JP6604288B2 - パーティクルカウンタ付きレインライトセンサ - Google Patents

Description

本発明は、パーティクルカウンタ付きレインライトセンサに関する。

従来より、車両のウィンドシールドに付着した雨滴を検出するレインセンサが、例えば特許文献１で提案されている。具体的には、ウィンドシールド側に向かって発光する発光素子、ウィンドシールドで反射した光を受光する受光素子、及び発光素子の測定光を受光素子に導く光路を形成するレンズを備えた構成が提案されている。レンズは、発光素子から照射された光をウィンドシールドに導くと共に、ウィンドシールドで反射した光を受光素子に導くように構成されている。

独国特許出願公開第１０２００５０１３０２２号明細書

ここで、車室内の花粉やＰＭ２．５等のパーティクル（微粒子）を検知してこれらを除去したいというニーズがある。なお、ＰＭ２．５とは、粒子径が２．５μｍ以下の浮遊粉塵のことである。

しかし、従来では、パーティクルを検知するパーティクルセンサと雨滴を検知するレインライトセンサとは別筐体で構成されているため、車室内に各センサを設置するためのスペースや別ハーネスが必要になってしまうという問題がある。

本発明は上記点に鑑み、雨滴を検知するレインライトセンサと車室内のパーティクルを検知するパーティクルセンサとを一体化させたパーティクルカウンタ付きレインライトセンサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、内面（１１１）及び外面（１１２）を有する車窓（１１０）の外面に付着する雨滴と、内面側の車室（１２０）内のパーティクルと、を検出するパーティクルカウンタ付きレインライトセンサであって、車窓の内面側に配置されると共に、内面側に向かって発光する発光素子（２１０）と、車窓の内面側に配置される第１受光素子（２２０）と、発光素子を基準として第１受光素子とは反対側に配置された第２受光素子（２３０）と、を備えている。

また、パーティクルカウンタ付きレインライトセンサは、発光素子から照射される光を車窓に導くと共に車窓の外面で反射した光を第１受光素子に導く第１レンズ部（２６０）と、第１レンズ部に一体化されていると共に発光素子から照射された光のうち第１受光素子とは反対側に照射された光の少なくとも一部が入射する第２レンズ部（２７０）と、を有するレンズ（２５０）を備えている。

そして、第２レンズ部は、車両（１００）の車室内空調によって車窓の内面に沿って送風される送風空気の下流側に配置されると共に送風空気を当該第２レンズ部の内部に導く導入通路部（２７１）と、導入通路部に接続されていると共に当該第２レンズ部に入射する光が通過する空間部（２７２）と、空間部に接続されていると共に空間部を通過する送風空気を車室に排出するための排出通路部（２７３）と、を有する。

第１受光素子は、発光素子から照射される光のうち第１レンズ部を通過した光を受光すると共に、雨滴の量に応じて変化する光の強度を検出する。第２受光素子は、発光素子から照射される光のうち第２レンズ部を通過した光を受光すると共に、空間部に存在するパーティクルの量に応じて変化する光の強度を検出する。

これによると、光源である発光素子が雨滴検出用及びパーティクル検出用として共通化されていると共に、雨滴検出用の第１レンズ部とパーティクル検出用の第２レンズ部とがレンズとして一体化されている。このため、雨滴検出用の部品とパーティクル検出用の部品とを別体として構成する必要がなく、各部品を別々に設置するためのスペースや別ハーネスの必要がない。したがって、雨滴を検知するレインライトセンサと車室内のパーティクルを検知するパーティクルセンサとを一体化させたパーティクルカウンタ付きレインライトセンサを提供することができる。

なお、この欄及び特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態に係るパーティクルカウンタ付きレインライトセンサを車両に搭載した様子を示した模式図である。 パーティクルカウンタ付きレインライトセンサの断面図である。 第２レンズ部を示した断面図である。 第２実施形態に係る第２レンズ部を示した断面図である。 第２実施形態において、パーティクルによって散乱する光を示した断面図である。 第３実施形態に係る第２レンズ部を示した断面図である。 第４実施形態に係る第２レンズ部を示した断面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態に係るパーティクルカウンタ付きレインライトセンサ（以下、センサという）は、車両の車窓に付着した雨滴の検出と、車室内のパーティクルの検出と、を行うものである。

図１に示されるように、車両１００の車窓１１０のうちの内面１１１にセンサ２００が固定されている。車窓１１０は、例えばフロントガラスである。雨滴は車窓１１０の外面１１２に付着する。また、センサ２００は、車窓１１０の内面１１１のうち、車室１２０における空調によって車窓１１０の内面１１１に沿って送風される送風空気の下流側に位置するように内面１１１に配置されている。

図２に示されるように、センサ２００は、発光素子２１０、第１受光素子２２０、第２受光素子２３０、回路基板２４０、及びレンズ２５０を備えている。

発光素子２１０は、車窓１１０の外面１１２に付着した雨滴の検出、及び、車室１２０に存在するパーティクルの検出のための測定光を照射する発光装置である。発光素子２１０は、車窓１１０の内面１１１側に配置されると共に、当該内面１１１側に向かって測定光を発光する。発光素子２１０は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）として構成されている。

第１受光素子２２０及び第２受光素子２３０は、発光素子２１０の光を受光する受光装置である。第１受光素子２２０は、車窓１１０の内面１１１側に配置されると共に、車窓１１０の外面１１２で反射した発光素子２１０の光を受光する。一方、第２受光素子２３０は、発光素子２１０を基準として第１受光素子２２０とは反対側に配置されている。各受光素子２２０、２３０は、例えば、受光した光の強度を検出するフォトダイオード（ＰＤ）として構成されている。

回路基板２４０は、一面２４１を有する板状の部品である。回路基板２４０は、例えばプリント基板である。回路基板２４０は、発光素子２１０、各受光素子２２０、２３０、及びＩＣチップやコネクタ等の図示しない電子部品が一面２４１に実装されている。また、各受光素子２２０、２３０は、回路基板２４０の一面２４１において、発光素子２１０に対して所定の距離だけ離されてそれぞれ実装されている。

さらに、回路基板２４０は、発光素子２１０を駆動する駆動回路や、各受光素子２２０、２３０の検出結果を処理する処理回路を有している。駆動回路は、発光素子２１０を例えばＰＷＭ制御する。すなわち、駆動回路は、パルス信号によって発光素子２１０を点滅させる。もちろん、一定の電圧で発光素子２１０を駆動しても良い。処理回路は、各受光素子２２０、２３０の信号を増幅処理等して外部装置に出力する。

レンズ２５０は、第１レンズ部２６０及び第２レンズ部２７０を有して構成されている。各レンズ部２６０、２７０は一体化されている。レンズ２５０は、ガラス、ポリカーボネート、アクリル等の材料によって形成されている。なお、複数の部品が組み合わされることで１個のレンズ２５０が構成されていても良いし、１個の部品でレンズ２５０が構成されていても良い。

第１レンズ部２６０は、雨滴検出用として構成されている。第１レンズ部２６０は、発光素子２１０から照射される光を車窓１１０に導くと共に、車窓１１０の外面１１２で反射した光を第１受光素子２２０に導くように構成されている。このため、第１レンズ部２６０は、発光素子２１０から照射される光を反射する反射面や光を集光するレンズ面を備えている。

一方、第２レンズ部２７０は、パーティクル検出用として構成されている。第２レンズ部２７０は、発光素子２１０から照射された光のうち第１受光素子２２０とは反対側に照射された光の少なくとも一部が入射するように構成されている。このような第２レンズ部２７０は、図３に示されるように、導入通路部２７１、空間部２７２、排出通路部２７３、及び集光部２７４を有している。

導入通路部２７１は、車室内空調による送風空気を第２レンズ部２７０の内部に導くための入口を構成する部分である。このため、導入通路部２７１は、送風空気の下流側に配置される。言い換えると、送風空気が導入通路部２７１に導入されるように、センサ２００の向きが調整されている。導入通路部２７１は、車窓１１０の内面に沿った孔状に構成されている。

空間部２７２は、発光素子２１０から第２レンズ部２７０に入射する光が通過する空間２７５を構成する部分である。本実施形態では、空間部２７２は、導入通路部２７１の通路幅よりも広い空間に構成されている。空間部２７２は、導入通路部２７１に接続されていると共に、導入通路部２７１を通過した送風空気を導入される。

また、空間部２７２の空間２７５を構成する内壁面２７６のうち第２受光素子２３０側よりも近い部分、すなわち発光素子２１０の光を空間２７５に導入する部分は、当該光を空間２７５に広げる形状に形成されている。例えば、内壁面２７６の当該一部は、発光素子２１０の光を拡散光に変換するようにしぼ加工やブラスト加工等の加工が施されている。これは、空間部２７２に導入された送風空気に含まれるであろうパーティクルに光が当たりやすくなるようにするためである。

排出通路部２７３は、空間部２７２を通過する送風空気を車室１２０に排出するための出口を構成する部分である。排出通路部２７３は、空間部２７２に接続された孔状に構成されている。なお、第２レンズ部２７０を複数の部品で組み合わせることで排出通路部２７３だけでなく導入通路部２７１及び空間部２７２を第２レンズ部２７０の内部に容易に構成することができる。

集光部２７４は、空間部２７２の空間２７５から第２受光素子２３０側に進む光を第２受光素子２３０に集光する集光面を構成している。集光部２７４は、第２レンズ部２７０のうち第２受光素子２３０に対向する位置に設けられている。

以上が、本実施形態に係るセンサ２００の構成である。発光素子２１０及び各受光素子２２０、２３０が実装された回路基板２４０、レンズ２５０は図示しない筐体に収容されてパッケージ化されている。筐体には、送風空気を導入及び排出するための開口部が設けられている。レンズ２５０の第１レンズ部２６０は、車窓１１０との間で光の出し入れができるように、一部が筐体から露出している。

なお、図示しないが、第１レンズ部２６０がシートに押し付けられていても良い。シートは、センサ２００と車窓１１０の内面１１１とに挟まれる部材であり、例えばシリコンシートが採用される。第１レンズ部２６０に導入された測定光はこのシートを介して車窓１１０に入射する。シートは設けられていなくても良い。

次に、雨滴検出方法について説明する。図２に示されるように、測定光は、発光素子２１０から第１光路２５１及び第２光路２５２を経由して第１受光素子２２０で受光される。

第１光路２５１の光は、発光素子２１０から照射された測定光のうち第１受光素子２２０側とは反対側に照射された光が第１レンズ部２６０の内部に進み、第１レンズ部２６０の反射面で反射すると共にコリメートされて車窓１１０の外面１１２に導かれる経路をたどる。また、第１光路２５１の光は、車窓１１０の外面１１２から第１レンズ部２６０を介して第１受光素子２２０に集光される経路をたどる。

一方、第２光路２５２の光は、発光素子２１０から照射された測定光のうち第１受光素子２２０側に照射された光が第１レンズ部２６０の内部に進むと共にコリメートされて車窓１１０の外面１１２に導かれる経路をたどる。また、第２光路２５２の光は、車窓１１０の外面１１２から第１レンズ部２６０を介して第１受光素子２２０に集光される経路をたどる。

各光路２５１、２５２をたどる測定光は、第１レンズ部２６０の形状によって車窓１１０の外面１１２に対して４５°の角度にコリメートされる。言い換えると、第１レンズ部２６０は、各光路２５１、２５２の光が直接あるいは図示しないシートを介して車窓１１０の外面１１２の雨滴検出面で全反射（臨界角以上）するように形成されていると言える。

上述のように、各光路２５１、２５２は第１レンズ部２６０への入射の経路が異なるが、車窓１１０の外面１１２で反射した光はいずれも第１レンズ部２６０によって第１受光素子２２０に集光される。

したがって、第１受光素子２２０は、発光素子２１０から照射される光のうち第１レンズ部２６０を通過した光を受光する。そして、車窓１１０の外面１１２に雨滴が付着していない状態での第１受光素子２２０の受光量を例えば１００％とし、雨滴の量に応じて変化する受光量すなわち光の強度を検出する。

雨滴検出結果は、例えば、車両１００のワイパの自動制御に利用される。雨滴検出結果は、第１受光素子２２０の受光量そのものでも良いし、回路基板２４０に搭載された処理回路が判定した雨滴の有無の判定結果でも良い。

次に、パーティクル検出方法について説明する。まず、車室内空調によって送風空気が導入通路部２７１に導入され、空間部２７２及び排出通路部２７３を流れて車室１２０に排出される。送風空気にはパーティクルが含まれている可能性がある。

このような状態で、図３に示されるように、発光素子２１０から照射された測定光のうち第２受光素子２３０側に照射された光が第２レンズ部２７０の内部に進むと共に拡散光に変換されて空間部２７２の空間２７５に入射する。空間２７５に入射した光は、送風空気に含まれるパーティクルによって散乱されて散乱光となる。散乱光は集光部２７４によって第２受光素子２３０に集光される。

したがって、第２受光素子２３０は、発光素子２１０から照射される光のうち第２レンズ部２７０を通過した光を受光する。そして、送風空気にパーティクルが含まれていない状態あるいは送風空気に一定のパーティクルが含まれている状態での第２受光素子２３０の受光量を例えば１００％とし、パーティクルの量に応じて変化する受光量すなわち光の強度を検出する。

パーティクル検出結果は、センサ２００から車両１００に搭載された空調用の電子制御装置（ＥＣＵ）に出力される。そして、当該装置によってパーティクルを除去するための空調制御に利用される。パーティクル検出結果は、第２受光素子２３０の受光量そのものでも良いし、回路基板２４０に搭載された処理回路が判定したパーティクルの量に応じたレベル判定結果でも良い。レベル判定結果とは、パーティクルの量が最も低い場合を例えばレベル１とし、パーティクルの量が増える毎にレベル２、レベル３とすることである。

以上説明したように、センサ２００は、光源である発光素子２１０が雨滴検出用及びパーティクル検出用として共通化された構成になっている。また、センサ２００は、雨滴検出用の第１レンズ部２６０とパーティクル検出用の第２レンズ部２７０とがレンズ２５０として一体化された構成になっている。このように、雨滴検出用の部品とパーティクル検出用の部品とを別々に構成しなくて済む。また、各部品を別々に設置するためのスペースや別ハーネスも必要ない。したがって、雨滴を検知するレインライトセンサと車室内のパーティクルを検知するパーティクルセンサとを一体化させたセンサ２００を提供することができる。

変形例として、空間部２７２の空間２７５は、導入通路部２７１の通路幅と同じ通路幅あるいは排出通路部２７３の通路幅と同じ通路幅に構成されていても良い。

（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について説明する。図４に示されるように、空間部２７２は、鏡面加工面２７７を有している。鏡面加工面２７７は、空間部２７２の空間２７５を構成する内壁面２７６のうち第２受光素子２３０側よりも遠い部分が鏡面加工された部分である。

鏡面加工面２７７は、例えば内壁面２８０の一部を研削あるいは研磨することで形成されている。これにより、鏡面加工面２７７は、発光素子２１０から空間部２７２の空間２７５に入射した光を第２受光素子２３０側に反射させる。したがって、本実施形態では、第２レンズ部２７０は集光部２７４を有していない。なお、第２レンズ部２７０を、鏡面加工面２７７で反射した光を集光部２７４で集光する構成としても良い。

上記の構成によると、送風空気に含まれるパーティクルの割合が非常に小さい場合、図４に示されるように、測定光はほぼ１００％、第２受光素子２３０に入射する。しかし、送風空気にパーティクルが多く含まれる場合、図５に示されるように、測定光はパーティクルによって散乱するので、測定光の強度に対して第２受光素子２３０に入射する光の強度は減衰する。

したがって、センサ２００の処理回路あるいは空調制御を行う電子制御装置は、第２受光素子２３０によって検出された光の強度の減衰量をモニタすることにより、送風空気に含まれるパーティクルの量を推定する。以上のように、第２レンズ部２７０に鏡面加工面２７７を設けても良い。

（第３実施形態）
本実施形態では、第１、第２実施形態と異なる部分について説明する。図６に示されるように、導入通路部２７１のうち空間部２７２に接続された接続部２７８は、サイクロン形状に構成されている。サイクロン形状とは、接続部２７８の通路が螺旋状に構成された形状である。これにより、送風空気は導入通路部２７１から旋回して空間部２７２に導かれるので、導入通路部２７１から空間部２７２に送風空気をスムーズに循環させることができる。

（第４実施形態）
本実施形態では、第１〜第３実施形態と異なる部分について説明する。図７に示されるように、導入通路部２７１は、車窓１１０の内面１１１の一部を含んで構成されている。具体的には、導入通路部２７１の通路２７９を構成する内壁面２８０の一部が車窓１１０の内面１１１の一部によって構成されている。

例えば、導入通路部２７１は溝状に形成されている。そして、車窓１１０の内面１１１の一部によって導入通路部２７１が覆われることにより、導入通路部２７１の通路２７９が構成される。以上の構成によると、第２レンズ部２７０のうち導入通路部２７１を孔状に構成する必要がないので、第２レンズ部２７０の設計が容易になる。

（他の実施形態）
上記各実施形態で示されたセンサ２００の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、第１レンズ部２６０及び第２レンズ部２７０の形状は一例であり、他の形状としても良い。

また、車室１２０におけるセンサ２００の位置は、車窓１１０のうち送風空気の下流側であればどこでも良い。また、センサ２００の設置が可能であれば車窓１１０はフロントガラスに限られない。

２１０ 発光素子
２２０ 第１受光素子
２３０ 第２受光素子
２５０ レンズ
２６０ 第１レンズ部
２７０ 第２レンズ部
２７１ 導入通路部
２７２ 空間部
２７３ 排出通路部

Claims (5)

1. 内面（１１１）及び外面（１１２）を有する車窓（１１０）の前記外面に付着する雨滴と、前記内面側の車室（１２０）内のパーティクルと、を検出するパーティクルカウンタ付きレインライトセンサであって、
   前記車窓の前記内面側に配置されると共に、前記内面側に向かって発光する発光素子（２１０）と、
   前記車窓の前記内面側に配置される第１受光素子（２２０）と、
   前記発光素子を基準として前記第１受光素子とは反対側に配置された第２受光素子（２３０）と、
   前記発光素子から照射される光を前記車窓に導くと共に前記車窓の前記外面で反射した光を前記第１受光素子に導く第１レンズ部（２６０）と、前記第１レンズ部に一体化されていると共に前記発光素子から照射された光のうち前記第１受光素子とは反対側に照射された光の少なくとも一部が入射する第２レンズ部（２７０）と、を有するレンズ（２５０）と、
   を備え、
   前記第２レンズ部は、車両（１００）の車室内空調によって前記車窓の前記内面に沿って送風される送風空気の下流側に配置されると共に前記送風空気を当該第２レンズ部の内部に導く導入通路部（２７１）と、前記導入通路部に接続されていると共に当該第２レンズ部に入射する光が通過する空間部（２７２）と、前記空間部に接続されていると共に前記空間部を通過する前記送風空気を前記車室に排出するための排出通路部（２７３）と、を有し、
   前記第１受光素子は、前記発光素子から照射される光のうち前記第１レンズ部を通過した光を受光すると共に、前記雨滴の量に応じて変化する光の強度を検出し、
   前記第２受光素子は、前記発光素子から照射される光のうち前記第２レンズ部を通過した光を受光すると共に、前記空間部に存在する前記パーティクルの量に応じて変化する光の強度を検出するパーティクルカウンタ付きレインライトセンサ。
2. 前記空間部は、前記導入通路部の通路幅よりも広い空間に構成されている請求項１に記載のパーティクルカウンタ付きレインライトセンサ。
3. 前記空間部は、当該空間部の空間（２７５）を構成する内壁面（２７６）のうち前記第２受光素子側よりも遠い部分が鏡面加工されていると共に、前記発光素子から当該空間部の前記空間に入射した光を反射させる鏡面加工面（２７７）を有している請求項１または２に記載のパーティクルカウンタ付きレインライトセンサ。
4. 前記導入通路部は、前記空間部に接続された接続部（２７８）がサイクロン形状に構成されている請求項１ないし３のいずれか１つに記載のパーティクルカウンタ付きレインライトセンサ。
5. 前記導入通路部は、当該導入通路部の通路（２７９）を構成する内壁面（２８０）の一部が前記車窓の前記内面の一部によって構成されている請求項１ないし４のいずれか１つに記載のパーティクルカウンタ付きレインライトセンサ。

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