JPH11183369A - レインセンサの温度補償方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 周囲の温度変化によりフロントガラスの表面
側に付着した水滴量の程度と受光手段の出力信号レベル
との対応関係が変動することがないようにする。 【解決手段】 ウインドガラス内に光を導く発光手段７
と、ウインドガラス内において反射した光を受光する受
光手段８とからウインドガラスの表面側に付着した水滴
量の程度を検出するレインセンサ２の温度補償方法であ
って、発光手段７と受光手段８に夫々必要な検出回路１
４と増幅回路１５を共用化し、アナログスイッチ１８
ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄを時分割処理部１９により
時分割処理して検出回路１４及び増幅回路１５を発光手
段７の受光素子１２又は受光手段８の受光素子１６と電
気的に接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発光素子と受光素
子を用いて透明基板の表面側に付着した水滴の量を検出
するレインセンサの温度補償方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、車両のウインドガラスの水滴検出
装置（レインセンサ）としては、特開平２−６７９４５
号公報に記載のように、発光素子などからなる投光手段
と受光素子などからなる検出手段を備え、投光手段より
ウインドガラスに向けて光を照射し、反射光を受けた検
出手段からの出力信号のレベルが水滴のないレベルの所
定範囲内であれば、ウインドガラスの外側面のみに水滴
が付着していると判定し、水滴のないレベルの所定範囲
を超えていれば、ウインドガラスの内側面にも水滴が付
着していると判定するものが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のレイン
センサにおいては、ＬＥＤ（発光ダイオード）などの発
光素子の発光出力に対する温度補償、ＰＤ（ホトダイオ
ード）などの受光素子の出力信号に対する温度補償を行
っていないため、発光素子については発光出力レベルが
周囲温度によって変化し、受光素子については出力信号
レベルが周囲温度によって変化してしまう。

【０００４】従って、受光素子の出力信号レベルを複数
レベル（例えば、３段階又は４段階）に設定し、夫々の
出力信号レベルに応じて、例えばワイパを低速で駆動し
たり、間欠で駆動したり、高速で駆動したりする場合
に、受光素子の出力信号レベルが周囲温度によって変動
すると、所望の動作をさせることができないという問題
がある。

【０００５】本発明は、従来の技術が有するこのような
問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、周囲の温度変化によりフロントガラスの表面側
に付着した水滴量の程度と受光手段の出力信号レベルと
の対応関係が変動することがないレインセンサの温度補
償方法を提供しようとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく本
発明は、ウインドガラスの内面側において全反射するよ
うに前記ウインドガラス内に光を導く発光手段と、前記
ウインドガラス内において反射した光を受光する受光手
段とから前記ウインドガラスの表面側に付着した水滴量
の程度を検出するレインセンサの温度補償方法であっ
て、前記発光手段と受光手段に夫々必要な検出・増幅手
段を前記発光手段と受光手段で共用し、切換手段を時分
割処理して前記検出・増幅手段を前記発光手段又は受光
手段と電気的に接続するものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。ここで、図１は本発明に係る
レインセンサの温度補償方法を適用した自動車前部の斜
視図、図２はレインセンサの構成図、図３は回折格子の
作用説明図、図４は本発明に係るレインセンサの保護方
法を使用するワイパ制御装置の構成図である。

【０００８】図１に示すように、自動車のフロントガラ
ス１の室内側面で外側面を払拭するワイパ９の払拭領域
内にレインセンサ２を接着剤（接着テープ）３にて取付
けている。接着剤（接着テープ）３は、フロントガラス
１の屈折率（１．４８）とほぼ等しい屈折率を有するも
のを選定した。なお、フロントガラス１には、ＳiＯ₂を
主成分とする５ｍｍ厚のソーダライムガラス基板を用い
た。

【０００９】レインセンサ２は、図２に示すように、ガ
ラス基板４の表面にレーザ光によって形成した回折格子
５，６を備えている。また、接着剤３はガラス基板４の
全面に塗布することで、レインセンサ２とフロントガラ
ス１とを密着している。

【００１０】更に、一方の回折格子５の近傍には、発光
ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオード（ＬＤ）など
の発光素子を備えた発光手段７を配置し、他方の回折格
子６の近傍には、フォトダイオード（ＰＤ）などの受光
素子を備えた受光手段８を配置している。これら発光手
段７及び受光手段８は、回折格子５，６に密着するよう
に設けてもよい。

【００１１】また、回折格子５，６は、ガラス基板４の
表面にレーザ光を照射することで発生するアブレーショ
ン現象により直接形成するのが好ましい。

【００１２】回折格子は、微細な溝がガラスなどの表面
に形成されている光学素子のことである。その溝のピッ
チは、０．４〜３μｍ程度の範囲で設計されたものが多
く、用途によって使い分けられている。その主な用途は
分光に用いられるが、単色光を光源に用いた場合は、光
の回折効果により、光を分けたり、曲げたりすることが
できる。また、回折格子としては上記の他に、反射型の
回折格子やスリット状の回折格子、更には屈折率が周期
的に変わる回折格子でもよい。

【００１３】本発明において利用する効果は、単色光を
回折格子に入射させた場合、回折光がある一定の規則に
基づいて発生する現象を用いている。その回折光は、図
３に示すように、入射光に対して一定の角度で１次回折
光が発生する。なお、高次の回折光も発生するが、光量
が少なくなるので１次回折光を主に用いる。

【００１４】入射光が透過する場合、入射光と回折光の
角度の関係は次の数式（１）で表される。すなわち、入
射光の角度をθ₀ とし、ｍ次の回折光の角度をθ、入射
光の波長をλ、溝のピッチをｄ、出射側の屈折率をｎ、
入射側の媒質の屈折率をｎ₀とすると、以下のように角
度が決定できる。

【００１５】 ｎ・sinθ−ｎ₀・sinθ₀＝ｍλ／ｄ （ｍ＝0,±1,±2,・・・・・） （１）

【００１６】入射側が空気で出射側が透明板の場合、ｎ
₀＝1.0であり、透明板中を進行する光の角度は、回折格
子へ入射させる光の角度を変化させることによって調整
することができる。

【００１７】以上の様に、回折格子を用いることによ
り、任意の角度で透明板中に光を導入することができ
る。また適宜、回折格子への入射角度を選択することに
より、導入された光が透明板板中を全反射するように設
定することも可能となる。また、透明板中を全反射して
いる光を同様の原理に基づき、透明板から空気中へ出射
させることも可能である。

【００１８】また、空気とガラスの界面で全反射が始ま
るときの入射角、即ち臨界角を求めるには、スネルの法
則を用いて以下の計算を行う。スネルの法則の一般式は
以下に示す数式（２）のようになる。但し、α及びα₀
は、屈折率ｎの物質と屈折率ｎ₀の物質との界面の法線
に対する角度である（α：入射角、α₀：屈折角）。

【００１９】ｎ₀・sinα₀＝ｎ・sinα （２）

【００２０】ガラスの屈折率を前記のようにｎ＝１．４
８とし、空気の屈折率をｎ₀＝１とした場合、ガラス板
内部で全反射する条件は、α₀＝９０°なので、数式
（２）よりα＝４２．５°を得る。従って、入射角αが
この角度（４２．５°）以上であれば、ガラス媒質中で
の全反射が起こる。

【００２１】一方、水が付着した場合でも、ガラス内部
で全反射が起こるのは、水の屈折率を１．３３とし同様
の計算を行うとα＝６４．０°となる。従って、入射角
αが、４２．５°から６４．０°の範囲の角度では、水
が付着してないときはガラス内部で全反射し、水が付着
すると全反射しなくなり、ガラス内部の光は水を介して
外部に漏れることになる。

【００２２】このような反射を起こすために、回折格子
の入射角度を調整した。ガラス内部反射角度が４２．５
°になるための回折格子入射角度を前記数式（１）を用
いて計算した。周期が１０２０ｎｍのガラス表面に形成
された回折格子で、Ｈｅ−Ｎｅレーザの６３３ｎｍの光
のプラス１次回折光を利用したときは２２°となる。

【００２３】ガラス内部での反射角度が６４．０°にな
るためには、同様の計算より回折格子の入射角度が４５
°となることがわかる。本実施例では、回折格子５にお
いて４５°で光を入射させた。このとき全反射した光
は、他の回折格子６から出射した。

【００２４】更に、その全反射点に水滴Ｗを付着させた
場合、回折格子６から出射する光は低減し、全反射点全
体に水滴が付着した場合は約１／５０に出力光が低減し
た。即ち、ガラス表面上の水の存在を敏感に感知し、出
射光強度として反映させることが確認できた。また、回
折格子５の入射角度を徐々に大きくしていっても同様な
ことが起こった。

【００２５】しかし、入射角度が６４°程度より大きく
なると、水滴が全反射点に付着しても、出射する光量は
変化しなかった。これは、水が表面に付着しても内部の
全反射の条件が変わらない角度とほぼ一致していた。

【００２６】本発明に係るレインセンサの温度補償方法
を使用するワイパ制御装置は、図４に示すように、フロ
ントガラス１の内面側において全反射するようにフロン
トガラス１内に光を導く発光手段７とフロントガラス１
内において反射した光を受光する受光手段８などからな
るレインセンサ２と、受光手段８の出力信号によりワイ
パ９を所望の速度で駆動するワイパ駆動装置１０を備え
ている。

【００２７】発光手段７は、ＬＥＤやＬＤなどの発光素
子１１と、発光素子１１の出力光を検出するＰＤなどの
受光素子１２と、発光素子１１から所定周波数で変調し
た光を出力させるために発光素子１１に駆動電流を供給
する駆動回路１３と、受光素子１１の出力信号から変調
成分に対応する信号を取り出す検出回路１４と、検出回
路１４の出力信号を増幅する増幅回路１５を備えてい
る。なお、検出回路１４の出力信号が駆動回路１３にフ
ィードバックされている。

【００２８】発光手段７では、受光素子１２の出力信号
から変調成分に対応する信号を検出回路１４により取り
出し、この信号を増幅回路１５を介して発光素子１１の
駆動回路１３にフィードバックして発光素子１１の発光
出力を所望値になるように制御するので、発光手段７の
周囲温度が変化しても発光素子１１の発光出力を所望値
に維持することができる。

【００２９】また、受光手段８は、発光素子１１の出力
光を検出するＰＤなどの受光素子１６と、ワイパ駆動装
置１０へ３種の信号（第１出力信号Ｄ１、第２出力信号
Ｄ２、第３出力信号Ｄ３）を出力する制御回路１７を備
え、受光素子１６の出力信号から発光素子１１の駆動回
路１３による変調成分に対応する信号を取り出す検出回
路と、この検出回路の出力信号を増幅する増幅回路は、
発光手段７の検出回路１４と増幅回路１５を共用してい
る。

【００３０】検出回路１４及び増幅回路１５を発光手段
７と受光手段８で共用するために、４個のアナログスイ
ッチ１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄと時分割処理部１
９で切換手段を構成し、時分割処理を行っている。即
ち、時分割処理部１９が出力する２種類のパルス信号Ｓ
１，Ｓ２の出力持続時間だけ対応するアナログスイッチ
１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄがオン状態になる。

【００３１】パルス信号Ｓ１が出力している場合には、
アナログスイッチ１８ａ，１８ｂがオン状態になり、受
光素子１２、検出回路１４、増幅回路１５、駆動回路１
３が電気的に接続される。一方、パルス信号Ｓ２が出力
している場合には、アナログスイッチ１８ｃ，１８ｄが
オン状態になり、受光素子１６、検出回路１４、増幅回
路１５、制御回路１７が電気的に接続される。

【００３２】なお、パルス信号Ｓ１とパルス信号Ｓ２の
出力持続時間は、互いに重なることはなく、同時にアナ
ログスイッチ１８ａ，１８ｂとアナログスイッチ１８
ｃ，１８ｄがオン状態になることはない。

【００３３】パルス信号Ｓ１が出力している時には、検
出回路１４が発光素子１１の変調成分に対応する信号の
みを受光素子１２の出力信号から取り出し、この信号を
増幅回路１５を介して駆動回路１３にフィードバックし
て発光素子１１の発光出力を所望値になるように制御す
る。

【００３４】一方、パルス信号Ｓ２が出力している時に
は、検出回路１４が発光素子１１の変調成分に対応する
信号のみを受光素子１６の出力信号から取り出し、この
信号を増幅回路１５、制御回路１７を介してワイパ駆動
装置１０に入力する。

【００３５】このように、発光素子１１の発光出力レベ
ルと受光素子１６の出力信号レベルに差異が生じる主な
要因である発光手段７の周囲温度と受光手段８の周囲温
度の温度差を、各手段７，８に必要な検出回路と増幅回
路を発光手段７と受光手段８で共用することによって、
除去することができる。

【００３６】従って、発光素子１１の発光出力レベルと
受光素子１６の出力信号レベルが周囲の温度変化に影響
を受けることなく、フロントガラス１の表面側に付着し
た水滴量の程度と受光素子１６の出力信号レベルとの対
応関係が変動することがないので、即ちレインセンサ２
としての感度の変動や感度の低下などを引き起こすこと
はない。

【００３７】また、制御回路１７では、先ず増幅回路１
５の出力信号Ｓ３を予め設定してある３レベルの設定電
圧（電圧レベルの高い順に第１設定レベルＲ１、第２設
定レベルＲ２、第３設定レベルＲ３とする）と比較す
る。

【００３８】本発明で用いるレインセンサ２は、前述の
ように、フロントガラス１の表面側に水滴がより多く付
着する程、受光素子１６の出力信号レベルは低下するの
で、フロントガラス１の表面側に水滴が付着していない
場合の出力信号Ｓの電圧レベルが一番高く、水滴が多く
付着している場合の出力信号Ｓの電圧レベルが一番低く
なる。

【００３９】そして、増幅回路１５の出力信号Ｓ３が第
１設定レベルＲ１より小さい場合（Ｓ３＜Ｒ１）は、第
１出力信号Ｄ１をＨレベルにし、出力信号Ｓ３が第２設
定レベルＲ２より小さい場合（Ｓ３＜Ｒ２）は、第２出
力信号Ｄ２をＨレベルにし、更に出力信号Ｓ３が第３設
定レベルＲ３より小さい場合（Ｓ３＜Ｒ３）は、第３出
力信号Ｄ３をＨレベルにする。

【００４０】ここで、第１出力信号Ｄ１がＨレベルの場
合は、霧雨又は小雨の降雨状態、第２出力信号Ｄ２がＨ
レベルの場合は、中程度の降雨状態、第３出力信号Ｄ３
がＨレベルの場合は、大雨の降雨状態に夫々相当する。

【００４１】そして、レインセンサ２の電源投入後、フ
ロントガラス１の表面側に水滴が付着して制御回路１７
の出力信号Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３が全てＨレベルになると、
ワイパ駆動信号ＷＤがワイパ駆動装置１０から出力さ
れ、ワイパ９が駆動を開始する。 この時、ウインドウ
ォシャー液を所定量だけフロントガラス１に噴出した
後、又は噴出しながらワイパ９の駆動を開始するように
してもよい。

【００４２】その後、第３出力信号Ｄ３がＬレベルにな
っても、第２出力信号Ｄ２がＨレベルである限りワイパ
駆動信号ＷＤは出力し続け、第２出力信号Ｄ２がＬレベ
ルになった時に、ワイパ駆動装置１０はワイパ駆動信号
ＷＤの出力を停止する。

【００４３】従って、ワイパ制御装置は、第３出力信号
Ｄ３がＨレベルになるタイミングでワイパ９が駆動を開
始し、第２出力信号Ｄ２がＬレベルになるタイミングで
ワイパ９が駆動を停止することになる。

【００４４】以上のように、受光素子１１の出力信号か
ら変調成分に対応する信号を取り出して増幅し、発光素
子１１の駆動回路１３にフィードバックして発光素子１
１の発光出力を所望値に制御すると共に、発光手段７の
受光素子１２及び受光手段８の受光素子１６の出力信号
から変調成分に対応する信号を取り出して増幅する検出
回路１４と増幅回路１５を共用化し、時分割処理するの
で、外部光の変化や周囲温度の変化に影響されることが
なく、レインセンサ２として感度の変動や感度の低下な
どを引き起こすことがない。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、発
光手段と受光手段で必要とされる検出・増幅手段を共用
化したので、発光手段の発光出力レベルと受光手段の出
力信号レベルが周囲の温度変化に影響されることがな
く、レインセンサとしての感度の変動や感度の低下など
を引き起こすことがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るレインセンサの温度補償方法を適
用した自動車前部の斜視図

【図２】レインセンサの構成図

【図３】回折格子の作用説明図

【図４】本発明に係るレインセンサの温度補償方法を使
用するワイパ制御装置の構成図

【符号の説明】 １…フロントガラス、２…レインセンサ、３…接着剤、
４…ガラス基板、５，６…回折格子、７…発光手段、８
…受光手段、９…ワイパ、１０…ワイパ駆動装置、１１
…発光素子、１２，１６…受光素子、１３…駆動回路、
１４…検出回路、１１５…増幅回路、１７…制御回路、
１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ…アナログスイッチ、
１９…時分割処理部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウインドガラスの内面側において全反射
   するように前記ウインドガラス内に光を導く発光手段
   と、前記ウインドガラス内において反射した光を受光す
   る受光手段とから前記ウインドガラスの表面側に付着し
   た水滴量の程度を検出するレインセンサの温度補償方法
   であって、前記発光手段と受光手段に夫々必要な検出・
   増幅手段を前記発光手段と受光手段で共用し、切換手段
   を時分割処理して前記検出・増幅手段を前記発光手段又
   は受光手段と電気的に接続することを特徴とするレイン
   センサの保護方法。