JPH0829325A

JPH0829325A - 降雨検知装置及び自動車用自動ワイパー装置

Info

Publication number: JPH0829325A
Application number: JP6196343A
Authority: JP
Inventors: Hiromi Mochida; 裕美持田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-07-18
Filing date: 1994-07-18
Publication date: 1996-02-02

Abstract

(57)【要約】【構成】透明体に付着した雨滴による光の変化を検出
する降雨検知装置であって、同じ感度の光検出器を２個
以上並べ、これらをフロントガラス越しの同じ対象物に
焦点を合わせて設置し、上記の検出したそれぞれの光量
を演算装置によって比較することを特徴とする降雨検知
装置。【効果】小型で高感度な降雨検知装置が得られる。ワ
イパーと連動させれば、雨滴の除去に優れた性能を発揮
する。センサとフロントガラスの状況とが直接に対応し
ているため、降ったり止んだりの小雨にも的確に対応で
き、対向車に水を跳ねられても対応のできる自動ワイパ
ー装置となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は降雨を自動的に検知する
降雨検知装置と雨滴を自動的に除去する自動車用自動ワ
イパー装置に関する。本発明の降雨検知装置及び自動車
用自動ワイパー装置は自動車のフロントガラスの雨滴の
除去に特に有用である。

【０００２】

【従来技術】雨降りでの車の運転は誰しもが、見えにく
く、車の速度および雨の量によってワイパー・スピード
を変化させなければならい。しかし、車にはやたらとス
イッチ類が多くて、走行中に操作すると危険であり、ま
た不便である。そこで、運転者に負担をかけないような
システム開発の必要性から自動ワイパー・システムが考
案されている。従来のシステムは、雨滴センサが検出し
た雨量を電気信号に変換し、この電気信号の大きさから
自動的にワイパーの動作時間の間隔を設定して、ワイパ
ー動作を制御するようになっている。このシステムの中
で雨量センサの役割が最も重要である。例えば、雨滴が
当たった場合、雨滴の強さと量によって振動し、雨滴の
衝突エネルギーが電圧に変換する圧電振動子のタイプ、
あるいは、電極と電極の間に入れる物質によって電荷を
蓄える量の異なる静電容量センサのタイプのものが知ら
れている。ところが、従来のセンサは一度濡れてしまう
と乾くまでワイパーが作動してしまい、降ったり、止ん
だりの小雨には対応できず、しかも対向車に水を跳ねら
れても対応できない。一方、半導体の発光素子と受光素
子を一対として、発光素子から出た光信号は光路の途中
に雨滴が落ちて来れば、散乱されて光の強さは減少す
る。この光の強さの減衰信号を捕らえてワイパーを制御
するタイプのものが知られている。ところが、減衰信号
は周りの景色の光量にも影響を受けて変化するので誤動
作が頻発する。また雨滴による減衰信号が微弱であるた
め感度が弱く実用に適さない。従来のシステムは以上の
欠点の他、センサとフロントガラスの状況とが直接に関
わっていないため、センサの指令でワイパーがフロント
ガラスの雨滴を除去したにもかかわらずワイパーが作動
してしまう等の問題もある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の降雨
検知装置における上記問題を解決するものであって、降
雨時のフロントガラスの透明度を維持し、運転者の視界
を確保するために必要な信頼性のある優れた降雨の検知
及び自動的に作動するワイパー装置を提供することを目
的とする。即ち、信号応答性に優れた分解能のある、し
かも設計自由度の高い経済的な降雨検知装置及び自動ワ
イパー装置を提供する。

【０００４】

【課題の解決手段】自動車のフロントガラスに雨滴が付
着すると、その部分は雨滴のレンズ効果のため視界が大
きく変化する。本発明はこのレンズ効果による光量の変
化を捕らえる点にある。即ち、同じ感度の光検出器を２
個以上並べ、これらをフロントガラス越しの同じ対象物
（以下光源）に焦点を合わせて設置すると、検出された
それぞれの光量は、フロントガラスが透明な場合には、
殆ど同じである。ところが、雨が降ってフロントガラス
が濡れると、検出されたそれぞれの光量は異なってく
る。これは、光源が同じでも、それぞれの光検出器はそ
の測定経路（以下光路）が異なるため、途中のフロント
ガラスとの交差点が検出器毎に違い、それぞれのレンズ
効果が異なるためである。本発明は降雨時にはそれぞれ
の光路によってフロントガラス上の雨滴のレンズ効果が
異なることを見出し、この光路差による光量差を検知す
ることによって雨滴の除去に優れ、信頼性のある自動車
用自動ワイパー装置を完成した。本発明によれば以下の
構成を有する降雨検知装置と自動車用自動ワイパー装置
が提供される。（１）透明体に付着した雨滴による光の変化を検出す
る降雨検知装置であって、２個以上の光検出器をレンズ
等で全て同じ対象物に焦点を合わせて設置し、上記の検
出したそれぞれの光量を演算装置によって比較すること
を特徴とする降雨検知装置。（２）上記光検出器の視野を狭め、この光検出器を自
動車のフロントガラスに向けた上記（１）に記載の降雨
検知装置。（３）上記光検出器がＣｄＳフォトダイオード、Ｓｉ
フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード（Ａ
ＰＤ），フォトトランジスタ、光電子倍増管である上記
（１）または（２）に記載の降雨検知装置。（４）光検出器がイメージセンサ（固体撮像素子）で
ある上記（１）または（２）に記載の降雨検知装置。（５）光検出器に照射するための光源を設置した上記
（１）〜（４）のいずれかに記載の降雨検知装置。（６）上記（１）〜（５）のいずれかに記載の降雨検
知装置をワイパー装置に接続した自動車用自動ワイパー
装置。

【０００５】

【具体的な説明】本発明の降雨検出装置と自動ワイパー
装置の概略を図１の模式図に示す。本発明の自動ワイパ
ー装置は、図１に示すように、フロントガラス４を介し
て同じ光源５に焦点を合わせたＮ個の光検出器１（１〜
Ｎ）とその光量の比較演算装置２及びワイパー装置３を
有する。なお上記Ｎ個の光検出器１は全て焦点及び視野
角が同一となるようレンズ等で調整されており、また感
度も同一に調整されたものを用いる。光源５から出た光
はフロントガラス４を介してＮ個の光検出器１でそれぞ
れの光路（測定経路）のＬ_１，Ｌ_２，・，Ｌｎの光量と
して捕らえられ、例えば雨が降っていなければ、光量差が無いのでこの加
算値には有意差が認められない。しかし降雨時には、図
１中のＮ番目の光検知器１のように、その光量Ｌｎは雨
滴１０で光散乱し、他の光検出器の光量と異なるので、
上記の光量差は有意差が検出されその加算値は装置上の
許容誤差を越えることになり、降雨と判断されてワイパ
ー装置３が自動的に作動する。

【０００６】上記構成のなかで最も重要なことは、本発
明の基本原理がフロントガラス４越しの任意の位置（光
検出器１）から同じ光源５を観察したとき、雨が降ると
その光路によってフロントガラス上の雨滴の付きかたが
異なっていることを利用して降雨を検知することである
から、同じ光源の光路の違いによる雨滴のレンズ効果の
差をいかにして確実に検知するかである。従って、同じ
光源を測定するための光路の数、即ち光検出器１の台数
と個々の光検出器１の光路の範囲を限定する視野角が最
も重要な因子となる。上記光検出器１の台数について
は、少なくとも二台は必要である。検出器１の感度が劣
る場合には台数を増やして分解能を増幅する。検出器１
の光センサーは照度計あるいは光パワメータの受光素子
などとして通常使用されているいずれの製品も使用でき
る。かかるセンサーの例としては、ＣｄＳフォトダイオ
ード、Ｓｉフォトダイオード、アバランシェフォトダイ
オード（ＡＰＤ），フォトトランジスタなどが挙げられ
る。このようなセンサーを用いる時、光検出器１の台数
は４〜２０台が適当である。台数がこれより少ないと検
出感度が低く、また台数がこれより多いと経済的ではな
い。光検出器１の感度を増やすには光電子倍増管型ある
いは二波長以上を同時に検出可能なタイプのセンサーを
用いればよい。このような高感度タイプであれば光検出
器の台数は二台でもよい。また、検出の対象となる光の
種類は人の目で感ずることのできる可視光が最もよい
が、必要なら赤外光でもよい。一般に赤外光を検出する
場合には、水の吸収帯の１．２、１．４５，１．９４μ
ｍの波長を検出するのがよい。また、検出した光量はそ
のまま瞬時値で比較するか、あるいは瞬時光量の積分値
が一定光量となる時間等で比較してもよく、必要なら光
検出器１の前に液晶光シャッターを設けて受光時間を制
限しても良い。

【０００７】それぞれの光検出器１は、雨の降っていな
いとき、全ての光検出器の受ける光量がいつでも等しく
なるように同じ光源に向けて、焦点、角度および位置を
調整しなければならない。また、光検出器のそれぞれの
視野角θは、図２のＢに示すように（二台の例で比較し
た）広過ぎるとフロントガラス上の光路が重なって、光
検出器毎の雨滴の違いによる受光量の差が無くなり降雨
を検知できなくなるので、フロントガラス上の光路が重
ならない図２のＡに示すような狭い視野角θとしなけれ
ばならない。光検出器１の位置は車の型に応じて決定で
きるが、必要なことはその光路がフロントガラス上のワ
イパーの稼働部と交差する位置としなければならず、普
通は室内側に設置し前方の光源を観測するが、限定され
るものではない。例えば、図３のように、光検出器１は
ボンネット側から室内の一点を観測する位置としても良
い。また、光検出器間の間隔は、その視野角に応じたフ
ロントガラス上の光路が重ならないような間隔とし、普
通は２〜５０ｍｍ程度である。光検出器の感度が高く、
視野角を十分に小さくとれれば雨滴一粒程度離れておれ
ばよい。また、離れ過ぎて光源から受け取る光量に誤差
を生じてはならない。また、多数の光検出器を用いると
き、縦横の面状に配置してもよい。上記装置１は、通常
は図１に示すように観測位置に直接据付けるが、装置構
成上、受光部に直接光検出器を設置できない場合には、
図４に示すように光線誘導手段３０を経由して光検出器
１で受光しても良い。光線誘導手段３０の典型例は光フ
ァイバーである。光ファイバーの先端は直接検出の時と
同様に全て光源５に焦点等を合わせる。また、焦点及び
視野角が同一となるよう調整するためにファイバー先端
にレンズを設けても良い。

【０００８】上記光源５は全ての光検出器１の同一対象
物であるため、光源が変化しても各光検出器の受ける光
量は基本的に同じであり常に相殺されていることになる
ので、普通は前方の移り変わる景色でもよく、空等でも
よい。また、夜間時を考慮し安定した光源を得るため
に、自動車自体に人工的な発光体を設けて、これを光源
（対象物）としてもよい。一例として、図５に示すよう
に、フロントガラスを介して光検出器に向けて発光体２
０または２１を設置する。光検出器と同じ側に発光体２
１を用いるとき、その放射角度と位置は、フロントガラ
スとの反射光が光検出器１に一致するように設ける。上
記発光体２０、２１は、所望の強度の光を発するもので
あれば特に限定されず、光検出器との組合せにより可視
光、赤外光を放射するランプあるいはレーザー等を用い
る。人工光源を設けた場合でも本発明の原理から光検出
器１の台数は二台以上必要である。なお図示する装置構
成は例示であり、本発明の範囲を制限するものではな
い。

【０００９】上記演算装置２はＮ個の光検出器１で捕ら
えたＬ_１，Ｌ_２，・，Ｌｎの光量を比較し、フロントガ
ラス上の雨滴を判断するためのものであるが、車の停止
中の自動解除、光源５の急激な光量変化あるいは光検出
器の分解能等の装置上の誤差からくる誤動作を防止する
ため、その判断機能には工夫を要する。従って、ワイパ
ーが光源を横切るときの測定値の無効措置、センサ故障
時の自己診断機能、フロントガラス上の傷等による定常
的光量差のキャンセル補正機能を有することが好まし
い。Ｎ個の光検出器１で捕らえた光量はアナログ値で比
較してもよいが、普通はデジタルに変換して比較する方
が便利である。光検出器１で捕らえた光量を効率よく比
較するには二個づつ比較するのがよく、その場合の比較
の組合せ数はｎＣ_２個であるから、例えば、１０個の光
検出器を用いる例では１０×９÷２＝４５通りの比較と
なり、比較した光量差の絶対値は４５回だけ加算され
る。その加算値の大小によって降雨とその量が判定さ
れ、ワイパーの作動及び速度が自動的に決定される。な
お説明した演算制御システムは例示であり、本発明の範
囲を制限するものではない。例えば、自動的に降雨と判
定されたが、しばらくの間ワイパーの作動が無かったよ
うなときは洗浄水を同時に散布する、等の種々のプログ
ラムを組み込むことができる。

【０００１０】上記光検出器１は画像として取り出せる
イメージセンサ（固体撮像素子）を用いると良い。その
場合も雨滴の判断方法は上記説明と同じ原理を用いる。
但し、イメージセンサでは、検出した光量は像として撮
れるので、光量差は像を重ね合わせて対応画素毎にその
違いを比較検出できるため高度に雨滴を判断できる。例
えば、二個のイメージセンサで撮った画像を対応画素毎
に光量を比較すれば、光量差の分布画像が得られる。こ
の光量差分布画像は、雨滴の無い場合には何の像も得ら
れ無いが、雨滴の有る場合には雨滴の像が浮かび上が
る。光量差分布画像より降雨を判断するには、最も単純
な例としては、対応画素毎の光量差の絶対値を画素数だ
け加算し、その加算値の大小によってこれが装置上の許
容誤差を越えた場合には、降雨と判断し、ワイパー装置
３を自動的に作動させる。なお説明した降雨の判断演算
制御システムは例示であり、本発明の範囲を制限するも
のではない。上記説明のように、光検出器１としてイメ
ージセンサを用いる場合は、比較分解能が優れているの
でその台数は二台でもよい。イメージセンサの画素数は
高解像度型でなくとも良く数十から数千あればよい。ま
た、かかるセンサーの例としては、ＭＯＳ型とＣＣＤ型
とがある。また、センサーの感度が低い場合には、セン
サーの前に光増幅機を取り付けてもよい。

【０００１１】

【発明の効果】本発明の降雨検知装置は、降雨をフロン
トガラス上の雨滴のレンズ効果による光量の差から極め
て効率的に検出することに成功したものであり、簡単な
装置であるにも拘らず、ワイパーと連動させれば、雨滴
の除去に優れた性能を発揮する。また、降雨検知装置と
フロントガラスの状況とが直接に対応しているため、無
駄なワイパーの作動もなく、降ったり止んだりの小雨に
も的確に対応でき、しかも対向車に水を跳ねられても迅
速に対応ができる等、運転者の視界を確保する自動ワイ
パーとなる。しかも、それぞれの光検出器の光量は絶え
ず同じ光源によって相殺されているため、周りの景色の
光量変化にも影響を受けず誤動作を起こすことはなく信
頼性がたかい。また光検出器は小型であるため場所を取
らず自由な設計が容易であり経済性に優れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による降雨検出装置の構造を模式的に示
す平面図。

【図２】本発明による降雨検出装置の原理を模式的に示
す説明図。

【図３】本発明による降雨検出装置の他の態様における
構造を模式的に示す断面図。

【図４】本発明による降雨検出装置の他の態様における
構造を模式的に示す断面図。

【図５】本発明による降雨検出装置の他の態様における
構造を模式的に示す断面図。

【符号の説明】

１…光検出器２…演算装置３…ワイパー４…フロントガラス５…対象物（光源）１０…雨滴２０、２１…発光体３０…光線誘導装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明体に付着した雨滴による光の変化を
検出する降雨検知装置であって、同じ対象物に焦点を合
わせて２個以上設置した光検出器と、その検出した光量
の演算装置を有し、上記の検出したそれぞれの光量を上
記の演算装置によって比較することを特徴とする降雨検
知装置。
【請求項２】上記光検出器の視野を狭め、この光検出
器を自動車のフロントガラスに向けた請求項１に記載の
降雨検知装置。
【請求項３】上記光検出器がＣｄＳフォトダイオー
ド、Ｓｉフォトダイオード、アバランシェフォトダイオ
ード（ＡＰＤ），フォトトランジスタ、光電子倍増管で
ある請求項１または２に記載の降雨検知装置。
【請求項４】光検出器がイメージセンサ（固体撮像素
子）である請求項１または２に記載の降雨検知装置。
【請求項５】光検出器に照射するための光源を設置し
た請求項１〜４のいずれかに記載の降雨検知装置。
【請求項６】請求項１〜５のいずれかに記載の降雨検
知装置をワイパー装置に接続した自動車用自動ワイパー
装置。