JP4826620B2 - 光検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、移動体の外部の光を検出する光検出装置に関する。

従来より、自動車の外部照度を検出するライトセンサを車室内のダッシュボードに取付けたものが知られている。また、自動車のフロントウィンドシールドに取付けられ雨滴等を検出するレインセンサのケース内にライトセンサを組み込んだ種々の光検出装置が知られている。
特許文献１では、赤外線を透過するレインセンサ用のレンズの中に可視光を透過するライトセンサ用のレンズを入れ込むことで、同一ケース内にライトセンサとレインセンサとを組み込んでいる。このような構成は、ライトセンサ用のレンズを透過または反射する光が外乱となり、レインセンサの検出精度を低下させるおそれがある。

特許文献２では、ケース内でレインセンサの使用していないスペースにライトセンサを組み込み、ライトセンサ用のレンズを透過または反射する光がレインセンサの検出精度に与える影響を抑制している。しかし、この構成では、入射孔と受光素子とを結ぶ直線と、ライトセンサ用のレンズの光軸とが一致するように複数のレンズを配置しているので、フロントウィンドシールドに垂直な光を光軸とした所定角度の光を検出することになる。このため、ライトセンサの視野角を広げるためにレンズを大きくすると、ケースを大きくする措置が必要となるおそれがある。また、複数のレンズを使用していることでレンズの組付けが複雑になることが懸念される。

特表２００３−５０４２７０号公報 特開２００３−２５４８９７号公報

本発明の目的は、特定範囲から入射する光をケース内の僅かなスペースで検出する光検出装置を提供することにある。
本発明の目的は、特定範囲から入射する光の検出精度を向上する光検出装置を提供することにある。

請求項１に係る発明によると、移動体のウィンドシールドに取付け可能なケースは、ウィンドシールドを通して移動体の外部の光を入射する入射孔を有する壁を備える。基板は、ケース内でウィンドシールドと入射孔との距離よりウィンドシールドから遠い距離にある位置に設けられる。その基板に受光素子が設けられる。反射部は、入射孔から入射する外部の光のうち上方の特定範囲の方向から入射する光のみを受光素子へ反射する。このため、ケース内に他の光センサが組み込まれ、ケース内に僅かなスペースしかない場合であっても、このスペースを有効に利用して特定範囲から入射する光を検出することができる。これにより、光検出装置の体格を小さくすることができる。なお、特定範囲とは、ウィンドシールドの法線と所定の角度を有する光を光軸とし、この光軸と所定角以内の傾斜角の範囲にある光の範囲であって、光検出装置の検出可能な視野角の範囲をいう。

また、反射部は、ケースの入射孔を有する壁と受光素子の取り付けられる基板との間を接続するケース内壁に形成される。このため、特定範囲から入射する光を簡素な構成で検出することができる。
さらに、光検出装置は、前記ケース内に設けられ、前記ウィンドシールドに付着した雨滴を検出する雨滴センサを備える。反射部は、入射孔と受光素子とを結ぶ直線に対し、雨滴を検出する雨滴センサと反対側にのみ配置される。
請求項２に係る発明によると、反射部は、特定範囲から入射する光を受光素子へ集光する凹面鏡である。このため、凹面鏡の曲率を調節し、受光素子の検出可能な視野角を設定することが可能となる。これにより、ケースを取り付けるウィンドシールドの傾斜角のばらつきに対応し、検出性能を向上することができる。

請求項３に係る発明によると、凹面鏡は、ケース内壁を曲面状にした部分に形成される。このため、ケース内の僅かなスペースを有効に利用することができる。
請求項４に係る発明によると、光検出装置は、移動体のウィンドシールドに取付け可能であり、ウィンドシールドを通して外部の光を入射する入射孔を有する壁を備えるケースと、ケース内でウィンドシールドと入射孔との距離よりウィンドシールドから遠い距離にある位置に設けられる基板と、その基板に取り付けられる受光素子と、外部の光を入射する入射面、入射面に入射する光のうち上方の特定範囲から入射する光のみを全反射する反射部としての凸面、および、凸面で全反射した光を受光素子へ射出する射出面を有し、透明材料または透光材料で形成される光導体と、ケース内に設けられ、ウィンドシールドに付着した雨滴を検出する雨滴センサとを備える。
光導体の凸面は、上方の特定範囲から入射する光のみを受光素子へ集光する曲面状に形成されており、ケースの入射孔を有する壁と受光素子の取り付けられる基板との間を接続するケース内壁に設けられた凹溝に嵌合する。光導体の凸面は、入射孔と受光素子とを結ぶ直線に対し、雨滴センサと反対側にのみ配置される。
透明材料または透光材料で形成される光導体の屈折率は空気の屈折率より大きいので、特定範囲から入射する光は入射面で屈折して光導体内に入射する。このため、受光素子の検出する視野角をさらに広げ、検出性能を向上することができる。

また、光導体の凸面は、特定範囲から入射する光を受光素子へ集光する曲面状に形成されている。このため、凸面の曲率を調節することで、受光素子の検出可能な視野角を設定することが可能となり、検出性能を向上することができる。
さらに、ケースの入射孔を有する壁と基板とに挟まれたケース内の壁には凹溝が設けられ、光導体の凸面は凹溝に嵌合している。このため、ケース内の僅かなスペースを有効に利用することができる。

請求項５に係る発明によると、光導体の入射面は、凸面側の端部から遠くなるに従って凸面の中心部の法線に近づくように傾斜し、特定範囲から入射する光が凸面に対して臨界角より大きい角度で入射するように形成される。凸面は、臨界角より大きい角度の検出光を全反射する。反射部で生じる光の反射損失は、平面鏡または凹面鏡と比較して低減するので、検出性能を向上することができる。ここで反射損失とは、反射部において入射孔から入射する検出光の光量に対し、受光素子の方向へ反射しない検出光の光量の比率をいう。

請求項６に係る発明によると、光導体の入射面は、特定範囲から入射する光の光量を調節する凹曲面を有する。このため、特定範囲から入射する光量を受光素子の検出性能に適合させることで、検出性能を向上することができる。
請求項７に係る発明によると、光導体の入射面とケースの入射孔を有する壁とのなす角を、ウィンドシールドと水平面とのなす傾斜角に近似させることで、特定範囲から入射する光の光軸を鉛直方向に近似させている。このため、特定範囲から入射する光は鉛直方向の光を含み、鉛直方向の光を検出する検出性能を向上することができる。

請求項８に係る発明によると、ケースの入射孔を有する壁と受光素子の取り付けられる基板との間を接続するケース内壁の鉛直方向上側に雨滴を検出する雨滴センサが設けられる。このため、光検出装置は、同一ケース内に組み込まれる雨滴センサの検出性能に影響を与えることなく、鉛直方向から入射する光を検出することができる。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づき説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態の光検出装置を図１〜図３に示す。光検出装置１は、移動体としての自動車のフロントウィンドシールド２のワイパー３の払拭領域４で車室内側に取り付けられている。また、光検出装置１は、車室内側で運転者の視界を妨げないようにフロントウィンドシールド２の上方に取り付けられている。

光検出装置１は、ケース５、受光素子６および反射部７を備えている。光検出装置１は、自動車の外部照度を検出し、ライトの点灯および消灯等を制御するのに用いられる。また、これとは別に、光学センサとしてのレインセンサが、図示しないが、ケース５内のレインセンサ領域８に設けられている。レインセンサは、図示しない発光素子から照射した赤外線をレインセンサ用の赤外線透過レンズを経由し、フロントウィンドシールド２の検出領域９に反射させ、この反射光を受光する受光素子の受光量によって検出領域９に付着した雨滴量等を検出する。レインセンサの検出した雨滴量信号は制御装置に電信され、制御装置は読み込んだ雨滴量に応じてワイパーの払拭モードを制御する。
ここで、レインセンサ領域８はケース５内で鉛直方向上側の大部分を占めており、ケース５に形成される入射孔１０、受光素子６および反射部７は、レインセンサ領域８の外側の僅かなスペースに設けられている。

ケース５は、樹脂等からなる遮光材料によって略直方体に形成され、フロントウィンドシールド２に取り付けられている。フロントウィンドシールド２は、水平に対して傾斜角θを有している。ケース５は、外ケース１１と、外ケース１１内に収容される内ケース１２から構成されている。内ケース１２は、フロントウィンドシールド２側に入射孔１０を有する第１壁１３を備える。入射孔１０は、自動車の外部から適切な光量をケース内に入射するため、孔の面積を調節されている。

内ケース１２は、フロントウィンドシールド２と入射孔１０との距離より遠い距離の位置に回路基板１４を備える。受光素子６は、フォトダイオード又はフォトトランジスタ等から構成され、回路基板１４上に取り付けられている。
反射部７は、第１壁１３と回路基板１４との間を接続する第２壁１５に設けられる平面鏡であり、例えば、第２壁１５の表面をアルミメッキすることで形成される。

光軸１８を中心として特定範囲から入射孔へ入射する光１９は、反射部７によって光路を変更し、受光素子６へ照射する。受光素子６は、特定範囲から入射する光１９を受光すると、図示しない制御装置へ照度信号を伝送する。制御装置は、読み込んだ照度とライトを点灯させる閾値とを比較し、その判定結果に応じてヘッドライト等のライトを点灯または消灯制御する。なお、ケース５内には、特定範囲から入射する光１９以外の光が受光素子６へ入射することを防止する遮蔽板を設けても良い。

本実施形態では、反射部７は、入射孔１０から入射する光のうち、特定範囲から入射孔１０へ入射する光１９を受光素子へ反射する。このため、レインセンサ領域８がケース５内の大部分を占め、ケース５内に僅かなスペースしかない場合であっても、このスペースを有効に利用して特定範囲から入射する光１９の照度を検出することができる。
また、本実施形態では、第１壁１５の表面に平面鏡を形成することで反射部７を構成している。このため、光検出装置１の構成を簡素にすることで製造コストを削減することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態の光検出装置を図４に示す。第１実施形態と実質的に同一の部材には同一の符号を付して説明を省略する。
第２実施形態では、反射部２０は、第２壁１５に設けられる凹面鏡である。反射部２０は、第２壁１５のレインセンサ領域８側の表面を、レインセンサ領域８とは反対側へ凹む曲面状に加工し、その表面をアルミメッキすることで形成される。
反射部２０は、凹面鏡として形成されることで、特定範囲から入射する光２１を受光素子６へ集光する。特定範囲から入射する光２１の光軸１８に対する傾斜角の大きさは、反射部２０の曲率を調整することで設定される。受光素子は、反射部２０によって設定された特定範囲の光２１を受光する。

本実施形態では、反射部２０が凹面鏡で形成されているので、光軸１８に対し大きな傾斜角の範囲内の光２１を検出することができる。このため、光検出装置１の適用される自動車の車種により、フロントウィンドシールド２の傾斜角θにばらつきがあっても、鉛直方向の光が受光素子６に照射される。これにより、光検出装置１の検出性能を向上することができる。
また、反射部２０は、第２壁１５を曲面状に加工した部分に形成される。このため、ケース５内に僅かなスペースしかない場合であっても、このスペースを有効に利用して特定範囲から入射する光２１の照度を検出することができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態の光検出装置を図５に示す。第１実施形態および第２実施形態と実質的に同一の部材には同一の符号を付して説明を省略する。
第３実施形態では、光検出装置１は光導体２２を備えている。光導体２２は、透明材料または透光材料の樹脂から形成されるレンズである。光導体２２には、入射孔１０側から、入射面２３、反射部としての凸面２４および射出面２５がこの順で形成されている。光導体２２は、凸面２４の中心部の法線を第１壁１３と実質的に平行とするようにして、第２壁１５に設けられた凹溝３０に嵌合している。

入射面２３は、凸面２４側の端部から離れるに従って、凸面２４の中心部の法線に近づくように傾斜し、特定範囲から入射する光２６が凸面２４に対して臨界角より大きい角度で入射する角度に形成されている。また、入射面２３は、第１壁１３とのなす角を、フロントウィンドシールド２傾斜角θに近似して形成されることで、光軸１８を鉛直方向に近似させている。さらに、入射面２３は、入射面２３の中央部が光導体２２の内部側へ凹む図示しない凹曲面を有することで、特定範囲から入射する光２６の光軸１８に対する傾斜角の大きさを設定する。

凸面２４は、内ケース１２から外ケース１１側へ突出する曲面状に形成され、特定範囲から入射する光２６を受光素子６へ集光する。射出面２５は、凸面２４側から離れるに従って、凸面２４の中心部の法線に近づくように傾斜し、凸面２４で全反射した光を受光素子６へ照射する向きに形成されている。
特定範囲から入射する光２６は、入射面２３で光軸１８から遠くなる側へ屈折する。入射面２３から入射したこの光２６は、凸面２４で全反射し、射出面２５から受光素子６へ射出される。一方、入射面２３から入射する光のうち特定範囲から入射する光２６以外の光は受光素子６以外の方向へ射出される。
射出面２５は、特定範囲から入射する光２６を受光素子６へ向けて射出する。特定範囲から入射する光２６は、射出面２５において、光軸１８に近くなる側へ屈折する。受光素子６は、射出面２５から射出された光２６を受光する。

本実施形態では、入射面２３は、特定範囲から入射する光２６を、光２６の進む方向において光軸１８から遠くなる側へ屈折する。このため、受光素子６の検出する視野角をさらに広げ、検出性能を向上することができる。
さらに、本実施形態では、入射面２３は、特定範囲から入射する光２６が凸面２４に対し臨界角より大きい角度で入射するように形成されている。凸面２４は、臨界角より大きい角度の光を全反射する。このため、反射部で生じる光の反射損失が低減するので、検出性能を向上することができる。
また、入射面２３は、中央部が光導体２２の内部側へ凹む凹曲面を有することで、特定範囲から入射する光２６の光量を受光素子６の検出性能に適合させることができる。なお、入射面２３は、中央部が光導体２２の外部側へ突出する曲面を有することで特定範囲から入射する光２６の光量を受光素子６の検出性能に適合させてもよい。

（他の実施形態）
上記複数の実施形態では、鉛直方向の光を検出する光検出装置１について説明した。これに対し、光検出装置が検出目的とする方向の光は、水平方向の光を光軸とする光等、ウィンドシールドの法線と一定の角度を有する光であれば、どのような方向から入射する光であってもよい。
上記複数の実施形態では、同一ケース内にレインセンサを組み込んだ光検出装置１について説明した。これに対し、光検出装置は、レインセンサ以外の光学センサを組み込むものであってもよく、また、移動体の外部照度を検出する光学センサのみを備えるものであってもよい。
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で様々な実施形態の適用が可能である。

本発明の第１実施形態による光検出装置の断面図。 図１のＩＩ方向から見た光検出装置のみの平面図。 本発明の第１実施形態による光検出装置の適用される自動車の構成図。 本発明の第２実施形態による光検出装置の断面図。 本発明の第３実施形態による光検出装置の断面図。

符号の説明

１：光検出装置、２：フロントウィンドシールド、５：ケース、６：受光素子、７：反射部、１０：入射孔、１３：第１壁、１５：第２壁、１９：特定範囲から入射する光

Claims (8)

1. 移動体のウィンドシールドに取付け可能であり、前記ウィンドシールドを通して外部の光を入射する入射孔を有する壁を備えるケースと、
   前記ケース内で前記ウィンドシールドと前記入射孔との距離より前記ウィンドシールドから遠い距離にある位置に設けられる基板と、
   前記基板に設けられる受光素子と、
   前記入射孔から入射する外部の光のうち上方の特定範囲から入射する光のみを前記受光素子へ反射する反射部と、
   前記ケース内に設けられ、前記ウィンドシールドに付着した雨滴を検出する雨滴センサと、
   を備え、
   前記反射部は、前記ケースの前記入射孔を有する壁と前記受光素子の取り付けられる基板との間を接続するケース内壁に形成され、前記入射孔と前記受光素子とを結ぶ直線に対し、前記雨滴センサと反対側にのみ配置されることを特徴とする光検出装置。
2. 前記反射部は、前記ケースの前記入射孔を有する壁と前記受光素子の取り付けられる前記基板との間を接続する前記ケース内壁に形成され、前記特定範囲から入射する光を前記受光素子へ集光する凹面鏡であることを特徴とする請求項１に記載の光検出装置。
3. 前記凹面鏡は、前記ケースの前記入射孔を有する壁と前記受光素子の取り付けられる前記基板との間を接続する前記ケース内壁を曲面状にした部分に形成されることを特徴とする請求項２に記載の光検出装置。
4. 移動体のウィンドシールドに取付け可能であり、前記ウィンドシールドを通して外部の光を入射する入射孔を有する壁を備えるケースと、
   前記ケース内で前記ウィンドシールドと前記入射孔との距離より前記ウィンドシールドから遠い距離にある位置に設けられる基板と、
   前記基板に取り付けられる受光素子と、
   外部の光を入射する入射面、前記入射面に入射する光のうち上方の特定範囲から入射する光のみを全反射する反射部としての凸面、および、前記凸面で全反射した光を前記受光素子へ射出する射出面を有し、透明材料または透光材料で形成される光導体と、
   前記ケース内に設けられ、前記ウィンドシールドに付着した雨滴を検出する雨滴センサと、
   を備え、
   前記光導体の前記凸面は、前記上方の特定範囲から入射する光のみを前記受光素子へ集光する曲面状に形成されており、前記ケースの前記入射孔を有する壁と前記受光素子の取り付けられる前記基板との間を接続するケース内壁に設けられた凹溝に嵌合し、前記入射孔と前記受光素子とを結ぶ直線に対し、前記雨滴センサと反対側にのみ配置されることを特徴とする光検出装置。
5. 前記光導体の前記入射面は、前記凸面側の端部から遠くなるに従って前記凸面の中心部の法線に近づくように傾斜し、前記特定範囲から入射する光が前記凸面に対して臨界角より大きい角度で入射するように形成されることを特徴とする請求項４に記載の光検出装置。
6. 前記光導体の前記入射面は、前記特定範囲から入射する光の量を調節する凹曲面を有することを特徴とする請求項５に記載の光検出装置。
7. 前記光導体の前記入射面と前記ケースの前記入射孔を有する壁とのなす角を、前記ウィンドシールドと水平面とのなす傾斜角に近似させ、前記特定範囲から入射する光に鉛直方向の光を含めることを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項に記載の光検出装置。
8. 前記ケース内には、前記ケースの前記入射孔を有する壁と前記受光素子の取り付けられる前記基板との間を接続する前記ケース内壁の鉛直方向上側に雨滴を検出する雨滴センサが設けられることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の光検出装置。

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