変化させることが困難なため、デジタルフィルタを用いることが好ましい。
【０１０９】
・〔ＨＰＦ〕：差分の生成
つづいて、前記フィルタ１と前記フィルタ２からの２つの信号を、デジタルフィルタ３（ＨＰＦ）に入力して、前記Ｆ１とＦ２の差を求めて差分信号を発生させる。例えば、Ｆ２信号からＦ１信号を差し引けばよい。差分の生成を行うフィルタリングは、前記Ｆ１とＦ２の差の高周波成分を抽出するハイパスフィルタとして理解されてもよい。
【０１１０】
・〔差分の検出〕：衝突の検出
この差分信号の発生を捕らえることで、雨滴等の動的な付着（衝突）を判断することができる。例えば、差分信号をＦ２信号からＦ１信号を差し引いた値とすると、前記差分値が正のとき、検知面に雨滴等の衝突があったと判断すればよい。逆に、差分信号をＦ１信号からＦ２信号を差し引いた値とするならば、前記差分値が負のとき、検知面に水滴等の衝突があったと判断すればよい。
【０１１１】
なお、量子化ノイズの除去（１次遅れ成分（ＬＰＦ１））は、ｎ＝８のデータの平均化により行い、遅れ成分の生成（２次遅れ成分（ＬＰＦ２））は、ｎ＝４のデータの平均化により行っている。ここで、ＬＰＦ２のｎ数が少ないのは、ＬＰＦ１でノイズが除去されているためである。
【０１１２】
図９には、実際の信号およびその信号を処理した結果を示した。図９（ａ）のグラフには、実際の入力信号（ＤIN）、ノイズ等が除去された（１次遅れ）信号（Ｆ１）、およびその（２次）遅れ信号（Ｆ２）を示した。さらに図９（ｂ）のグラフには、Ｆ２信号からＦ１信号を差し引いた差分信号を示した。なお横軸は時間軸である。なお図中、矢印（↓）のタイミングで、雨滴が検知面に衝突し始めている。図９は、雨滴の衝突時における信号、および処理した信号を示す図である。
【０１１３】
図９から明らかなように、雨滴の衝突に対応して、この場合正の差分信号（Δ（Ｆ２−Ｆ１））が発生していることがわかる。
【０１１４】
さらに図９に示した結果７より、以下のことが確認される。すなわち、ノイズ等が除去された信号（Ｆ１）に対して、その遅れ信号（Ｆ２）を生成させたとき、Ｆ１信号が急に変化している場合にはその遅れ量が大きくなり、逆にＦ１信号があまり変化しない場合には、その遅れ量が小さなものになることである。
【０１１５】
さらに、Ｆ２とＦ１の差分Δ（Ｆ２−Ｆ１）を生成させると、Ｆ１信号が急に変化している場合には大きな差分が発生し、逆にＦ１信号があまり変化しない場合には、ほとんど差分が発生しないことも確認できる。
【０１１６】
また例えば、発光素子の出力がゆっくりとシフトしているような場合は、受光素子の出力もシフトすることになる。このような場合、閾値を用いた従来の検出方法においては、閾値を固定したままでは正確な検出が困難である。したがって、自ずと複雑な判断ロジックが必要となってくる。
【０１１７】
これに対して、本発明による遅れ信号との差分を検出する方法では、差分をとることにより、シフト量をキャンセルすることができるので、雨滴の衝突に対応して、的確な検出が可能である。またその判断ロジックも、差分の発生の検出だけでよく、非常にシンプルである。
【０１１８】
つぎに図１０には、小雨が衝突した際の信号例を示した。図１０は、小雨時における信号を示した図であり、図１１は、検出装置のノイズレベルを示す図である。図１０において、矢印（↓）のタイミングで、雨滴が検知面に衝突している。なお横軸の時間軸は、図９のそれとは異なっている。さらにこの具体的な検出装置のノイズレベルは、図１１に示したように、約２５ｍＶである。
【０１１９】
小雨の衝突した場合の信号の変化量は、約２３ｍＶあるいは約３０ｍＶであり、ノイズレベルと大差のない小さなものである。しかし、雨滴の衝突に対応して、正の差分信号が発生していることが確認できた。つまり本方法では、ノイズレベルの小雨であっても、その衝突を的確に検出することができる。
【０１２０】
（付着した雨滴の大きさの推定方法）
次に、雨滴の大きさの推定方法について説明する。本方法は、検出面に付着した後の水滴等の動きを詳しく分析することによりなされたものである。まず、上述した光学機構からの信号において、以下のように、その信号ゆらぎの検出、その変化パターンの検出、および、付着物の判断処理について詳しく解析した。
【０１２１】
まず大きな雨滴と小さな雨滴の場合を解析した。大きな雨滴が検出面に付着した場合、付着後の挙動は図１２（ａ）に示すように、信号パターンが大きく変動しており、動きが収まるまでに時間を要していることがわかる。
【０１２２】
一方、小さな雨滴の場合（図１２（ｂ））は、信号パターンの変動は小さく、動きが収まるまでの時間も短い。
【０１２３】
大きな雨滴は、検出面付着後のゆらぎが比較的大きく、そのゆらぎが収まるまでに比較的長い時間を要し、一方、小さな雨滴は、検出面付着後のゆらぎが比較的小さく、そのゆらぎは比較的短い時間で収まる。この物理現象は自然法則に従って理解できる。例えば、雨滴のゆらぎを抑える力としては、表面張力、内部摩擦力、検出面との境界摩擦力などがあり、雨滴の場合、特に表面張力の影響が大きいと考えることができる。表面張力は表面積の大きさに反比例する力と捉えることができる。一方、雨滴のゆらぎを維持する力としては、慣性力、風などの外圧力などがある。慣性力は質量つまり雨滴の体積に比例する力と捉えることができ、風などの外圧力は表面積の大きさに比例する力と捉えることができる。結局、小さな雨滴は、大きな雨滴に比べ、ゆらぎを抑える表面張力の影響が大きく働き、かつ、ゆらぎを維持する慣性力が小さく、外圧力も小さい。結局、小さな雨滴は大きな雨滴に比べて、そのゆらぎが収まる時間が短いといえる。
【０１２４】
本発明者らは、この点に着目して、信号パターンを認識し、識別することで、検出面の状況に関する情報を得ることを考えた。
【０１２５】
なおこのようなパターン認識には、通常多くのハードウエア資源を要してしまう。そこで本方法は、少ないハードウエア資源でも、信号パターンの認識を可能とするようにしたものである。
【０１２６】
以下に、検出部２８の処理内容の一例について説明する。大きな雨滴と小さな雨滴の場合を例にして、説明する。
【０１２７】
まず、信号のゆらぎの長さの変化パターンを検出し、付着物を判断する処理を説明する。
【０１２８】
まず、入力信号に対して予め設定された複数の値で区分された複数のセグメントを設定しておく。サンプリング信号の並びにおいて、同一セグメントに属する信号が連続している部分があれば、それら連続している信号を圧縮して、記憶する。
【０１２９】
このとき、予め、想定する検出対象が起こす１つのイベント（検出対象が雨滴なら雨滴一滴が検出面上で起こす変化の始まりから終わり）の所定時間を定めておくとよい。例えば、圧縮前のサンプリング信号数（Ｎ0）と圧縮後のサンプリング信号数（Ｎ）から圧縮率を求める。この圧縮率から前記雨滴信号の特徴を推定することができる。ここで圧縮率を、（Ｎ0−Ｎ）／Ｎ0と定義すれば、例えば、圧縮率が大きいときは雨滴が小さく、一方、圧縮率が小さいときは雨滴が大きい、と推定すればよい。大きな雨滴であれば、検出面に付着後のゆらぎが大きく、図１２（ａ）に示したように信号のゆらぎも大きいので、信号の並びにおいて信号があまり圧縮されない。一方、小さな雨滴であれば、検出面に付着後のゆらぎが小さく、図１２（ｂ）に示したように信号のゆらぎも小さく、速やかに一定範囲に収まるので、信号の並びにおいて信号が効率的に圧縮されるからである。
【０１３０】
なお上記の所定時間は、検出を想定する検出対象物のゆらぎが、収束するのに必要な時間とすればよい。
【０１３１】
このように信号の圧縮を行うと、保持すべきデータ量が圧縮されるのでメモリー資源の使用が少なくてすむという利点がある。
【０１３２】
なお前記圧縮率も算出された数値として扱うのではなく、取り得る値が決まっているので、ラベル符号を割り当てて、このラベル符号で扱うことによって、さらにデータ量が圧縮されるのでメモリー資源を節約することができる。
【０１３３】
以上は、圧縮率を利用した信号のゆらぎの長さの変化パターンから付着物を判断する処理である。
【０１３４】
次に、信号のゆらぎの大きさの変化パターンを検出し、付着物を判断する処理を説明する。
【０１３５】
すなわち、図１２（ａ）に示したように、大きな雨滴の場合は、信号パターンは大きく変動し、セグメントをまたがる変化も多く、また全体として信号レベルの回復の度合が大きい。
【０１３６】
一方、小さな雨滴の場合（図１２（ｂ））は、信号パターンの変動は小さく、セグメントをまたがる変化が少なく（特に減少することはまれである）、また全体として信号レベルの回復の度合も小さい。
【０１３７】
そこで、サンプリングされた信号の並びにおいて、あるセグメントから他のセグメントに変化する個所がある場合、所定時間あたりの当該変化の回数と、増加と減少の方向をメモリーする。予め定められた１つのイベントの所定時間内に、上記変化した回数と、増加と減少の方向とから、前記雨滴信号の特徴量づけを行うことができる。
【０１３８】
例えば、セグメントをまたがる変化をした回数が多く、増加と減少が多く混在しており、全体として信号レベルの回復の度合が大きい場合は、大きな雨滴の場合と推定できる。
【０１３９】
一方、セグメントをまたがる変化をした回数が少なく、増加と減少も少なく、全体として信号レベルの回復の度合が小さい場合は、小さな雨滴と推定できる。
【０１４０】
以上は、信号のゆらぎの大きさの変化パターンから付着物を判断する処理である。
【０１４１】
さらに、雨滴の付着の瞬間における信号の減少の度合いも、雨滴の大きさの推定に用いることができる。
【０１４２】
図１２（ａ），（ｂ）から明らかなように、減少の度合いが大きいと雨滴も大きく、減少の度合いが小さいと雨滴も小さいと推定できる。
【０１４３】
この場合も、減少の度合いを数値そのもので評価するのではなく、入力信号をセグメント化し、評価すれば、必要なメモリーを少なくすることができる。なお各セグメントには、ラベル符号を付与しておくとよい。
【０１４４】
（信号のゆらぎの変化パターンの評価）
以下に、本方法の特徴である信号のゆらぎの変化パターンの評価について、詳しく説明する。
【０１４５】
（セグメント化処理）
図１３（ａ）は、雨滴が検出面に付着した際の信号パターンの典型的な一例である。
【０１４６】
まず、パターンの認識処理に先立って、信号値に対してセグメントを設けて置く。各セグメントには、ラベル符号を付与しておくとよい。
【０１４７】
つぎに信号値軸と時間軸のマトリクスにおいて、各セグメントで区切られたブロック（タイル）を考える。入力された信号パターンが通過するブロックを用いて、パターンの認識処理を行う。
【０１４８】
（信号のゆらぎの長さの変化パターン）
信号のゆらぎの長さを評価する手段として、データの圧縮、圧縮率の算出、圧縮率に基づく信号のゆらぎの変化パターンの評価、付着物の判定について、具体的に説明する。
【０１４９】
入力された信号パターンが通過したセグメントが時間軸方向に連続しているときは、先頭のセグメントに後続のセグメントを積み重ねていく。このことは、同一セグメントで連続するタイルを先頭のタイルに積み重ねると理解されても良い。このようにして、信号の並びにおいて、同一セグメントに属する信号が連続している部分があれば、それら連続している信号を圧縮する。図１３（ｂ）に、これをモデル化した図を示す。
【０１５０】
例えばこの図では、時間軸上で１６セグメントあったサンプリング信号が６セグメントのサンプリング信号に圧縮されたことになる。
【０１５１】
つぎに、圧縮率を求める方法について説明する。
【０１５２】
図１３（ａ）の信号パターンでは、上述したように、時間軸上で１６セグメントのサンプリング信号が６セグメントのサンプリング信号に圧縮されている。
【０１５３】
ここで、雨滴の付着時の現象を考えることにする。雨滴の付着した瞬間に、信号の急激な減少が観察される。
【０１５４】
そこで、急激な信号の減少をイベントの開始とし、それから所定の時間内における圧縮を考えてもよい。例えば図１３の場合、所定時間を１〜Ｆまで１５セグメントの期間とすれば、それが５セグメントのサンプリング信号に圧縮されたことになる。つまり、圧縮率は、（１５−５）／１５＝０．６７となる。
【０１５５】
図１４に、小さな雨滴の場合の信号パターンと、その信号をセグメント化処理した例を示す。また、図１５には、大きな雨滴の場合の信号パターンと、その信号をセグメント化処理した例を示す。
【０１５６】
図１４の例では、時間軸上で１５セグメントのサンプリング信号が２セグメントのサンプリング信号に圧縮されたことになる。つまり、圧縮率は、（１５−２）／１５＝０．８７となる。
【０１５７】
図１５の例では、時間軸上で１５セグメントのサンプリング信号が６セグメントのサンプリング信号に圧縮されたことになる。つまり、圧縮率は、（１５−６）／１５＝０．６となる。
【０１５８】
続いて、上述のようにして求めた圧縮率から、検出された雨滴信号に関する特徴は以下のようである。
【０１５９】
上述した図１４と図１５の比較から明らかなように、大きな雨滴が検出面に付着した場合、その動きが収まるまでに時間を要しており、信号の圧縮率は比較的小さい。一方、小さな雨滴の場合は、その動きが収まるまでの時間が短いので、信号の圧縮率は比較的大きい。
【０１６０】
例えば、表１に示すようなテーブルを用いて各雨滴信号に対して、雨滴の特徴と関連づければよい。
【０１６１】
【表１】
前記圧縮率から、上記表１に基づき、各雨滴の大きさを推定することができる。さらに具体的な雨滴の大きさを求めるには、具体的な測定方法において実験的に換算係数を求めるとよい。
【０１６２】
（付着後における信号のゆらぎの大きさの変化パターン）
次に、信号のゆらぎの大きさの変化パターンを評価する手段として、セグメントをまたがる信号の変化の回数の検出、変化増減方向および変化量の算出、変化方向および変化量に基づく信号のゆらぎの変化パターンの評価、付着物の判定について、具体的に説明する。
【０１６３】
図１３（ａ）に示したように、入力信号は、時間軸上の第６，第７，第８、および第Ｅ番目のセグメントのサンプリング信号において、先行するセグメントのサンプリング信号よりその信号値が１セグメント増加している。つまり信号値のセグメントをまたがる変化回数は、４回で、変化量は４セグメント増加している。また変化の増減の方向は、増加のみで４回である。
【０１６４】
同様に図１４では、信号値のセグメントをまたがる変化回数が１回で、変化量は増加が１セグメントである。また変化の増減の方向は、増加のみで１回である。
【０１６５】
また図１５では、信号値のセグメントをまたがる変化回数が５回で、変化量は増加が４セグメントで、減少が１セグメントである。また変化の増減の方向は、増加が４回で、減少が１回である。
【０１６６】
信号値のセグメントをまたがる変化回数が多いことは、雨滴が大きいと推定され、逆に変化回数が少ないことは、雨滴が小さいと推定される。
【０１６７】
その変化量において、増加が大きいことは雨滴が大きいと推定され、逆に増加が小さいことは雨滴が小さいと推定される。
【０１６８】
またその変化の増減の方向において、減少が存在することは、雨滴が大きいと推定され、減少が存在しないことは、雨滴が大きくないと推定される。
【０１６９】
以上のような基本的な性質を踏まえて、表２に示したテーブルに基づき、付着後の信号パターンの変化量から、雨滴の大きさを推定することができる。さらに、具体的に雨滴の大きさを推定するには、具体的な測定方法において実験的に換算係数を求めるとよい。
【０１７０】
【表２】
【０１７１】
（付着時における信号の変化量）
さらに、雨滴の付着時に関して、信号パターンの変化量の評価について説明する。
【０１７２】
図１４では、時間軸上で第１セグメントのサンプリング信号から第２セグメントのサンプリング信号において、その信号値が２セグメント低下している。
【０１７３】
同じく図１５では、時間軸上で第１セグメントのサンプリング信号から第２セグメントのサンプリング信号において、その信号値が５セグメント低下している。
【０１７４】
雨滴の付着時の入力信号について、信号値のセグメントをまたがる変化量（低下量）と雨滴の大きさを、表３に示した対応テーブルに基づいて、推定することができる。さらに、具体的に雨滴の大きさを推定するには、具体的な測定方法において実験的に換算係数を求めるとよい。
【０１７５】
【表３】
なお、付着時および付着後における信号の変化回数を求める構成では、上述したデータ圧縮において圧縮されたサンプリング信号のセグメント数を別に求める必要がなくなる。
【０１７６】
すなわち、付着時の信号低下を変化回数に含めて、付着後における信号の変化回数との合計が、圧縮後のサンプリング信号のセグメント数に相当するからである。表４に図１３〜１５における変化回数と圧縮後のサンプリング信号のセグメント数を示した。この変化回数の数値を、上述した圧縮率の算出に利用することができる。
【０１７７】
【表４】
【０１７８】
（信号のゆらぎの長さおよび大きさの変化パターンを組み合わせた例）
以下に、上記の圧縮率を用いた信号のゆらぎの長さに基づく評価、および、上記の信号の変化方向と変化量を用いた信号のゆらぎの大きさに基づく評価の双方を用いた検出装置について説明する。この検出装置では、図３に示したハードウエアからの信号を、図１６に示すステップを実現するソフトウエアにて制御し、検出動作を行っている。
【０１７９】
ウインドシールドに設けられた検出装置の検出面に、小粒・中粒・大粒の雨滴が付着したときの信号パターンの実例を、図１７〜図１９にそれぞれ示す。まず、縦軸は出力電圧を示しており、１ドットが４．８８mVに相当する。横軸は時間軸を示しており、１ドットが０．５mSecに相当する。
【０１８０】
なお、小粒の雨滴は付着時の雨滴径で約７mmの場合の例であり、中粒の雨滴は付着時の雨滴径で約９mmの場合の例であり、大粒の雨滴は同じく雨滴径で約１１mmの場合の例である。
【０１８１】
図１７〜図１９に示した例では、図示しやすくするために、横軸である時間軸は５０ドット（２５mSec）単位にセグメント化している。また縦軸である出力電圧は、２０ドット（９７．６mV）単位にセグメント化している。この信号チャートから各特徴量を求め、それを表５にまとめた。
【０１８２】
【表５】
表５から分かるように、雨滴の大きさと圧縮率、さらには雨滴の大きさと変化回数、増加の変化量、増減の方向、変化量から特徴づけられる特徴量には、ある関係が認められる。
【０１８３】
この関係を基にして、算出した圧縮率や特徴量から、付着した雨滴の大きさを推定することが可能であることが分かる。
【０１８４】
図１６に示したステップのように、圧縮率や特徴量の評価・判断を行い、その結果に基づいて雨滴の大きさを推定する。さらに、雨滴の大きさを判断材料の１つとしてワイパー制御（例えば、間欠時間）を決定するとよい。
【０１８５】
さらに付着した雨滴の「ゆらぎ」という概念で一元化し、評価することもできる。その傾向は表６に示したような関係を有している。このゆらぎの大きさと長さによって、付着した雨滴の大きさを推定し、ワイパー制御に用いてもよい。そのステップの一例を図５に示す。
【０１８６】
【表６】
図５に示したように、圧縮率や特徴量から雨滴のゆらぎの大きさを決定し、そのゆらぎの評価・判断を行い、その結果を判断材料の１つとしてワイパー制御（例えば、間欠時間）を決定するとよい。
【０１８７】
例えば、ゆらぎが大きく長いということは一般に雨粒が大きく、強い雨が降っていることを意味するので、その場合は間欠時間をより短くするとか、ワイパーの駆動速度を速くするなどの制御を行うとよい。
【０１８８】
一方、ゆらぎが小さく短いということは一般に雨粒が小さく、弱い雨が降っていることを意味するので、その場合は間欠時間をより長くするとか、ワイパーの駆動速度を遅くするなどの制御を行うとよい。
【０１８９】
ところで上述の説明では、理解を容易にするために、信号圧縮については、雨滴等の付着を起点として、あるイベントを考えていた。
【０１９０】
しかし、実際の検出装置やワイパー制御装置においては、適当な時間間隔で払拭要求信号を出力する必要があるので、雨滴等の付着を起点とはせずに、ある一定の時間間隔でデータの圧縮を考えるとよい。具体的には、５０〜１００mSec単位で処理するとよい。
【０１９１】
なおここで、はね上げ水と霧が付着した場合の信号パターンの例を、図２０と図２１に示す。はね上げ水とは、例えば対向車が水たまりの水をはね上げて、その水がウインドシールドにかかったようなものをいい、このときは検出面が全面的に濡れるような場合である。
【０１９２】
なお、霧は雨滴径で約０．５mm以下の場合の例である。この２つの例においても、図１７〜図１９と同様に、時間軸：５０ドット単位、出力電圧：２０ドット単位にセグメント化してみた。
【０１９３】
まず、はね上げ水の例では、１つのセグメント内で信号が上下しており、このままでは、信号パターンを正しく評価・分析することはできない。
【０１９４】
また、霧の場合は出力軸の変化量が小さいので、上記の単位でセグメント化してしまうと、霧の付着がうまくとらえられていない。
【０１９５】
以上の状況から、信号パターンの処理において、適当なセグメント化の単位があることが分かる。また、時間セグメントについては、検出装置として適当な時間間隔で払拭要求信号を出力する必要があることも考慮する必要がある。
【０１９６】
なお上述の説明では、図解するために、上述した単位でセグメント化を行った。しかし実際には、ソフトウエアで処理しているので、もっと細かなセグメント化が可能であり、一具体例としては、時間セグメントは１ドット（０．５mSec）単位に短くし、出力電圧は４ドット（１９．５２mV）単位にセグメント化するとよい。
【０１９７】
このように、時間セグメントを１ドット単位に短くし、出力電圧は４ドット単位にセグメント化すれば、このはね上げ水と霧が付着した場合でも、十分に信号パターンを正しく評価・分析することが可能となる。
【０１９８】
この検出装置では、具体的には日立製作所製のＣＰＵ（Ｈ８Ｓ／２１３４，クロックスピード２０MHz）と４kBのメモリーの、少ないハードウエア資源で、本発明による雨滴等の検出および推定を可能としている。
【０１９９】
なお、上記説明において、時間軸上の処理単位として時間セグメント（例えば１ドット０．５mSec単位）、信号軸上の処理単位として信号値セグメント（例えば４ドット１９．５２mV単位）を用いたが、本発明の技術思想上、必ずしもこれらセグメント単位を用いる実施形態に限定される必要はない。例えば、時間軸上の処理単位として１サンプリング周期の任意の整数倍の時間、信号値軸上の処理単位として１量子化単位の任意の整数倍の値を用いることも可能である。
【０２００】
以上に、本発明の雨滴の大きさの推定方法を説明してきたが、本発明による方法は、以下のような形で把握することもできる。
【０２０１】
第１例の検出装置は、発光手段から発せられた光を透明板に導入し、前記透明板の検出面にて反射させ、該反射光を受光素子で受光して検出面の状態を検出する検出装置において、前記受光素子からの信号をサンプリングするサンプリング部と、前記受光素子からの信号のゆらぎを検出するゆらぎ検出部と、前記ゆらぎ検出部が検出した前記信号のゆらぎの変化パターンから前記付着物を判断する判断部を備えることを特徴とする検出装置である。
【０２０２】
上記構成により、検出面上に付着した付着物を通して得た受光素子の信号の動的なゆらぎによって間接的に付着物の動的なゆらぎを検出することができ、さらに、その信号のゆらぎの変化パターンによって間接的に付着物の物性により決まる付着物のゆらぎの変化パターンを検出し、付着物が何であるか、付着物がどのような状態であるかを判断することができる。
【０２０３】
上記検出装置は以下のように構成することができる。
【０２０４】
第２例として、上記第１例の検出装置において、前記ゆらぎ検出部が、前記信号のゆらぎを検出してから当該信号のゆらぎの大きさが所定の大きさに減衰したことを検出するまでの信号のゆらぎの時間を検出する手段を備え、前記判断部が用いる前記信号のゆらぎの変化パターンを、前記ゆらぎ検出部が検出した前記信号のゆらぎの時間の変化パターンとすることができる。
【０２０５】
上記構成によれば、信号のゆらぎの長さによって間接的に付着物のゆらぎの長さを検出することができる。例えば、付着物を雨滴とすると、その物性として雨滴が大きいほどゆらぎが長く持続するので、検出したゆらぎの長さから雨滴の大きさを推定することができる。
【０２０６】
次に、第３例として、上記第１例の検出装置において、前記ゆらぎ検出部が、前記信号のゆらぎの大きさを検出する手段を備え、前記判断部が用いる前記信号のゆらぎの変化パターンを、前記ゆらぎ検出部が検出した前記信号のゆらぎの大きさの変化パターンとすることができる。
【０２０７】
上記構成によれば、信号のゆらぎの大きさによって間接的に付着物のゆらぎの大きさを検出することができる。例えば、付着物を雨滴とすると、その物性として雨滴が大きいほどゆらぎが大きいので、検出したゆらぎの大きさから雨滴の大きさを推定することができる。
【０２０８】
さらに、上記検出装置を以下のように構成することができる。
【０２０９】
第４例として、上記第２例の検出装置において、入力信号に対して予め設定された複数の値で区分された複数のセグメントが設定されており、前記ゆらぎ検出部が、前記信号のゆらぎの時間を検出する手段として、前記サンプリングされた信号の並びにおいて、同一セグメントに属する信号が連続している部分があれば、それら連続している信号を圧縮する手段と、前記圧縮手段による圧縮前のサンプリング信号数と圧縮後のサンプリング信号数から圧縮率を求める手段を備え、前記判断部が、前記圧縮率を前記信号のゆらぎの時間の変化パターンを表わすものとして用い、前記検出面の状態を判断する構成である。
【０２１０】
上記構成により、信号のゆらぎの長さを検出できる。また、サンプリング信号の並びにおいて、実質的な変化のない信号部分のデータ量を効果的に削減することができる。さらに、検出処理において必要な信号部分のデータは圧縮されないので、検出精度を低下させることはない。
【０２１１】
また、第５例として、上記第３の検出装置において、入力信号に対して、予め設定された複数の値で区分された複数のセグメントが設定されており、前記ゆらぎ検出部が、前記信号のゆらぎの大きさを検出する手段として、前記サンプリングされた信号の並びにおいて、あるセグメントから他のセグメントに変化する個所がある場合、所定時間あたりの当該変化の回数を求める手段と、前記変化の増減の方向およびその変化量を求める手段を備え、前記判断部が、前記回数、前記方向および変化量を前記信号のゆらぎの大きさの変化パターンを表わすものとして用い、前記検出面の状態を判断する構成である。
【０２１２】
上記構成により、信号のゆらぎの大きさを検出することができる。サンプリング信号の並びにおいて、検出面上の状態の変化を示す実質的な信号変化部分のみに注目し、当該変化の解析を通じて検出面上の状態の変化を捉えることができる。
【０２１３】
また、上記検出装置の構成を組み合わせることも可能である。
【０２１４】
第６例として、上記第１例の検出装置において、入力信号に対して予め設定された複数の値で区分された複数のセグメントが設定されており、前記ゆらぎ検出部が、前記サンプリングされた信号の並びにおいて、同一セグメントに属する信号が連続している部分があれば、それら連続している信号を圧縮する手段と、前記圧縮手段による圧縮前のサンプリング信号数と圧縮後のサンプリング信号数から圧縮率を求める手段を備え、当該圧縮率により前記信号のゆらぎを検出してから当該信号のゆらぎの大きさが所定の大きさに減衰したことを検出するまでの信号のゆらぎの時間を検出し、さらに、前記ゆらぎ検出部が、前記サンプリングされた信号の並びにおいて、あるセグメントから他のセグメントに変化する個所がある場合、所定時間あたりの当該変化の回数を求める手段と、前記変化の増減の方向およびその変化量を求める手段を備え、当該変化の増減の方向およびその変化量により前記信号のゆらぎの大きさを検出し、前記判断部が用いる前記信号のゆらぎの変化パターンを、前記ゆらぎ検出部が検出した前記信号のゆらぎの時間の変化パターンとし、前記判断部が用いる前記信号のゆらぎの変化パターンを、前記ゆらぎ検出部が検出した前記信号のゆらぎの大きさの変化パターンとする構成である。
【０２１５】
上記構成により、信号のゆらぎの長さと信号のゆらぎの大きさを検出できる。また、サンプリング信号において、実質的な変化のない信号部分のデータ量を効果的に削減することができ、検出処理において必要な信号部分のデータは圧縮されないので、検出精度を低下させることはない。さらに、サンプリング信号の並びにおいて、検出面上の状態の変化を示す実質的な信号変化部分のみに注目し、当該変化の解析を通じて検出面上の状態の変化を捉えることができる。
【０２１６】
なお、第７例として、上記いずれかの検出装置において、前記受光素子からの信号のノイズを除去する手段を備える構成とすれば、ノイズの影響を除去し、精度の高い検出処理を行なうことができる。
【０２１７】
また、前記ノイズを除去する手段に入力される信号が、予めスパイク性のノイズが除去されている信号であれば、ノイズ除去の精度が向上する。
【０２１８】
前記ノイズを除去する手段の一例としては、順次入力される信号の所定のサンプル数を平均化して行われる手段が挙げられる。
【０２１９】
また、上記第１から第３例のいずれかの検出装置において、検出対象を液滴とすることができる。例えば、雨滴、水あるいは霧雨のいずれかなどである。
【０２２０】
このような雨滴の大きさの推定方法によれば、発光手段から発せられた光を検出面で反射し、該反射光を受光素子で受光して検出面の状態を検出する検出装置において、信号のゆらぎの変化パターンを検出し、当該変化パターンを解析することにより、付着物を検出することができる。信号のゆらぎの変化パターンとして、信号のゆらぎの大きさ、信号のゆらぎの長さを用いることができる。
【０２２１】
また、信号のゆらぎの時間的な長さを評価し、受光素子からのサンプリング信号について、信号の並びにおいて、同一セグメントに属する信号が連続している部分があれば、それら連続している信号を圧縮し、さらに圧縮率を求めている。この圧縮率は、付着した雨滴の挙動を反映しているので、より的確に付着した雨滴の状態を推定することができる。
【０２２２】
さらに、信号のゆらぎの大きさを評価し、前記サンプリング信号について、変化回数、変化の増減の方向、およびその変化量を求めている。これらのパラメータは、付着した雨滴の挙動を反映しているので、より的確に付着した雨滴の状態を推定することができる。
【０２２３】
また、さらに、前記サンプリング信号について、変化回数、変化の増減の方向、およびその変化量から、一元的に雨滴の大きさに関する特徴量を求めている。この一元的な特徴量も付着した雨滴の挙動を反映しているので、より簡単なロジックで検出面の状態を推定し、ワイパー制御に利用することができる。
【０２２４】
さらには付着後の雨滴のゆらぎにて一元的に雨滴の大きさに推定してもよい。このため、より簡単なロジックで検出面の状態を推定し、ワイパー制御に利用することも可能である。
【０２２５】
またさらに、簡単なロジックにて検出面の状態を推定することができるので、高速処理が容易となる。またハードウエア資源に関しても、あまり多くを必要としない検出装置とすることができる。
【０２２６】
【発明の効果】
本発明によれば、検知面に付着した雨滴の付着量と、検知面に付着した雨滴の大きさとに基づいて降雨状況を推定することができ、それぞれの降雨状況に即して適切なワイパー動作（払拭速度，間欠時間等）を実現することができる。
【０２２７】
また、本発明によれば、ワイパーの高速払拭動作が必要か否か判別できる。特に、高密度の雨滴状況下において、ワイパーの高速払拭動作の必要性を判別できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】雨滴の付着量と雨滴の大きさとの概念的な関係を示す図である。
【図２】光学機構を説明する図である。
【図３】ワイパー制御装置全体の構成を示した図である。
【図４】雨滴の検出ステップを説明する図である。
【図５】本発明による信号処理のステップを説明する図である。
【図６】判断部の処理を説明するフローチャートである。
【図７】雨滴検出方法の測定原理を説明する図である。
【図８】デジタルフィルタを説明する図である。
【図９】雨滴の衝突時における信号、および処理した信号を示す図である。
【図１０】小雨時における信号を示した図である。
【図１１】検出装置のノイズレベルを示す図である。
【図１２】雨粒の大きさの違いによる信号パターンの例を示す図である。
【図１３】本発明による信号処理をモデル的に説明する図である。
【図１４】本発明による信号処理をモデル的に説明する図である。
【図１５】本発明による信号処理をモデル的に説明する図である。
【図１６】本発明による信号処理のステップを説明する図である。
【図１７】小粒の雨滴の信号パターンを説明する図である。
【図１８】中粒の雨滴の信号パターンを説明する図である。
【図１９】大粒の雨滴の信号パターンを説明する図である。
【図２０】はね上げ水の信号パターンを説明する図である。
【図２１】霧の信号パターンを説明する図である。
【符号の説明】
２ ウィンドシールドガラス
３ 検出対象面
１０ 発光素子
１１ プリズムガラス
１２ 受光素子
１３ 水滴
２０ ハードウェア部分
２１ ソフトウェア部分
２２ 駆動回路
２３ モニター用受光素子
２４ モニター用検出回路
２５ 信号検出回路
２６ 増幅回路
２７ Ａ／Ｄコンバータ
２８ 検出部
２９ 判断部
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワイパー制御方法、およびワイパー制御装置に関する。特に、様々な降雨状況を識別し、それぞれの降雨状況に応じてワイパー払拭動作を適切に制御することができるワイパー制御方法、およびワイパー制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来例として、光学方式を用いて降雨を検出する装置が数多く提案されている（例えば、特開平１０−１８６０５９号）。この装置は、例えば、発光素子から発せられた光をウィンドシールドガラスに導入させ、前記ウィンドシールドガラスの検知面にて反射させ、この反射した光を受光素子で受光して雨滴の検出を行う。このような検出装置を用いてワイパーの動作を制御するためには、一定の基準にしたがってワイパーの払拭動作を制御する必要がある。
【０００３】
理想的には、ドライバーが払拭したいタイミングおよび速度で払拭するように制御するのがよい。しかしながら、「払拭したいタイミングおよび速度」は、個々のドライバーの感性にしたがう部分が多く、主観的で個人差が大きい。したがって、これに基づいて一律の基準を設定することは非常に困難である。
【０００４】
これに対して、ウィンドシールドガラスへの雨滴の付着、あるいは付着個数は、客観的な事象として捕らえることができるので、絶対的な判断基準の一つとなり得る。例えば、本発明者らは、特開２００１−１８０４４７公報において、検知面への雨滴の動的な付着を捕らえることができる技術を開示している。この技術によれば、検知面の汚れ，温度変化による受光素子の特性変化等が発生した場合にも、精度良く雨滴の付着を検出可能である。
【０００５】
また、検出された雨滴の付着個数（または付着量）を判断基準として、例えば以下の制御を行うことができる。所定時間あたりの雨滴の付着個数が多ければワイパーの間欠時間を短くし、個数が少なければ間欠時間を長くする。同様に、個数が多ければ払拭速度を速くし、個数が少なければ払拭速度を遅くする。このような制御によれば、降雨が強くなるにつれて、より頻繁に、より高速でワイパーの払拭動作を行うことができる。したがって、降雨の増加に対する応答性がよく、特に、雨の降り始め等において有用である。しかしながら、以下の不都合を生じることがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
高密度の雨滴がウィンドシールドガラスに付着する場合には、検出される雨滴の付着個数が非常に多くなる。例えば、霧雨が付着する場合、先行車の巻き上げ水が付着する場合、または大粒径の雨粒がウィンドシールドガラスに衝突して弾け、多数の小雨滴が発生する場合である。付着個数の観点から見ると、これらの場合は大雨の場合と区別できない。したがって、上記の制御によれば、強い雨が降っていないにもかかわらず、大雨と同様のワイパー払拭動作を行ってしまうことになる。このような状況では、雨滴の付着個数に基づいてワイパーの制御を行った場合、不必要な払拭を発生させてしまうことがある。
【０００７】
次に、大粒の雨が少量降っている場合には、検出される雨滴の付着個数は少なくなる。この降雨状況においては、比較的短い時間でドライバーの視界が悪くなるため、短い間欠時間での払拭が必要とされる。しかしながら、上記の制御によればワイパーの払拭速度が遅くなり、間欠時間が長くなってしまうことになる。このような状況では、雨滴の付着個数に基づいてワイパーの制御を行った場合、必要な払拭を得られないことがある。
【０００８】
そこで本発明は、様々な降雨状況を識別し、識別したそれぞれの降雨状況に応じて適切な払拭速度，間欠時間等となるようにワイパー動作を制御するワイパー制御方法、およびワイパー制御装置の提供を目的とする。
【０００９】
また、ハードウェア資源をあまり必要とせずに、上記の制御を行うワイパー制御方法、およびワイパー制御装置を提供する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、所定時間あたりに検知面に付着する雨滴の付着量を検出し、検知面に付着した雨滴の大きさを推定し、検出した雨滴の付着量と、推定した雨滴の大きさとに基づいて降雨状況を推定し、ワイパーの払拭動作を的確に制御する。ここで、雨滴の付着量として、検知面への雨滴の付着個数を用いると好適である。
【００１１】
本発明者らの分析により、ウィンドシールドガラスへの雨滴の付着量と、付着した雨滴の大きさとに基づいて、ウィンドシールドガラスへの雨滴の付着状況を判別し、降雨状況を推定できるという知見を得た。すなわち、検知面へ付着した雨滴の量と大きさとに基づいて、雨滴が、ウィンドシールドガラス上に、どの程度の大きさで付着しているのか、どの程度の量付着しているのか判別する。
【００１２】
ここで、ウィンドシールドガラスに付着した雨滴の付着量と推定される雨滴の大きさとの概念的な関係を図１に示す。雨滴の付着量が多く、雨滴の大きさが比較的大きい場合には、大きい雨滴が多量に付着していると判別される（図１中のＡ）。雨滴の付着量が多く、雨滴の大きさが比較的小さい場合には、小さい雨滴が多量に付着していると判別される（図１中のＢ）。雨滴の付着量が少なく、雨滴の大きさが比較的大きい場合には、大きい雨滴が少量付着していると判別される（図１中のＣ）。雨滴の付着量が少なく、雨滴の大きさが比較的小さい場合には、小さい雨滴が少量付着していると判別される（図１中のＤ）。
【００１３】
そして、例えば、大きい雨滴が多量に付着していると判別される場合には、強い雨が連続して降っていると推定できる。小さい雨滴が多量に付着していると判別される場合には、高密度の弱い雨が降っていると推定できる。大きい雨滴が少量付着していると判別される場合には、大粒の雨がまばらに降っていると推定できる。小さい雨滴が少量付着していると判別される場合には、弱い雨がまばらに降っていると推定できる。本発明は、このような知見に基づくものである。
【００１４】
当然のことながら、それぞれの降雨状況に即して適切な払拭速度，間欠時間でワイパーを動作させることが望ましい。本発明によれば、より細かく降雨状況を推定できるので、降雨状況に即して、より適切なワイパー動作を実現することができる。
【００１５】
具体的には、本発明は、発光素子から発せられた光を、車両のウィンドシールドガラスのワイパー払拭領域の一部に設けられた検知面で反射させ、前記反射光を受光素子で受光して前記検知面の状態を検出することにより、前記ワイパーを制御する方法であって、（ａ）前記受光素子の出力信号から遅れ信号を生成し、前記受光素子の出力信号と前記遅れ信号との差分を求め、前記差分の発生を検出することにより、前記検知面へ付着した所定時間当たりの雨滴の個数を検出し、（ｂ）前記検出された雨滴の個数に基づいて、前記ワイパーの払拭動作を決定し、（ｃ）前記検知面への雨滴の付着時または付着後の前記受光素子の出力信号の変化パターンを評価することにより、前記検知面に付着した雨滴の大きさを推定し、（ｄ）前記推定された雨滴の大きさに基づいて、前記決定されたワイパーの払拭動作を調整する制御を行う、ワイパー制御方法を含む。
【００１６】
さらに、上記方法の発明は、装置の発明としても成立する。また、上記発明は、ワイパーの制御装置やコンピュータやマイクロコンピュータに所定の機能を実現させるプログラムまたはそのプログラムを記録した記録媒体としても成立する。
【００１７】
また、本明細書における手段は、ハードウェア、ソフトウェアまたはハードウェアおよびソフトウェアの組み合わせにより実現可能である。ハードウェアおよびソフトウェアの組み合わせによる実行は、例えば、所定のプログラムを有するコンピュータにおける実行が該当する。
【００１８】
そして、１つの手段が有する機能が２つ以上のハードウェア、ソフトウェアまたはハードウェアおよびソフトウェアの組み合わせにより実現されても、２つ以上の手段の機能が１つのハードウェア、ソフトウェアまたはハードウェアおよびソフトウェアの組み合わせにより実現されても良い。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、以下の項目にしたがって順次説明していく。
・本発明に用い得る光学機構
・ワイパー制御装置の構成
・検出部の処理
・判断部の処理
・検知面への雨滴の付着の検出方法
・付着した雨滴の大きさの推定方法
【００２０】
（本発明に用い得る光学機構）
まず、本発明に用い得る基本的な光学機構について説明する（図２を参照）。
【００２１】
図２に示すように、例えばＬＥＤ等の発光素子１０から発せられた光は、プリズムガラス１１等を通じて、水滴の検出を行うべき透明性基板であるガラス基板（ウィンドシールドガラス）２に導かれる。導かれた光は、検出対象面３にて全反射し、前記プリズムガラス１１を通じて、例えばフォトダイオード等の受光素子１２に入射する。
【００２２】
この図のワイパー制御装置では、水滴等の付着のない状態で、受光素子には最大の出力が発生するように配置構成されている。このとき、検出面に水滴等の付着１３があると、受光素子の出力は低下する。
【００２３】
（ワイパー制御装置の構成）
次に、ワイパー制御装置の構成を図３を参照して説明する。図３はワイパー制御装置全体の構成を示した図である。便宜上、ハードウェア部分２０とソフトウェア部分２１とに分けている。
【００２４】
発光素子１０は、５００Hz以上の周波数（キャリア周波数）のパルス波形で駆動されているとよい。また発光素子１０は温度により発光特性が変化するので、実際の発光光量を、モニター用受光素子２３とモニター用検出回路２４を用いてモニターしておくことが好ましい。さらにモニター結果をフィードバックしながら、発光素子１０を駆動回路２２で駆動することが好ましい。
【００２５】
受光素子１２に光が入射することによって、出力信号が発生する。このとき信号は、発光素子を駆動時のキャリア波形を含んでいるので、まず信号検出回路２５にかけて、実信号のみを取り出す。
【００２６】
また通常得られる受光素子では、あまり大きな出力の信号を得ることができないことが多いので、受光素子からの信号は増幅回路２６にて増幅されることが好ましい。
【００２７】
続いて当該信号は、Ａ／Ｄコンバータ２７に入力されて、デジタル変換される。このとき、Ａ／Ｄコンバータ２７のダイナミックレンジは、上述した光学機構の出力から適宜定められるとよい。
【００２８】
Ａ／Ｄコンバータ２７の出力信号を検出部２８に入力する。当該検出部２８は、入力された信号から、所定時間当たりの検知面への雨滴の付着量を検出する。また、検出部２８は、入力された信号のゆらぎを検出し、信号のゆらぎの変化パターンから雨滴の大きさを推定する。
【００２９】
すなわち、検出部２８は、検知面への雨滴の付着量を検出する手段と、入力された信号のゆらぎを検出し、信号のゆらぎの変化パターンから雨滴の大きさを推定する手段とを有する。
【００３０】
また、検出部２８は、検知面への雨滴の動的な付着を検出し、その付着個数を積算する手段を備えてもよい。この場合には、積算された付着個数が付着量として用いられることとなる。さらに、検出部２８は、受光素子が受光する光量の低下度合による被覆率の変化に基づいて付着量を検出する手段を備えてもよい。
【００３１】
また、例えば、検出部２８が、信号のゆらぎの大きさを検出する手段を備えた構成であれば、入力された信号のゆらぎの大きさを検出することができる。また、検出部２８が、信号のゆらぎを検出してから当該信号のゆらぎの大きさが所定の大きさに減衰したことを検出するまでの時間を検出する手段を備えた構成であれば、入力された信号のゆらぎの長さを検出することができる。
【００３２】
また検出部２８は、検出した信号のゆらぎの変化パターンから雨滴の大きさを推定する。例えば上記例で言えば、信号のゆらぎの大きさの変化パターンを解析したり、信号のゆらぎの長さの変化パターンを解析して雨滴の大きさを推定する。
【００３３】
次に、検出部２８からの出力信号は判断部２９に入力される。判断部２９は、検出部２８が検出した検知面への雨滴の付着量と、検出部２８が推定した雨滴の大きさとから、検知面への雨滴の付着状況を判別して降雨状況を推定し、ワイパー動作を適切に制御する。
【００３４】
より具体的には、判断部２９は、検出部２８が積算した検知面への雨滴の付着個数に基づいてワイパーの払拭動作を決定し、この決定した払拭動作を、検出部２８が推定した雨滴の大きさに基づいて調整する。
【００３５】
判断部２９は、自動車制御用コンピュータ（図示しない）へ制御信号を送信して、自動車制御用コンピュータを介してワイパー動作を制御してもよい。また、ワイパー駆動用モータを直接制御してもよい。
【００３６】
なお、上記の検出部２８および判断部２９は、ソフトウエアにて構成することが可能である。
【００３７】
（検出部の処理）
次に、検出部２８の処理について、検知面へ付着した雨滴の付着量の検出処理と、検知面へ付着した雨滴の大きさの推定処理に分けて説明する。
【００３８】
（付着量の検出処理）
検知面への雨滴の付着量、特に付着個数を検出するためには、後に詳述するような、検知面への雨滴の動的な付着を検出する方法を用いることができる。ここでは、当該方法を用いる検出部２８の処理について説明する。なお、この方法は、本発明者らによって特開２００１−１８０４４７公報に開示されたものである。
【００３９】
検出部２８は、Ａ／Ｄコンバータ２７からの信号を受信して図４に示される処理を行う。なお、Ａ／Ｄコンバータ２７からの出力は、予めノイズカットフィルタに通され、スパイク性のノイズ等が除去される。
【００４０】
・〔ＬＰＦ１〕：量子化ノイズの除去
まずノイズカットフィルタからの出力は、さらにデジタルフィルタ１（ＬＰＦ１）に通され量子化ノイズ等が除去される。なお、フィルタ１からの出力（Ｆ１）は、入力された信号（ＤIN）に対する、１次遅れ信号と理解されてもよい。
【００４１】
・〔ＬＰＦ２〕：遅れ成分の生成
フィルタ１からの信号（Ｆ１）を、さらにデジタルフィルタ２（ＬＰＦ２）に入力する。このフィルタ２により、ノイズ除去された信号（Ｆ１）からその遅れ成分となる信号（Ｆ２）を発生させることができる。なお、フィルタ２からの出力（Ｆ２）は、入力された信号（ＤIN）に対する、２次遅れ信号と理解されてもよい。
【００４２】
・〔ＨＰＦ〕：差分の生成
つづいて、前記フィルタ１と前記フィルタ２からの２つの信号を、デジタルフィルタ３（ＨＰＦ）に入力して、前記Ｆ１とＦ２の差を求めて差分信号を発生させる。例えば、Ｆ２信号からＦ１信号を差し引けばよい。
【００４３】
・〔差分の検出〕：衝突の検出
この差分信号の発生を捕らえることで、雨滴等の動的な付着（衝突）を判断することができる。例えば、差分信号をＦ２信号からＦ１信号を差し引いた値とすると、前記差分値が正のとき、検知面に雨滴等の衝突があったと判断すればよい。逆に、差分信号をＦ１信号からＦ２信号を差し引いた値とするならば、前記差分値が負のとき、検知面に水滴等の衝突があったと判断すればよい。
【００４４】
検出部２８は、このようにして検出された雨滴の付着個数を、所定のメモリに積算していく。なお、雨滴の付着個数は、所定時間ごとに積算されて判断部２９へ出力される。したがって、判断部２９へ出力されるのは、所定時間あたりの付着個数である。付着個数が判断部２９へ出力された後は、メモリをクリアし、次の所定の時間内の付着個数の積算を行うようにする。
【００４５】
（閾値法により検出面への雨滴の付着を検出する方法）
なお、検出面への雨滴の付着を検出する他の方法として、受光素子の出力信号の変化（受光光量の低下）と基準値との比較によって降雨を検出する周知の方法（いわゆる閾値法）を用いることができる（例えば、特開平１０−１８６０５９号）。
【００４６】
さらに、種々のモードに応じて複数の基準値を設定する方法（特開平１０−１８６０５９号）、順次基準値を置換更新する方法（特開平２−６８２４８号）を用いてもよい。
【００４７】
上記のような方法においては、受光素子に入射する光量の変化を一定の閾値と比較することにより、雨滴の付着を検出するようにすればよい。
【００４８】
（光量の低下度合による検出）
また、検知面へ付着した雨滴の付着量を検出するためには、受光素子１２が受光する光量の低下度合により、すなわち、Ａ／Ｄコンバータ２７からの信号のレベルにより付着量の多少を判定する方法を用いることができる（例えば、特開平１０−１８６０５９号）。
【００４９】
この方法を用いる場合には、検出部２８は、受光素子１２（またはＡ／Ｄコンバータ２７）からの信号のレベルを、複数の基準値と比較することによって付着量を検出する処理を行う。
【００５０】
（雨滴の大きさの推定処理）
次に、検知面へ付着した雨滴の大きさを推定するためには、後に詳述するような、雨滴の大きさの推定方法を用いることができる。ここでは、当該方法を用いる検出部２８の処理について説明する。
【００５１】
この雨滴の大きさの推定処理の前提として、検知面に付着した雨滴の動的なゆらぎの変化の諸特性と、雨滴の大きさとの関係が求められており、所定のテーブルとしてメモリに記憶されている。検知面に付着した雨滴の動的なゆらぎの変化の諸特性とは、ゆらぎの長さ、ゆらぎの大きさ等である。なお、ゆらぎの大きさを表すパラメータとしては、ゆらぎ内の増減の変化回数，増加の変化量，増減の方向が含まれる。
【００５２】
検出部２８は、Ａ／Ｄコンバータ２７からの信号を受信して図５に示される処理を行う。なお、Ａ／Ｄコンバータ２７からの出力は、予めノイズカットフィルタに通され、スパイク性のノイズ等が除去される。
【００５３】
検出部２８は、Ａ／Ｄコンバータ２７からの信号のゆらぎの長さを検出する。例えば、信号のゆらぎを検出してから当該信号のゆらぎの大きさが所定の大きさに減衰したことを検出するまでの信号のゆらぎの時間を検出する。信号のゆらぎの長さの検出には、信号の圧縮率を用いてもよい。
【００５４】
検出部２８は、Ａ／Ｄコンバータ２７からの信号のゆらぎの大きさを検出する。例えば、信号の変化の回数を検出し、変化の増減方向および変化量等を算出する。
【００５５】
そして、検出部２８は、検出された信号のゆらぎの長さ，ゆらぎの大きさに基づいて、上述したテーブルを参照することにより、検知面に付着した雨滴の大きさを推定する。
【００５６】
（判断部の処理）
検出部２８から出力された、所定時間あたりの検知面への雨滴の付着量の検出結果と、検知面へ付着した雨滴の大きさの推定結果とは、判断部２９に入力される。判断部２９は、これらの入力に基づいて以下の判断処理を行う。
【００５７】
まず、判断部２９は、検出された雨滴の付着量または付着個数を基準として、ワイパーの払拭間欠時間および払拭速度を決定する制御を行う。具体的には、雨滴の付着量もしくは付着個数が多くなれば、払拭間欠時間をより短くする。あるいは、払拭速度をより速くする制御を行う。反対に、雨滴の付着量もしくは付着個数が少なくなれば、払拭間欠時間をより長くする。あるいは、払拭速度をより遅くする制御を行う。
【００５８】
そして、判断部２９は、このようにして決定されたワイパーの払拭間欠時間および払拭速度を、推定された雨滴の大きさに基づいて調整する。
【００５９】
具体的には、推定された雨滴の大きさが所定の閾値より小さい場合には、ワイパーの払拭間欠時間を、検出された雨滴の付着量等を基準として決定される払拭間欠時間より長くする。あるいは、ワイパーの払拭速度を、検出された雨滴の付着量等を基準として決定される払拭速度より遅くする制御を行う。反対に、推定された雨滴の大きさが所定の閾値以上である場合には、ワイパーの払拭間欠時間を、検出された雨滴の付着量等を基準として決定される払拭間欠時間より短くする。あるいは、ワイパーの払拭速度を、検出された雨滴の付着量等を基準として決定される払拭速度より速くする制御を行う。
【００６０】
このようなワイパー動作の制御を行うことにより、ワイパーの払拭動作を、雨滴の付着量を基準として決定する場合に比べて、より迅速に降雨状況の変化に追従させることができ、降雨状況の変化前後の不適切な払拭動作を減少させることができる。
【００６１】
次に、図６を参照して、判断部２９の処理の一例を説明する。ここで、図６は、判断部の処理を説明するフローチャートである。なお、この説明においては、雨滴の付着量の一例である付着個数を用いて説明する。
【００６２】
判断部２９は、まず検知面への雨滴の付着個数（積算付着個数）が所定の閾値ｔｈ以上か否か判断する（ステップ１０１）。付着個数が閾値ｔｈ以上の場合とは、大雨，霧雨，先行車の巻き上げ水等の高密度の雨滴により、多数の雨滴がウィンドシールドガラスに付着している場合を含む。
【００６３】
この段階においては、降雨状況が大雨か否か識別することはできない。すなわち、車両が、高速かつ連続の払拭を真に必要とする降雨状況に置かれているのか否か識別することはできない。したがって、判断部２９は、例えばワイパーの払拭間欠時間を短くする、あるいは払拭速度を速くするように制御を仮決定する。
【００６４】
付着個数が閾値ｔｈ以上の場合には、次に、推定された雨滴の大きさが所定の閾値ｔｈ以上か否か判断する（ステップ１０２）。
【００６５】
雨滴の大きさが所定の閾値ｔｈ以上の場合には、図１に示されるＡに該当することとなる。Ａは、大きな雨滴がウィンドシールドガラス上に多数付着していることを意味するので、車両が大雨の降雨状況下にあることが推定される。したがって、例えば、ワイパーの払拭速度が高速になるように制御する。
【００６６】
このようなワイパー動作の制御を行うことにより、降雨が急激に強くなった状況を迅速に識別してこれに応答することができ、ドライバーの視界を速やかに確保することができる。
【００６７】
ステップ１０２で雨滴の大きさが所定の閾値ｔｈ未満の場合には、図１に示されるＢに該当することとなる。Ｂは、小さな雨滴がウィンドシールドガラス上に多数付着していることを意味するので、車両は大雨の降雨状況下にはなく、高密度の弱い雨、例えば霧雨の降雨状況下にあることが推定される。したがって、例えばワイパーの払拭間欠時間を、雨滴の付着量を基準として決定されるものより長いモードに設定するよう制御する。
【００６８】
このようなワイパー動作の制御を行うことにより、ウィンドシールドガラス上の雨滴の付着状況をより正確に識別して適切な払拭頻度を実現することができ、無用な払拭動作を防止することができる。
【００６９】
次に、ステップ１０１へ戻って、付着個数が閾値ｔｈ未満の場合には、判断部２９は、例えばワイパーの払拭間欠時間を長くする、あるいは払拭速度を遅くするように制御を仮決定する。そして、次に、推定された雨滴の大きさが所定の閾値ｔｈ以上か否か判断する（ステップ１０３）。
【００７０】
雨滴の大きさが所定の閾値ｔｈ以上の場合には、図１に示されるＣに該当することとなる。Ｃは、大きな雨滴がウィンドシールドガラス上に少数付着していることを意味するので、車両が大粒の雨がまばらに降っている降雨状況下にあることが推定される。したがって、例えばワイパーの間欠時間を、雨滴の付着量を基準として決定されるものより短いモードに設定するよう制御する。
【００７１】
このようなワイパー動作の制御を行うことにより、ウィンドシールドガラス上の雨滴の付着状況をより正確に識別して、必要な払拭動作を実現することができる。
【００７２】
ステップ１０３で雨滴の大きさが所定の閾値ｔｈ未満の場合には、図１に示されるＤに該当することとなる。Ｄは、小さな雨滴がウィンドシールドガラス上に少数付着していることを意味するので、車両は、弱い雨の状況下にあることが推定される。したがって、例えばワイパーの間欠時間を、雨滴の付着量を基準として決定されるものよりさらに長いモードにするか、または待機モードに設定するよう制御する。
【００７３】
このようなワイパー動作の制御を行うことにより、降雨が急激に弱くなった状況を迅速に識別してこれに対応することができ、無用な払拭動作を防止することができる。
【００７４】
なお、降雨状況の変化に従ってワイパーの払拭動作を変化させることは有益であるが、上記ステップ１０１〜１０３による一回の処理結果のみに基づいてワイパー動作を変更すると不都合が生じる場合がある。例えば、小さい検知面に起因して、一回の処理では降雨を捕らえきれない場合がある。あるいは、払拭動作の切替が短時間内に頻発し、ドライバーに違和感を与えてしまう。
【００７５】
したがって、上記Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのいずれかの結果が複数回連続した場合に、ワイパーの動作を切り替えるようにすると好適である。
【００７６】
（他の実施の形態）
次に、他の実施の形態として、激しい雨の状況であるのか激しい雨の状況でないのかを識別し、適切なワイパー動作の制御を行う例について説明する。具体的には、本実施の形態は、雨滴の大きさの推定に加えて、ウィンドシールドガラスに対する雨滴の当たり方の強さを判別して、激しい雨の状況か否かを識別する方法である。
【００７７】
本実施の形態の前提として、車両が置かれた降雨状況にしたがって、ウィンドシールドガラスへの雨滴の当たり方が異なることが確認された。また、本発明者らは、ウィンドシールドガラスへの雨滴の当たり方によって雨滴の付着後の運動量が変化するという知見を得た。具体的には、ウィンドシールドガラスへの雨滴の当たり方が強くなればなるほど、付着後の雨滴の運動量が大きくなるという知見を得た。
【００７８】
ここでいう雨滴の運動量とは、後述する信号のゆらぎの長さと大きさとによって表すことができる。ゆらぎの長さとは、雨滴が付着した後、ゆらぎの大きさが所定の大きさに減衰するまでの時間である。一方、ゆらぎの大きさは、ゆらぎ内の増減の変化回数，増加の変化量，増減の方向等のパラメータによって表される。
【００７９】
具体的に説明すると、雨滴の当たり方が強くなると、ゆらぎの長さが長くなり、ゆらぎの大きさが大きくなる。ゆらぎの大きさが大きくなるとは、増減の変化回数，増加の変化量が多くなり、増減の方向に減少が現れるというパラメータによって表すことができる。
【００８０】
例えば、２つの雨滴の大きさが同一であれば、付着時における信号の減少方向への変化量は同一となる。しかし、より大きい運動エネルギーを有する雨滴においては、付着後の増減の変化回数，増加の変化量がより多くなり、ゆらぎの長さがより長くなる。このような知見により、雨滴の当たり方の強さと、信号のゆらぎの長さと大きさとで特徴づけられる信号のゆらぎの変化パターンとを関連付けることができる。
【００８１】
さらに、大粒の雨滴が強く当たる際の信号のゆらぎの変化パターンを求めておき、これを基準としてテーブル化することができる。検出部２８は、このようなテーブルを用いて、Ａ／Ｄコンバータ２７からの信号のゆらぎを評価して、雨滴の当たり方の強さを判別する。そして、大粒の雨滴が強く当たると判別された場合には、激しい雨の状況と推定できるので、判断部２９は、高速かつ連続になるようワイパー動作を制御する。
【００８２】
反対に、雨滴が強く当たると判別されない場合には、激しい雨の状況にはないと推定できる。したがって、ワイパーが高速かつ連続モードで動作している場合には、払拭速度および払拭頻度を落とすようにワイパー動作を制御する。あるいは、ワイパーが低速もしくは間欠モードで動作している場合には、高速かつ連続にならないようにワイパー動作を制御する。
【００８３】
このような方法により、激しい雨の状況か否かをより正確に識別することができる。また、降雨状況に応じて、高速かつ連続の払拭動作を適切に実行させることが可能となり、不要な払拭を防止することができる。
【００８４】
なお、判断部２９は、このようにして判別された雨滴の当たり方の強さと上述した雨滴の大きさの推定結果とを合わせて、高速かつ連続の払拭動作の制御を行ってもよく、雨滴の当たり方のみに基づいて制御を行ってもよい。
【００８５】
さらに、ここでいう雨滴の運動エネルギーは、風の影響および車両の走行速度等によって左右される。したがって、降雨が一定である場合に、車両の速度によって雨滴の当たり方の強さが変化する。
【００８６】
したがって、雨滴の当たり方が強くない場合、すなわち車両の速度が低速か、または停車中と推定される場合には、ワイパー動作を高速かつ連続にしないよう制御することもできる。
【００８７】
（実施の形態に用いられる方法の説明）
以上において、本発明の実施の形態について説明した。以下においては、上記実施の形態に用いられた、雨滴の付着の検出方法、および雨滴の大きさの推定方法についてさらに詳細に説明する。
【００８８】
（検知面への雨滴の付着の検出方法）
まず、検知面への雨滴の動的な付着を検出する方法について説明する。検知面への雨滴の動的な付着を検出する方法としては、例えば、本発明者らによって特開２００１−１８０４４７公報に開示された手法を用いることができる。以下にこの方法を具体的に説明する。
【００８９】
本方法の原理を図７を参照して説明する。図７は、本方法の測定原理を説明する図である。検知面に水滴が動的に付着した場合（水滴が衝突した場合）の入力信号モデル例を図７の（ａ）に示す。受光素子１２からは、その出力信号が入力（ＤIN）されている。この入力信号（ＤIN）から、その遅れ成分の信号（Ｆ１）を生成させることができる。さらに、前記遅れ信号（Ｆ１）から前記入力信号（ＤIN）を差し引いた差分信号（Δ（Ｆ１−ＤIN））を生成させることができる。図７の（ｂ）に、前記差分信号を模式的に示した。
【００９０】
差分信号（Δ（Ｆ１−ＤIN））では、ｔ0からｔ1の間で正の差分が発生しており、ｔ1からｔ3の間で負の差分が発生している。
【００９１】
なお図７の（ａ）では、図中の矢印（↓）の時点（ｔ0）から水滴が検知面に衝突し始め、さらにΔｔの間で水滴がつぶれている状況に対応している。その後の平坦な信号部分は、水滴が広がった様子を表している信号モデルである。
【００９２】
この動的付着では差分が発生していることがわかる。つまり、差分信号の発生を検知することで、検知面への水滴の衝突を検出することができる。
【００９３】
なおここで、前記差分を前記遅れ信号から前記入力信号を引いた値とすると、前記差分が正のとき、検知面に水滴の衝突があったと判断することができる。ただしこの場合、負の差分の発生は、水滴の衝突検出には用いないものとする。
【００９４】
水滴の動的な付着が判断できると、例えば、水滴の付着の有無、あるいは水滴の衝突個数を求めて、その結果によりワイパーの動作を制御することが可能になる。
【００９５】
もし付着（濡れ）の程度が小さいものであると、受光素子からの信号の低下は小さいものになってしまう。基準値との比較による判定では、ノイズレベルと同程度の信号に対しては、閾値を設定することが不可能となる。つまり、基準値との比較では、付着（濡れ）の程度が小さいと、水の付着が判別できなくなる。
【００９６】
一方本方法では、水滴の動的な付着が判断できるので、ノイズレベルと区別がつかない程度の小さな水滴であっても、水滴の付着が的確に判断できる。つまり、小さな水滴の付着であっても、雨滴の付着を検出することができる。
【００９７】
なお以上の説明は、遅れ信号（Ｆ１）から入力信号モデル（ＤIN）を差し引いた差分信号（Δ（Ｆ１−ＤIN））の発生にて、判定する場合であった。しかしさらに、Ｆ１信号から遅れ成分の信号（Ｆ２）を生成し、Ｆ２とＦ１の差分、例えば（Δ（Ｆ２−Ｆ１））の発生の検出により、雨滴の動的な付着を判断することが、好ましい（図７の（ｃ）参照のこと）。
【００９８】
その理由は、以下のようである。すなわち、ＡＤ変換されている入力信号は量子化誤差を含んでいることと、差分信号を用いたパターン処理は、微小な差異を捕らえるのに適しているが、一般的にノイズに弱いからである。
【００９９】
差分信号（Δ（Ｆ２−Ｆ１））では、ｔ0からｔ2の間で正の差分が発生しており、ｔ2からｔ4の間で負の差分が発生している。
【０１００】
つぎに、本発明の検出部２８における雨滴等の検出ロジックについて、ステップ毎に説明する（図４参照のこと）。図４は、雨滴の検出ステップを説明する図である。
【０１０１】
なおこれに先立って、Ａ／Ｄコンバータ２７からの出力は、例えば車内外から飛来するスパイク性のノイズ等を除去するために、予めノイズカットフィルタを通しておくことが好ましい。このノイズカットはソフトウエアで処理することができる。
【０１０２】
・〔ＬＰＦ１〕：量子化ノイズの除去
まずノイズカットフィルタからの出力は、さらにデジタルフィルタ１（ＬＰＦ１）に通される。このフィルタ１は、前記Ａ／Ｄコンバータ２７のデジタル変換の際に発生した量子化誤差や、回路ノイズ等を除去するために用いられる。なお、フィルタ１からの出力（Ｆ１）は、入力された信号（ＤIN）に対する、１次遅れ信号と理解されてもよい。
【０１０３】
このＬＰＦ１におけるノイズ除去は、以下のようにして行われる。順次入力される信号の所定のサンプル数の合計を、サンプル数で除して平均化することである。なおこのＬＰＦ１においても、ある程度のスパイク性ノイズを除去できるように、前記所定のサンプル数は決められるとよい。
【０１０４】
所定のサンプル数は、以下のようにして求めるとよい。まず、この回路において考えうる最大ノイズを測定し、それに対応するディジット値を設定する。この最大ノイズを除去できるように、つまり前記ディジット値をあるサンプル数で除したときの値が「０」となるように、所定のサンプル数を定めればよい。
【０１０５】
また通常のノイズは、入力を順次平均化することで取り除くことができる。なお本発明によるデータ処理は、高速処理のために、浮動点処理を行わず、小数以下を切り捨てて処理することが好ましい。
【０１０６】
図８を参照して、平均化処理についてさらに詳しく説明する。図８は、デジタルフィルタを説明する図である。入力されるデータ（Ｄn）があり、平均化の対象となるデータセルを考える。例えば、平均化の対象とするサンプル数を「８」とした場合、８個のデータセルに順次データが入力される。その合計をサンプル数８で除して、平均化出力（Ｆ(1)）が出力される。次にＤ9が、データセルに入力され、Ｄ1が払い出される。またその合計をサンプル数で除して、平均化出力（Ｆ(2)）が出力される。以下同様にして、順次平均化出力（Ｆ(n)）が出力される。
【０１０７】
・〔ＬＰＦ２〕：遅れ成分の生成
以上のようにして量子化ノイズ等が除去された信号（Ｆ１）を、さらにデジタルフィルタ２（ＬＰＦ２）に入力する。このフィルタ２も、上記フィルタ１と同様に、順次入力される信号の所定のサンプル数の合計を、サンプル数で除して平均化している。このように入力信号を平均化することにより、ノイズ除去された信号（Ｆ１）からその遅れ成分となる信号（Ｆ２）を発生させることができる。なお、フィルタ２からの出力（Ｆ２）は、入力された信号（ＤIN）に対する、２次遅れ信号と理解されてもよい。
【０１０８】
上述した２段階のフィルタリングは、高周波成分をカットするローパスフィルタとして理解されてもよい。またこれは、アナログ回路でも実現可能である。しかし、アナログ回路では、回路定数を簡単に変化させることが困難なため、デジタルフィルタを用いることが好ましい。
【０１０９】
・〔ＨＰＦ〕：差分の生成
つづいて、前記フィルタ１と前記フィルタ２からの２つの信号を、デジタルフィルタ３（ＨＰＦ）に入力して、前記Ｆ１とＦ２の差を求めて差分信号を発生させる。例えば、Ｆ２信号からＦ１信号を差し引けばよい。差分の生成を行うフィルタリングは、前記Ｆ１とＦ２の差の高周波成分を抽出するハイパスフィルタとして理解されてもよい。
【０１１０】
・〔差分の検出〕：衝突の検出
この差分信号の発生を捕らえることで、雨滴等の動的な付着（衝突）を判断することができる。例えば、差分信号をＦ２信号からＦ１信号を差し引いた値とすると、前記差分値が正のとき、検知面に雨滴等の衝突があったと判断すればよい。逆に、差分信号をＦ１信号からＦ２信号を差し引いた値とするならば、前記差分値が負のとき、検知面に水滴等の衝突があったと判断すればよい。
【０１１１】
なお、量子化ノイズの除去（１次遅れ成分（ＬＰＦ１））は、ｎ＝８のデータの平均化により行い、遅れ成分の生成（２次遅れ成分（ＬＰＦ２））は、ｎ＝４のデータの平均化により行っている。ここで、ＬＰＦ２のｎ数が少ないのは、ＬＰＦ１でノイズが除去されているためである。
【０１１２】
図９には、実際の信号およびその信号を処理した結果を示した。図９（ａ）のグラフには、実際の入力信号（ＤIN）、ノイズ等が除去された（１次遅れ）信号（Ｆ１）、およびその（２次）遅れ信号（Ｆ２）を示した。さらに図９（ｂ）のグラフには、Ｆ２信号からＦ１信号を差し引いた差分信号を示した。なお横軸は時間軸である。なお図中、矢印（↓）のタイミングで、雨滴が検知面に衝突し始めている。図９は、雨滴の衝突時における信号、および処理した信号を示す図である。
【０１１３】
図９から明らかなように、雨滴の衝突に対応して、この場合正の差分信号（Δ（Ｆ２−Ｆ１））が発生していることがわかる。
【０１１４】
さらに図９に示した結果７より、以下のことが確認される。すなわち、ノイズ等が除去された信号（Ｆ１）に対して、その遅れ信号（Ｆ２）を生成させたとき、Ｆ１信号が急に変化している場合にはその遅れ量が大きくなり、逆にＦ１信号があまり変化しない場合には、その遅れ量が小さなものになることである。
【０１１５】
さらに、Ｆ２とＦ１の差分Δ（Ｆ２−Ｆ１）を生成させると、Ｆ１信号が急に変化している場合には大きな差分が発生し、逆にＦ１信号があまり変化しない場合には、ほとんど差分が発生しないことも確認できる。
【０１１６】
また例えば、発光素子の出力がゆっくりとシフトしているような場合は、受光素子の出力もシフトすることになる。このような場合、閾値を用いた従来の検出方法においては、閾値を固定したままでは正確な検出が困難である。したがって、自ずと複雑な判断ロジックが必要となってくる。
【０１１７】
これに対して、本発明による遅れ信号との差分を検出する方法では、差分をとることにより、シフト量をキャンセルすることができるので、雨滴の衝突に対応して、的確な検出が可能である。またその判断ロジックも、差分の発生の検出だけでよく、非常にシンプルである。
【０１１８】
つぎに図１０には、小雨が衝突した際の信号例を示した。図１０は、小雨時における信号を示した図であり、図１１は、検出装置のノイズレベルを示す図である。図１０において、矢印（↓）のタイミングで、雨滴が検知面に衝突している。なお横軸の時間軸は、図９のそれとは異なっている。さらにこの具体的な検出装置のノイズレベルは、図１１に示したように、約２５ｍＶである。
【０１１９】
小雨の衝突した場合の信号の変化量は、約２３ｍＶあるいは約３０ｍＶであり、ノイズレベルと大差のない小さなものである。しかし、雨滴の衝突に対応して、正の差分信号が発生していることが確認できた。つまり本方法では、ノイズレベルの小雨であっても、その衝突を的確に検出することができる。
【０１２０】
（付着した雨滴の大きさの推定方法）
次に、雨滴の大きさの推定方法について説明する。本方法は、検出面に付着した後の水滴等の動きを詳しく分析することによりなされたものである。まず、上述した光学機構からの信号において、以下のように、その信号ゆらぎの検出、その変化パターンの検出、および、付着物の判断処理について詳しく解析した。
【０１２１】
まず大きな雨滴と小さな雨滴の場合を解析した。大きな雨滴が検出面に付着した場合、付着後の挙動は図１２（ａ）に示すように、信号パターンが大きく変動しており、動きが収まるまでに時間を要していることがわかる。
【０１２２】
一方、小さな雨滴の場合（図１２（ｂ））は、信号パターンの変動は小さく、動きが収まるまでの時間も短い。
【０１２３】
大きな雨滴は、検出面付着後のゆらぎが比較的大きく、そのゆらぎが収まるまでに比較的長い時間を要し、一方、小さな雨滴は、検出面付着後のゆらぎが比較的小さく、そのゆらぎは比較的短い時間で収まる。この物理現象は自然法則に従って理解できる。例えば、雨滴のゆらぎを抑える力としては、表面張力、内部摩擦力、検出面との境界摩擦力などがあり、雨滴の場合、特に表面張力の影響が大きいと考えることができる。表面張力は表面積の大きさに反比例する力と捉えることができる。一方、雨滴のゆらぎを維持する力としては、慣性力、風などの外圧力などがある。慣性力は質量つまり雨滴の体積に比例する力と捉えることができ、風などの外圧力は表面積の大きさに比例する力と捉えることができる。結局、小さな雨滴は、大きな雨滴に比べ、ゆらぎを抑える表面張力の影響が大きく働き、かつ、ゆらぎを維持する慣性力が小さく、外圧力も小さい。結局、小さな雨滴は大きな雨滴に比べて、そのゆらぎが収まる時間が短いといえる。
【０１２４】
本発明者らは、この点に着目して、信号パターンを認識し、識別することで、検出面の状況に関する情報を得ることを考えた。
【０１２５】
なおこのようなパターン認識には、通常多くのハードウエア資源を要してしまう。そこで本方法は、少ないハードウエア資源でも、信号パターンの認識を可能とするようにしたものである。
【０１２６】
以下に、検出部２８の処理内容の一例について説明する。大きな雨滴と小さな雨滴の場合を例にして、説明する。
【０１２７】
まず、信号のゆらぎの長さの変化パターンを検出し、付着物を判断する処理を説明する。
【０１２８】
まず、入力信号に対して予め設定された複数の値で区分された複数のセグメントを設定しておく。サンプリング信号の並びにおいて、同一セグメントに属する信号が連続している部分があれば、それら連続している信号を圧縮して、記憶する。
【０１２９】
このとき、予め、想定する検出対象が起こす１つのイベント（検出対象が雨滴なら雨滴一滴が検出面上で起こす変化の始まりから終わり）の所定時間を定めておくとよい。例えば、圧縮前のサンプリング信号数（Ｎ0）と圧縮後のサンプリング信号数（Ｎ）から圧縮率を求める。この圧縮率から前記雨滴信号の特徴を推定することができる。ここで圧縮率を、（Ｎ0−Ｎ）／Ｎ0と定義すれば、例えば、圧縮率が大きいときは雨滴が小さく、一方、圧縮率が小さいときは雨滴が大きい、と推定すればよい。大きな雨滴であれば、検出面に付着後のゆらぎが大きく、図１２（ａ）に示したように信号のゆらぎも大きいので、信号の並びにおいて信号があまり圧縮されない。一方、小さな雨滴であれば、検出面に付着後のゆらぎが小さく、図１２（ｂ）に示したように信号のゆらぎも小さく、速やかに一定範囲に収まるので、信号の並びにおいて信号が効率的に圧縮されるからである。
【０１３０】
なお上記の所定時間は、検出を想定する検出対象物のゆらぎが、収束するのに必要な時間とすればよい。
【０１３１】
このように信号の圧縮を行うと、保持すべきデータ量が圧縮されるのでメモリー資源の使用が少なくてすむという利点がある。
【０１３２】
なお前記圧縮率も算出された数値として扱うのではなく、取り得る値が決まっているので、ラベル符号を割り当てて、このラベル符号で扱うことによって、さらにデータ量が圧縮されるのでメモリー資源を節約することができる。
【０１３３】
以上は、圧縮率を利用した信号のゆらぎの長さの変化パターンから付着物を判断する処理である。
【０１３４】
次に、信号のゆらぎの大きさの変化パターンを検出し、付着物を判断する処理を説明する。
【０１３５】
すなわち、図１２（ａ）に示したように、大きな雨滴の場合は、信号パターンは大きく変動し、セグメントをまたがる変化も多く、また全体として信号レベルの回復の度合が大きい。
【０１３６】
一方、小さな雨滴の場合（図１２（ｂ））は、信号パターンの変動は小さく、セグメントをまたがる変化が少なく（特に減少することはまれである）、また全体として信号レベルの回復の度合も小さい。
【０１３７】
そこで、サンプリングされた信号の並びにおいて、あるセグメントから他のセグメントに変化する個所がある場合、所定時間あたりの当該変化の回数と、増加と減少の方向をメモリーする。予め定められた１つのイベントの所定時間内に、上記変化した回数と、増加と減少の方向とから、前記雨滴信号の特徴量づけを行うことができる。
【０１３８】
例えば、セグメントをまたがる変化をした回数が多く、増加と減少が多く混在しており、全体として信号レベルの回復の度合が大きい場合は、大きな雨滴の場合と推定できる。
【０１３９】
一方、セグメントをまたがる変化をした回数が少なく、増加と減少も少なく、全体として信号レベルの回復の度合が小さい場合は、小さな雨滴と推定できる。
【０１４０】
以上は、信号のゆらぎの大きさの変化パターンから付着物を判断する処理である。
【０１４１】
さらに、雨滴の付着の瞬間における信号の減少の度合いも、雨滴の大きさの推定に用いることができる。
【０１４２】
図１２（ａ），（ｂ）から明らかなように、減少の度合いが大きいと雨滴も大きく、減少の度合いが小さいと雨滴も小さいと推定できる。
【０１４３】
この場合も、減少の度合いを数値そのもので評価するのではなく、入力信号をセグメント化し、評価すれば、必要なメモリーを少なくすることができる。なお各セグメントには、ラベル符号を付与しておくとよい。
【０１４４】
（信号のゆらぎの変化パターンの評価）
以下に、本方法の特徴である信号のゆらぎの変化パターンの評価について、詳しく説明する。
【０１４５】
（セグメント化処理）
図１３（ａ）は、雨滴が検出面に付着した際の信号パターンの典型的な一例である。
【０１４６】
まず、パターンの認識処理に先立って、信号値に対してセグメントを設けて置く。各セグメントには、ラベル符号を付与しておくとよい。
【０１４７】
つぎに信号値軸と時間軸のマトリクスにおいて、各セグメントで区切られたブロック（タイル）を考える。入力された信号パターンが通過するブロックを用いて、パターンの認識処理を行う。
【０１４８】
（信号のゆらぎの長さの変化パターン）
信号のゆらぎの長さを評価する手段として、データの圧縮、圧縮率の算出、圧縮率に基づく信号のゆらぎの変化パターンの評価、付着物の判定について、具体的に説明する。
【０１４９】
入力された信号パターンが通過したセグメントが時間軸方向に連続しているときは、先頭のセグメントに後続のセグメントを積み重ねていく。このことは、同一セグメントで連続するタイルを先頭のタイルに積み重ねると理解されても良い。このようにして、信号の並びにおいて、同一セグメントに属する信号が連続している部分があれば、それら連続している信号を圧縮する。図１３（ｂ）に、これをモデル化した図を示す。
【０１５０】
例えばこの図では、時間軸上で１６セグメントあったサンプリング信号が６セグメントのサンプリング信号に圧縮されたことになる。
【０１５１】
つぎに、圧縮率を求める方法について説明する。
【０１５２】
図１３（ａ）の信号パターンでは、上述したように、時間軸上で１６セグメントのサンプリング信号が６セグメントのサンプリング信号に圧縮されている。
【０１５３】
ここで、雨滴の付着時の現象を考えることにする。雨滴の付着した瞬間に、信号の急激な減少が観察される。
【０１５４】
そこで、急激な信号の減少をイベントの開始とし、それから所定の時間内における圧縮を考えてもよい。例えば図１３の場合、所定時間を１〜Ｆまで１５セグメントの期間とすれば、それが５セグメントのサンプリング信号に圧縮されたことになる。つまり、圧縮率は、（１５−５）／１５＝０．６７となる。
【０１５５】
図１４に、小さな雨滴の場合の信号パターンと、その信号をセグメント化処理した例を示す。また、図１５には、大きな雨滴の場合の信号パターンと、その信号をセグメント化処理した例を示す。
【０１５６】
図１４の例では、時間軸上で１５セグメントのサンプリング信号が２セグメントのサンプリング信号に圧縮されたことになる。つまり、圧縮率は、（１５−２）／１５＝０．８７となる。
【０１５７】
図１５の例では、時間軸上で１５セグメントのサンプリング信号が６セグメントのサンプリング信号に圧縮されたことになる。つまり、圧縮率は、（１５−６）／１５＝０．６となる。
【０１５８】
続いて、上述のようにして求めた圧縮率から、検出された雨滴信号に関する特徴は以下のようである。
【０１５９】
上述した図１４と図１５の比較から明らかなように、大きな雨滴が検出面に付着した場合、その動きが収まるまでに時間を要しており、信号の圧縮率は比較的小さい。一方、小さな雨滴の場合は、その動きが収まるまでの時間が短いので、信号の圧縮率は比較的大きい。
【０１６０】
例えば、表１に示すようなテーブルを用いて各雨滴信号に対して、雨滴の特徴と関連づければよい。
【０１６１】
【表１】
【０１６２】
（付着後における信号のゆらぎの大きさの変化パターン）
次に、信号のゆらぎの大きさの変化パターンを評価する手段として、セグメントをまたがる信号の変化の回数の検出、変化増減方向および変化量の算出、変化方向および変化量に基づく信号のゆらぎの変化パターンの評価、付着物の判定について、具体的に説明する。
【０１６３】
図１３（ａ）に示したように、入力信号は、時間軸上の第６，第７，第８、および第Ｅ番目のセグメントのサンプリング信号において、先行するセグメントのサンプリング信号よりその信号値が１セグメント増加している。つまり信号値のセグメントをまたがる変化回数は、４回で、変化量は４セグメント増加している。また変化の増減の方向は、増加のみで４回である。
【０１６４】
同様に図１４では、信号値のセグメントをまたがる変化回数が１回で、変化量は増加が１セグメントである。また変化の増減の方向は、増加のみで１回である。
【０１６５】
また図１５では、信号値のセグメントをまたがる変化回数が５回で、変化量は増加が４セグメントで、減少が１セグメントである。また変化の増減の方向は、増加が４回で、減少が１回である。
【０１６６】
信号値のセグメントをまたがる変化回数が多いことは、雨滴が大きいと推定され、逆に変化回数が少ないことは、雨滴が小さいと推定される。
【０１６７】
その変化量において、増加が大きいことは雨滴が大きいと推定され、逆に増加が小さいことは雨滴が小さいと推定される。
【０１６８】
またその変化の増減の方向において、減少が存在することは、雨滴が大きいと推定され、減少が存在しないことは、雨滴が大きくないと推定される。
【０１６９】
以上のような基本的な性質を踏まえて、表２に示したテーブルに基づき、付着後の信号パターンの変化量から、雨滴の大きさを推定することができる。さらに、具体的に雨滴の大きさを推定するには、具体的な測定方法において実験的に換算係数を求めるとよい。
【０１７０】
【表２】
（付着時における信号の変化量）
さらに、雨滴の付着時に関して、信号パターンの変化量の評価について説明する。
【０１７２】
図１４では、時間軸上で第１セグメントのサンプリング信号から第２セグメントのサンプリング信号において、その信号値が２セグメント低下している。
【０１７３】
同じく図１５では、時間軸上で第１セグメントのサンプリング信号から第２セグメントのサンプリング信号において、その信号値が５セグメント低下している。
【０１７４】
雨滴の付着時の入力信号について、信号値のセグメントをまたがる変化量（低下量）と雨滴の大きさを、表３に示した対応テーブルに基づいて、推定することができる。さらに、具体的に雨滴の大きさを推定するには、具体的な測定方法において実験的に換算係数を求めるとよい。
【０１７５】
【表３】
【０１７６】
すなわち、付着時の信号低下を変化回数に含めて、付着後における信号の変化回数との合計が、圧縮後のサンプリング信号のセグメント数に相当するからである。表４に図１３〜１５における変化回数と圧縮後のサンプリング信号のセグメント数を示した。この変化回数の数値を、上述した圧縮率の算出に利用することができる。
【０１７７】
【表４】
（信号のゆらぎの長さおよび大きさの変化パターンを組み合わせた例）
以下に、上記の圧縮率を用いた信号のゆらぎの長さに基づく評価、および、上記の信号の変化方向と変化量を用いた信号のゆらぎの大きさに基づく評価の双方を用いた検出装置について説明する。この検出装置では、図３に示したハードウエアからの信号を、図１６に示すステップを実現するソフトウエアにて制御し、検出動作を行っている。
【０１７９】
ウインドシールドに設けられた検出装置の検出面に、小粒・中粒・大粒の雨滴が付着したときの信号パターンの実例を、図１７〜図１９にそれぞれ示す。まず、縦軸は出力電圧を示しており、１ドットが４．８８mVに相当する。横軸は時間軸を示しており、１ドットが０．５mSecに相当する。
【０１８０】
なお、小粒の雨滴は付着時の雨滴径で約７mmの場合の例であり、中粒の雨滴は付着時の雨滴径で約９mmの場合の例であり、大粒の雨滴は同じく雨滴径で約１１mmの場合の例である。
【０１８１】
図１７〜図１９に示した例では、図示しやすくするために、横軸である時間軸は５０ドット（２５mSec）単位にセグメント化している。また縦軸である出力電圧は、２０ドット（９７．６mV）単位にセグメント化している。この信号チャートから各特徴量を求め、それを表５にまとめた。
【０１８２】
【表５】
【０１８３】
この関係を基にして、算出した圧縮率や特徴量から、付着した雨滴の大きさを推定することが可能であることが分かる。
【０１８４】
図１６に示したステップのように、圧縮率や特徴量の評価・判断を行い、その結果に基づいて雨滴の大きさを推定する。さらに、雨滴の大きさを判断材料の１つとしてワイパー制御（例えば、間欠時間）を決定するとよい。
【０１８５】
さらに付着した雨滴の「ゆらぎ」という概念で一元化し、評価することもできる。その傾向は表６に示したような関係を有している。このゆらぎの大きさと長さによって、付着した雨滴の大きさを推定し、ワイパー制御に用いてもよい。そのステップの一例を図５に示す。
【０１８６】
【表６】
【０１８７】
例えば、ゆらぎが大きく長いということは一般に雨粒が大きく、強い雨が降っていることを意味するので、その場合は間欠時間をより短くするとか、ワイパーの駆動速度を速くするなどの制御を行うとよい。
【０１８８】
一方、ゆらぎが小さく短いということは一般に雨粒が小さく、弱い雨が降っていることを意味するので、その場合は間欠時間をより長くするとか、ワイパーの駆動速度を遅くするなどの制御を行うとよい。
【０１８９】
ところで上述の説明では、理解を容易にするために、信号圧縮については、雨滴等の付着を起点として、あるイベントを考えていた。
【０１９０】
しかし、実際の検出装置やワイパー制御装置においては、適当な時間間隔で払拭要求信号を出力する必要があるので、雨滴等の付着を起点とはせずに、ある一定の時間間隔でデータの圧縮を考えるとよい。具体的には、５０〜１００mSec単位で処理するとよい。
【０１９１】
なおここで、はね上げ水と霧が付着した場合の信号パターンの例を、図２０と図２１に示す。はね上げ水とは、例えば対向車が水たまりの水をはね上げて、その水がウインドシールドにかかったようなものをいい、このときは検出面が全面的に濡れるような場合である。
【０１９２】
なお、霧は雨滴径で約０．５mm以下の場合の例である。この２つの例においても、図１７〜図１９と同様に、時間軸：５０ドット単位、出力電圧：２０ドット単位にセグメント化してみた。
【０１９３】
まず、はね上げ水の例では、１つのセグメント内で信号が上下しており、このままでは、信号パターンを正しく評価・分析することはできない。
【０１９４】
また、霧の場合は出力軸の変化量が小さいので、上記の単位でセグメント化してしまうと、霧の付着がうまくとらえられていない。
【０１９５】
以上の状況から、信号パターンの処理において、適当なセグメント化の単位があることが分かる。また、時間セグメントについては、検出装置として適当な時間間隔で払拭要求信号を出力する必要があることも考慮する必要がある。
【０１９６】
なお上述の説明では、図解するために、上述した単位でセグメント化を行った。しかし実際には、ソフトウエアで処理しているので、もっと細かなセグメント化が可能であり、一具体例としては、時間セグメントは１ドット（０．５mSec）単位に短くし、出力電圧は４ドット（１９．５２mV）単位にセグメント化するとよい。
【０１９７】
このように、時間セグメントを１ドット単位に短くし、出力電圧は４ドット単位にセグメント化すれば、このはね上げ水と霧が付着した場合でも、十分に信号パターンを正しく評価・分析することが可能となる。
【０１９８】
この検出装置では、具体的には日立製作所製のＣＰＵ（Ｈ８Ｓ／２１３４，クロックスピード２０MHz）と４kBのメモリーの、少ないハードウエア資源で、本発明による雨滴等の検出および推定を可能としている。
【０１９９】
なお、上記説明において、時間軸上の処理単位として時間セグメント（例えば１ドット０．５mSec単位）、信号軸上の処理単位として信号値セグメント（例えば４ドット１９．５２mV単位）を用いたが、本発明の技術思想上、必ずしもこれらセグメント単位を用いる実施形態に限定される必要はない。例えば、時間軸上の処理単位として１サンプリング周期の任意の整数倍の時間、信号値軸上の処理単位として１量子化単位の任意の整数倍の値を用いることも可能である。
【０２００】
以上に、本発明の雨滴の大きさの推定方法を説明してきたが、本発明による方法は、以下のような形で把握することもできる。
【０２０１】
第１例の検出装置は、発光手段から発せられた光を透明板に導入し、前記透明板の検出面にて反射させ、該反射光を受光素子で受光して検出面の状態を検出する検出装置において、前記受光素子からの信号をサンプリングするサンプリング部と、前記受光素子からの信号のゆらぎを検出するゆらぎ検出部と、前記ゆらぎ検出部が検出した前記信号のゆらぎの変化パターンから前記付着物を判断する判断部を備えることを特徴とする検出装置である。
【０２０２】
上記構成により、検出面上に付着した付着物を通して得た受光素子の信号の動的なゆらぎによって間接的に付着物の動的なゆらぎを検出することができ、さらに、その信号のゆらぎの変化パターンによって間接的に付着物の物性により決まる付着物のゆらぎの変化パターンを検出し、付着物が何であるか、付着物がどのような状態であるかを判断することができる。
【０２０３】
上記検出装置は以下のように構成することができる。
【０２０４】
第２例として、上記第１例の検出装置において、前記ゆらぎ検出部が、前記信号のゆらぎを検出してから当該信号のゆらぎの大きさが所定の大きさに減衰したことを検出するまでの信号のゆらぎの時間を検出する手段を備え、前記判断部が用いる前記信号のゆらぎの変化パターンを、前記ゆらぎ検出部が検出した前記信号のゆらぎの時間の変化パターンとすることができる。
【０２０５】
上記構成によれば、信号のゆらぎの長さによって間接的に付着物のゆらぎの長さを検出することができる。例えば、付着物を雨滴とすると、その物性として雨滴が大きいほどゆらぎが長く持続するので、検出したゆらぎの長さから雨滴の大きさを推定することができる。
【０２０６】
次に、第３例として、上記第１例の検出装置において、前記ゆらぎ検出部が、前記信号のゆらぎの大きさを検出する手段を備え、前記判断部が用いる前記信号のゆらぎの変化パターンを、前記ゆらぎ検出部が検出した前記信号のゆらぎの大きさの変化パターンとすることができる。
【０２０７】
上記構成によれば、信号のゆらぎの大きさによって間接的に付着物のゆらぎの大きさを検出することができる。例えば、付着物を雨滴とすると、その物性として雨滴が大きいほどゆらぎが大きいので、検出したゆらぎの大きさから雨滴の大きさを推定することができる。
【０２０８】
さらに、上記検出装置を以下のように構成することができる。
【０２０９】
第４例として、上記第２例の検出装置において、入力信号に対して予め設定された複数の値で区分された複数のセグメントが設定されており、前記ゆらぎ検出部が、前記信号のゆらぎの時間を検出する手段として、前記サンプリングされた信号の並びにおいて、同一セグメントに属する信号が連続している部分があれば、それら連続している信号を圧縮する手段と、前記圧縮手段による圧縮前のサンプリング信号数と圧縮後のサンプリング信号数から圧縮率を求める手段を備え、前記判断部が、前記圧縮率を前記信号のゆらぎの時間の変化パターンを表わすものとして用い、前記検出面の状態を判断する構成である。
【０２１０】
上記構成により、信号のゆらぎの長さを検出できる。また、サンプリング信号の並びにおいて、実質的な変化のない信号部分のデータ量を効果的に削減することができる。さらに、検出処理において必要な信号部分のデータは圧縮されないので、検出精度を低下させることはない。
【０２１１】
また、第５例として、上記第３の検出装置において、入力信号に対して、予め設定された複数の値で区分された複数のセグメントが設定されており、前記ゆらぎ検出部が、前記信号のゆらぎの大きさを検出する手段として、前記サンプリングされた信号の並びにおいて、あるセグメントから他のセグメントに変化する個所がある場合、所定時間あたりの当該変化の回数を求める手段と、前記変化の増減の方向およびその変化量を求める手段を備え、前記判断部が、前記回数、前記方向および変化量を前記信号のゆらぎの大きさの変化パターンを表わすものとして用い、前記検出面の状態を判断する構成である。
【０２１２】
上記構成により、信号のゆらぎの大きさを検出することができる。サンプリング信号の並びにおいて、検出面上の状態の変化を示す実質的な信号変化部分のみに注目し、当該変化の解析を通じて検出面上の状態の変化を捉えることができる。
【０２１３】
また、上記検出装置の構成を組み合わせることも可能である。
【０２１４】
第６例として、上記第１例の検出装置において、入力信号に対して予め設定された複数の値で区分された複数のセグメントが設定されており、前記ゆらぎ検出部が、前記サンプリングされた信号の並びにおいて、同一セグメントに属する信号が連続している部分があれば、それら連続している信号を圧縮する手段と、前記圧縮手段による圧縮前のサンプリング信号数と圧縮後のサンプリング信号数から圧縮率を求める手段を備え、当該圧縮率により前記信号のゆらぎを検出してから当該信号のゆらぎの大きさが所定の大きさに減衰したことを検出するまでの信号のゆらぎの時間を検出し、さらに、前記ゆらぎ検出部が、前記サンプリングされた信号の並びにおいて、あるセグメントから他のセグメントに変化する個所がある場合、所定時間あたりの当該変化の回数を求める手段と、前記変化の増減の方向およびその変化量を求める手段を備え、当該変化の増減の方向およびその変化量により前記信号のゆらぎの大きさを検出し、前記判断部が用いる前記信号のゆらぎの変化パターンを、前記ゆらぎ検出部が検出した前記信号のゆらぎの時間の変化パターンとし、前記判断部が用いる前記信号のゆらぎの変化パターンを、前記ゆらぎ検出部が検出した前記信号のゆらぎの大きさの変化パターンとする構成である。
【０２１５】
上記構成により、信号のゆらぎの長さと信号のゆらぎの大きさを検出できる。また、サンプリング信号において、実質的な変化のない信号部分のデータ量を効果的に削減することができ、検出処理において必要な信号部分のデータは圧縮されないので、検出精度を低下させることはない。さらに、サンプリング信号の並びにおいて、検出面上の状態の変化を示す実質的な信号変化部分のみに注目し、当該変化の解析を通じて検出面上の状態の変化を捉えることができる。
【０２１６】
なお、第７例として、上記いずれかの検出装置において、前記受光素子からの信号のノイズを除去する手段を備える構成とすれば、ノイズの影響を除去し、精度の高い検出処理を行なうことができる。
【０２１７】
また、前記ノイズを除去する手段に入力される信号が、予めスパイク性のノイズが除去されている信号であれば、ノイズ除去の精度が向上する。
【０２１８】
前記ノイズを除去する手段の一例としては、順次入力される信号の所定のサンプル数を平均化して行われる手段が挙げられる。
【０２１９】
また、上記第１から第３例のいずれかの検出装置において、検出対象を液滴とすることができる。例えば、雨滴、水あるいは霧雨のいずれかなどである。
【０２２０】
このような雨滴の大きさの推定方法によれば、発光手段から発せられた光を検出面で反射し、該反射光を受光素子で受光して検出面の状態を検出する検出装置において、信号のゆらぎの変化パターンを検出し、当該変化パターンを解析することにより、付着物を検出することができる。信号のゆらぎの変化パターンとして、信号のゆらぎの大きさ、信号のゆらぎの長さを用いることができる。
【０２２１】
また、信号のゆらぎの時間的な長さを評価し、受光素子からのサンプリング信号について、信号の並びにおいて、同一セグメントに属する信号が連続している部分があれば、それら連続している信号を圧縮し、さらに圧縮率を求めている。この圧縮率は、付着した雨滴の挙動を反映しているので、より的確に付着した雨滴の状態を推定することができる。
【０２２２】
さらに、信号のゆらぎの大きさを評価し、前記サンプリング信号について、変化回数、変化の増減の方向、およびその変化量を求めている。これらのパラメータは、付着した雨滴の挙動を反映しているので、より的確に付着した雨滴の状態を推定することができる。
【０２２３】
また、さらに、前記サンプリング信号について、変化回数、変化の増減の方向、およびその変化量から、一元的に雨滴の大きさに関する特徴量を求めている。この一元的な特徴量も付着した雨滴の挙動を反映しているので、より簡単なロジックで検出面の状態を推定し、ワイパー制御に利用することができる。
【０２２４】
さらには付着後の雨滴のゆらぎにて一元的に雨滴の大きさに推定してもよい。このため、より簡単なロジックで検出面の状態を推定し、ワイパー制御に利用することも可能である。
【０２２５】
またさらに、簡単なロジックにて検出面の状態を推定することができるので、高速処理が容易となる。またハードウエア資源に関しても、あまり多くを必要としない検出装置とすることができる。
【０２２６】
【発明の効果】
本発明によれば、検知面に付着した雨滴の付着量と、検知面に付着した雨滴の大きさとに基づいて降雨状況を推定することができ、それぞれの降雨状況に即して適切なワイパー動作（払拭速度，間欠時間等）を実現することができる。
【０２２７】
また、本発明によれば、ワイパーの高速払拭動作が必要か否か判別できる。特に、高密度の雨滴状況下において、ワイパーの高速払拭動作の必要性を判別できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】雨滴の付着量と雨滴の大きさとの概念的な関係を示す図である。
【図２】光学機構を説明する図である。
【図３】ワイパー制御装置全体の構成を示した図である。
【図４】雨滴の検出ステップを説明する図である。
【図５】本発明による信号処理のステップを説明する図である。
【図６】判断部の処理を説明するフローチャートである。
【図７】雨滴検出方法の測定原理を説明する図である。
【図８】デジタルフィルタを説明する図である。
【図９】雨滴の衝突時における信号、および処理した信号を示す図である。
【図１０】小雨時における信号を示した図である。
【図１１】検出装置のノイズレベルを示す図である。
【図１２】雨粒の大きさの違いによる信号パターンの例を示す図である。
【図１３】本発明による信号処理をモデル的に説明する図である。
【図１４】本発明による信号処理をモデル的に説明する図である。
【図１５】本発明による信号処理をモデル的に説明する図である。
【図１６】本発明による信号処理のステップを説明する図である。
【図１７】小粒の雨滴の信号パターンを説明する図である。
【図１８】中粒の雨滴の信号パターンを説明する図である。
【図１９】大粒の雨滴の信号パターンを説明する図である。
【図２０】はね上げ水の信号パターンを説明する図である。
【図２１】霧の信号パターンを説明する図である。
【符号の説明】
２ ウィンドシールドガラス
３ 検出対象面
１０ 発光素子
１１ プリズムガラス
１２ 受光素子
１３ 水滴
２０ ハードウェア部分
２１ ソフトウェア部分
２２ 駆動回路
２３ モニター用受光素子
２４ モニター用検出回路
２５ 信号検出回路
２６ 増幅回路
２７ Ａ／Ｄコンバータ
２８ 検出部
２９ 判断部
Claims (16)
- 発光素子から発せられた光を、車両のウィンドシールドガラスのワイパー払拭領域の一部に設けられた検知面で反射させ、前記反射光を受光素子で受光して前記検知面の状態を検出することにより、前記ワイパーを制御する方法であって、
（ａ）前記受光素子の出力信号から遅れ信号を生成し、前記受光素子の出力信号と前記遅れ信号との差分を求め、前記差分の発生を検出することにより、前記検知面へ付着した所定時間当たりの雨滴の個数を検出し、
（ｂ）前記検出された雨滴の個数に基づいて、前記ワイパーの払拭動作を決定し、
（ｃ）前記検知面への雨滴の付着時の前記受光素子の出力信号の変化量を評価することにより、前記検知面に付着した雨滴の大きさを推定し、
（ｄ）前記推定された雨滴の大きさに基づいて、前記決定されたワイパーの払
拭動作を調整する制御を行う、ワイパー制御方法。 - 発光素子から発せられた光を、車両のウィンドシールドガラスのワイパー払拭領域の一部に設けられた検知面で反射させ、前記反射光を受光素子で受光して前記検知面の状態を検出することにより、前記ワイパーを制御する方法であって、
（ａ）前記受光素子の出力信号から遅れ信号を生成し、前記受光素子の出力信号と前記遅れ信号との差分を求め、前記差分の発生を検出することにより、前記検知面へ付着した所定時間当たりの雨滴の個数を検出し、
（ｂ）前記検出された雨滴の個数に基づいて、前記ワイパーの払拭動作を決定し、
（ｃ）前記受光素子からの信号をサンプリングしサンプリングした信号に対して、予め設定された複数の値で区分された複数のセグメントを設定し、前記検知面への雨滴の付着後のサンプリングされた信号に、あるセグメントから他のセグメントに変化する個所がある場合、所定時間あたりの前記変化の回数、前記変化の増減の方向、前記変化の増減の変化量、前記検知面への雨滴の付着後の前記受光素子の出力信号の変動が収まるまでの時間のいずれか１つあるいはそれらの組み合わせを評価することにより、前記検知面に付着した雨滴の大きさを推定し、
（ｄ）前記推定された雨滴の大きさに基づいて、前記決定されたワイパーの払
拭動作を調整する制御を行う、ワイパー制御方法。 - 前記決定されるワイパーの払拭動作は、ワイパーの払拭間欠時間であり、前記推定された雨滴の大きさに基づいて、前記決定されたワイパーの払拭間欠時間を調整する制御を行う、請求項１または２に記載のワイパー制御方法。
- 前記推定された雨滴の大きさが所定の閾値より小さい場合には、前記ワイパーの払拭間欠時間を、前記決定された払拭間欠時間より長くする制御を行う、請求項３に記載のワイパー制御方法。
- 前記推定された雨滴の大きさが所定の閾値以上である場合には、前記ワイパーの払拭間欠時間を、前記決定された払拭間欠時間より短くする制御を行う、請求項３に記載のワイパー制御方法。
- 前記決定されるワイパーの払拭動作は、ワイパーの払拭速度であり、前記推定された雨滴の大きさに基づいて、前記決定されたワイパーの払拭速度を調整する制御を行う、請求項１または２に記載のワイパー制御方法。
- 前記検出された雨滴の付着個数が所定の閾値以上であり、かつ、前記推定された雨滴の大きさが所定の閾値以上である場合には、前記ワイパーの払拭速度を高速に設定する制御を行う、請求項６に記載のワイパー制御方法。
- 前記検出された雨滴の付着個数が所定の閾値未満であり、かつ、前記推定された雨滴の大きさが所定の閾値より小さい場合には、前記ワイパーの払拭動作を待機モードに設定する制御を行う、請求項６に記載のワイパー制御方法。
- 発光素子から発せられた光を、車両のウィンドシールドガラスのワイパー払拭領域の一部に設けられた検知面で反射させ、前記反射光を受光素子で受光して前記検知面の状態を検出することにより、前記ワイパーを制御する装置であって、
前記受光素子の出力信号から遅れ信号を生成し、前記受光素子の出力信号と前記遅れ信号との差分を求め、前記差分の発生を検出することにより、前記検知面へ付着した所定時間当たりの雨滴の個数を検出する手段と、
前記検出された雨滴の個数に基づいて、前記ワイパーの払拭動作を決定する手段と、
前記検知面への雨滴の付着時の前記受光素子の出力信号の変化量を評価することにより、前記検知面に付着した雨滴の大きさを推定する手段と、
前記推定された雨滴の大きさに基づいて、前記決定されたワイパーの払拭動作を調整する制御を行う制御手段と、を備えるワイパー制御装置。 - 発光素子から発せられた光を、車両のウィンドシールドガラスのワイパー払拭領域の一部に設けられた検知面で反射させ、前記反射光を受光素子で受光して前記検知面の状態を検出することにより、前記ワイパーを制御する装置であって、
前記受光素子の出力信号から遅れ信号を生成し、前記受光素子の出力信号と前記遅れ信号との差分を求め、前記差分の発生を検出することにより、前記検知面へ付着した所定時間当たりの雨滴の個数を検出する手段と、
前記検出された雨滴の個数に基づいて、前記ワイパーの払拭動作を決定する手段と、
前記受光素子からの信号をサンプリングしサンプリングした信号に対して、予め設定された複数の値で区分された複数のセグメントを設定し、前記検知面への雨滴の付着後のサンプリングされた信号に、あるセグメントから他のセグメントに変化する個所がある場合、所定時間あたりの前記変化の回数、前記変化の増減の方向、前記変化の増減の変化量、前記検知面への雨滴の付着後の前記受光素子の出力信号の変動が収まるまでの時間のいずれか１つあるいはそれらの組み合わせを評価することにより、前記検知面に付着した雨滴の大きさを推定する手段と、
前記推定された雨滴の大きさに基づいて、前記決定されたワイパーの払拭動作を調整する制御を行う制御手段と、を備えるワイパー制御装置。 - 前記決定されるワイパーの払拭動作は、ワイパーの払拭間欠時間であり、前記制御手段は、前記推定された雨滴の大きさに基づいて、前記決定されたワイパーの払拭間欠時間を調整する制御を行う、請求項９または１０に記載のワイパー制御装置。
- 前記制御手段は、前記推定された雨滴の大きさが所定の閾値より小さい場合には、前記ワイパーの払拭間欠時間を、前記決定された払拭間欠時間より長くする制御を行う、請求項１１に記載のワイパー制御装置。
- 前記制御手段は、前記推定された雨滴の大きさが所定の閾値以上である場合には、前記ワイパーの払拭間欠時間を、前記決定された払拭間欠時間より短くする制御を行う、請求項１１に記載のワイパー制御装置。
- 前記決定されるワイパーの払拭動作は、ワイパーの払拭速度であり、前記制御手段は、前記推定された雨滴の大きさに基づいて、前記決定されたワイパーの払拭速度を調整する制御を行う、請求項９または１０に記載のワイパー制御装置。
- 前記制御手段は、前記検出された雨滴の付着個数が所定の閾値以上であり、かつ、前記推定された雨滴の大きさが所定の閾値以上である場合には、前記ワイパーの払拭速度を高速に設定する制御を行う、請求項１４に記載のワイパー制御装置。
- 前記制御手段は、前記検出された雨滴の付着個数が所定の閾値未満であり、かつ、前記推定された雨滴の大きさが所定の閾値より小さい場合には、前記ワイパーの払拭動作を、待機モードに設定する制御を行う、請求項１４に記載のワイパー制御装置。
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