JP5974902B2 - 雨滴検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、ウインドガラスに付着した雨滴量を検出する雨滴検出装置に関し、特に検出された雨滴量に応じてワイパ装置を制御する雨滴検出装置に関する。

従来より、ウインドガラス外面に付着した雨滴量を検出する雨滴検出装置を設け、この雨滴検出装置によって検出された雨滴量に応じてワイパ装置の払拭速度や間欠時間等の作動態様を自動的に制御するものが知られている。
特許文献１の雨滴検出装置は、ウインドガラス外面に付着した雨滴量に応じた検出信号を出力する雨滴センサと、この雨滴センサの検出信号の変化量を算出する変化量算出手段と、雨滴が付着していないときの雨滴センサの検出信号と雨滴センサの検出信号との差分を算出する差分算出手段と、変化量が減少傾向且つ差分が増大傾向のとき、雨滴センサが出力可能な下限値を超える極大の雨滴量と判別する判別手段とを備えている。

この雨滴検出装置の雨滴センサは、ウインドガラス外面の検知領域に雨滴が付着していない場合、投光された光がウインドガラスと外部空間との外側境界面から全反射されて受光素子（フォトダイオード）に受光される。また、ウインドガラス外面の検知領域に雨滴が付着している場合、雨滴に対応した部分に投光された光の一部がウインドガラスとこれに付着した雨滴とを透過するため、投光された光のうちウインドガラスと雨滴とを透過しない光の反射光のみが受光素子に受光される。即ち、この雨滴検出手段では、ウインドガラス外面に付着した雨滴量が少ない程、検出信号が大きくなり、ウインドガラス外面に付着した雨滴量が多い程、検出信号が小さくなる。

通常、この種の雨滴検出装置は、ユーザーが任意に選択できるオプション機器として設定されている。また、カーメーカーにおいて、同一の雨滴検出装置を一車種のみならず他の車種にも流用することが行われている。それ故、ワイパ制御装置は、ワイパ駆動装置と雨滴検出装置とから構成され、雨滴検出装置にワイパ駆動装置を制御するワイパ制御部が設けられていることが多い。

特許４７７９８６０号

特許文献１の雨滴検出装置は、変化量算出手段の変化量が減少傾向且つ差分算出手段の差分が増大傾向のとき、雨滴センサが出力可能な下限値を超える極大の雨滴量と判別できるため、雨滴検出装置の検出範囲を拡大でき、極大の雨滴量を判別することができる。
しかし、特許文献１の技術では、雨滴径等の雨滴の属性が多種存在するにもに拘わらず、単純に雨滴量が多いとき、雨滴量が少ないときに比べて一様に払拭能力を高くしている。
それ故、ユーザーが払拭不要と感じても雨滴量が多いときにはウインドガラスを払拭し、ユーザーが払拭要と感じても雨滴量が少ないときにはウインドガラスを払拭しない状況を招くため、ユーザーの煩わしさを十分に解消できない虞がある。

脳内生理学上の見地から、視野内に周囲の刺激と異なる特徴を持つ刺激が存在する場合、その刺激は目立つ（ポップアウトする）ため、ユーザーの注意を引き付ける特性を有することが知られている。そこで、本発明者は、雨滴の属性を変化させて、ユーザーがワイパ装置の作動を開始するときの雨滴付着率を検証する実験を行った。
第１の検証実験は、径が異なる複数種類の雨滴（直径１．５〜３．０ｍｍ）を準備し、ユーザーがワイパ装置によってウインドガラスに付着した雨滴の払拭を開始した雨滴付着率（％）（以下、払拭タイミングという）を夫々測定した。尚、雨滴の付着速度は一定（２０．０個／ｓｅｃ）である。
第２の検証実験は、付着速度が異なる複数種類の雨滴（付着速度６．０〜３５．０個／ｓｅｃ）を準備し、ユーザーによる払拭タイミングを夫々測定した。尚、雨滴径は一定（直径２．３ｍｍ）である。

図１４に示すように、雨滴の付着速度が一定の場合、雨滴径が小さいときには、雨滴径が大きいときよりもユーザーによる払拭タイミングが早いことが認識された。
図１５の実線で示すように、昼間において、雨滴径が一定の場合、雨滴の付着速度が低いときには、雨滴の付着速度が高いときよりもユーザーによる払拭タイミングが早いことが認識された。また、図１５の破線で示すように、夜間は昼間に比べて全体的に払拭タイミングが早いものの、雨滴の付着速度が低いときには、雨滴の付着速度が高いときよりもユーザーによる払拭タイミングが早く、昼間の測定結果と同様の傾向であった。

上記検証実験によって、同じ雨滴付着率であっても、径の小さい雨滴が多数存在する場合には、ユーザーは個々の雨滴に注意を払うため、視覚的に煩わしさを感じ、更に、その注意分散を解消するために雨滴を払拭によって消去していると推測される。
また、雨滴の付着速度が高い場合には、ユーザーが個々の雨滴に払う注意が雨滴の付着速度に追いつかないため、ユーザーが感じる視覚的な煩わしさは低下し、ユーザーによる払拭タイミングが遅くなるものと推測される。
即ち、ユーザーによる雨滴の払拭タイミングは、単に雨滴による前方視認性の低下によって決定されるのではなく、ユーザーの注意を引き付ける雨滴の属性、所謂雨滴径や雨滴の付着速度によって決定されることが知見された。

本発明の目的は、ユーザーの視覚的な煩わしさを解消可能な雨滴検出装置を提供することである。

請求項１の雨滴検出装置は、ウインドガラス外面に付着した雨滴量を検出し且つ前記雨滴量に応じてワイパ装置を制御する制御手段を収容した雨滴検出装置において、前記ウインドガラス外面に付着した雨滴を撮像する撮像手段と、前記ウインドガラス外面に付着した雨滴の付着速度を測定する付着速度測定部とを設け、前記制御手段は、撮像された雨滴径が小さいときには、雨滴径が大きいときに比べて前記ワイパ装置の払拭能力を高くすると共に、付着速度が低いときには、付着速度が高いときに比べて前記ワイパ装置の払拭能力を高くすることを特徴としている。

この請求項１の雨滴検出装置では、ウインドガラス外面に付着した雨滴を撮像する撮像手段を設けているため、ユーザーに視覚的な煩わしさを与える主な要因の１つである雨滴径を検出することができる。また、ウインドガラス外面に付着した雨滴の付着速度を測定する付着速度測定部を設けているため、ユーザーに視覚的な煩わしさを与える主な要因の１つである雨滴の付着速度を検出することができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記ウインドガラス内面に光を照射し、ウインドガラスによって反射された反射光を検出する第１光学手段を設け、前記第１光学手段の出力に基づいて雨滴量を検出する雨滴量検知部を前記制御手段に設けたことを特徴としている。

請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記ウインドガラス内面に光を照射し、ウインドガラスに付着した雨滴によって反射された反射光を検出する第２光学手段を設け、前記第２光学手段の出力に基づいて雨滴量を検出する雨滴量検知部を前記制御手段に設けたことを特徴としている。

請求項４の発明は、請求項１〜３の何れか１項の発明において、前記ワイパ装置は払拭速度と間欠期間の少なくとも１つが変更可能に構成されていることを特徴としている。

請求項１の発明によれば、ユーザーに視覚的な煩わしさを与える主な要因の１つである雨滴径を検出することができるため、ウインドガラスに付着した雨滴の雨滴径を検出でき、雨滴径が小さいときには、雨滴径が大きいときに比べてワイパ装置の払拭能力を高くしてユーザーの視覚的な煩わしさを効果的に解消することができる。
また、ユーザーに視覚的な煩わしさを与える主な要因の１つである雨滴の付着速度を検出することができるため、付着速度が低いときには、付着速度が高いときに比べてワイパ装置の払拭能力を高くしてユーザーの視覚的な煩わしさを一層効果的に解消することができる。

請求項２の発明によれば、ウインドガラスによって反射された反射光に基づいて雨滴量を精度よく検出することができる。
請求項３の発明によれば、ウインドガラスに付着した雨滴によって反射された反射光に基づいて雨滴量を精度よく検出することができる。

請求項４の発明によれば、雨滴の属性に拘わらず、ユーザーの前方視認性を良好に保つことができる。

本発明の実施例１に係る自動車の通信系統のブロック図である。 車室内から車体前方を視た図である。 ワイパ装置とレインセンサとワイパスイッチに係る電気的構成を示す制御回路図である。 レインセンサの斜視図である。 レインセンサの全体構成を示すブロック図である。 ウインドガラスの雨滴検出原理を示す説明図である。 雨滴付着率と雨滴検出手段の出力との相関関係を示すグラフである。 オートモード制御のときの払拭速度マップである。 オートモード制御のときの間欠時間マップである。 ワイパ制御処理に係る処理手順を示すフローチャートである。 実施例２に係るレインセンサの斜視図である。 レインセンサの全体構成を示すブロック図である。 ウインドガラスの雨滴検出原理を示す説明図である。 雨滴径別の払拭タイミングを示す図である。 雨滴付着速度別の払拭タイミングを示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。

以下、本発明の実施例１について図１〜図１０に基づいて説明する。
図１に示すように、本実施例では、フロントウインドガラス（以下、ウインドガラスという）１と、ウインドガラス１の外側面に付着した雨滴や汚れを払拭するワイパーブレード（図示略）やワイパモータ２ａ等によって構成されたワイパ装置２と、レインセンサ３（雨滴検出装置）等を備えた自動車Ｖを例として説明する。

まず、自動車Ｖの基本的な通信系統について説明する。
図１に示すように、自動車Ｖは、ボディコントロールモジュール（Body Control Module：以下、ＢＣＭという）４と、エンジンコントロールモジュール（Engine Control Module：以下、ＥＣＭという）５と、ブレーキ制御機構６と、ヘッドライト制御機構（Adaptive Front-Lighting System：以下、ＡＦＳという）７等を備え、これら各制御機構４〜７はＣＡＮ（Controller Area Network）８によって相互に送受信可能に接続されている。

図３に示すように、ＢＣＭ４は、ワイパ装置２（ワイパモータ２ａ）やレインセンサ３等の複数の装置を総合制御可能に構成され、マイクロコンピュータ（以下、マイコンという）９と、第１リレー回路１０と、第２リレー回路１１等を備えている。
第１リレー回路１０がオン作動され第２リレー回路１１がオフ作動されたとき、ワイパモータ２ａが低速駆動され、第１リレー回路１０がオフ作動され第２リレー回路１１がオン作動されたとき、ワイパモータ２ａが高速駆動される。

マイコン９は、制御処理や演算処理を行うＣＰＵと、各種プログラムや制御係数等の各種データを保存するための読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）と、各制御機構４〜７や複数のセンサ等から出力された各種データを書き込み可能なメモリ（ＲＡＭ）と、電源回路等を含んで構成されている（何れも図示略）。このマイコン９は、後述するマイコン４０からの制御信号を変換し、ワイパ装置２へ送信する。

ＥＣＭ５は、複数のセンサ出力に基づいて、エンジンの点火機構、燃料噴射装置、吸排気系統、動弁機構、始動制御等を制御可能に構成されている（何れも図示略）。
ブレーキ制御機構６は、急ブレーキをかけつつ衝突回避する機構（Antilock Brake System）と、車両旋回時におけるアンダーステアやオーバーステアを防止する機構（Dynamic Stability Control）とを制御可能に構成されている（何れも図示略）。
ＡＦＳ７は、傾動可能に形成されたヘッドライト（図示略）の向きをハンドル舵角や車速に基づいて走行中の自動車Ｖの進行方向に適合した方向へ変更可能に構成されている。

図１に示すように、ＣＡＮ８は、ＣＡＮバス８ａによって各制御機構４〜７を多重通信可能に接続し、フレーム（図示略）単位でデータを送信するマルチマスター方式によってバスアクセス制御している。各フレームには、フレーム毎にアービトレーションＩＤと自動車Ｖの型式に対応した車両ＩＤが予め設定されており、アービトレーションＩＤが小さい程、フレームをＣＡＮバス８ａに流すための優先順位が高くされている。
各制御機構４〜７や各種センサから出力された通信信号は、フレームのデータフィールドに格納されてＣＡＮバス８ａを介して夫々の送信先へ送信される。

次に、ワイパ装置２について説明する。
図３に示すように、ワイパ装置２は、ワイパーブレードと、ワイパーアーム（図示略）と、ワイパモータ２ａと、オートストップスイッチ２ｂ等を備え、ユーザーによるワイパスイッチ１２（図２参照）の手動操作によって各モード制御を実行可能に構成されている。
オートストップスイッチ２ｂは、回転維持回路であり、ユーザーがワイパスイッチ１２をオフ操作したとき、ワイパーブレードが下側反転位置（停止位置）に到達していない場合には、ワイパモータ２ａへの電流供給を継続してワイパーブレードを停止位置に停止させる。

図２に示すように、ワイパスイッチ１２は、ステアリング１３の側部に設けられ、上下方向へ段階的に移動可能に構成されている。図３に示すように、このワイパスイッチ１２は、手動操作によって、ＯＦＦ位置１２ａと、ＭＩＳＴ位置１２ｂと、ＡＵＴＯ位置１２ｃと、ＬＯＷ位置１２ｄと、ＨＩＧＨ位置１２ｅとに電気的接続を変更することによって各モード制御を切替え可能に形成されている。
ワイパスイッチ１２は、雨が降っていないとき、ユーザーのオフ操作によってＯＦＦ位置１２ａに設定されている。ワイパスイッチ１２がＯＦＦ位置１２ａからＭＩＳＴ位置１２ｂに操作されたとき、ワイパ装置２がウインドガラス１を１回だけ払拭するミストモード制御を実行した後、ワイパスイッチ１２は圧縮バネの付勢力によって自動的にＯＦＦ位置１２ａへ戻される。

ワイパスイッチ１２がＯＦＦ位置１２ａからＡＵＴＯ位置１２ｃに操作されたとき、ワイパ装置２は、雨滴量に応じた間欠払拭動作を行うオートモード制御に設定される。ワイパスイッチ１２の先端側部分には、間欠払拭動作の間欠時間を手動設定可能な間欠時間設定部１２ｆ（オートボリューム）が設けられている。この間欠時間設定部１２ｆは、ワイパスイッチ１２の軸心回りの回動量調節によって間欠時間を設定可能に構成されている。
ワイパスイッチ１２がＯＦＦ位置１２ａからＬＯＷ位置１２ｄに操作されたとき、第１リレー回路１０がオンすると同時に第２リレー回路１１がオフされるため、ワイパ装置２は停止時間を有さない低速の連続払拭動作を行う第１連続払拭モード制御が設定される。ワイパスイッチ１２がＯＦＦ位置１２ａからＨＩＧＨ位置１２ｅに操作されたとき、第１リレー回路１０がオフすると同時に第２リレー回路１１がオンされるため、ワイパ装置２は第１連続払拭モード制御よりも高速で連続払拭動作を行う第２連続払拭モード制御に設定される。

次に、レインセンサ３について説明する。
図１〜図６に示すように、レインセンサ３は、ルームミラー１４の前方且つウインドガラス１の外面上端部分に設定された雨滴検出領域に対向した位置に着脱可能に装備されている。それ故、レインセンサ３とＢＣＭ４を電気的にＣＡＮ接続することにより、ウインドガラス１の傾斜角度や車体寸法等設計仕様の異なる自動車Ｖに対してレインセンサ３を後から任意に装着することが可能である。
レインセンサ３は、３組の雨滴検出手段２０と、１組の撮像手段３０と、マイクロコンピュータ（以下、マイコンという）４０（制御手段）と、これらを収容可能な略直方体形状の筐体３ａ等を備えている。

図４に示すように、３組の雨滴検出手段２０は同じ構成であるため、１組の雨滴検出手段２０について主に説明する。
図５，図６に示すように、雨滴検出手段２０は、投光部２２と、この投光部２２を制御する投光部制御部２３と、平行光レンズ２４と、集光レンズ２５と、受光部２６（第１光学手段）と、この受光部２６を制御する受光部制御部２７等を備えている。

投光部２２は、発光素子（例えば、ＬＥＤ）によって形成され、赤外線αをウインドガラス１内面の雨滴検出領域に対応した部分へ照射可能に構成されている。
投光部制御部２３は、マイコン４０からの制御信号に基づいて投光部２２の作動タイミングや赤外線αの照射量（強度）等を制御可能に構成されている。
図６に示すように、平行光レンズ２４は、投光部２２側の面が凸状且つウインドガラス１側の面が平面状に形成され、投光部２２から照射された赤外線αの進行方向を拡散方向から平行方向に変更している。この平行光レンズ２４は、ウインドガラス１外面に雨滴Ｗが付着していないとき、赤外線αがウインドガラス１の外側境界面から全反射されるように傾斜角度等が設定されている。

集光レンズ２５は、ウインドガラス１側の面が凸状且つ受光部２６側の面が平面状に形成されている。ウインドガラス１の外側境界面から反射した赤外線α又は雨滴Ｗの外側境界面から反射した赤外線α２は、何れも平行状に進行するため、集光レンズ２５は、これら平行状の赤外線α又はα２を受光部２６に集中させるように赤外線α又はα２の進行方向を平行方向から集束方向に変更している。
受光部２６は、受光素子（例えば、フォトダイオード）によって構成され、ウインドガラス１の外側境界面と雨滴Ｗの外側境界面から反射された赤外線αとα２を検出可能に構成されている。受光部制御部２７は、マイコン４０からの制御信号に基づいて受光部２６の受光感度や焦点等を制御可能に構成され、受光部２６で検出された赤外線α又はα２の検出信号をマイコン４０へ出力している。

ここで、雨滴検出手段２０の雨滴検出原理について図６に基づき簡単に説明する。
図６に示すように、ウインドガラス１の親水特性と重力との影響によって雨滴Ｗは扁平状に形成されている。
平行光レンズ２４は、投光部２２から照射された赤外線αがウインドガラス１と外部空間との平面状外側境界面から全反射するように傾斜角度等が設定されているため、ウインドガラス１の外側面に雨滴Ｗが付着していない部分では、投光部２２から照射された赤外線αはウインドガラス１を透過することなくウインドガラス１の外側境界面から全反射される。また、雨滴Ｗが滴下してウインドガラス１の外側面に扁平状の雨滴Ｗが付着している部分では、投光部２２から照射された赤外線αのうち、一部の赤外線α１がウインドガラス１と雨滴Ｗを透過するため、残りの赤外線α２（α−α１）が雨滴Ｗと外部空間との外側境界面から反射される。これにより、雨滴検出手段２０は、ウインドガラス１又は雨滴Ｗの外側面からの反射光である赤外線α又はα２の反射光量を検出する。

図４に示すように、撮像手段３０は、雨滴検出手段２０に隣り合って設置されている。
図５に示すように、撮像手段３０は、投光部３２と、この投光部３２を制御する投光部制御部３３と、平行光レンズ３４と、撮像レンズ３５と、受光部３６と、この受光部３６を制御する受光部制御部３７等を備えている。

投光部３２は、発光素子（例えば、ＬＥＤ）によって形成され、赤外線αをウインドガラス１外面の雨滴検出領域に付着した雨滴Ｗへ向けて照射可能に構成されている。
投光部制御部３３は、マイコン４０からの制御信号に基づいて投光部３２の作動タイミングや赤外線αの照射量（強度）等を制御可能に構成されている。
平行光レンズ３４は、投光部３２側の面が凸状且つウインドガラス１側の面が平面状に形成され、投光部３２から照射された赤外線αの進行方向を拡散方向から平行方向に変更している。

撮像レンズ３５は、雨滴検出領域に対応したウインドガラス１外面に付着した雨滴Ｗの撮像情報を受光部３６に集束するように配設されている。
受光部３６は、撮像素子（例えば、ＣＣＤ）によって構成され、雨滴Ｗを撮像可能に構成されている。受光部制御部３７は、マイコン４０からの制御信号に基づいて受光部３６の受光感度や焦点等を制御可能に構成され、撮像情報に対応したアナログ画像信号をマイコン４０へ出力している。

次に、マイコン４０について説明する。
マイコン４０は、雨滴検出手段２０で検出された赤外線α又はα２の反射光量に基づいてウインドガラス１の外側面に付着した雨滴量を検出し、撮像手段３０で撮像された雨滴Ｗの撮像画像に基づいてウインドガラス１の外側面に付着した雨滴Ｗの雨滴径ｒ（直径）と雨滴Ｗの付着速度ｖを検出している。このマイコン４０は、これら雨滴量と雨滴径ｒと付着速度ｖとに応じてワイパ装置２の払拭特性を制御している。
図５に示すように、マイコン４０は、雨滴検出処理部４１と、雨滴量測定部４２（雨滴量検知部）と、画像処理部４３と、雨滴径測定部４４と、付着速度測定部４５と、オートワイパ判断部４６と、ワイパ制御部４７等を備えた制御基盤によって構成されている。

雨滴検出処理部４１では、３組の受光部２６で受光した夫々の反射光の出力について平均出力を演算し、この平均出力を負に変換した値であって最小値を零に調整した値を出力ｘとして設定している。
図７に示すように、ウインドガラス１への雨滴Ｗの付着率は出力ｘと比例関係が成立しているため、この相関関係に基づいて、雨滴量測定部４２では、雨滴検出処理部４１で設定された出力ｘを付着率Ｘ（％）に変換している。
ここで、出力ｘから変換された雨滴検出手段２０の付着率Ｘは、ウインドガラス１に付着した雨滴Ｗが存在しないとき、付着率０％に設定され、ウインドガラス１の全面に雨滴Ｗが付着したとき、付着率１００％になるように設定される。
尚、図７おいて、所定雨滴付着率（例えば、１．０％）以下では、雨滴検出手段２０の検出精度の関係上、出力ｘは出力されない。

雨滴量測定部４２では、雨滴検出手段２０の３組の受光部２６で受光した夫々の反射光の平均出力の減少傾向（減少幅）に基づいてウインドガラス１に付着した雨滴量を測定している。この雨滴検出手段２０の出力値に基づいて測定された雨滴量が、レインセンサ３が検出した雨滴量に相当している。尚、本実施例では、外部要因等を考慮して、付着率Ｘが２％以上のとき、降雨による雨滴有りと判定している。

画像処理部４３は、ウインドガラス１外面に付着した雨滴Ｗの撮像情報に対応したアナログ画像信号をＡ／Ｄ変換器（図示略）によって８ビットのデジタル画像信号に変換している。撮像手段３０で撮像された１フレームの画像は輝度（明るさ）を備えた複数の画素の集合体として表現されているため、デジタル画像信号は、１フレームの各画素を８ビットの濃淡値（０〜２５５）で表現した輝度情報である。
デジタル画像信号は、撮像された画像の特徴量を強調するために、フィルタリング処理が施された後、輝度に関する所定の閾値に基づいて二値化処理が行われる。

雨滴径測定部４４では、二値化処理された画像情報に基づいて雨滴径ｒを測定している。
二値化処理された画像に対して水平走査法或いは垂直走査法を適用し、雨滴Ｗの境界候補点である雨滴境界部分に対応した画素を複数抽出し、これらの画素と複数サイズの雨滴Ｗに対応したテンプレートとの照合によって検知された雨滴Ｗの雨滴径ｒを測定する。
尚、雨滴境界部分に対応した複数の画素を結んで近似曲線を演算し、雨滴Ｗを判定することによりその雨滴径ｒを測定しても良い。

付着速度測定部４５では、雨滴検出処理部４１で設定された出力ｘに基づいて付着速度ｖを測定している。付着速度測定部４５は、先に設定された第１の出力ｘと、この第１の出力ｘよりも所定時間（例えば、１〜２ｓｅｃ）後に設定された第２の出力ｘとの差分を前記所定時間で除算して付着速度ｖを算出する。尚、出力ｘに代えて付着率Ｘを用いて付着速度ｖを算出することも可能である。

オートワイパ判断部４６は、ユーザーがワイパスイッチ１２（図２，図３参照）を操作してオートモード制御が選択されたか否かを判定する。
ワイパ制御部４７は、ユーザーが選択したモード制御に応じてワイパ装置２を制御する基本機能と、オートモード制御においてレインセンサ３が検出した雨滴量に基づいてワイパ装置２の払拭能力を設定する払拭能力設定機能と、雨滴Ｗの雨滴径ｒと付着速度ｖに基づいてワイパ装置２の払拭能力を調整する払拭能力調整機能とを備えている。

ワイパ制御部４７の払拭能力設定機能について説明する。
図８，図９に示すように、ワイパ制御部４７は、オートモード制御が選択されたときに用いられる払拭速度マップＭ１と間欠時間マップＭ２とを備えている。
図８に示すように、払拭速度マップＭ１は、レインセンサ３が検出した雨滴量とワイパ装置２の払拭速度との相関関係を設定している。払拭速度マップＭ１には、雨滴量Ｌ１まで雨滴量に応じて増加し雨滴量Ｌ１以上では一定速度にする払拭速度特性Ｖ１が設定されている。図９に示すように、間欠時間マップＭ２は、レインセンサ３が検出した雨滴量とワイパ装置２の間欠時間との相関関係を設定している。間欠時間マップＭ２には、雨滴量Ｌ１まで雨滴量に応じて減少し雨滴量Ｌ１以上では間欠時間が零になる間欠時間特性Ｔ１が設定されている。これら払拭速度特性Ｖ１及び間欠時間特性Ｔ１は、雨滴径ｒが基準雨滴径Ａ且つ付着速度ｖが基準付着速度Ｂの雨滴状態における基本払拭特性である。

次に、ワイパ制御部４７の払拭能力調整機能について説明する。
ワイパ制御部４７は、雨滴径ｒが小さいときには、雨滴径ｒが大きいときに比べてワイパ装置２の払拭能力を高くし、付着速度ｖが低いときには、付着速度ｖが高いときに比べてワイパ装置２の払拭能力を高くするための払拭速度特性Ｖ２及び間欠時間特性Ｔ２を払拭速度特性Ｖ１及び間欠時間特性Ｔ１に基づいて設定している。

払拭能力調整後の払拭速度特性Ｖ２は、次式（１）のように表すことができる。
Ｖ２=Ｖ１＋Ｋ１＋Ｋ２ …（１）
Ｋ１，Ｋ２は、基準雨滴径Ａの値をＡ、雨滴径ｒの値をｒ、基準付着速度Ｂの値をＢ、付着速度ｖの値をｖとしたとき、夫々次式のように表すことができる。
Ｋ１＝ｋ１×（Ａ−ｒ）
Ｋ２＝ｋ２×（Ｂ−ｖ）
尚、ｋ１，ｋ２（０＜ｋ１，ｋ２）は所定係数である。
雨滴径ｒが基準雨滴径Ａよりも小さく、付着速度ｖが基準付着速度Ｂよりも低いとき、図８に示すように、払拭速度特性Ｖ２は払拭速度特性Ｖ１よりも高い払拭能力に設定される。尚、雨滴量Ｌ２以上では、払拭速度特性Ｖ１と同じ一定速度である。

払拭能力調整後の間欠時間特性Ｔ２は、次式（２）のように表すことができる。
Ｔ２=Ｔ１−Ｋ３−Ｋ４ …（２）
Ｋ３，Ｋ４は、基準雨滴径Ａの値をＡ、雨滴径ｒの値をｒ、基準付着速度Ｂの値をＢ、付着速度ｖの値をｖとしたとき、夫々次式のように表すことができる。
Ｋ３＝ｋ３×（Ａ−ｒ）
Ｋ４＝ｋ４×（Ｂ−ｖ）
尚、ｋ３，ｋ４（０＜ｋ３，ｋ４）は所定係数である。
雨滴径ｒが基準雨滴径Ａよりも小さく、付着速度ｖが基準付着速度Ｂよりも低いとき、図９に示すように、払拭速度特性Ｔ２は払拭速度特性Ｔ１よりも高い払拭能力に設定される。尚、雨滴量Ｌ２以上では、払拭速度特性Ｔ１と同じ間欠時間零である。

次に、図１２のフローチャートに基づいて、ワイパ制御処理について説明する。尚、Ｓｉ（ｉ＝１，２…）は、各処理のためのステップを示す。
まず、自動車Ｖのイグニッションがオン状態か否か判定する（Ｓ１）。イグニッションがオン状態ではない場合、Ｓ１を繰り返す。
イグニッションがオン状態の場合、Ｓ２へ移行し、ワイパスイッチ１２がオフ操作以外のオン状態か否か判定する。ワイパスイッチ１２がオン状態ではない場合、Ｓ２を繰り返す。

ワイパスイッチ１２がオン状態の場合、Ｓ３へ移行し、オートモード制御が設定されているか否か判定する。オートモード制御が設定されていない場合、Ｓ１３へ移行し、ユーザーによって設定されたオートモード制御以外のモード制御を実行してリターンする。
オートモード制御が設定されている場合、Ｓ４へ移行し、雨滴が検知されたか否かを判定する。Ｓ４の判定により、雨滴が検知されない場合、Ｓ４を繰り返す。

Ｓ４の判定の結果、雨滴が検知された場合、第１の出力ｘを設定し（Ｓ５）、所定時間経過したか否か判定する（Ｓ６）。
Ｓ６の判定の結果、所定時間経過していない場合、Ｓ６を繰り返す。
Ｓ６の判定の結果、所定時間経過している場合、Ｓ５で設定された第１の出力ｘから所定時間経過後の第２の出力ｘを設定し（Ｓ７）、第１の出力ｘと第２の出力ｘと所定経過時間に基づいて付着速度ｖを演算する（Ｓ８）。

次に、ウインドガラス１外面に付着した雨滴Ｗの雨滴径ｒを測定（Ｓ９）した後、Ｓ１０に移行し、雨滴径ｒと付着速度ｖが基本雨滴径Ａと基本付着速度Ｂに共に一致するか否か判定する。
Ｓ１０の判定の結果、雨滴径ｒと付着速度ｖが基本雨滴径Ａと基本付着速度Ｂに共に一致する場合、Ｓ１１へ移行し、マップＭ１，Ｍ２に予め設定された払拭速度特性Ｖ１及び間欠時間特性Ｔ１をワイパ装置２の払拭特性として決定し（Ｓ１１）、Ｓ１２へ移行する。

Ｓ１２では、先行ステップで決定された払拭速度特性と間欠時間特性によってオートモード制御を実行した後、リターンする。
Ｓ１０の判定の結果、雨滴径ｒと付着速度ｖのうち少なくとも一方が基本雨滴径Ａ又は基本付着速度Ｂに一致しない場合、Ｓ１４へ移行する。
Ｓ１４では、雨滴径ｒと付着速度ｖを式（１）及び式（２）に代入して払拭速度特性Ｖ２と間欠時間特性Ｔ２を夫々決定して、Ｓ１２へ移行する。

次に、実施例１に係るレインセンサ３の作用・効果について説明する。
このレインセンサ３によれば、ユーザーに視覚的な煩わしさを与える主な要因の１つである雨滴径ｒを検出することができるため、ウインドガラス１に付着した雨滴Ｗの雨滴径ｒを検出でき、雨滴径ｒが小さいときには、雨滴径ｒが大きいときに比べてワイパ装置２の払拭能力を高くしてユーザーの視覚的な煩わしさを効果的に解消することができる。

ウインドガラス１外面に付着した雨滴Ｗの付着速度ｖを測定する付着速度測定部４５を設け、マイコン４０は、付着速度ｖが低いときには、付着速度ｖが高いときに比べてワイパ装置２の払拭能力を高くしている。これにより、ユーザーに視覚的な煩わしさを与える主な要因の１つである雨滴Ｗの付着速度ｖを検出することができるため、付着速度ｖが低いときには、付着速度ｖが高いときに比べてワイパ装置２の払拭能力を高くしてユーザーの視覚的な煩わしさを一層効果的に解消することができる。

ウインドガラス１内面に光を照射し、ウインドガラス１によって反射された反射光を検出する受光部２６を設け、受光部２６の出力ｘに基づいて雨滴量を検出する雨滴量測定部４２をマイコン４０に設けたため、ウインドガラス１によって反射された反射光に基づいて雨滴量を精度よく検出することができる。
ワイパ装置２は払拭速度と間欠期間の少なくとも１つが変更可能に構成されているため、雨滴の属性に拘わらず、ユーザーの前方視認性を良好に保つことができる。

次に、実施例２のレインセンサ３Ａについて図１１〜図１３に基づいて説明する。実施例１と同様の主要な構成要素には同じ参照符号を付けて図示し、それらについての説明は省略し、異なる構成要素についてのみ説明する。
実施例１では、ウインドガラス１によって反射された反射光の減少傾向を用いて雨滴量を測定したが、実施例２では、ウインドガラス１に付着した雨滴Ｗによって反射された反射光の増加傾向を用いて雨滴量を測定している。

図１１〜図１３に示すように、レインセンサ３Ａは、３組の雨滴検出手段２０Ａと、１組の撮像手段３０と、マイコン４０Ａと、これらを収容可能な略直方体形状の筐体３ａ等を備えている。３組の雨滴検出手段２０Ａは同じ構成であるため、１組の雨滴検出手段２０Ａについて主に説明する。
図１３に示すように、雨滴検出手段２０Ａは、投光部２２Ａと、この投光部２２Ａを制御する投光部制御部２３Ａと、平行光レンズ２４Ａと、集光レンズ２５Ａと、受光部２６Ａ（第２光学手段）と、この受光部２６Ａを制御する受光部制御部２７Ａ等を備えている。

投光部２２Ａは、発光素子（例えば、ＬＥＤ）によって形成され、赤外線βをウインドガラス１内面の雨滴検出領域に対応した部分へ照射可能に構成されている。
投光部制御部２３Ａは、マイコン４０Ａからの制御信号に基づいて投光部２２Ａの作動タイミングや赤外線βの照射量（強度）等を制御可能に構成されている。
図１３に示すように、平行光レンズ２４Ａは、投光部２２Ａ側の面が凸状且つウインドガラス１側の面が平面状に形成され、投光部２２Ａから照射された赤外線βの進行方向を拡散方向から平行方向に変更している。この平行光レンズ２４Ａは、ウインドガラス１外面に雨滴Ｗが付着しているとき、投光部２２Ａから照射された赤外線βが雨滴Ｗと外部空間との外側境界面から全反射され、ウインドガラス１外面に雨滴Ｗが付着していないとき、赤外線βがウインドガラス１を透過するように傾斜角度等が設定されている。

集光レンズ２５Ａは、ウインドガラス１側の面が凸状且つ受光部２６Ａ側の面が平面状に形成されている。雨滴Ｗの外側境界面から反射した赤外線βは、何れも平行状に進行するため、集光レンズ２５Ａは、これら平行状の赤外線βが受光部２６Ａに集中するように赤外線βの進行方向を平行方向から集束方向に変更している。
受光部２６Ａは、撮像素子（例えば、ＣＣＤ）によって構成され、ウインドガラス１の外側面に付着した雨滴Ｗの外側境界面から反射された赤外線βの反射光量を検出可能に構成されている。受光部制御部２７Ａ、マイコン４０Ａからの制御信号に基づいて受光部２６Ａの受光感度や焦点等を制御可能に構成され、受光部２６Ａで検出された赤外線βの反射光量検出信号をマイコン４０Ａへ出力している。

ここで、雨滴検出手段２０Ａの雨滴検出原理について図１３に基づき簡単に説明する。
図１３に示すように、平行光レンズ２４Ａは、投光部２２Ａから照射された赤外線βが雨滴Ｗと外部空間との湾曲状外側境界面から全反射するように傾斜角度等が設定されている。それ故、ウインドガラス１の外側面に雨滴Ｗが付着していない部分では、投光部２２Ａから照射された赤外線βはウインドガラス１を全て透過するため、反射光が発生しない。また、雨滴Ｗが滴下してウインドガラス１の外側面に扁平状の雨滴Ｗが付着している部分では、ウインドガラス１を透過した赤外線βが雨滴Ｗと外部空間との外側境界面から全反射される。これにより、雨滴検出手段２０Ａは、雨滴Ｗの外側面からの反射光である赤外線βの反射光量を検出する。

次に、マイコン４０Ａについて説明する。
マイコン４０Ａは、雨滴検出手段２０Ａで検出された赤外線βの反射光量に基づいてウインドガラス１の外側面に付着した雨滴量を検出可能に構成されている。
図１２に示すように、マイコン４０Ａは、雨滴検出処理部４１Ａと、雨滴量測定部４２Ａと、画像処理部４３と、雨滴径測定部４４と、付着速度測定部４５と、オートワイパ判断部４６と、ワイパ制御部４７等を備えた制御基盤によって構成され、投光部制御部２３及び受光部制御部２７が電気的に接続されている。

雨滴検出処理部４１Ａでは、３組の受光部２６Ａで受光した夫々の反射光の出力について平均出力を演算し、この平均出力を出力ｙとして設定している。ウインドガラス１への雨滴Ｗの付着率は出力ｙと比例関係が成立しているため、この相関関係に基づいて、雨滴量測定部４２Ａでは、雨滴検出処理部４１Ａで設定された出力ｙを付着率Ｙ（％）に変換している。ここで、出力ｙから変換された雨滴検出手段２０Ａの付着率Ｙは、ウインドガラス１に付着した雨滴Ｗがないとき、付着率０％に設定され、ウインドガラス１の全面に雨滴Ｗが付着したとき、付着率１００％になるように設定される。

雨滴量測定部３２Ａでは、雨滴検出手段２０Ａの３組の受光部２６Ａで受光した夫々の反射光の平均出力の増加傾向（増加幅）に基づいてウインドガラス１に付着した雨滴量を測定している。この雨滴検出手段２０Ａの出力値に基づいて測定された雨滴量が、レインセンサ３Ａが検出した雨滴量に相当している。

これにより、ウインドガラス１内面に光を照射し、ウインドガラス１に付着した雨滴Ｗによって反射された反射光を検出する受光部２６Ａを設け、受光部２６Ａの出力に基づいて雨滴量を検出する雨滴量測定部３２Ａをマイコン４０Ａに設けたため、ウインドガラス１に付着した雨滴Ｗによって反射された反射光に基づいて雨滴量を精度よく検出することができる。

次に、前記実施例を部分的に変更した変形例について説明する。
１〕前記実施例においては、雨滴検出手段がウインドガラス又は雨滴からの反射光量の増減に基づいて雨滴量を測定した例を説明したが、雨滴を撮像することによってウインドガラスに付着した雨滴量を測定しても良い。この場合、雨滴検出手段の受光部にＣＣＤ等の撮像手段を用い、画像処理によって雨滴自体を検出して雨滴付着率を測定するため、雨滴検出手段と撮像手段とを兼用することができる。

２〕前記実施例においては、雨滴の属性として雨滴径と付着速度の例を説明したが、少なくとも雨滴径によってワイパ装置の払拭能力を制御すれば良く、付着速度を省略しても良い。また、付着速度に代えて雨滴輝度や雨滴色等の別の雨滴の属性と組み合わせることも可能である。

３〕前記実施例においては、撮像手段の受光部にＣＣＤを用いた例を説明したが、ＣＭＯＳ等別の撮像素子を用いても良い。
４〕その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態も包含するものである。

本発明は、ウインドガラスに付着した雨滴量に応じてワイパ装置を制御する雨滴検出装置において、雨滴径が小さいときには、雨滴径が大きいときに比べてワイパ装置の払拭能力を高くすることによって、ユーザーの視覚的な煩わしさを解消することができる。

１ ウインドガラス
２ ワイパ装置
３，３Ａ レインセンサ
２０，２０Ａ 雨滴検出手段
２６，２６Ａ 受光部
３０ 撮像手段
４０，４０Ａ マイコン
４２，４２Ａ 雨滴量測定部
４４ 雨滴径測定部
４５ 付着速度測定部
４７ ワイパ制御部

Claims (4)

1. ウインドガラス外面に付着した雨滴量を検出し且つ前記雨滴量に応じてワイパ装置を制御する制御手段を収容した雨滴検出装置において、
   前記ウインドガラス外面に付着した雨滴を撮像する撮像手段と、
   前記ウインドガラス外面に付着した雨滴の付着速度を測定する付着速度測定部とを設け、
   前記制御手段は、撮像された雨滴径が小さいときには、雨滴径が大きいときに比べて前記ワイパ装置の払拭能力を高くすると共に、付着速度が低いときには、付着速度が高いときに比べて前記ワイパ装置の払拭能力を高くすることを特徴とする雨滴検出装置。
2. 前記ウインドガラス内面に光を照射し、ウインドガラスによって反射された反射光を検出する第１光学手段を設け、
   前記第１光学手段の出力に基づいて雨滴量を検出する雨滴量検知部を前記制御手段に設けたことを特徴とする請求項１に記載の雨滴検出装置。
3. 前記ウインドガラス内面に光を照射し、ウインドガラスに付着した雨滴によって反射された反射光を検出する第２光学手段を設け、
   前記第２光学手段の出力に基づいて雨滴量を検出する雨滴量検知部を前記制御手段に設けたことを特徴とする請求項１に記載の雨滴検出装置。
4. 前記ワイパ装置は払拭速度と間欠期間の少なくとも１つが変更可能に構成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の雨滴検出装置。