JP4098440B2 - 降雨状態検出方法及び降雨状態検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、雨滴が接触する検出対象面の一部に設定された設定検出対象範囲に存在する雨水を検出することにより降雨の状態を検出する降雨状態検出方法、及び、雨滴が接触する検出対象面の一部に設定された設定検出対象範囲に存在する雨水を検出する雨水検出手段と、その雨水検出手段の検出情報に基づいて、降雨の状態を判断する降雨状態判断手段とが設けられた降雨状態検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
かかる降雨状態検出方法及び降雨状態検出装置は、検出対象面の一部に検出対象範囲を設定して、降雨によりその検出対象範囲に存在する雨水を検出することで、降雨の状態を検出するものである。
尚、便宜上検出の対象となるものを降雨の状態と表現しているが、降雪の状態も検出の対象として含まれる。
かかる降雨状態検出方法及び降雨状態検出装置としては、従来、自動車に適用される場合を例にとって説明すると、図１０に示すように、自動車のフロントガラス１００の外面を検出対象面として、その検出対象面の一部に雨水検出手段による検出対象となる検出対象範囲１０１を設定し、その設定検出対象範囲１０１に落下した雨滴を検出することにより、降雨の状態を検出していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来構成では、特に雨量が少ない状態で検出精度が低下しやすい傾向がある。
具体的には、図１０（イ）に示す降雨の状態と図１０（ロ）に示す降雨の状態とで、フロントガラス１００に付着した雨滴１０２の密度が異なる状態を例示しているが、このように密度が異なっても検出対象範囲１０１に付着する雨滴１０２の密度が同等となって、同程度の降雨と検出してしまう場合がある。一方、フロントガラス１００の全体を検出対象範囲とすれば上述のような問題は生じないが、装置構成が複雑化し現実的ではない。
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、降雨状態検出方法及び降雨状態検出装置の検出精度を向上する点にある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記請求項１記載の構成を備えることにより、設定検出対象範囲を、検出対象面を拭い操作する範囲内に設定し、検出対象範囲を払拭通過するときの雨水の検出情報に基づいて降雨の状態を検出する。
すなわち、検出対象面を拭い操作することにより検出対象範囲に集めて来た雨水を検出することで、検出対象範囲を物理的な検出対象範囲から検出対象面を拭い操作する範囲まで実効的に広げることができる。
もって、降雨状態検出方法の検出精度を向上できるに至った。
【０００５】
又、上記請求項２記載の構成を備えることにより、雨水検出手段による設定検出対象範囲を、払拭手段にて検出対象面を拭い操作する範囲内に設定し、検出対象範囲を払拭通過するときの雨水の検出情報に基づいて降雨の状態を検出する。
すなわち、払拭手段にて検出対象面を拭い操作することにより検出対象範囲に集めて来た雨水を検出することで、検出対象範囲を物理的な検出対象範囲から検出対象面を拭い操作する範囲まで実効的に広げることができる。
もって、降雨状態検出装置の検出精度を向上できるに至った。
【０００６】
又、上記請求項３記載の構成を備えることにより、走行体の窓ガラスの外面が検出対象面となる。
走行体の窓ガラスにおいて視界の妨げとなる雨水を、視界を確保したい部位において検出することで、降雨の状態の検出結果をより精度の良いものとでき、有効に利用することができる。
【０００７】
又、上記請求項４記載の構成を備えることにより、走行体のフロントガラスの外面が検出対象面となる。
走行体のフロントガラスは、他の窓ガラスに比べてより降雨の影響を受け、又、より視界の確保が重要となる部分である。
従って、上述のような検出精度の向上が極めて有効となる。
【０００８】
又、上記請求項５記載の構成を備えることにより、払拭手段は、視界を確保するためのワイパーにて構成され、降雨状態判断手段は、ワイパーが検出対象範囲を払拭通過するときの雨水検出手段の検出情報に基づいて、降雨の状態を判断する。
従って、走行体の窓ガラスに、視界を確保するために本来的に備えられているワイパーを利用して、検出対象面を拭う払拭手段を構成するので、装置構成の簡素化を図ることができる。
【０００９】
又、上記請求項６記載の構成を備えることにより、雨水検出手段の設定検出対象範囲は、扇状のワイパーの作動範囲における外周寄りに位置している。
従って、雨水検出手段の検出対象範囲をワイパーの作動範囲の内周寄りに配置する場合に較べて、ワイパーがより大きな面積の雨水を検出対象範囲に集めるので、より一層検出精度の向上を図ることができる。
【００１０】
又、上記請求項７記載の構成を備えることにより、雨水検出手段は、設定検出対象範囲に存在する雨水を光学的に検出する。
すなわち、設定検出対象範囲に対応する部分の一端側から光を入射させ、その入射した光が窓ガラス内を窓ガラスの外面側で全反射することにより伝搬して、他端側から出射すると、入射した光と出射した光との変化量に基づいて、雨水の存在を検出することができる。
具体的に説明すると、光が窓ガラス内を伝搬するときに、窓ガラスの外面に雨水が存在すると、その雨水によって、窓ガラスの外面側境界で全反射するはずの光の一部が外部に透過してしまい、出射する光の量が減少する。従って、出射光量の減衰の程度で雨水の存在を検出できるのである。
窓ガラスに存在する雨水の検出は、電気抵抗の変化の検出や窓ガラスに対する雨滴の衝突圧の検出等によって行うことができるが、このような構成に比べて、簡素な構成で、効率良く雨水を検出することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の降雨検出方法及び降雨状態検出装置の実施の形態を、走行体として自動車を例にとり、自動車の窓ガラスの外面を検出対象面とする場合について、図面に基づいて説明する。
降雨状態検出装置ＲＳは、図５に示すように、走行体としての自動車Ｖの窓ガラスＷＳのうちの前進方向側に位置するフロントガラスＦＳの車内側に図示しない接着剤等によって取り付けられている。つまりフロントガラスＦＳの外面を検出対象面ＳＳとし、その検出対象面ＳＳの一部を検出対象範囲ＳＡとして設定している。
【００１２】
フロントガラスＦＳにおける降雨状態検出装置ＲＳの取り付け位置は、バックミラー（図示を省略）の裏側に配置されて自動車のドライバーの視界を妨げにくいものとしてある。又、この降雨状態検出装置ＲＳの設置位置は、図１に示すように、フロントガラスＦＳの外側に視界を確保するために配置されている２本のワイパー１ａ，１ｂとの関係では、設定検出対象範囲ＳＡが、２本のワイパー１ａ，１ｂのうちの一方のワイパー１ｂの払拭作動範囲内で且つ他方のワイパー１ａの払拭作動範囲外に位置するように配置してある。従って、２本のワイパー１ａ，１ｂのうちの一方のワイパー１ｂは、検出対象面ＳＳを拭い操作する払拭手段ＷＰとして機能する。
【００１３】
降雨状態検出装置ＲＳには、上記設定検出対象範囲ＳＡに雨水が存在することを光学的に検出する雨水検出手段ＲＭと、その雨水検出手段ＲＭの検出情報に基づいて降雨の状態を判断する降雨状態判断手段ＲＤとが備えられている。
その雨水検出手段ＲＭによる雨水検出の基本的な原理を図９に基づいて概略的に説明する。
図９（イ）に示す上記検出対象範囲ＳＡに雨水が存在しない状態では、発光素子２が出射して設定検出対象範囲ＳＡに対応する部分の一端側からフロントガラスＦＳ内に入射した光線は全反射を繰り返してフロントガラスＦＳ内を伝搬して行き、他端側から出射する。
【００１４】
一方、図９（ロ）に示す検出対象範囲ＳＡに雨水が存在する状態では、光線の伝搬角度を適当に設定することで、フロントガラスＦＳの外面と雨水との境界に入射した光は、雨水の層を通過して外部に発散する。
従って、検出対象範囲ＳＡに存在する雨水によって光線の強度が減衰することになり、この減衰の有無を信号検出用受光素子３によって検出することによって、検出対象範囲ＳＡにおける雨水の存在を検出することができる。すなわち、上記フロントガラスＦＳへの入射光とフロントガラスＦＳからの出射光との変化量に基づいて、雨水の存在を検出することができる。
【００１５】
上述の原理によって雨水の存在を検出するために、雨水検出手段ＲＭは、図２に示すように、例えば発光ダイオード又は半導体レーザ等の発光素子２と、発光素子２の出射光をフロントガラスＦＳ内に入射させるための回折格子４ａを形成した入射側ガラス板４と、入射側ガラス板４にて反射された発光素子２の出射光の一部を検出して発光素子２の出射光強度をモニタするためのモニタ用受光素子５と、信号検出用受光素子３と、その信号検出用受光素子３を固着した出射側ガラス板６とをフレーム７に保持させると共に、そのフレーム７の下面に薄いガラス板８とシリコーンシート９とを備えさせて構成され、そのシリコーンシート９をフロントガラスＦＳの室内側の面に押圧するようにフレーム７が固定される。フレーム７は、フロントガラスＦＳの室内側の面に接着固定した２つの固定部材１０にフレーム７の一部をねじ止めすることにより固定される。
【００１６】
フレーム７に保持される発光素子２、信号検出用受光素子３及びモニタ用受光素子５は、夫々の電極が、信号処理回路基板１１に接続されている。
この信号処理回路基板１１には、図３に概略的に示すように、発光素子２を駆動する駆動回路１２と、モニタ用受光素子５の出力を検出するモニタ用検出回路１３と、信号検出用受光素子３の出力信号を検出する信号検出回路１４と、信号検出回路１４の検出情報に基づいて、降雨の状態を判断する制御部１５とが設けられている。これら駆動回路１２、モニタ用検出回路１３及び信号検出回路１４も上記雨水検出手段ＲＭの一部を構成し、又、制御部１５は上記降雨状態判断手段ＲＤとして機能する。
【００１７】
駆動回路１２は、発光素子２の駆動電流を設定周波数で変調して、発光素子２からその設定周波数で強度変調を受けた光を出射させ、且つ、モニタ用検出回路１３から入力されるモニタ用受光素子５の検出信号に基づいて、発光素子２の出射光の平均パワーが一定となるように駆動電流のレベルを制御する。
信号検出回路１４は、信号検出用受光素子３の出力から、上記設定周波数の信号成分を抽出して、制御部１５に出力する。このように発光素子２の変調周波数の成分のみを抽出することで、太陽光等の外乱光の影響を除外することができる。
【００１８】
制御部１５は、信号検出回路１４の出力信号に基づいて降雨の状態を判断し、その結果を、自動車制御用コンピュータＣＣに送信する。
以下、上記構成の降雨状態検出装置ＲＳの降雨状態の検出作動について概略的に説明する。
図２に示すように、発光素子２は、装置の電源投入後、信号処理回路基板１１の駆動回路１２の駆動によって上記設定周波数で変調された光線を出射し、その出射光は、入射側ガラス板４の回折格子４ａに入射する。その入射光は、入射側ガラス板４内で２回全反射した後、入射側ガラス板４とガラス板８との間に位置する入射側シリコーンシート１６，ガラス板８及びフロントガラスＦＳの内面側に接するシリコーンシート９を通過してフロントガラスＦＳ内に入射する。
【００１９】
フロントガラスＦＳ内に入射した光線は、フロントガラスＦＳの外面側の界面で２回、ガラス板８で１回全反射して、主にフロントガラスＦＳ内を伝搬し、再びシリコーンシート９及びガラス板８を通過し、更に、ガラス板８と出射側ガラス板６との間に位置する出射側シリコーンシート１７を通過して、出射側ガラス板６に入射する。
その入射光は、出射側ガラス板６内で２回全反射し、信号検出用受光素子３に入射して電気信号に変換される。
【００２０】
信号検出用受光素子３の検出信号は、信号処理回路基板１１に備えられた信号検出回路１４にて上記設定周波数成分が抽出されて制御部１５に送られる。
制御部１５は、この状態において、図４に概略的に示されるフローチャートに基づく制御判断を実行する。
すなわち、制御部１５が、自動車制御用コンピュータＣＣから、ワイパー１ａ，１ｂの始動信号を受け取ったとき（ステップ＃１）、つまりワイパー１ａ，１ｂが下端の原点位置から上昇揺動を開始するとき、信号検出回路１４の出力信号の取り込みを開始し、制御部１５内に備えられているメモリに記憶して行く（ステップ＃２）。
そして、ワイパー１ａ，１ｂが上昇端まで揺動し、その後、再び下端の原点位置まで復帰揺動したことを示す復帰信号を自動車制御用コンピュータＣＣから受け取ると（ステップ ＃３）、信号検出回路１４の出力信号の記憶を終了する（ステップ＃４）。
【００２１】
制御部１５は、このようにして信号検出回路１４の出力信号を取り込んだ後、その取り込んだ信号に基づいて降雨の状態を判断する（ステップ＃５）。
信号検出回路１４から取り込んだ信号は、具体的には、図６乃至図８に例示するものとなる。
図６の信号は、霧雨程度の降雨状態での信号であり、図７の信号は、普通程度の降雨状態での信号であり、図８の信号は、大雨の降雨状態での信号を例示している。
図６乃至図８の信号例では、何れも、信号を取り込んだ範囲で２つの深いディップＤ１，Ｄ２が存在し、信号検出用受光素子３の検出信号が著しく低下していることがわかる。この２つのディップＤ１，Ｄ２のうち、最初に現れるディップＤ１が、ワイパー１ｂが下端の原点位置から上昇端まで揺動する途中において検出対象範囲ＳＡを通過するときの信号変化であり、次に現れるディップＤ２が、上昇端から下端の原点位置まで下降揺動する途中において検出対象範囲ＳＡを通過するときの信号変化である。
【００２２】
ワイパー１ｂが降雨状態検出装置ＲＳの検出対象範囲ＳＡを通過するときには、図１に示すように、ワイパー１ｂの上昇揺動時は、ワイパー１ｂがおおよそＢ０−Ｅ０−Ｅ１−Ｂ１で囲まれる斜線部Ａ１の範囲の雨水を集めて検出対象範囲ＳＡに至り、又、ワイパー１ｂの下降揺動時は、ワイパー１ｂがおおよそＢ２−Ｅ２−Ｅ１−Ｂ１で囲まれる斜線部Ａ２の範囲の雨水を集めて検出対象範囲ＳＡに至るので、霧雨の降雨状態でも大きな信号変動を得ることができ、更に、実質的にＢ０−Ｅ０−Ｅ２−Ｂ２で囲まれる斜線部Ａ１と斜線部Ａ２とを足し合わせた範囲についての雨水の情報を得ることができるので、得られた情報がばらつきの小さいものとなる。又、設定検出対象範囲ＳＡが扇状のワイパー１ｂの作動範囲における外周寄りに位置しているので、上記斜線部Ａ１と斜線部Ａ２とを足し合わせた面積も広いものとなっている。
【００２３】
制御部１５は、上記図６乃至図８に例示する信号が得られると、信号検出回路１４の出力信号を取り込んだ時間幅からワイパー１ｂが検出対象範囲ＳＡを通過するタイミングを特定し、そのタイミングでのデータに基づいて降雨の状態を判断する。つまり、設定検出対象範囲ＳＡを通過するときの雨水検出手段ＲＤの検出情報に基づいて、降雨の状態を判断する。
例えば、上記通過のタイミングでのピーク値（信号変化としてのピーク値）から雨の程度を推定し、あるいは、上記通過のタイミングでの信号波形からワイパー１ｂの拭き残しが存在するか否かの推定をする等の降雨の状態を判断して、自動車制御用コンピュータＣＣに送信する。
上述の処理は、ワイパー１ａ，１ｂが払拭作動しているときは、ワイパー１ａ，１ｂが往復移動するたびに実行されるのであるが、別途終了が指令されると（ステップ＃６）、終了する。
【００２４】
〔別実施形態〕
上記実施の形態では、降雨状態検出装置ＲＳを、自動車のフロントガラスＦＳを検出対象面ＳＳとして設置した場合を例示しているが、リヤガラス等の他の窓ガラスに設置しても良い。
又、航空機の窓に設置したり、あるいは、固定設置して使用する等、種々の形態で利用することができる。
上記実施の形態では、降雨状態判断手段ＲＤとして機能する制御部１５は、自動車制御用コンピュータＣＣからのワイパー１ａ，１ｂの動作信号を利用して信号検出回路１４の出力信号を取り込んでいるが、最も古いデータから順次書き換えながら、常時信号検出回路１４の出力信号を取り込むようにしても良い。
【００２５】
上記実施の形態では、信号検出回路１４から取り込んだデータの時間幅から、ワイパー１ｂが設定検出対象範囲ＳＡを通過するときのデータを特定しているが、信号検出回路１４の出力信号の信号レベル又は信号の変化率等に基づいて、信号検出回路１４の出力信号自体からワイパー１ｂが設定検出対象範囲ＳＡを通過するときのデータを特定しても良い。
更に、ロータリエンコーダ等によりワイパー１ｂの揺動位置を測定して、その測定情報に基づいて、ワイパー１ｂが設定検出対象範囲ＳＡを通過するときのデータを特定しても良い。
【００２６】
上記実施の形態では、自動車ＶのフロントガラスＦＳに配置されるワイパー１ｂを利用して払拭手段ＷＰを構成しているが、ワイパー１ｂとは別個にワイパー１ａ，１ｂと同様の形状の払拭手段ＷＰを備えても良い。
上記実施の形態では、雨水検出手段ＲＭは、光学的に設定検出対象範囲ＳＡに存在する雨水を検出しているが、窓ガラスＷＳの外面に表面弾性波を伝搬させて、その伝搬信号の減衰量によって雨水を検出する構成等、雨水検出手段ＲＭの具体構成は種々変更可能である。
【００２７】
上記実施の形態では、雨滴が接触する検出対象面ＳＳとして自動車ＶのフロントガラスＦＳの外面を例示して、検出対象面ＳＳの全体に雨滴が接触する場合を説明しているが、必ずしも検出対象面ＳＳの全体に雨滴が接触する必要はなく、例えば、設定検出対象範囲ＳＡには雨滴が接触しない場合でも、設定検出対象範囲ＳＡを、払拭手段ＷＰにて拭い操作して集めた雨水が通過することで、雨水を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる検出対象範囲の配置説明図
【図２】本発明の実施の形態にかかる降雨状態検出装置の断面図
【図３】本発明の実施の形態にかかるブロック構成図
【図４】本発明の実施の形態にかかるフローチャート
【図５】本発明の実施の形態にかかる降雨状態検出装置の配置説明図
【図６】本発明の実施の形態にかかる検出信号の例示図
【図７】本発明の実施の形態にかかる検出信号の例示図
【図８】本発明の実施の形態にかかる検出信号の例示図
【図９】本発明の実施の形態にかかる検出原理の説明図
【図１０】従来技術の説明図
【符号の説明】
ＦＳ フロントガラス
ＲＤ 降雨状態判断手段
ＲＭ 雨水検出手段
ＳＡ 検出対象範囲
ＳＳ 検出対象面
Ｖ 走行体
ＷＰ 払拭手段
ＷＳ 窓ガラス
１ｂ ワイパー
２ 発光素子
３ 受光素子

Claims (7)

1. 雨滴が接触する検出対象面の一部に設定された設定検出対象範囲に存在する雨水を検出することにより降雨の状態を検出する降雨状態検出方法であって、
   前記設定検出対象範囲を、前記検出対象面を拭い操作する範囲内に設定し、
   前記検出対象範囲を払拭通過するときの雨水の検出情報に基づいて降雨の状態を検出する降雨状態検出方法。
2. 雨滴が接触する検出対象面の一部に設定された設定検出対象範囲に存在する雨水を検出する雨水検出手段と、
   その雨水検出手段の検出情報に基づいて、降雨の状態を判断する降雨状態判断手段とが設けられた降雨状態検出装置であって、
   前記雨水検出手段は、前記設定検出対象範囲が前記検出対象面を拭い操作する払拭手段の作動範囲内に位置するように配置され、
   前記降雨状態判断手段は、前記設定検出対象範囲を前記払拭手段が通過するときの前記雨水検出手段の検出情報に基づいて降雨の状態を判断するように構成されている降雨状態検出装置。
3. 前記検出対象面が、走行体の窓ガラスの外面である請求項２記載の降雨状態検出装置。
4. 前記窓ガラスが前記走行体の前進方向側に位置するフロントガラスである請求項３記載の降雨状態検出装置。
5. 前記払拭手段は、視界を確保するためのワイパーにて構成されている請求項３又は４に記載の降雨状態検出装置。
6. 前記雨水検出手段は、前記設定検出対象範囲を、扇状のワイパーの作動範囲における外周寄りに位置させるように配置されている請求項５記載の降雨状態検出装置。
7. 前記雨水検出手段は、前記窓ガラスにおける前記設定検出対象範囲に対応する部分の一端側に光を入射させる発光素子と、前記窓ガラス内を前記窓ガラスの外面側で全反射することにより伝搬して他端側から出射した光を検出する受光素子とが備えられ，前記窓ガラスへの入射光量と前記窓ガラスからの出射光量との変化量に基づいて、雨水の存在を検出するように構成されている請求項３〜６のいずれか１項に記載の降雨状態検出装置。

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