JPH0789099B2 - 光学式検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光学式検出装置に係り、特に、車両、船舶、
航空機等のウインドシールド或いは一般建造物の窓ガラ
ス等の各種のウィンドガラスの表面に付着する雨滴等の
液滴及び同表面に生じる曇りを検出するに適した光学式
検出装置に関する。

〔従来技術〕 従来、この種の光学式検出装置においては、例えば、車
両のウインドシールドの内表面側に雨滴検出装置と曇り
検出装置を配置して、ウインドシールドの外表面に雨滴
が付着したときこの付着雨滴を雨滴検出装置により光学
的に検出し、また、ウインドシールドの内表面に曇りが
生じたときこの曇りを曇り検出装置により光学的に検出
するようにしてある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このような構成においては、雨滴検出装
置と曇り検出装置とが互いに独立的に別体にて形成され
ているため、両検出装置全体の形状寸法が大きくなりウ
インドシールドの内表面側における占有スペースが大き
くなってウインドシールドを介する前方視野を妨げると
いう不具合がある。

そこで、本発明は、このような不具合に対処すべく、車
両、船舶、航空機等のウインドシールド或いは一般建造
物の窓ガラス等の各種のウィンドガラスの表面に付着す
る雨滴等の液滴及び同表面に生じる曇りの双方を検出す
る機能を兼ね備えた単一の光学式検出装置を提供しよう
とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

かかる問題の解決にあたり、本発明の構成は、ウィンド
ガラスの内表面に向けて開口する開口部を有し、前記内
表面の近傍に設けられる遮光性ケーシングと、前記ケー
シング内に配設されて前記開口部を通し前記内表面に向
けこれに対し第１所定角にてビーム光を発射する第１発
光体と、前記ケーシング内に配設されて前記開口部を通
し前記内表面に向けこれに対し第２所定角にてビーム光
を発射する第２発光体とを備え、前記第１発光体から発
射されたビーム光が前記内表面にて第１所定強度以上で
もって反射するように前記第１所定角を設定し、前記第
２発光体から発射されたビーム光が前記ウィンドガラス
内を透過するとともに同ウィンドガラスの外表面上の付
着液滴により第２所定強度以上でもって反射するように
前記第２所定角を設定し、前記ケーシング内に配設され
て前記内表面および前記付着液滴からの各反射光を受光
するとともに当該反射光のそれぞれに対応した第１およ
び第２の受光信号を発生する受光部を備えたことにあ
る。

〔作用〕

このように本発明を構成したことにより、前記ウィンド
ガラスの内表面に曇りが生じており、かつ同ウィンドガ
ラスの外表面に雨滴等の液滴が付着すると、前記第１発
光体からのビーム光が前記ウィンドガラスの内表面にて
前記曇りにより拡散反射され、前記ビーム光よりも低い
光強度を有する拡散反射光として前記受光部に入射する
とともに、前記第２発光体からのビーム光が前記ウィン
ドガラス内を透過してその外表面に達したとき前記付着
液滴により反射され、ビーム光の反射光として前記受光
部に入射する。すると、この受光部が前記拡散反射光お
よびビーム光の反射光にそれぞれ対応して第１および第
２の受光信号を発生する。このことは、前記第１受光信
号により前記内表面に曇りが生じた旨検出でき、かつ前
記第２受光信号により前記外表面に液滴が付着した旨検
出できたことを意味する。

〔効果〕

このような作用から容易に理解されるとおり、前記シー
ルドの内表面に生じる曇りと、同シールドの外表面に付
着する液滴との双方の光学的な検出が、前記両発光体お
よび受光部を上述のような配置にて前記ケーシング内に
設けるという構成のみにて確実に達成され得ることとな
り、その結果、曇り及び液滴の双方の検出機能を兼備し
た単一の光学式検出装置を簡単かつコンパクトな形状に
て提供できる。なお、本発明装置全体が前記シールドの
内側に位置しているので、同発明装置の各構成要素が、
雨、風等にさらされることなく、長寿命を維持し得る。
また、前記ケーシングが遮光性を有するので、前記受光
部に外乱光が入射することもない。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面により説明すると、第１
図は、本発明に係る光学式検出装置Ｓが車両用フロント
ウインドシールド10に適用された例を示しており、この
検出装置Ｓは、フロントウインドシールド10の内表面10
aの下部に対向して、フロントウインドシール10の下縁
から当該車両の車室内側へ突出するインストルメントパ
ネルの上面に取付けられている。検出装置Ｓは、ケーシ
ング20を備えており、このケーシング20は、遮光材料に
より、第１図及び第２図に示すごとく、略直方体形状に
形成されて、その底壁21を前記インストルメントパネル
の上面に固着して垂設されている。ケーシング20には、
その上壁22から前壁23の上部にかけて、開口部が、第１
図に示すごとく、傾斜状に形成されており、この開口部
24の開口面24aはフロントウインドシールド10の内表面1
0aに対し所定間隔を付与して平行となっている。

また、検出装置Ｓは、ケーシング20内に組付けた一対の
発光体30,40を備えており、発光体30は、ケーシング20
の後壁27の近傍にてその左壁25の上端部から同左壁25と
右壁26との左右間隔の中央まで上壁22に平行に延出し、
一方、発光体40は、ケーシング20の後壁27の近傍にてそ
の右壁26の中央部から前記左右間隔の中央まで上壁22に
平行に延出している。発光体30は、三箇の発光素子31,3
2,33からなるもので、これら発光素子31,32,33は、その
各発光面31a,32a,33a（第１図にては発光素子32の発光
面32aのみを示す）を開口部24を通しフロントウインド
シールド10の内表面10aに向けて、ケーシング20の左壁2
5の上端部から前記左右間隔の中央にかけて列状に相互
に固着して配設されている。一方、発光体40は、三箇の
発光素子41,42,43からなるもので、これら発光素子41,4
2,43は、その各発光面41a,42a,43aを開口部24を通しフ
ロントウインドシールド10の内表面10aに向けて、ケー
シング20の右壁26の中央から前記左右間隔の中央にかけ
て列状に相互に固着して配設されている。

かかる場合、各発光素子31,32,33の各発光軸とフロント
ウインドシールド10の内表面10aとのなす所定角α（第
１図参照）は、45度となっており、一方、各発光素子4
1,42,43の各発光軸とフロントウインドシールド10の内
表面10aとのなす所定角β（第１図参照）は、80度とな
っている。また、各発光素子31,32,33,41,42,43は、そ
れぞれ発光ダイオードを内蔵しており、これら各発光ダ
イオードは、後述する電気回路部80から各リード線31b,
32b,33b,41b,42b,43bを通しそれぞれ駆動パルスを受け
て発光する。なお、各発光素子31〜33,41〜43は、その
各発光ダイオードからの光を、各発光面31a〜33a,41a〜
43aからその各発光軸に沿いビーム光としてそれぞれ射
出する。

また、ケーシング20内には、柱状凸レンズからなる集光
レンズ50と、平板状反射鏡60と、平板状イメージセンサ
70と、平板状電気回路部80が収容されており、集光レン
ズ50は、発光体40よりも下方にてケーシング20の上壁22
に平行に左壁25と右壁26との間に挟持されている。かか
る場合、集光レンズ50の左右方向（即ち、長手方向）に
向かう中心軸を含む面51（以下、光軸面51という）は、
フロントウインドシールド10の内表面10a上にて発光体3
0の各発光素子31〜33の発光軸と直交している。しかし
て、集光レンズ50の左方部は、発光体30からのビーム光
がフロントウインドシールド10の内表面10aにて反射さ
れたときこの反射ビーム光を光軸面51を通し受光して集
光し集光ビームとして下方に直進させる。

反射鏡60は、発光体40よりも上方にて集光レンズ50の光
軸面51に傾斜状に交差するように、ケーシング20の右壁
26から前記左右間隔の中央まで上壁22に平行に延出して
おり、この反射鏡60の鏡面61はケーシング20の開口部24
を通しフロントウインドシールド10の内表面10aに対向
している。また、反射鏡60の鏡面61と集光レンズ50の光
軸面51とのなす角は、発光体40からビーム光がフロント
ウインドシールド10の外表面10bに付着した雨滴Prによ
り反射されて進む方向と鏡面61とのなす角に等しくして
ある。しかして、反射鏡60は、発光体40からビーム光が
雨滴Prにより反射されたときこの反射ビーム光を鏡面61
にて受光して反射しこの反射ビーム光を集光レンズ50の
光軸面51を通し下方へ進行させる。このことは、集光レ
ンズ50の右方部が光軸面51を通し反射鏡60からの反射ビ
ーム光を受光して集光し集光ビームとして下方へ直進さ
せることを意味する。イメージセンサ70は、集光レンズ
50の直下にてケーシング20の左壁25と右壁26との間に上
壁22に平行に挾持されており、このイメージセンサ70の
受光面71は集光レンズ50の下面に対向している。かかる
場合、イメージセンサ70の受光面71は、二次元的に配列
した複数の画素部によって構成されている。しかして、
イメージセンサ70は、その受光面71の左方部（又は、右
方部）にて集光レンズ50から集光ビームを受光したとき
この受光強度を、第１（又は第２）のイメージ検出信号
として発生する。電気回路部80はその上面中央部をイメ
ージセンサ70の下面に下方から重合してケーシング20の
前後左右壁23,25,26,27間に挾持されており、この電気
回路部80は、上述した駆動パルスを発生するとともに、
イメージセンサ70からの第１（又は第２）のイメージ検
出信号を受けて信号処理する。

以上のように構成した本実施例において、本発明装置を
作動させれば、発光体30の各発光素子31,32,33が電気回
路部80からの各駆動パルスに応答する各発光ダイオード
の発光に基き各発光面31a,32a,33aからその各発光軸に
沿いそれぞれビーム光を出射するとともに、発光体40の
各発光素子41,42,43が発光体30と同様に各発光ダイオー
ドの発光に基き各発光面41a,42a,43aからその各発光軸
に沿いそれぞれビーム光を出射する。

このような状態において、フロントウインドシールド10
の内表面10aに曇りが生じておらず、かつ同フロントウ
インドシール10の外表面10bに雨滴が付着していないも
のとすれば、発光体30からの各ビーム光が、フロントウ
インドシールド10aに入射して所定角αとの関連で反射
され反射ビーム光として集光レンズ50の左方部にその受
光面51を通り入射する。すると、集光レンズ50と左方部
が同入射ビーム光を集光し集光ビーム光としてイメージ
センサ70の左方部に入射させる。一方、発光体40からの
各ビーム光は所定角βとの関連でフロントウインドシー
ルド10をそのまま直進透過する。

従って、イメージセンサ70は、その受光面71の左方部に
て集光レンズ50の左方部からの集光ビームを受光しこの
受光強度を第１イメージ検出信号として発生する。かか
る場合、この第１イメージ検出信号の値は、フロントウ
インドシールド10の内表面10aに曇りが生じていないた
めに最大となっている。一方、イメージセンサ70からの
第２イメージ検出信号は未発生のままである。このこと
は、フロントウインドシールド10の内表面10aには曇り
が生じておらず、かつ同フロントウインドシールド10の
外表面10bに雨滴が付着していない旨検出できたことを
意味する。

このような状態にてフロントウインドシールド10の内表
面10aに第１図及び第２図に示すごとく曇りPfが生じる
と、発光体30からの各ビーム光が、フロントウインドシ
ールド10の内表面10aへの入射時に曇りPfにより拡散反
射され拡散反射光となる。すると、この拡散反射光の一
部のみが集光レンズ50にその光軸面51を通り入射するこ
ととなるため、集光レンズ50からイメージセンサ70の受
光面71の左方部に入射する集光ビームの強度が減少する
とともに、イメージセンサ70からの第１イメージ検出信
号の値が減少する。このことは、ウインドシールド10の
内表面10aに曇りが生じた旨検出できたことを意味す
る。

また、このような状態にて、フロントウインドシールド
10の外表面10bに第１図及び第２図に示すごとく雨滴Pr
が付着すると、発光体40からの各ビーム光のうち発光素
子42からのビーム光が、フロントウインドシールド10の
外表面10bへの透過時に雨滴Prにより反射されて反射ビ
ーム光として反射鏡60に入射する。すると、この反射鏡
60がその入射ビーム光を鏡面61にて反射し反射ビーム光
として集光レンズ50の右方部に光軸面51を通し入射させ
る。ついで、集光レンズ50の右方部がその入射ビーム光
を集光し集光ビームとしてイメージセンサ70の受光面71
の右方部に入射させ、このイメージセンサ70が、その受
光面71の右方部における受光強度を第２イメージ検出信
号として発生する。このことは、フロントウインドシー
ルド10の内表面10aにおける曇り検出とともに、フロン
トウインドシールド10の外表面10bに雨滴が付着した旨
検出し得たことを意味する。かかる場合、フロントウイ
ンドシールド10の内表面10aの雨滴Prに対応する部分に
曇りが生じたとしても、所定角βが80度に設定されてい
るため、発光体40からの各ビーム光は、曇りを通り雨滴
Prにより反射され、充分な光強度を有する反射光として
反射鏡60に入射するので、集光レンズ50からの集光ビー
ム光，即ち、イメージセン70からの第２イメージ検出信
号の値を、雨滴検出に十分な値として確保し得る。

以上のような作用から容易に理解されるとおり、フロン
トウインドシールド10の内表面10aに生じる曇りと、同
フロントウインドシールド10の外表面10bに付着する雨
滴との双方の光学的な検出が、イメージセンサ70の受光
面の広さを有効に活用しこのイメージセンサ70を両発光
体30,40、集光レンズ50及び反射鏡60と共にケーシング2
0内に上述のような配置にて設けるという構成のみにて
確実に達成され得ることとなり、その結果、曇り及び雨
滴の双方の検出機能を兼ね備えた単一の光学式検出装置
を簡単かつコンパクトな形状にて提供できる。かかる場
合、ケーシング20が遮光材料からなり、かつイメージセ
ンサ70がケーシング20の底壁21の近傍に位置しているた
め、好ましくない外乱光がイメージセンサ70に入射する
こともない。また、イメージセンサ70が、その小さな外
形寸法の割には広に受光面を有するため、フロントウイ
ンドシールド10の前方視野を妨げることなく、その雨滴
及び曇りの各検出領域の拡大及びこの種装置の小型化を
図り得る。また、本発明装置全体がフロントウインドシ
ールド10の内側に位置しているため、本発明装置の各種
部品が、雨、風等にさらされることなく、長寿命が維持
し得る。

ところで、上述のように、所定角αを45度とし、かつ所
定角βを80度とした根拠について検討する。この検討に
あたり、フロントウインドシールド10の内表面10aにお
ける反射光相対強度と所定角αとの関係、及びフロント
ウインドシールド10の外表面10bにおける雨滴付着時の
反射光相対強度と所定角βとの関係をそれぞれ実験によ
り確認したところ、第３図及び第４図にて示す各特性曲
線Ｌα及びＬβが得られた。これによれば、特性曲線Ｌ
α上の反射光相対強度は、α＞55度において急激に減少
し、一方、特性曲線Ｌβ上の反射光強度は、β＜70度に
おいて急激に減少することが分かる。従って、所定角α
は55度以下であり、かつ所定角βは70度〜90度内にある
ことが望ましい。以上のことから、α＝45度及びβ＝80
度であれば、フロントウインドシールド10の内表面10a
及び外表面10bにおける各反射光相対強度を十分に確保
でき、その結果、上述した作用効果を適正に達成し得る
ことが理解される。なお、このようなことは、αを55度
以下の範囲にて変更し、かつβを70度〜90度の範囲内に
て変更しても、成立することは勿論である。

また、前記実施例においては、雨滴を検出する例につい
て説明したが、これに限らず、各種液滴を検出するにあ
たり本発明装置を適用し得る。

また、本発明の実施にあたっては、車両のフロントウイ
ンドシールドに限ることなく、船舶、航空機等の各ウイ
ンドシールド、或いは一般建造物の窓ガラス等の付着雨
滴及び曇りを検出するにあたり本発明装置を適用しても
よい。

また、前記実施例においては、集光レンズ50からの各集
光ビーム光をイメージセンサ70により受光する例につい
て説明したが、これに代えて、上述した各集光ビーム光
を別々のホトトランジスタによりそれぞれ受光するよう
にしてもよい。

また、前記実施例においては、フロントウインドシール
ド10の内表面10a及び反射鏡60からの各反射光を単一の
集光レンズ50により集光させるようにしたが、これに代
えて、各反射光を別々の凸レンズによりそれぞれ受光す
るようにしてもよい。

また、前記実施例においては、検出装置Ｓを前記インス
トルメントパネルの上面に垂設するようにしたが、これ
に限らず、例えば、ケーシング20の開口部24の中心軸を
中心として検出装置Ｓを180度回転した状態にて支持す
るようにしてもよい。

また、前記実施例においては、両発光体30,40の各発光
素子の数をそれぞれ三箇ずつとしたが、これに限ること
なく、両発光体30,40の各発光素子の数を適宜変更して
実施してもよい。

また、前記実施例においては、フロントウインドシール
ド10の内表面10aからの反射光を集光レンズ50に直接入
射させるとともに、フロントウインドシールド10の外表
面10bにおける雨滴による反射光を反射鏡60を介して集
光レンズ50に入射させるようにしたが、これに代えて、
フロントウインドシールド10の外表面10bにおける雨滴
による反射光を集光レンズ50に直接入射させるととも
に、フロントウインドシールド10の内表面10aからの反
射光を反射鏡60を介して集光レンズ50に入射させるよう
に、ケーシング20の形状、並びに集光レンズ50、反射鏡
60、イメージセンサ70及び電気回路部80の配置位置を変
更して実施してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は車両のフロントウインドシールドに適用された
本発明の一実施例を示す側部破断図、第２図は同後部破
断図、第３図は所定角αとフロントウインドシールドの
内表面における反射光相対強度との関係を示すグラフ、
及び第４図は所定角βとフロントウインドシールドの外
表面における反射光相対強度との関係を示すグラフであ
る。 符号の説明 10……フロントウインドシールド、10a……内表面、10b
……外表面、20……ケーシング、24……開口部、30,40
……発光体、50……集光レンズ、60……反射鏡、70……
イメージセンサ、Ｓ……光学式検出装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤井 哲夫 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 鎌田 忠 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 水野 千昭 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−284646（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−284645（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ウィンドガラスの内表面に向けて開口する
   開口部を有し、前記内表面の近傍に設けられる遮光性ケ
   ーシングと、 前記ケーシング内に配設されて前記開口部を通し前記内
   表面に向けこれに対し第１所定角にてビーム光を発射す
   る第１発光体と、 前記ケーシング内に配設されて前記開口部を通し前記内
   表面に向けこれに対し第２所定角にてビーム光を発射す
   る第２発光体と、 を備え、 前記第１発光体から発射されたビーム光が前記内表面に
   て第１所定強度以上でもって反射するように前記第１所
   定角を設定し、 前記第２発光体から発射されたビーム光が前記ウィンド
   ガラス内を透過するとともに同ウィンドガラスの外表面
   上の付着液滴により第２所定強度以上でもって反射する
   ように前記第２所定角を設定し、 前記ケーシング内に配設されて前記内表面および前記付
   着液滴からの各反射光を受光するとともに当該反射光の
   それぞれに対応した第１および第２の受光信号を発生す
   る受光部を備えたことを特徴とする光学式検出装置。