JP5940388B2

JP5940388B2 - 雨滴検出装置

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Publication number: JP5940388B2
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Inventors: 知之大畑; 正明東樹
Original assignee: Valeo Japan Co Ltd
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Filing date: 2012-06-22
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Description

本発明は、発光素子から出射された光を受光素子で受光して、その受光信号に基づいて発光素子と受光素子間に存する検出対象の状態（ウインドシールド上の雨滴の有無）を検出する状態検出装置（雨滴検出装置）に関する。

この種の状態検出装置として、例えば発光素子から出射された光をウインドシールドに照射し、その反射光を受光素子で受光して、その受光信号に基づいてウインドシールドにおける雨滴の有無状態を検出する車両用の雨滴検出装置がある。
これは、ウインドシールドに雨滴がある場合とない場合とでウインドシールド表面での光の反射が変化することから受光信号の差に基づいて検出を行うものである。そして、光を照射するウインドシールドの検出エリアは確実に雨滴が付着する観点から所定の広さの面積が設定されるが、一方検出エリアが広くなるほどに検出エリアに対して雨滴が占める相対的な面積比が小さくなる。このため、受光信号を増幅する増幅回路を備えるとしても受光信号の変化（差）が小さくなるので検出が困難になるという問題がある。

この対策として、例えば特開２００４−２８６５４３号公報には、受光信号のレベルが一定以上のときはオフセットして増幅することにより大きな出力変化を得るようにし、受光信号が低下したときはオフセット増幅をリセットするようにした雨滴検出装置が開示されている。これを実現するため当該雨滴検出装置では、オフセット用電源を設けるとともに、オフセット増幅の有無を切り替える２つの半導体スイッチ素子を備えている。

特開２００４−２８６５４３号公報

しかしながら、上記従来の装置では、受光信号のレベルが低下したときはそれ自体で出力が低い上にさらにオフセット増幅のリセットも加わって、増幅回路の出力電圧の有意義な変化が得られないという問題が残っている。
そして、オフセット用電源を要する上に、オフセット増幅切り替えのため高価な半導体スイッチ素子も備えて、コストが高いという問題を有している。

したがって、本発明は、受光信号のレベルの高低に関わらず受光信号の変化を精度よく捉える広いダイナミックレンジを有して、高精度に検出対象の状態を検出できる状態検出装置を提供することを目的とする。

本発明は、発光素子からウインドシールドに向けて出射されたパルス光の反射光を受光素子で受光して、前記受光素子から出力される受光信号に基づいて前記ウインドシールド上の雨滴の有無を検出する雨滴検出装置であって、前記受光信号を電流から電圧に変換する電流−電圧変換回路と、該電流−電圧変換回路を通過した受光信号をピークホールドするピークホールド回路と、該ピークホールド回路で前記ピークホールドしている間の前記ピークホールド回路の出力である同一のピークホールド値に対して増幅レンジを変更して増幅するレンジ切替増幅回路と、該レンジ切替増幅回路で増幅された受光信号を基に拡大レンジピーク値を生成する拡大レンジ信号生成手段と、前記拡大レンジピーク値を基に、前記ウインドシールド上の雨滴の有無状態を判定する状態判定手段とを有し、拡大レンジ信号生成手段は、前記レンジ切替増幅回路の各増幅レンジにおける出力に、各出力間のオフセット電圧を順次に加算して前記拡大レンジピーク値とすることを特徴とする雨滴検出装置とした。

本発明によれば、レンジ切替増幅回路で増幅された受光信号を基に生成する拡大レンジピーク値を用いて判定するので、受光信号のレベルの高低に関わらず受光信号の変化を精度よく捉えて、検出対象の状態を正確に検出することができる。

発明の実施の形態を示すブロック図である。センサ部の構造概念図である。受光信号処理系統の具体的な回路構成例を示す図である。レンジ切替増幅回路の等価回路を示す図である。レンジ切替による制御の流れを示すフローチャートである。主要部における信号状態の変化を示す波形図である。発明の第１の変形例を示す図である。発明の第２の変形例を示す図である。

次に、本発明を車両用の雨滴検出装置に適用した実施の形態について説明する。
図１は実施の形態の構成を示すブロック図であり、図２はセンサ部の配置構成を示す概念図である。
まず、図２により雨滴検出装置１のセンサ部１０の構成を説明する。
センサ部１０は、互いに対向する前壁３と後壁４を有するケーシング２にユニット化されて、車両のウインドシールドＷの内面に取り付けられる。
すなわち、前壁３に形成した窓にプリズム５が設けられ、後壁４には発光素子１１と受光素子１２が設置される。
発光素子１１と受光素子１２はそれぞれの光軸をウインドシールドＷの検出エリア（検知面）Ｓに向けて配置され、発光素子１１から照射された光がプリズム５を通してウインドシールドＷの上記検出エリアＳの外面側境界面で反射して受光素子１２に受光されるようになっている。そして、プリズム５は発光素子１１から受光素子１２への光路上にレンズ部６ａ、６ｂを備えている。
センサ部１０はプリズム５を発光素子１１の発光波長において透明かつプリズム５またはウインドシールドＷの屈折率と同等な屈折率をもつ透明接着剤などによりウインドシールドＷ内面に密着させて取り付けられている。

つぎに、図１に基づいて、雨滴検出装置全体の構成を説明する。
発光素子１１は例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）で、発光素子駆動部１５に接続され、発光素子駆動部１５はマイクロコンピュータからなる制御部６０に接続されている。発光素子駆動部１５は制御部６０からの信号を受けて発光素子１１を駆動しパルス光を出力させる。
受光素子１２は例えばフォトダイオードで電流−電圧変換回路２０に接続され、電流−電圧変換回路２０の後段には順次ピークホールド回路４０およびレンジ切替増幅回路５０が接続されて、レンジ切替増幅回路５０の出力側が制御部６０に接続されている。

ピークホールド回路４０は受光信号のピーク値をホールドする。
制御部６０からピークホールド回路５０へのピークホールド解除信号は、発光素子１１のパルス発光のタイミングに同期して、パルス発光開始のタイミングでオン（ピークホールド解除）からオフ（ピークホールド有効）し、予め決められた所定時間経過後オフ（ピークホールド有効）からオン（ピークホールド解除）するように制御される。

レンジ切替増幅回路５０は、ピークホールド回路４０から出力される受光信号のピーク値を複数の増幅レンジで増幅する。
制御部６０は雨滴検出装置１内各部の制御を行なうとともに、レンジ切替増幅回路５０で増幅された電圧値を取り込んで、その状態に応じて所定のオフセット電圧と合成するなどしてその結果を基に雨滴情報を生成する。制御部６０はレンジ切替増幅回路５０から取り込んだ増幅結果を一時保持する不図示のＲＡＭを備え、また、制御部６０には不揮発性メモリからなる外部メモリ７０が接続されている。

図３は上述の雨滴検出装置１における受光信号処理系統の具体的な回路構成を示す。
電流−電圧変換回路２０は、オペアンプＡＭＰ２１を備え、オペアンプＡＭＰ２１の出力端子と反転入力端子（−）間に抵抗Ｒ２３を接続している。
例えば５Ｖの電源電圧ＶＣＣとオペアンプＡＭＰ２１の非反転入力端子（＋）の間に抵抗Ｒ２１が接続され、非反転入力端子とグラウンドＧＮＤの間に抵抗Ｒ２２が接続されている。
受光素子１２としてフォトダイオードＰＤ１１がそのアノードをグラウンドＧＮＤに接続され、カソードをオペアンプＡＭＰ２１の反転入力端子に接続して、受光するとカソードからアノード方向へ流れる受光電流が生成されてアノードからグラウンドＧＮＤへ流れ出る。

オペアンプＡＭＰ２１の出力端子からはフォトダイオードＰＤ１１の受光電流と同じ電流が抵抗Ｒ２３を通って流れるから、出力端子から出力される受光（電圧）信号Ｖ０は、式（１）で表わされる。
Ｖ０＝ｒ２３×受光電流＋Ｖｒｅｆ１（１）
ただし、ｒ２３は抵抗Ｒ２３の抵抗値、Ｖｒｅｆ１は参照電圧で、抵抗Ｒ２１とＲ２２による電源電圧ＶＣＣの分圧値である。

ピークホールド回路４０は、オペアンプＡＭＰ４１を備え、その非反転入力端子に電流−電圧変換回路２０の出力電圧を受光信号として入力している。
オペアンプＡＭＰ４１の出力端子からグラウンドＧＮＤの間には順次直列にダイオードＤ４１とコンデンサＣ４１が設けられ、またダイオードＤ４１とコンデンサＣ４１との接続点はオペアンプＡＭＰ４１の反転入力端子に接続している。
さらに、ダイオードＤ４１とコンデンサＣ４１との接続点とグラウンドＧＮＤとの間には、抵抗Ｒ４１とスイッチ素子Ｓ４１が直列に設けてある。

スイッチ素子Ｓ４１は制御部６０のピークホールド解除信号制御端子ｐ１からのピークホールド解除信号を受けたときにオン（ＯＮ）してコンデンサＣ４１を放電させ、ピークホールド解除信号がオフ（ＯＦＦ）を受けたときにオフしてピークホールド回路４０の入力電圧までコンデンサＣ４１が充電されるようになっている。
すなわち、ピークホールド回路４０から出力されるピーク値はＶ０と同一で、これがレンジ切替増幅回路５０の入力電圧Ｖｉｎとなる。

レンジ切替増幅回路５０は、オペアンプＡＭＰ５１を備え、その非反転入力端子にピークホールド回路４０の出力電圧（コンデンサＣ４１の端子電圧）を受光信号として入力している。
電源電圧ＶＣＣとオペアンプＡＭＰ５１の反転入力端子の間に抵抗Ｒ５１が接続され、反転入力端子とグラウンドＧＮＤの間に抵抗Ｒ５２が接続されている。
オペアンプＡＭＰ５１の反転入力端子はさらに、抵抗Ｒ５３を介して制御部６０の制御端子ｐ２が接続されるとともに、出力端子との間に抵抗Ｒ５４を接続している。
オペアンプＡＭＰ５１の出力端子は制御部６０のＡ／Ｄ入力端子ｐ３に接続されている。

ここで、レンジ切替増幅回路５０の増幅率は、抵抗Ｒ５１、Ｒ５２およびＲ５３の合成抵抗ｒｍと抵抗Ｒ５４（抵抗値ｒ５４）とにより決まる。
すなわち、増幅率は式（２）で表わされる。
Ｇ＝１＋（ｒ５４／ｒｍ）（２）
ただし、抵抗Ｒ５１、Ｒ５２、Ｒ５３の各抵抗値をｒ５１、ｒ５２、ｒ５３として、
ｒｍ＝１／（（１／ｒ５１）＋（１／ｒ５２）＋（１／ｒ５３））
である。
図４の（ａ）はレンジ切替増幅回路５０の等価回路を示し、入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔとの関係は、式（３）で表わされる。
Ｖｏｕｔ＝Ｇ×（Ｖｉｎ−Ｖｒｅｆ２）＋Ｖｒｅｆ２（３）
ただし、参照電圧Ｖｒｅｆ２は抵抗Ｒ５３が接続している制御端子ｐ２のレベルに応じて変化する。

図４の（ｂ）は制御端子ｐ２がＨｉレベルのときの参照電圧Ｖｒｅｆ２を示し、（ｃ）は制御端子ｐ２がＬｏレベルのときの参照電圧Ｖｒｅｆ２を示す。
したがって、制御端子ｐ２がＨｉレベルのときは、抵抗Ｒ５１およびＲ５３の合成抵抗と抵抗Ｒ５２とによる電源電圧ＶＣＣの分圧値が参照電圧Ｖｒｅｆ２となり、制御端子ｐ２がＬｏレベルのときは、抵抗Ｒ５１と抵抗Ｒ５２およびＲ５３の合成抵抗とによる電源電圧ＶＣＣの分圧値が参照電圧Ｖｒｅｆ２となる。

ここで、実施例として、
抵抗Ｒ２１の抵抗値ｒ２１：３８．３ＫΩ
抵抗Ｒ２２の抵抗値ｒ２２：３０ＫΩ
抵抗Ｒ２３の抵抗値ｒ２３：１０ＫΩ
抵抗Ｒ５１の抵抗値ｒ５１：３・０１ＫΩ
抵抗Ｒ５２の抵抗値ｒ５２：３．６５ＫΩ
抵抗Ｒ５３の抵抗値ｒ５３：２０ＫΩ
抵抗Ｒ５４の抵抗値ｒ５４：１０ＫΩ
とし、受光電流が８０μＡであるとする。
参照電圧Ｖｒｅｆ１は、
Ｖｒｅｆ１＝２．１９６（Ｖ）
で、電流−電圧変換回路２０が出力する受光電圧は、式（１）から
Ｖ０＝２．９９６（Ｖ）
となる。

レンジ切替増幅回路５０の増幅率は、式（２）から
Ｇ＝７．５６
となる。そして、参照電圧Ｖｒｅｆ２は、
制御端子ｐ２がＨｉレベルのとき：Ｖｒｅｆ２＝２．９１（Ｖ）
制御端子ｐ２がＬｏレベルのとき：Ｖｒｅｆ２＝２．５３（Ｖ）
となる。
これにより、レンジ切替増幅回路５０は制御端子ｐ２がＨｉレベルのとき参照電圧Ｖｒｅｆ２が高いＨｉレンジ増幅モードとなり、制御端子ｐ２がＬｏレベルのときは参照電圧Ｖｒｅｆ２が低いＬｏレンジ増幅モードとなる。

すなわち、式（３）より、Ｈｉレンジ増幅モードでは、
Ｖｏｕｔ（Ｈ）＝７．５６×（２．９９６−２．９１）＋２．９１＝３．５４（Ｖ）
Ｌｏレンジ増幅モードでは、
Ｖｏｕｔ（Ｌ）＝７．５６×（２．９９６−２．５３）＋２．５３＝６．０４（Ｖ）
となる。
増幅率は同じであるが、参照電圧Ｖｒｅｆ２が異なることからＶｏｕｔ（Ｈ）とＶｏｕｔ（Ｌ）の間には、
Ｖｏｓ＝Ｖｏｕｔ（Ｌ）−Ｖｏｕｔ（Ｈ）＝６．０４−３．５４＝２．５（Ｖ）
−− （４）
のオフセット電圧が生じる結果となっている。
このオフセット電圧Ｖｏｓはレンジ切替増幅回路５０の各抵抗の抵抗値の精度ばらつきにより計算値とずれるため、製品（雨滴検出装置）の出荷時にＶｏｕｔ（Ｌ）とＶｏｕｔ（Ｈ）の実測値の差を求めて、あらかじめ外部メモリ７０に記憶させておく。

制御部６０は制御端子ｐ２のレベルをＨｉとＬｏとに切替え出力することにより、レンジ切替増幅回路５０にＨｉレンジ増幅とＬｏレンジ増幅の２モードを実行させる。そして、それぞれをＡ／Ｄ変換した結果からいずれかのモードの増幅結果を選択して求めた受光信号のピーク値に基づいて、雨滴情報を生成し、降雨状況を判断してワイパーのオン、オフあるいはワイパー速度を制御するワイパー制御信号をワイパー制御信号出力端子ｐ４から不図示のワイパ制御装置等へ送出する。
なお、制御部６０は発光素子駆動部１５への制御信号を送出する端子など他の制御端子も備えているが、図示省略する。

図５は制御部６０が実行するレンジ切替による制御の流れを示すフローチャートである。図６は主要部における信号状態の変化を示す波形図である。
ここでは、制御部６０が発光素子駆動部１５を介して一定時間間隔で発光素子１１を駆動してパルス光を出力させているものとする。また、オフセット電圧Ｖｏｓが前述のとおり外部メモリ７０に記憶されているものとする。図６は、時刻ｔ０において１個のパルス光を出力させた時点に続く状態を示しており、電流−電圧変換回路２０からは図６の（ａ）に示すように、参照電圧Ｖｒｅｆ１にウインドシールドＷからの反射光受光分が加わった受光電圧Ｖ０が出力される。

まず、ステップ１００において、制御部は発光素子１１の駆動指令（時刻ｔ０）と同期して、ピークホールド解除信号制御端子ｐ１からピークホールド解除信号オフを送出し、ピークホールド回路のスイッチ素子ＳＷ４１をオフさせて、電流−電圧変換回路２０からの入力電圧のピーク値を保持させる。
図６の（ｂ）に示すように、ピークホールド解除信号オフの継続時間Ｔはパルス光の時間幅より長い所定時間が設定されており、この間ピークホールド回路の出力はＶ０に保持される。

ステップ１０１において、時刻ｔ０で制御端子ｐ２のレベルをＨｉにして、レンジ切替増幅回路５０をＨｉレンジ増幅モードとする。
Ｈｉレンジ増幅モードでは、Ｖｏｓ＝２．５（Ｖ）だけ低電圧方向にオフセットしているため、図６の（ｃ）に示すように、レンジ切替増幅回路５０の最大出力は電源電圧ＶＣＣ＝５（Ｖ）以下に収まる。
そして、ステップ１０２で、レンジ切替増幅回路５０の出力をＡ／Ｄ入力端子ｐ３に取り込んでＡ／Ｄ変換し、ステップ１０３でそのＡ／Ｄ変換されたＨｉレンジ増幅結果Ｖｏｕｔ（Ｈ）を制御部６０のＲＡＭに保存する。
その後、ステップ１０４において、時刻ｔ１で制御端子ｐ２のレベルをＬｏに切り替えて、レンジ切替増幅回路５０をＬｏレンジ増幅モードとする。

上記実施例の場合、Ｌｏレンジ増幅モードでは、図６の（ｃ）に破線で示すように、Ｖｏｕｔ（Ｌ）＝６．０４（Ｖ）と算出されるが、レンジ切替増幅回路５０（オペアンプＡＭＰ５１）の出力は電源電圧ＶＣＣに規制されて５（Ｖ）の出力値となる。
ステップ１０５で、レンジ切替増幅回路５０の出力をＡ／Ｄ入力端子ｐ３に取り込んでＡ／Ｄ変換し、ステップ１０６でそのＡ／Ｄ変換されたＬｏレンジ増幅結果Ｖｏｕｔ（Ｌ）を上述のＲＡＭに保存する。
なお、Ａ／Ｄ変換後のデータはデジタル値となるが、以下ではデジタル値に対応するＶ（ボルト）値で説明する。

ステップ１０７において、時刻ｔ２でピークホールド解除信号制御端子ｐ１からピークホールド解除信号オンを送出し、ピークホールド回路のスイッチ素子ＳＷ４１をオンさせて、電流−電圧変換回路２０からの入力電圧のピーク値保持状態をキャンセルさせる。

そして、ステップ１０８において、ＲＡＭに記憶されているＨｉレンジ増幅結果Ｖｏｕｔ（Ｈ）を読み出し、ステップ１０９で、Ｈｉレンジ増幅結果Ｖｏｕｔ（Ｈ）が所定の低下飽和閾値Ｖｃ以下であるかどうかをチェックする。
オペアンプＡＭＰ５１には出力できる最小電圧があり、入力が低くて出力が最小電圧に達しないときはＨｉレンジ増幅結果を利用することができない。これを確認するため、低下飽和閾値Ｖｃは基準電圧（０Ｖ）にオペアンプＡＭＰ５１で定まる所定値を加算した値に設定される。

Ｖｏｕｔ（Ｈ）がＶｃより高いときはステップ１１０へ進み、外部メモリ７０からオフセット電圧Ｖｏｓを読み出し、ステップ１１１において、式（５）により合成電圧Ｖｆを求める。
Ｖｆ＝Ｖｏｕｔ（Ｈ）＋Ｖｏｓ（５）
すなわち、簡単のため低下飽和閾値Ｖｃ＝０（Ｖ）として、実施例のように、Ｖｏｕｔ（Ｈ）＝３．５４（Ｖ）であるときは、
Ｖｆ＝３．５４＋２．５＝６．０４（Ｖ）
を合成電圧とする。なお、ここでは外部メモリ７０から読み出したオフセット電圧Ｖｏｓが式（４）の計算値２．５Ｖと一致していたものとする。
このあと、ステップ１１４へ進む。

一方、Ｖｏｕｔ（Ｈ）がＶｃ以下のときはステップ１０９からステップ１１２へ進み、ＲＡＭに記憶されているＬｏレンジ増幅結果Ｖｏｕｔ（Ｌ）を読み出し、ステップ１１３でこのＬｏレンジ増幅結果Ｖｏｕｔ（Ｌ）を合成電圧Ｖｆとして、ステップ１１４へ進む。
以上により、Ｈｉレンジ増幅結果Ｖｏｕｔ（Ｈ）が低下飽和閾値Ｖｃより高い場合には、このオフセット増幅によるＶｏｕｔ（Ｈ）に基づくとともに、Ｈｉレンジ増幅結果Ｖｏｕｔ（Ｈ）が低下飽和閾値Ｖｃ以下のときはＬｏレンジ増幅結果Ｖｏｕｔ（Ｌ）に基づいて合成電圧Ｖｆを得るので、電源電圧５Ｖの制約下にもかかわらずＺ＝７．５（Ｖ）幅の広いダイナミックレンジで受光電圧のピーク値を増幅できることになる。
なお、図６の（ｄ）に示すＺＨはＶｏｕｔ（Ｈ）に基づくＶｆの範囲、ＺＬはＶｏｕｔ（Ｌ）に基づくＶｆの範囲である。

ステップ１１４では、ステップ１１１または１１３で求めた合成電圧Ｖｆに基づいて、雨滴情報を生成する。
ここでは、例えば、図６の（ｄ）に示すように、前回フローにおける合成電圧Ｖｆ（前回）と今回の合成電圧Ｖｆ（今回）を比較して、合成電圧の低下量ΔＶｆが所定値以上であるときはウインドシールドへの雨滴の付着によるものと判断して、雨滴有りの雨滴情報を生成する。

本実施の形態では、制御部６０における図５のフローチャートのステップ１０８からステップ１１１および１１３までの処理を実行する機能部分が発明における拡大レンジ信号生成手段を構成し、ステップ１１４の処理を実行する機能部分が状態判定手段を構成する。そして、合成電圧Ｖｆが拡大レンジピーク値に該当する。
抵抗Ｒ５１が第１の抵抗に該当し、抵抗Ｒ５２が第２の抵抗に、抵抗Ｒ５３が第３の抵抗に該当する。
外部メモリ７０が不揮発性メモリに該当する。

実施の形態は以上のように構成され、発光素子１１からウインドシールドＷに向けて出射されたパルス光の反射光を受光素子１２で受光して、受光素子１２から出力される受光信号に基づいてウインドシールドＷ上の雨滴の有無を検出する雨滴検出装置であって、受光信号を電流から電圧に変換する電流−電圧変換回路２０と、電流−電圧変換回路２０を通過した受光信号をピークホールドするピークホールド回路４０と、ピークホールド回路４０の出力をＨｉレンジ増幅モードとＬｏレンジ増幅モードに切り替えて増幅するレンジ切替増幅回路５０と、制御部６０とを有し、制御部６０においてレンジ切替増幅回路５０で増幅された受光信号を基に合成電圧Ｖｆを求めて、この合成電圧Ｖｆを基に雨滴の有無状態を判定するものとしたので、受光信号のレベルの高低に関わらず受光信号の変化を精度よく捉える広いダイナミックレンジを得られ、正確に雨滴の有無状態を検出できる。

とくに、レンジ切替増幅回路５０は、ピークホールド回路４０の出力を非反転入力端子に入力するオペアンプＡＭＰ５１を有し、電源電圧ＶＣＣに接続された抵抗Ｒ５１とグラウンドＧＮＤに接続された抵抗Ｒ５２を直列に配置し、抵抗Ｒ５１とＲ５２との接続点をオペアンプＡＭＰ５１の反転入力端子に接続するとともに、上記接続点に抵抗Ｒ５３の一端を接続して、抵抗Ｒ５３の他端を制御部６０でＨｉレベルまたはＬｏレベルに切り替えることにより、Ｈｉレンジ増幅モードとＬｏレンジ増幅モードを得るようにしているので、専用のオフセット用電源や高価な半導体スイッチ素子などを要せず、低コストで実現される。

Ｈｉレンジ増幅結果Ｖｏｕｔ（Ｈ）が低下飽和閾値Ｖｃより高い場合には、Ｈｉレンジ増幅結果Ｖｏｕｔ（Ｈ）にオフセット電圧Ｖｏｓを加算して雨滴情報生成に用いる合成電圧Ｖｆとし、オフセット電圧Ｖｏｓは製品出荷時における各増幅レンジの出力の実測値の差を外部メモリ７０（不揮発性メモリ）に記憶させているので、レンジ切替増幅回路５０の各抵抗の抵抗値の精度ばらつきがあっても高精度に合成電圧Ｖｆを求めることができる。
なお、実施の形態では、オフセット電圧Ｖｏｓを記憶させる不揮発性メモリを外部メモリ７０として制御部６０に接続されたものとしたが、制御部６０に内蔵させてもよい。

また、実施の形態では、ステップ１０８において、まずＨｉレンジ増幅結果Ｖｏｕｔ（Ｈ）が低下飽和閾値Ｖｃ以下であるかどうかをチェックして、低下飽和閾値Ｖｃより高いときにＶｏｕｔ（Ｈ）を用いた合成電圧Ｖｆを採用するものとしたが、Ｌｏレンジ増幅結果Ｖｏｕｔ（Ｌ）を先にチェックするようにしてもよい。
この場合には、Ｖｏｕｔ（Ｌ）がオペアンプＡＭＰ５１の出力可能最大値、たとえば５Ｖに近い増大飽和閾値より低いときには、低電圧方向にオフセットされるＨｉレンジ増幅結果は出力されないおそれがあるので、Ｖｏｕｔ（Ｌ）を合成電圧Ｖｆとして採用する。

なお、受光素子１２が出力する受光電流にはパルス光成分と外部光成分とが含まれている。外部光成分は太陽や街灯、他車のヘッドライトなどによるものであり、直流を含む低周波領域にあり、とくに直流成分が大半を占める。
この影響を防止するため、第１の変形例として、図７に示すように、電圧ハイパスフィルタ回路３０を電流−電圧変換回路２０とピークホールド回路４０の間に設けることができる。

電圧ハイパスフィルタ回路３０は、コンデンサＣ３１と、コンデンサＣ３１と電源電圧ＶＣＣとの間に設けた抵抗Ｒ３１とコンデンサＣ３１とグラウンドＧＮＤとの間に設けた抵抗Ｒ３２とからなる。
ここで、コンデンサＣ３１の容量Ｃａと抵抗Ｒ３１とＲ３２による合成抵抗値Ｒａは、遮断周波数ｆｃを発光素子１１からのパルス光による交流成分の通過を許す値に設定したとして、ｆｃ＝１／（２πＣａＲａ）となるように選択され、１次ハイパス電圧フィルタが構成される。
抵抗Ｒ３１とＲ３２との接続点に、ＧＮＤ電位から高電圧側へオフセットした出力電圧（受光信号）を得る。
抵抗Ｒ３１とＲ３２による電源電圧ＶＣＣの分圧値がピークホールド回路４０へ入力される受光信号の参照電圧Ｖｒｅｆ１となる。
これにより、電流−電圧変換回路２０の出力電圧（受光信号）から外部光成分が除去され、太陽や街灯、他車のヘッドライトの影響による雨滴の有無状態に関する誤検出が防止される。
なお、電圧ハイパスフィルタ回路３０については１次のハイパスフィルタとして示したが、２次のハイパスフィルタとしてもよく、次数が上がる分だけノイズである外部光成分を減衰させる性能が一層向上する。

また、実施例ではレンジ切替増幅回路５０の抵抗Ｒ５３（第３の抵抗）を抵抗値２０ＫΩの１個のみで構成したものを示したが、第３の抵抗は複数の抵抗で構成するものとしてもよい。
図８は、第２の変形例として、第３の抵抗が２個の抵抗で構成されたレンジ切替増幅回路５０Ａを示す。
レンジ切替増幅回路５０Ａでは、オペアンプＡＭＰ５１の反転入力端子に第３の抵抗として抵抗Ｒ５３ａと抵抗Ｒ５３ｂが並列に接続され、両抵抗の他端がそれぞれ制御部６０Ａの制御端子ｐ２ａ、ｐ２ｂに接続されている。その他の構成はレンジ切替増幅回路５０と同じである。

前述の実施例をベースに、レンジ切替増幅回路５０Ａの抵抗の値を、
抵抗Ｒ５１の抵抗値ｒ５１：３・０１ＫΩ
抵抗Ｒ５２の抵抗値ｒ５２：３．６５ＫΩ
抵抗Ｒ５３ａの抵抗値ｒ５３ａ：４０ＫΩ
抵抗Ｒ５３ｂの抵抗値ｒ５３ｂ：４０ＫΩ
抵抗Ｒ５４の抵抗値ｒ５４：１０ＫΩ
とすると、増幅率はＧ＝７．５６のままで、
制御端子ｐ２ａがＨｉ、ｐ２ｂがＨｉレベルのとき：Ｖｒｅｆ２＝２．９１（Ｖ）
Ｖｏｕｔ（Ｈ）＝３．５４（Ｖ）
制御端子ｐ２ａがＨｉ、ｐ２ｂがＬｏレベルのとき：Ｖｒｅｆ２＝２．７２（Ｖ）
Ｖｏｕｔ（Ｍ）＝４．７９（Ｖ）
制御端子ｐ２ａがＬｏ、ｐ２ｂがＬｏレベルのとき：Ｖｒｅｆ２＝２．５３（Ｖ）
Ｖｏｕｔ（Ｌ）＝６．０４（Ｖ）
となる。

すなわち、Ｈｉレンジ、ＭｉｄレンジおよびＬｏレンジの３増幅レンジにおける各増幅結果が得られる。各増幅レンジ間のオフセット電圧は１．２５Ｖとなる。
合成電圧Ｖｆはレンジ切替増幅回路の昇順の各増幅レンジにおける出力Ｖｏｕｔに、各出力間のオフセット電圧１．２５Ｖを順次に加算して得られる。
第３の抵抗をさらに３以上の抵抗で構成すれば、さらに多数の増幅レンジが得られ、きめ細かく高精度の増幅結果を得ることができる。

１雨滴検出装置
２ケーシング
３前壁
４後壁
５プリズム
６ａ、６ｂレンズ部
１０センサ部
１１発光素子
１２受光素子
１５発光素子駆動部
２０電流−電圧変換回路
３０電圧ハイパスフィルタ回路
４０ピークホールド回路
５０、５０Ａレンジ切替増幅回路
６０、６０Ａ制御部
７０外部メモリ
ＡＭＰ２１、ＡＭＰ４１、ＡＭＰ５１オペアンプ
Ｃ４１コンデンサ
Ｄ４１ダイオード
ＧＮＤグラウンド
ＰＤ１１フォトダイオード
ｐ１ピークホールド解除信号制御端子
ｐ２、ｐ２ａ、ｐ２ｂ制御端子
ｐ３Ａ／Ｄ入力端子
ｐ４ワイパー制御信号出力端子
Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３、Ｒ４１、Ｒ５１、Ｒ５２、Ｒ５３、Ｒ５４抵抗
Ｒ５３ａ、Ｒ５３ｂ抵抗
Ｓ４１スイッチ素子
ＶＣＣ電源電圧

Claims

発光素子からウインドシールドに向けて出射されたパルス光の反射光を受光素子で受光して、前記受光素子から出力される受光信号に基づいて前記ウインドシールド上の雨滴の有無を検出する雨滴検出装置であって、
前記受光信号を電流から電圧に変換する電流−電圧変換回路と、
該電流−電圧変換回路を通過した受光信号をピークホールドするピークホールド回路と、
該ピークホールド回路で前記ピークホールドしている間の前記ピークホールド回路の出力である同一のピークホールド値に対して増幅レンジを変更して増幅するレンジ切替増幅回路と、
該レンジ切替増幅回路で増幅された受光信号を基に拡大レンジピーク値を生成する拡大レンジ信号生成手段と、
前記拡大レンジピーク値を基に、前記ウインドシールド上の雨滴の有無状態を判定する状態判定手段とを有し、
拡大レンジ信号生成手段は、
前記レンジ切替増幅回路の各増幅レンジにおける出力に、各出力間のオフセット電圧を順次に加算して前記拡大レンジピーク値とすることを特徴とする雨滴検出装置。
前記レンジ切替増幅回路は、前記ピークホールド回路の出力を非反転入力端子に入力するオペアンプを有し、
電源電圧に接続された第１の抵抗とグラウンドに接続された第２の抵抗を直列に配置し、該第１の抵抗と第２の抵抗との接続点を前記オペアンプの反転入力端子に接続するとともに、前記接続点に第３の抵抗の一端を接続して、
前記第３の抵抗の他端をＨｉレベルまたはＬｏレベルに切り替えることにより、前記複数の増幅レンジを得るものであることを特徴とする請求項１に記載の雨滴検出装置。
前記第３の抵抗が複数設けられ、
前記レンジ切替増幅回路は前記第３の抵抗の各他端のＨｉレベルまたはＬｏレベル切り替えの組み合わせにより３以上の増幅レンジを得ることを特徴とする請求項２に記載の雨滴検出装置。
拡大レンジ信号生成手段は、
前記レンジ切替増幅回路の昇順の各増幅レンジにおける出力に、各出力間のオフセット電圧を順次に加算して前記拡大レンジピーク値とすることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の雨滴検出装置。
前記各増幅レンジの出力の製品出荷時における実測値の差が前記オフセットとして不揮発性メモリに記憶されていることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の雨滴検出装置。
前記発光素子が車両のウインドシールド表面の検知面に向けてパルス光を出射し、前記受光素子が前記検知面で反射された光を受光するように配置され、
前記状態判定手段が前記受光信号のピーク値を基にウインドシールドの雨滴の付着状態を判定するものであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１に記載の雨滴検出装置。
前記電流−電圧変換回路と前記ピークホールド回路の間に電圧ハイパスフィルタ回路が設けられていることを特徴とする請求項６に記載の雨滴検出装置。