JP4513681B2 - 雨滴・結露検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、透明板状体の外面に付着する雨滴と内面に生じる結露を検出する雨滴・結露検出装置に関するものである。

従来、例えば特許文献１に開示されるように、透明板状体の外面に付着する雨滴と内面に生じる結露の両方を検出する雨滴・結露検出装置が知られている。

この雨滴・結露検出装置は、透明板状体であるウインドガラス内面の一部に固定され、中央主部が帯板状で透光性材料からなる導光板と、導光板の一端に支持された結露及び雨滴用の兼用発光素子と、導光板の他端に支持された雨滴検出用受光素子及び結露用受光素子と、兼用発光素子からの光を分岐させるためにウインドガラスと導光板との間に設けられた半反射部材であるハーフミラーと、分岐後の光をそれぞれ反射させるためにウインドガラスと導光板との間に設けられたミラーとから構成されている。
特開平９−２５７９５２号公報

しかしながら、上記構成においては、兼用発光素子から出力された光は発散するので、ウインドガラスの内面又は外面において光強度は弱くなる。従って、雨滴又は結露の付着によって光が散乱してもその光量変化（減光量）は小さい。

また、光量変化を大きくするために光路長を長くする（例えばウインドガラス内及び導光板内で複数回反射させる）ことも考えられるが、装置を小型化するのが困難となる。

本発明は上記問題点に鑑み、雨滴と結露の両方を精度良く検出することができ、小型化が可能な雨滴・結露検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する為に、請求項１〜８に記載の発明は、透明板状体の外面に付着する雨滴と内面に生じる結露を検出する雨滴・結露検出装置に関するものである。先ず請求項１に記載のように、透明板状体の外面に付着する雨滴と内面に生じる結露を検出する雨滴・結露検出装置であって、透明板状体に向けて発光する発光手段と、透明板状体の内面の一部に設けられた反射手段と、透明板状体の内面における反射手段設置部位とは異なる部位に一端が固定され、発光手段からの光束の一部を平行光とする第１のコリメート手段と、透明板状体とは離間して透明板状体と発光手段との間に配置され、発光手段からの光束の一部を平行光として、少なくとも反射手段の設置領域を含む透明板状体の内面に照射する第２のコリメート手段と、透明板状体に対して発光手段と同じ側に配置され、第１のコリメート手段を介して透明板状体内に入射された光束の、透明板状体の外面における反射光を受光する第１の受光手段と、透明板状体に対して発光手段と同じ側に配置され、第２のコリメート手段を介して反射手段に照射された光束の反射光を受光する第２の受光手段と、を備え、反射手段における透明板状体への設置面の裏面が、透明板状体の内面側の空気に晒されており、第２のコリメート手段の平行光が、透明板状体の内面側の空気を介して、反射手段の裏面に照射することを特徴とする。

このように本発明によると、発光手段から出射された光を、第１のコリメート手段により平行光として透明板状体内に導入し、その外面における反射光を第１の受光手段にて受光する。従って、平行光が反射される透明板状体外面における光強度が高められるので、雨滴を精度良く検出することができる。また、同一の発光手段から出射された光を、第２のコリメート手段により平行光として反射手段に照射し、その反射光を第２の受光手段にて受光する。従って、反射手段が設けられた透明板状体内面における光強度が高められるので、結露を精度良く検出することができる。更に言えば、反射手段における透明板状体の内面側の空気に晒される裏面、すなわち、反射手段における結露が生じる表面に、第２のコリメート手段の平行光が、透明板状体の内面側の空気を介して照射する。すなわち、反射手段の外部から、反射手段における結露が生じる表面に光が照射される。これによれば、特許文献１に示されるように、導光板内から、導光板における結露が生じる面に光が照射される構成と比べて、結露によって光が散乱され易くなる。この結果、結露による反射光の強度変化量が大きくなるので、結露の検出精度がより高まる。以上により、本発明によれば、雨滴と結露の両方を精度良く検出することができる。

また、本発明においては、透明板状体の両表面における光強度を高めることができるので、光路長を短くすることができる。すなわち、雨滴・結露検出装置を小型化することができる。尚、発光手段を兼用しているので、装置をさらに小型化することができる。更に言えば、発光手段が内面側に配置されているので、発光手段が外面側に配置される構成とは異なり、雨滴に晒されない。これにより、耐久性が向上する。また見栄え上も好ましく、装置も小型化することができる。

第１のコリメート手段及び第２のコリメート手段としては、例えば請求項２に記載のように、それぞれコリメートレンズを含むものを適用することができる。

請求項３に記載のように、第１のコリメート手段による平行光と第２のコリメート手段による平行光は互いに平行であることが好ましい。この場合、発光手段からの光束の一部を第２のコリメート手段にて平行光とし、反射手段に照射するとともに、発光手段からの光束の一部を第１のコリメート手段にて平行光とし、反射手段が設けられていない部位を介して透明板状体に導入する構成を、より小さく実現することができる。

請求項４に記載のように、第２のコリメート手段の平行光が、反射手段の裏面に直接照射し、反射手段の裏面にて反射された反射光が、第２の受光手段に直接入射する構成が好ましい。これによれば、第２のコリメート手段の平行光が、反射手段の表面にて１度反射される構成となっているので、特許文献１に示されるように、結露が生じる面を有する導光板内で光が複数回反射される構成と比べて、発光素子から受光素子までの光路長を短くすることできる。更に言えば、結露が生じる面にて、幾度も光が反射される構成とは異なり、反射光の強度が結露によって著しく低下することが抑制される。これにより、結露の付着量の検出精度が向上される。

請求項５に記載のように、透明板状体の内面における反射手段設置部位とは異なる部位に一端が固定され、透明板状体の外面における反射光を第１の受光手段に対して収束させる第１の収束手段と、透明板状体とは離間して透明板状体と第２の受光手段との間に設けられ、反射手段による反射光を第２の受光手段に対して収束させる第２の収束手段と、を備え、第２のコリメート手段の平行光が、反射手段の裏面に直接照射し、反射手段の裏面にて反射された反射光が、第２の収束手段に直接入射し、第２の収束手段にて収束された収束光が、第２の受光手段に直接入射する構成が好ましい。

このように、各反射光を対応する収束手段によって収束させるので、受光手段の感度を向上することができる。すなわち、雨滴と結露の両方をより精度良く検出することができる。また、受光手段を小さくできるので、装置をさらに小型化することができる。尚、少なくとも一方の収束手段を有さない構成としても良い。更に言えば、第２のコリメート手段から出射された光が、反射手段の表面にて１度反射される構成となっているので、特許文献１に示されるように、結露が生じる面を有する導光板内で光が複数回反射される構成と比べて、発光素子から受光素子までの光路長を短くすることできる。また、結露が生じる面にて、幾度も光が反射される構成とは異なり、反射光の強度が結露によって著しく低下することが抑制される。これにより、結露の付着量の検出精度が向上される。

第１の収束手段及び前記第２の収束手段としては、請求項６に記載のように、それぞれ集束レンズを含むものを適用することができる。また、請求項７に記載のように、発光手段、第１の受光手段、及び第２の受光手段、を収納する下ケースと、第１のコリメート手段、第２のコリメート手段、第１の収束手段、及び第２の収束手段が、同一材料を用いて一体成形されて成る上ケースと、を有する構成を採用することができる。これによれば、部品点数、取り付け工数を削減することができる。また、各コリメート手段の位置決め精度を向上することができる。

更に、請求項７に記載の構成においては、請求項８に記載のように、透明板状体と上ケースとを接着する接着剤を有し、接着剤が、透明板状体の内面にて、反射手段を隙間なく挟むように、透明板状体と上ケースとの間に設けられた構成を採用することもできる。

次に、請求項９〜１４に記載の発明は、請求項１〜８に記載の発明とは別構成の雨滴・結露検出装置に関するものである。先ず請求項９に記載のように、透明板状体に向けて発光する第１の発光手段及び第２の発光手段と、透明板状体の内面の一部に設けられた反射手段と、透明板状体の内面における反射手段設置部位とは異なる部位に一端が固定され、第１の発光手段からの光束の少なくとも一部を平行光として透明板状体に導く第１のコリメート手段と、透明板状体とは離間して透明板状体と第２の発光手段との間に配置され、第２の発光手段からの光束の少なくとも一部を平行光として、少なくとも反射手段の設置領域を含む透明板状体の内面に照射する第２のコリメート手段と、透明板状体の内面における反射手段設置部位とは異なる部位に一端が固定され、第１のコリメート手段を介して透明板状体内に入射された光束の、透明板状体の外面における反射光を収束させる第１の収束手段と、透明板状体とは離間して設けられ、第２のコリメート手段を介して反射手段に照射された光束の反射光を収束させる第２の収束手段と、第１の収束手段による収束光及び第２の収束手段による収束光を受光する受光手段と、お互いの点灯期間が重ならないように第１の発光手段及び第２の発光手段の点消灯を制御するとともに、第１の発光手段及び第２の発光手段の点消灯に応じて、受光手段の信号を雨滴検出信号又は結露検出信号とする制御手段と、を備え、反射手段における透明板状体への設置面の裏面が、透明板状体の内面側の空気に晒されており、第２のコリメート手段の平行光が、透明板状体の内面側の空気を介して、反射手段の裏面に照射することを特徴とする。

このように本発明によると、発光手段から出射された光を、第１のコリメート手段により平行光として透明板状体内に導入し、その外面における反射光を受光手段にて受光する。従って、平行光が反射される透明板状体外面における光強度が高められるので、雨滴を精度良く検出することができる。また、第２の発光手段から出射された光を、第２のコリメート手段により平行光として反射手段に照射し、その反射光を受光手段にて受光する。従って、反射手段が設けられた透明板状体内面における光強度が高められるので、結露を精度良く検出することができる。更に言えば、反射手段における透明板状体の内面側の空気に晒される裏面、すなわち、反射手段における結露が生じる表面に、第２のコリメート手段の平行光が、透明板状体の内面側の空気を介して照射する。すなわち、反射手段の外部から、反射手段における結露が生じる表面に光が照射される。これによれば、特許文献１に示されるように、導光板内から、導光板における結露が生じる面に光が照射される構成と比べて、結露によって光が散乱され易くなる。この結果、結露による反射光の強度変化量が大きくなるので、結露の検出精度がより高まる。以上により、本発明によれば、雨滴と結露の両方を精度良く検出することができる。

また、本発明においては、透明板状体の両表面における光強度を高めることができるので、光路長を短くすることができる。すなわち、雨滴・結露検出装置を小型化することができる。尚、発光手段を兼用しているので、装置をさらに小型化することができる。更に言えば、発光手段が内面側に配置されているので、発光手段が外面側に配置される構成とは異なり、雨滴に晒されない。これにより、耐久性が向上する。また見栄え上も好ましく、装置も小型化することができる。

請求項１０に記載のように、第２のコリメート手段の平行光が、反射手段の裏面に直接照射し、反射手段の裏面にて反射された反射光が、第２の収束手段に直接入射し、第２の収束手段にて収束された収束光が、第２の受光手段に直接入射する構成が好ましい。これによれば、第２のコリメート手段の平行光が、反射手段の表面にて１度反射される構成となっているので、特許文献１に示されるように、結露が生じる面を有する導光板内で光が複数回反射される構成と比べて、発光素子から受光素子までの光路長を短くすることできる。更に言えば、結露が生じる面にて、幾度も光が反射される構成とは異なり、反射光の強度が結露によって著しく低下することが抑制される。これにより、結露の付着量の検出精度が向上される。

例えば請求項１１に記載のように、第１のコリメート手段及び前記第２のコリメート手段として、それぞれコリメートレンズを含み、第１の収束手段及び第２の収束手段として、それぞれ集束レンズを含む構成を採用することができる。

請求項１２，１３，１４に記載の発明の作用効果は、それぞれ請求項３，７，８に記載の発明の作用効果と同様であるので、その記載を省略する。

上記した請求項１〜１４いずれかに記載の発明は、請求項１５に記載のように、透明板状体として、２枚のガラスを接着してなる移動体のウインドシールドに好適である。尚、移動体としては、例えば車両（自動車、列車等）、航空機、船舶等に適用することができる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係る雨滴・結露検出装置の概略構成を示す断面図である。

図１に示すように、本実施形態に係る雨滴・結露検出装置１００は、透明板状体である車両（自動車）のウインドシールド１（フロントガラス）の車内面２の所定位置に設置されている。ウインドシールド１は、一般的に１ｍｍ弱程度の厚さを有するポリビニルブチラール（ＰＶＢ）を、１．５〜３ｍｍ程度の板厚を有する２枚のガラスで挟んだ状態で接着してなるものである。尚、雨滴・結露検出装置１００の設置場所としては特に限定されるものではないが、乗員（特に運転者）の視界の妨げにならない位置が好ましい。このような場所としては、例えばルームミラーの取り付けベース周辺等がある。

雨滴・結露検出装置１００は、基本構成として、発光手段１１０、反射手段１２０、第１のコリメート手段１３０、第２のコリメート手段１４０、第１の受光手段１５０、及び第２の受光手段１６０を備えている。

発光手段１１０としては、発光するものであれば適用が可能であり、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子と、当該素子の発光駆動回路（図示略）から構成される。本実施形態においては赤外線発光ダイオードを採用しており、ウインドシールド１の車内面２側において回路基板１０に実装されている。また、発光手段１１０を構成する発光駆動回路に、回路基板１０に構成された制御部（図示略）からの発光指示信号が入力されると、赤外線をウインドシールド１に向けて出力するよう構成されている。

反射手段１２０としては、ウインドシールド１の発光手段１１０が配置された側の表面の一部に設けられ、発光手段１１０から出力された光を反射できるものであれば適用が可能である。本実施形態においては、例えばアルミニウム蒸着等によりウインドシールド１の車内面２に形成してなるミラー（反射膜）を適用している。この反射手段１２０は、第２のコリメート手段１４０による平行光が照射されるウインドシールド１の車内面２の領域に対応して形成されている。

第１のコリメート手段１３０は、反射手段１２０が設けられたウインドシールド１表面の反射手段設置部位とは異なる部位に一端が固定され、発光手段１１０からの光束の一部を平行光とするものであれば適用が可能である。本実施形態において第１のコリメート手段１３０は、発光手段１１０から発散する光束の一部を平行光とする第１のコリメートレンズ部１３１と、第１のコリメートレンズ部１３１と一体化し、その平行光をウインドシールド１の車内面２で反射させずに、ウインドシールド１内に導く導光部１３２とにより構成される。

尚、第１のコリメート手段１３０は、例えばポリカーボネート、ポリエステル、アクリル等の樹脂やガラス等の、ウインドシールド１を構成するガラスとほぼ同一の屈折率を有する材料を用いて構成されている。従って、光束が第１のコリメート手段１３０からウインドシールド１に透過する時、光束が散乱しがたい。また、平行光が、例えば約４５度の入射角をもってウインドシールド１に入射するように構成されているので、光学損失が少ない。

第２のコリメート手段１４０は、ウインドシールド１とは離間してウインドシールド１と発光手段１１０との間に配置され、発光手段１１０から発散する光束の一部を平行光として、少なくとも反射手段１２０の設置領域を含むウインドシールド１の表面に照射するものであれば適用が可能である。

本実施形態における第２のコリメート手段１４０は、発光手段１１０から発散する光束の一部を平行光とする第２のコリメートレンズ部１４１により構成される。そして、第１のコリメート手段１３０による平行光と第２のコリメート手段１４０による平行光が互いに平行となるように、両者が構成されている。この場合、発光手段１１０から発散する光束の一部を第２のコリメート手段１４０にて平行光とし、反射手段１２０に照射するとともに、発光手段１１０から発散する光束の一部（好ましくは第２のコリメート手段１４０の残り）を第１のコリメート手段１３０にて平行光とし、反射手段１２０が設けられていない部位を介してウインドシールド１に導入する構成を、より小さく（例えば発光手段１１０と各受光手段１５０，１６０との間の距離を短く）実現することができる。

また、第２のコリメート手段１４０は、第１のコリメート手段１３０と同一材料を用いて一体成形されている。従って、部品点数、取り付け工数を削減することができる。また、各コリメート手段１３０，１４０の位置決め精度を向上することができる。

第１の受光手段１５０は、ウインドシールド１に対して発光手段１１０と同じ側（図１においては車内面２側）に配置され、第１のコリメート手段１３０を介してウインドシールド１内に入射された光束の、ウインドシールド１の表面（図１においては車外面３）における反射光を受光するものであれば適用が可能である。

第２の受光手段１６０は、ウインドシールド１に対して発光手段１１０と同じ側に配置され、第２のコリメート手段１４０を介して反射手段１２０に照射された平行光の反射光を受光するものであれば適用が可能である。本実施形態において、第１の受光手段１５０及び第２の受光手段１６０は、フォトダイオードと、フォトダイオードからの出力を増幅する出力増幅回路（図示略）等から構成されている。

上記構成の雨滴・結露検出装置１００において、発光手段１１０、第１のコリメータ手段１３０、及び第１の受光手段１５０が、第１の受光手段１５０の赤外線受光量に基づいて、車外面３に付着する雨滴３ａ及び／又はその付着量（降雨量）を検出するレインセンサを構成している。そして、第１の受光手段１５０の検出信号（検出された雨滴及び／又は雨滴量）に基づいて、制御部（図示略）によりワイパ駆動が自動制御される。

また、発光手段１１０、第２のコリメータ手段１４０、反射手段１２０、及び第２の受光手段１６０が、第２の受光手段１６０の赤外線受光量に基づいて、車内面２（反射手段１２０）に付着する結露２ａ及び／又はその結露量を検出する防曇センサを構成している。そして、第２の受光手段１６０の検出信号（検出された結露及び／又は結露量）に基づいて、制御部（図示略）によりデフロスタ駆動が自動制御される。

このように本実施形態に係る雨滴・結露検出装置１００によると、発光手段１１０から出射された光束を第１のコリメート手段１３０により平行光とする。従って、平行光が反射される車外面３における光強度が高められるので、車外面３における反射光を第１の受光手段１５０にて受光することにより、雨滴３ａを精度良く検出することができる。

また、同一の発光手段１１０から出射された光束を、第２のコリメート手段１４０により平行光として反射手段１２０に照射する。従って、反射手段１２０が設けられたウインドシールド１の車内面２における光強度が高められるので、その反射光を第２の受光手段１６０にて受光することにより、結露２ａを精度良く検出することができる。すなわち、本装置１００によれば、雨滴３ａと結露２ａの両方を精度良く検出することができる。

また、ウインドシールド１の両表面２，３における光強度を高めることができるので、光路長を短くすることができる。すなわち、雨滴・結露検出装置１００を小型化することができる。尚、レインセンサと防曇センサの発光手段１１０を兼用しているので、装置１００をさらに小型化することができる。

さらに、本実施形態に係る雨滴・結露検出装置１００は、図１に示すように、反射手段１２０が設けられたウインドシールド１表面の反射手段設置部位とは異なる部位に一端が固定され、ウインドシールド１の表面（車外面３）における反射光を第１の受光手段１５０に対して収束させる第１の収束手段１７０と、ウインドシールド１とは離間してウインドシールド１と第２の受光手段１６０との間に設けられ、反射手段１２０による反射光を第２の受光手段１６０に対して収束させる第２の収束手段１８０とを備えている。

従って、各反射光を対応する収束手段１７０，１８０によって収束させるので、各受光手段１５０，１６０の感度を向上することができる。すなわち、雨滴と結露の両方をより精度良く検出することができる。また、各受光手段１５０，１６０を小さくできるので、装置１００をさらに小型化することができる。

具体的には、第１の収束手段１７０を、車外面３による反射光を第１の受光手段１５０に対して収束する第１の集束レンズ部１７１と、第１の集束レンズ部１７１に一体化され、ウインドシールド1からの反射光を第１の集束レンズ部１７１に導く導光部１７２とにより構成される。

尚、第１の収束手段１７０は、例えばポリカーボネート、ポリエステル、アクリル等の樹脂やガラス等の、ウインドシールド１を構成するガラスとほぼ同一の屈折率を有する材料を用いて構成されている。従って、光束（反射光）がウインドシールド１から第１の収束手段１７０に透過する時、光束が散乱しがたい。また、反射光が、例えば約４５度の入射角をもって導光部１７２に入射するように構成されているので、光学損失が少ない。

第２の収束手段１８０は、反射手段１２０により反射された反射光を第２の受光手段１６０に対して収束する第２の集束レンズ部１８１により構成される。また、第２の収束手段１８０は、第１の収束手段１７０と同一材料を用いて一体成形されている。従って、部品点数、取り付け工数を削減することができる。また、各収束手段１７０，１８０の位置決め精度を向上することができる。

本実施形態においては、図１に示すように、各コリメート手段１３０，１４０と各収束手段１７０，１８０は、上ケース２０の一部として、同一材料を用いて一体的に成形されている。従って、部品点数、取り付け工数をさらに削減することができる。また、各収束手段１７０，１８０の位置決め精度をより向上することができる。尚、図１において、符号３０は、上ケース２０と対をなす下ケースである。符号１９０は、雨滴・結露検出装置１００をウインドシールド１に固定するための接着剤である。接着剤１９０としては、ウインドシールド１、第１のコリメート手段１３０、及び第１の収束手段１７０とほぼ同一の屈折率を有する材料（例えばシリコンゲル）を適用することができる。本実施形態においては、第１のコリメータ手段１３０を構成する導光部１３２とウインドシールド１との間、第１の収束手段１７０を構成する導光部１７２とウインドシールド１との間に配置されている。より詳しくは、車内面２において、反射手段１２０を隙間なく挟むように配置されている。従って、光学損失を抑えることができる。

尚、本実施形態においては、各構成要素１１０〜１８０をウインドシールド１の車内面２側に配置する例を示した。しかしながら、配置構成は上記例に限定されるものではない。例えば、各構成要素１１０〜１８０を車外面側に配置しても良い。この場合、発光手段１１０、第１のコリメータ手段１３０、及び第１の受光手段１５０が、第１の受光手段１５０の赤外線受光量に基づいて、車内面２に付着する結露２ａ及び／又はその付着量を検出する防曇センサを構成する。また、発光手段１１０、第２のコリメータ手段１４０、反射手段１２０、及び第２の受光手段１６０が、第２の受光手段１６０の赤外線受光量に基づいて、車外面３（反射手段１２０）に付着する雨滴３ａ及び／又はその付着量を検出するレインセンサを構成する。

しかしながら、本実施形態に示したように、各構成要素１１０〜１８０をウインドシールド１の車内面２側に配置した方が、雨滴３ａに晒されないので耐久性上好ましい。また見栄え上も好ましく、装置１００も小型化することができる。

また、本実施形態においては、第１のコリメート手段１３０、第２のコリメート手段１４０、第１の収束手段１７０、及び第２の収束手段１８０が上ケース２０に一体化された例を示した。しかしながら、上ケース２０と別部品として設けられても良い。また、コリメート手段１３０，１４０と収束手段１７０，１８０とを別部品としても良い。さらには、各要素１３０，１４０，１７０，１８０をそれぞれ別部品として構成しても良い。

また、発光手段１１０を構成する発光駆動回路や、各受光手段１５０，１６０を構成する出力増幅回路、制御部は、本装置１００とは別構成（本装置１００外において本装置１００と電気的に接続された構成）としても良い。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を、図２〜５に基づいて説明する。図２は、本実施形態における雨滴・結露検出装置の概略構成を示す断面図である。図３は、本実施形態における雨滴・結露検出装置の制御構成の一例を示すブロック図である。

第２の実施形態における雨滴・結露検出装置は、第１の実施形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。

第１実施形態に係る雨滴・結露検出装置においては、１つの発光手段１１０と２つの受光手段１５０，１６０を備える構成であった。それに対し、本実施形態に係る雨滴・結露検出装置は、２つの発光手段と１つの受光手段を備えている。

具体的には、図２〜図４に示すように、第１の発光手段２１０、第２の発光手段２２０、反射手段２３０、第１のコリメート手段２４０、第２のコリメート手段２５０、第１の収束手段２６０、第２の収束手段２７０、受光手段２８０、及び制御手段２９０を基本構成とする。

第１の発光手段２１０及び第２の発光手段２２０としては、第１実施形態で示した発光手段１１０と同様に、発光するものであれば適用が可能であり、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子と、当該素子の発光駆動回路（図示略）から構成される。本実施形態においては赤外線発光ダイオードを採用しており、ウインドシールド１の車内面２側において回路基板１０に実装されている。また、第１の発光手段２１０及び第２の発光手段を構成するそれぞれの発光駆動回路に、回路基板１０に構成された制御部（図示略）からの発光指示信号が入力されると、赤外線をウインドシールド１に向けて出力するよう構成されている。

反射手段２３０としては、ウインドシールド１の第２の発光手段２２０が配置された側の表面の一部に設けられ、第２の発光手段２２０から出力された光を反射できるものであれば適用が可能である。本実施形態においては、例えばアルミニウム蒸着等によりウインドシールド１の車内面２に形成してなるミラー（反射膜）を適用している。この反射手段２３０は、第２のコリメート手段２５０による平行光が照射されるウインドシールド１の車内面２の領域に対応して形成されている。

第１のコリメート手段２４０は、反射手段２３０が設けられたウインドシールド１表面の反射手段設置部位とは異なる部位に一端が固定され、第１の発光手段２１０からの光束の少なくとも一部を平行光とするものであれば適用が可能である。本実施形態において第１のコリメート手段２４０は、第１の発光手段２１０から発散する光束の少なくとも一部を平行光とする第１のコリメートレンズ部２４１と、第１のコリメートレンズ部２４１と一体化し、その平行光をウインドシールド１の車内面２で反射させずに、ウインドシールド１内に導く導光部２４２とにより構成される。

尚、第１のコリメート手段２４０は、例えばポリカーボネート、ポリエステル、アクリル等の樹脂やガラス等の、ウインドシールド１を構成するガラスとほぼ同一の屈折率を有する材料を用いて構成されている。従って、光束が第１のコリメート手段２４０からウインドシールド１に透過する時、光束が散乱しがたい。また、平行光が、例えば約４５度の入射角をもってウインドシールド１に入射するように構成されているので、光学損失が少ない。

第２のコリメート手段２５０は、ウインドシールド１とは離間してウインドシールド１と第２の発光手段２２０との間に配置され、第２の発光手段２２０から発散する光束の少なくとも一部を平行光として、少なくとも反射手段２３０の設置領域を含むウインドシールド１の表面に照射するものであれば適用が可能である。

本実施形態における第２のコリメート手段２５０は、第２の発光手段２２０から発散する光束の少なくとも一部を平行光とする第２のコリメートレンズ部２５１により構成される。そして、第１のコリメート手段２４０による平行光と第２のコリメート手段２５０による平行光が互いに平行となるように、両者が構成されている。この場合、装置１００を小さく（例えば各発光手段２１０，２２０と受光手段２８０との間の距離を短く）することができる。

また、本実施形態においても、第２のコリメート手段２５０が第１のコリメート手段２４０と同一材料を用いて一体成形されている。従って、部品点数、取り付け工数を削減することができる。また、各コリメート手段２４０，２５０の位置決め精度を向上することができる。

第１の収束手段２６０は、反射手段２３０が設けられたウインドシールド１表面の反射手段設置部位とは異なる部位に一端が固定され、ウインドシールド１の表面（車外面３）における反射光を受光手段２８０に対して収束させるものであれば適用が可能である。本実施形態においては、車外面３による反射光を受光手段２８０に対して収束する第１の集束レンズ部２６１と、第１の集束レンズ部２６１に一体化され、ウインドシールド1からの反射光を第１の集束レンズ部２６１１に導く導光部２６２とにより構成される。

尚、第１の収束手段２６０は、例えばポリカーボネート、ポリエステル、アクリル等の樹脂やガラス等の、ウインドシールド１を構成するガラスとほぼ同一の屈折率を有する材料を用いて構成されている。従って、光束（反射光）がウインドシールド１から第１の収束手段２６０に透過する時、光束が散乱しがたい。また、反射光が、例えば約４５度の入射角をもって導光部２６２に入射するように構成されているので、光学損失が少ない。

第２の収束手段２７０は、ウインドシールド１とは離間してウインドシールド１と受光手段２８０との間に設けられ、反射手段２３０による反射光を受光手段２８０に対して収束させるものであれば適用が可能である。本実施形態においては、反射手段２３０により反射された反射光を受光手段２８０に対して収束する第２の集束レンズ部２７１により構成される。また、第２の収束手段２７０は、第１の収束手段２６０と同一材料を用いて一体成形されている。従って、部品点数、取り付け工数を削減することができる。また、各収束手段２６０，２７０の位置決め精度を向上することができる。

受光手段２８０は、ウインドシールド１に対して各発光手段２１０，２２０と同じ側（図１においては車内面２側）に配置され、第１のコリメート手段２４０を介してウインドシールド１内に入射された光束の、ウインドシールド１の表面（図１においては車外面３）における反射光を受光し、且つ、第２のコリメート手段２５０を介して反射手段２３０に照射された平行光の反射光を受光するものであれば適用が可能である。本実施形態においては、フォトダイオードとその出力を増幅する出力増幅回路（図示略）から構成されている。

制御手段２９０は、マイクロコンピュータ等で構成され、各種処理を実行する中央処理ユニット２９１（以下ＣＰＵと示す）と、各発光手段２１０，２２０の発光パターンに応じて受光手段２８０の出力を、レインセンサ出力と防曇センサ出力とに切り替える出力切替回路（スイッチ）２９２、及び図示されない内部メモリ等により構成される。本実施形態において、制御手段２９０は、回路基板１０に構成されている。

ＣＰＵ２９１は、各発光手段２１０，２２０の発光駆動回路に発光指示信号を出力し、発光指示信号に同期した出力切替信号を出力切替回路２９２に出力する。これにより、出力切替回路２９２は各発光手段２１０，２２０が点消灯するタイミングに合わせて受光手段２８０の出力をレインセンサ出力と防曇センサ出力とに切り替えてＣＰＵ２９１に出力する。また、出力切替回路２９２からの信号を受けたＣＰＵ２９１は、各種処理を実行し、センサ信号をボディＥＣＵ４００に出力する。

尚、図２において、符号３００は、雨滴・結露検出装置２００をウインドシールド１に固定するための接着剤である。接着剤３００は、第１実施形態に示した接着剤１９０同様の構成、効果を有する。

次に、制御手段２９０による各発光手段２１０，２２０の点消灯制御と、受光手段２８０の出力切替について、図３〜図５を用いて説明する。図４は、雨滴・結露検出装置２００における特徴部分を説明するための模式図である。図５は、発光タイミングと出力切替を説明するためのタイミングチャートである。

本制御は、例えばイグニッションＳＷ（図示せず）がオンされた状態で、ワイパを自動制御するオートワイパＳＷ（図示せず）及びデフロスタを自動制御するオートエアコンＳＷ（図示せず）がオンされたときに開始され、オフされたときに終了される。

イグニッションＳＷがオンされた状態で、オートワイパＳＷ及びオートエアコンＳＷがオンされると、制御手段２９０を構成するＣＰＵ２９１は、各発光手段２１０，２２０を構成する発光駆動回路に対し、所定の発光パターンをもって点消灯するように発光指示信号を出力する。それとともに、ＣＰＵ２９１は、制御手段２９０を構成する出力切替回路２９２にも、上述の発行指示信号に同期させて、発行指示信号に応じた出力切替信号を出力する。

発光指示信号を受けた発光手段２１０，２２０の発光駆動回路は、発光指示信号に従って各素子を駆動させる。これにより、例えば第１の発光手段２１０及び第２の発光手段２２０の出力波形は、図５に示すように、所定の発光パターンを示す。尚、本実施形態においては、一定の周期をもって点消灯が繰り返され、互いの点灯期間が重ならないように、各発光手段２１０，２２０の発光が制御される。

また、受光手段２８０は、図４に示すように、受光によりフォトダイオード２８０ａから出力された信号を検波回路（図示せず）にて検波し、出力増幅回路２８０ｂにて出力増幅したのち、出力切替回路２９２に出力する。ここで、出力切替回路２９２は、受光手段２８０からの検出信号を、ＣＰＵ２９１からの出力切替信号（各発光手段２１０，２２０の発光パターンに同期）に応じて、レインセンサ出力或いは防曇センサ出力としてＣＰＵ２９１に出力する。

受光手段２８０には、ウインドシールド１の車外面３にて反射された反射光と、ウインドシールド１の車内面２（反射手段２３０）にて反射された反射光が入射する。しかしながら、上記したように、第１の発光手段２１０及び第２の発光手段２２０は一定の周期をもって点消灯が繰り返され、互いの点灯期間が重ならないように発光が制御される。従って、図５に示すように、各発光手段２１０，２２０の発光（出力）パターンに応じて、受光手段２８０の出力も変化する。また、光路長の短い第２の発光手段２２０からの光束の反射光の方が受光強度が大きくなる。

出力切替回路２９２は、受光手段２８０の出力を各発光手段２１０，２２０の発光パターンに応じて、ＣＰＵ２９１にレインセンサ出力或いは防曇センサ出力として出力する。従って、出力切替回路２９２からＣＰＵ２９１に出力される信号は、図５に示すように、第１の発光手段２１０が発光している間はレインセンサ出力となり、第２の発光手段２２０が発光している間は防曇センサ出力となる。

そして、ＣＰＵ２９１は、レインセンサ出力或いは防曇センサ出力をワイパを駆動させるための閾値或いはデフロスタを駆動させるための閾値（例えば内部メモリに記憶）と比較し、判定結果に応じたセンサ信号を、ワイパ駆動装置や空調装置等を備えるボディＥＣＵ４００に出力する。

このように本実施形態に係る雨滴・結露検出装置２００によっても、各発光手段２１０，２２０から出射された光束を対応するコリメート手段２４０，２５０により平行光とする。従って、ウインドシールド１の車内両面２，３における光強度が高められるので、雨滴３ａと結露２ａの両方を精度良く検出することができる。

また、ウインドシールド１の両表面２，３における光強度を高めることができるので、光路長を短くすることができる。すなわち、雨滴・結露検出装置２００を小型化することができる。尚、レインセンサと防曇センサの受光手段２８０を兼用しているので、装置２００をさらに小型化することができる。

さらには、各反射光を対応する収束手段２６０，２７０によって収束させるので、受光手段２８０の感度を向上することができる。すなわち、雨滴３ａと結露２ａの両方をより精度良く検出することができる。また、受光手段２８０を小さくできるので、装置２００をさらに小型化することができる。

以上本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態のみに限定されず、種々変更して実施することができる。

本実施形態においては、自動車のウインドシールド１に雨滴・結露検出装置１００，２００を配置する例を示した。しかしながら、透明板状体としては、２枚のガラスをＰＶＣ等で接着した上記構成のウインドシールド１（所謂合わせガラス）に限定されるものではない。構成材料としては、ガラス以外にもポリカーボネート、アクリル等の樹脂でも良いし、ガラスと樹脂を組み合わせたものでも良い。また、積層枚数も２枚に限定されるものではなく、１枚でも、３枚以上でも良い
また、移動体も自動車に限定されるものではない。それ以外にも、自動車以外の車両（列車やフォークリフト等）、航空機、船舶等に適用することができる。また、移動体でなくとも良い。

第１の実施形態に係る雨滴・結露検出装置の概略構成を示す断面図である。 第２の実施形態における雨滴・結露検出装置の概略構成を示す断面図である。 雨滴・結露検出装置の制御構成の一例を示すブロック図である。 雨滴・結露検出装置における特徴部分を説明するための模式図である。 発光タイミングと出力切替を説明するためのタイミングチャートである。

符号の説明

１・・・ウインドシールド（透明板状体）
２・・・車内面
２ａ・・・結露
３・・・車外面
３ａ・・・雨滴
２０・・・上ケース
３０・・・下ケース
１００，２００・・・雨滴・結露検出装置
１１０・・・発光手段
２１０・・・第１の発光手段
２２０・・・第２の発光手段
１２０，２３０・・・反射手段
１３０，２４０・・・第１のコリメート手段
１４０，２５０・・・第２のコリメート手段
１５０・・・第１の受光手段
１６０・・・第２の受光手段
２８０・・・受光手段
１７０，２６０・・・第１の収束手段
１８０，２７０・・・第２の収束手段
２８０・・・受光手段
２９０・・・制御手段

Claims (15)

1. 透明板状体の外面に付着する雨滴と内面に生じる結露を検出する雨滴・結露検出装置であって、
   前記透明板状体に向けて発光する発光手段と、
   前記透明板状体の内面の一部に設けられた反射手段と、
   前記透明板状体の内面における反射手段設置部位とは異なる部位に一端が固定され、前記発光手段からの光束の一部を平行光とする第１のコリメート手段と、
   前記透明板状体とは離間して前記透明板状体と前記発光手段との間に配置され、前記発光手段からの光束の一部を平行光として、少なくとも前記反射手段の設置領域を含む前記透明板状体の内面に照射する第２のコリメート手段と、
   前記透明板状体に対して前記発光手段と同じ側に配置され、前記第１のコリメート手段を介して前記透明板状体内に入射された光束の、前記透明板状体の外面における反射光を受光する第１の受光手段と、
   前記透明板状体に対して前記発光手段と同じ側に配置され、前記第２のコリメート手段を介して前記反射手段に照射された光束の反射光を受光する第２の受光手段と、を備え、
   前記反射手段における前記透明板状体への設置面の裏面が、前記透明板状体の内面側の空気に晒されており、
   前記第２のコリメート手段の平行光が、前記透明板状体の内面側の空気を介して、前記反射手段の裏面に照射することを特徴とする雨滴・結露検出装置。
2. 前記第１のコリメート手段及び前記第２のコリメート手段は、それぞれコリメートレンズを含むことを特徴とする請求項１に記載の雨滴・結露検出装置。
3. 前記第１のコリメート手段による平行光と前記第２のコリメート手段による平行光は互いに平行であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の雨滴・結露検出装置。
4. 前記第２のコリメート手段の平行光が、前記反射手段の裏面に直接照射し、前記反射手段の裏面にて反射された反射光が、前記第２の受光手段に直接入射することを特徴とする請求項１〜３いずれか1項に記載の雨滴・結露検出装置。
5. 前記透明板状体の内面における反射手段設置部位とは異なる部位に一端が固定され、前記透明板状体の外面における反射光を前記第１の受光手段に対して収束させる第１の収束手段と、
   前記透明板状体とは離間して前記透明板状体と前記第２の受光手段との間に設けられ、前記反射手段による反射光を前記第２の受光手段に対して収束させる第２の収束手段と、を備え、
   第２のコリメート手段の平行光が、前記反射手段の裏面に直接照射し、前記反射手段の裏面にて反射された反射光が、前記第２の収束手段に直接入射し、前記第２の収束手段にて収束された収束光が、前記第２の受光手段に直接入射することを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の雨滴・結露検出装置。
6. 前記第１の収束手段及び前記第２の収束手段は、それぞれ集束レンズを含むことを特徴とする請求項５に記載の雨滴・結露検出装置。
7. 前記発光手段、前記第１の受光手段、及び前記第２の受光手段、を収納する下ケースと、
   前記第１のコリメート手段、前記第２のコリメート手段、前記第１の収束手段、及び前記第２の収束手段が、同一材料を用いて一体成形されて成る上ケースと、を有することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の雨滴・結露検出装置。
8. 前記透明板状体と前記上ケースとを接着する接着剤を有し、
   前記接着剤が、前記透明板状体の内面にて、前記反射手段を隙間なく挟むように、前記透明板状体と前記上ケースとの間に設けられていることを特徴とする請求項７に記載の雨滴・結露検出装置。
9. 透明板状体の外面に付着する雨滴と内面に生じる結露を検出する雨滴・結露検出装置であって、
   前記透明板状体に向けて発光する第１の発光手段及び第２の発光手段と、
   前記透明板状体の内面の一部に設けられた反射手段と、
   前記透明板状体の内面における反射手段設置部位とは異なる部位に一端が固定され、前記第１の発光手段からの光束の少なくとも一部を平行光として前記透明板状体に導く第１のコリメート手段と、
   前記透明板状体とは離間して前記透明板状体と前記第２の発光手段との間に配置され、前記第２の発光手段からの光束の少なくとも一部を平行光として、少なくとも前記反射手段の設置領域を含む前記透明板状体の内面に照射する第２のコリメート手段と、
   前記透明板状体の内面における反射手段設置部位とは異なる部位に一端が固定され、前記第１のコリメート手段を介して前記透明板状体内に入射された光束の、前記透明板状体の外面における反射光を収束させる第１の収束手段と、
   前記透明板状体とは離間して設けられ、前記第２のコリメート手段を介して前記反射手段に照射された光束の反射光を収束させる第２の収束手段と、
   前記第１の収束手段による収束光及び前記第２の収束手段による収束光を受光する受光手段と、
   お互いの点灯期間が重ならないように前記第１の発光手段及び前記第２の発光手段の点消灯を制御するとともに、前記第１の発光手段及び前記第２の発光手段の点消灯に応じて、前記受光手段の信号を雨滴検出信号又は結露検出信号とする制御手段と、を備え、
   前記反射手段における前記透明板状体への設置面の裏面が、前記透明板状体の内面側の空気に晒されており、
   前記第２のコリメート手段の平行光が、前記透明板状体の内面側の空気を介して、前記反射手段の裏面に照射することを特徴とする雨滴・結露検出装置。
10. 前記第２のコリメート手段の平行光が、前記反射手段の裏面に直接照射し、前記反射手段の裏面にて反射された反射光が、前記第２の収束手段に直接入射し、前記第２の収束手段にて収束された収束光が、前記第２の受光手段に直接入射することを特徴とする請求項９に記載の雨滴・結露検出装置。
11. 前記第１のコリメート手段及び前記第２のコリメート手段は、それぞれコリメートレンズを含み、
    前記第１の収束手段及び前記第２の収束手段は、それぞれ集束レンズを含むことを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の雨滴・結露検出装置。
12. 前記第１のコリメート手段による平行光と前記第２のコリメート手段による平行光は互いに平行であることを特徴とする請求項９〜１１いずれか１項に記載の雨滴・結露検出装置。
13. 前記第１の発光手段、前記第２の発光手段、及び前記受光手段を収納する下ケースと、
    前記第１のコリメート手段、前記第２のコリメート手段、前記第１の収束手段、及び前記第２の収束手段が、同一材料を用いて一体成形されて成る上ケースと、を有することを特徴とする請求項９〜１２いずれか１項に記載の雨滴・結露検出装置。
14. 前記透明板状体と前記上ケースとを接着する接着剤を有し、
    前記接着剤が、前記透明板状体の内面にて、前記反射手段を隙間なく挟むように、前記透明板状体と前記上ケースとの間に設けられていることを特徴とする請求項１３に記載の雨滴・結露検出装置。
15. 前記透明板状体は、２枚のガラスを接着してなる移動体のウインドシールドであることを特徴とする請求項１〜１４いずれか１項に記載の雨滴・結露検出装置。

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