JPH11287868A - 水滴検出センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プリズムが不要で、且つ構造が簡単で、自動
車用ウインドシールドなどの光透過性基板に付着した水
滴を確実に検出する。 【解決手段】 検出用光の反射光量の変化でウインドシ
ールド２に付着した水滴Ｗを検出すると共に、ウインド
シールド２への水滴Ｗの付着音を検知する水滴検出セン
サであって、検出用光をウインドシールド２に入射させ
る発光手段５と検出用光のうちウインドシールド２内を
全反射した光を検出する受光手段６をウインドシールド
２の室内側面に設けると共に、水滴付着音検知器７をウ
インドシールド２の室内側面に設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車用ウインド
シールドなどの光透過性基板に付着する水滴を光と音で
検出する水滴検出センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車のフロントガラスに雨滴が付着し
たことを検知して、ワイパーを自動的に動作させる試み
が従来から行なわれており、このような検知機能を備え
た基板として、図４に示す構造のものがある。

【０００３】即ち、ガラス板等の透明基板１００の表面
にプリズム１０１，１０２を貼着し、プリズム１０１を
介して光源１０３からの光を全反射する角度で透明基板
１００内に導入する。そして、水などの液体が透明基板
１００の表面に存在すると全反射が起こらないように入
射角度を設定しておくと、ガラス表面の全反射点におけ
る液体の有無により全反射の光量が変化するので、この
変化量を受光素子１０４などにより検知することによ
り、液体の存在を知ることができるというものである。

【０００４】そして、特開昭６０−２１６２４５号公報
には、上記の検知方式のように、光源からの光をガラス
板面で全反射させ、これをプリズムを介して受光素子に
入射させていたのでは、検知感度が悪いので、ガラス面
に水滴が付着した時にのみ、当該水滴からの反射光を受
光素子に入射するようにプリズムの角度を設定した内容
が開示されている。

【０００５】また、特開昭６２−１６３９４９号公報に
は、２つの光源を用意し、一方の光源からの光束の検出
面における入射角を全反射の臨界角以上とし、他方の光
源からの光束の検出面における入射角を全反射の臨界角
以下とし、水以外の付着物との識別ができるようにした
構成が開示されている。

【０００６】更に、特開平８−２６１９７４号公報に
は、ガラス板の内部に櫛形の透明電極を配置し、ガラス
板表面に水滴が付着したことによって生じる櫛形の透明
電極間の静電容量の変化を検出し、これに応じて窓の開
閉やヒータの制御を行なうようにした構成が開示されて
いる。

【０００７】また、特表平６−５０９６５２号公報に
は、ウインドシールドの外側表面の水滴を検知し、水滴
に対応してウインドシールド用ワイパの動作を制御する
ために、ウインドシールドの内側表面に、プリズムなど
からなる感知ユニットを２つの粘着性の面を備えた中間
層で接着した構成が開示されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の光学式検知機能
を備えた透明基板にあっては、ガラス中に全反射光を導
入するためにプリズムが必須要件であると共に、このプ
リズムをガラス面に密着させる必要があり、取付作業に
手間がかかる。特に、自動車のウインドシールドガラス
などは湾曲したデザインが多く採用されており、密着さ
せることが困難である。また、プリズムとガラス表面と
の界面での不要な反射をさけるために、屈折率をできる
だけ近づける必要がある（屈折率マッチング）。このた
めにマッチング層を設けることも考えられるが、工程が
増加し、コスト面で不利が生じる。

【０００９】一方、特開平８−２６１９７４号公報のよ
うに、電極間の電気抵抗の変化、電気容量の変化などを
検知して行う方式は、耐久性、感度の面で光学式に劣
り、特に自動車用のフロントガラスにあっては、運転者
あるいは同乗者の視認性に追随した信号であることが重
要であり、光学式のセンサが望ましい。

【００１０】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、プリズムが不要で、且つ構造が簡単で、自動車
用ウインドシールドなどの光透過性基板に付着した水滴
を確実に検出することができる水滴検出センサを提供し
ようとするものである。

【００１１】

【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、検出用光の反射光量の変化で光透過性基板に付
着した水滴を検出すると共に、光透過性基板への水滴の
付着音を検知する水滴検出センサであって、前記検出用
光を前記光透過性基板に入射させる発光手段と前記検出
用光のうち前記光透過性基板内を全反射した光を検出す
る受光手段を前記光透過性基板に設けると共に、水滴付
着音検知手段を前記光透過性基板に設けたものである。

【００１２】

【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
水滴検出センサを装着した自動車前部の斜視図、図２は
本発明に係る水滴検出センサの構成説明図、図３は本発
明に係る水滴検出センサをワイパ制御に適用した構成図
である。

【００１３】図１に示すように、水滴検出センサ１は、
自動車のウインドシールド２の室内側面であって、外側
面を払拭するワイパ３の払拭領域に対向する部位に接着
部材４，１０で取付けられている。なお、ウインドシー
ルド２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ている。

【００１４】本発明に係る水滴検出センサ１は、図２に
示すように、発光手段５と受光手段６を備え、ウインド
シールド２の室内側面で所定の間隔を設け、発光手段５
の発光面をウインドシールド２に対向させると共に、接
着部材４に埋設するようにして発光手段５を固定し、同
様に受光手段６の受光面をウインドシールド２に対向さ
せると共に、接着部材４で受光手段６を固定している。

【００１５】所定の間隔を設けて発光手段５と受光手段
６をウインドシールド２の室内側面に固定するのは、発
光手段５から受光手段６に至る光路長をなるべく短くし
て発光手段５から出射した検出用光の損失を所定レベル
以下に維持しつつ、所定の検出面積（全反射点数）をウ
インドシールド２の外側面に確保するためである。

【００１６】更に、水滴検出センサ１は、発光手段５と
受光手段６の間で、ウインドシールド２の室内側面に、
ウインドシールド２の外側面に水滴Ｗが付着する時の付
着音を検知する水滴付着音検知器７を設けている。

【００１７】また、発光手段５と受光手段６と水滴付着
音検知器７は、底面を開放した箱状のガラス、樹脂や金
属などからなるケース部材９により覆われている。ケー
ス部材９は、シール部材としても機能する接着部材１０
によりウインドシールド２の室内側面に固定され、ケー
ス部材９とウインドシールド２で密閉空間を形成してい
る。ケース部材９とウインドシールド２で形成される密
閉空間には、モレキューラーシーブ等の脱水剤１３又は
乾燥空気が封入されている。

【００１８】ケース部材９の内面には、水滴検出信号処
理部８が配設され、水滴検出信号処理部８に受光手段６
と水滴付着音検知器７が電気的に接続されている。水滴
検出信号処理部８は、発光手段５と受光手段６による水
滴検出信号と水滴付着音検知器７による水滴検出信号か
らウインドシールド２の外側面に付着した水滴Ｗの量を
演算処理して信号を出力する。

【００１９】接着部材４としては、エポキシ接着部材や
紫外線硬化性のエポキシ接着部材など、ウインドシール
ド２の屈折率（１．４８）とほぼ等しい屈折率を有する
ものを選定している。また、発光手段５及び受光手段６
をシリコン系透明接着シートでウインドシールド２の室
内側面に固着させた後に、接着部材４で発光手段５及び
受光手段６を固定することもできる。

【００２０】また、発光手段５及び受光手段６をウイン
ドシールド２に固定するために盛った接着部材４を覆う
遮光部材１１，１２を設けている。遮光部材１１，１２
は、接着部材４を光学的に遮蔽するための樹脂であり、
一方の遮光部材１１は発光手段５から不要な方向に光が
漏れるのを防ぐ役割を果たし、他方の遮光部材１２は外
部光などが直接受光手段６に入るのを防ぐ役割を果た
す。従って、発光手段５から漏れる光がウインドシール
ド２の内部を伝播せずに、直接受光手段６に入ることは
ない。

【００２１】また、遮光部材１１，１２の接着部材４と
の接触面、即ち発光手段５及び受光手段６と対向する遮
光部材１１，１２の面に反射性能を持たせるとよい。ま
た、遮光部材１１，１２の接着部材４との接触面、即ち
発光手段５及び受光手段６と対向する遮光部材１１，１
２の面を凹鏡面に形成することもできる。

【００２２】このように遮光部材１１，１２の接着部材
４との接触面に反射性能を持たせたり、接触面を凹鏡面
に形成することにより、発光手段５から後方に出射した
光を集めてウインドシールド２の方向へ進ませて検出用
光として利用できる。更に、ウインドシールド２の内部
を伝播してきたものの受光手段６に直接入射できなかっ
た検出用光を遮光部材１２に反射させて受光手段６に入
射させることもでき、光の有効利用が図れる。

【００２３】発光手段５は、図３に示すように、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１５と、発光素子１５から所定周波数で変調し
た光を出力させる駆動回路１６と、発光素子１５の出力
レベルをモニタするフォトダイオード（ＰＤ）などの受
光素子１７と、受光素子１７の出力信号から変調成分に
対応する信号を取り出し駆動回路１６にフィードバック
する検出回路１８などからなる。駆動回路１６では、検
出回路１８の出力信号が所望の出力レベルを維持するよ
うに発光素子１５に流す駆動電流を制御している。

【００２４】受光手段６は、図３に示すように、検出用
光を電気信号に変換するＰＤなどの受光素子１９と、受
光素子１９の出力信号から発光素子１５の駆動回路１６
による変調成分に対応する信号を取り出す検出回路２０
と、検出回路２０の出力信号を増幅や演算処理する増幅
回路２１を備えている。

【００２５】水滴付着音検知器７は、図３に示すよう
に、水滴付着音を電気信号に変換する振動子２２と、専
用ＩＣやメモリなどからなる信号処理部２３を備えてい
る。増幅回路２１と信号処理部２３は、ともに水滴検出
信号処理部８に接続され、水滴検出信号処理部８はワイ
パ駆動部２４に接続されている。

【００２６】以上のように構成した水滴検出センサ１の
作用について説明する。発光手段５から出射した光は、
発光素子１５がＬＥＤの場合には、ほぼ四方八方に放射
され、発光素子１５がＬＤの場合には、ほぼ一方向に放
射される。これらの光は、接着部材４を通してウインド
シールド２の内部に入る。接着部材４として、ウインド
シールド２の屈折率とほぼ等しい屈折率のものを選定し
たので、発光手段５から出射した光は接着部材４とウイ
ンドシールド２との界面で屈折することなく直進する。

【００２７】そして、図２に示すように、ウインドシー
ルド２の内部に臨界角未満の入射角で入った光は、ウイ
ンドシールド２を通過して外部に抜ける。一方、ウイン
ドシールド２の内部に臨界角以上の入射角で入った光
は、ウインドシールド２の外側面と空気との界面及びウ
インドシールド２の室内側面と空気との界面を交互に全
反射しながらウインドシールド２の内部を伝播する。そ
して、ウインドシールド２の内部で全反射した光は、受
光手段６に入射する。

【００２８】ここで、空気とガラスとの界面で全反射が
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（１）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）。

【００２９】 ｎ₀・ｓｉｎα₀＝ｎ・ｓｉｎα （１）

【００３０】ガラスの屈折率ｎをｎ＝１．４８とし、空
気の屈折率ｎ₀をｎ₀＝１とした場合、空気とガラスとの
界面であってガラス内部で全反射するための入射角αの
条件は、屈折角α₀が、α₀≧９０°となればよいので、
その時の入射角αは、数式（１）より、α≧４２．５°
となる。従って、入射角αが、臨界角（４２．５°）以
上であれば、ガラス媒質中での全反射が起こる。

【００３１】一方、水がガラス面に付着した場合でも、
水とガラスとの界面であってガラス内部で全反射するた
めの入射角αの条件は、水の屈折率をｎ₀＝１．３３と
して、同様の計算を行うと、α≧６４．０°となる。従
って、入射角αが、臨界角（６４．０°）以上であれ
ば、ガラス媒質中での全反射が起こる。

【００３２】従って、入射角αが、４２．５°から６
４．０°の範囲（４２．５°≦α≦６４．０°）であれ
ば、水がガラスに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、光はガラス内
部から水を介して外部に漏れることになる。

【００３３】このような反射を起こさせるために、発光
手段５を固着する位置を調整して入射角αの条件（４
２．５°≦α≦６４．０°）を満たすように、発光手段
５から出射する光の入射角を設定した。また、受光手段
６に反射光が入る入射角も発光手段５の場合と対称の関
係になるので、反射光を漏れなく受光するように受光手
段６を固着する位置を調整した。

【００３４】従って、ウインドシールド２の外側面に水
滴Ｗが付着している場合には、伝播途中の光は水滴Ｗを
通してウインドシールド２の外部に抜けてしまい、受光
手段６に到達する光量が減少する。そこで、この光量の
減少分を検出回路２０で検出し、増幅回路２１で演算処
理すると、水滴Ｗの付着の程度が分かる。

【００３５】本発明では、入射角αの条件（４２．５°
≦α≦６４．０°）を満たす範囲で入射する光を全て利
用するため、ウインドシールド２の面に付着する水滴Ｗ
を離散的な光の反射点ではなく、多数の反射点の集合で
ある面に付着する水滴Ｗを検出するので、離散的な反射
点に付着する水滴Ｗを検出する場合に比べ、ウインドシ
ールド２の外側面に付着する水滴Ｗの検出確度が向上す
る。

【００３６】また、水滴付着音検知器７に対向するウイ
ンドシールド２の外側面に水滴Ｗが付着する場合には、
その水滴Ｗがウインドシールド２の外側面と衝突する時
に生ずる付着音が振動子２２により検知され、信号処理
部２３で演算処理すると、水滴Ｗの付着の程度が分か
る。

【００３７】そして、図３に示すように、受光手段６
は、水滴Ｗの付着量に相当する出力信号を、水滴検出信
号処理部８に入力する。一方、水滴付着音検知器７は、
水滴Ｗの付着音に相当する出力信号を、水滴検出信号処
理部８に入力する。

【００３８】ウインドシールド２の外側面における光の
反射特性を利用して水滴Ｗの付着量を検出する場合に
は、ウインドシールド２の外側面に付着する塵埃や煤煙
などの汚れも水滴Ｗと同様に検知してしまう。一方、水
滴Ｗがウインドシールド２の外側面と衝突する時に生ず
る付着音を利用して水滴Ｗの付着量を検知する場合に
は、ウインドシールド２の外側面に付着する塵埃や煤煙
などの汚れについては検知しない。

【００３９】従って、水滴検出信号処理部８において、
受光手段６の水滴検出信号と水滴付着音検知器７の水滴
検出信号を比較すれば、水滴Ｗがウインドシールド２の
外側面に付着したのか、或いは塵埃や煤煙などの汚れが
付着したのか区別することができる。

【００４０】そこで、受光手段６と水滴付着音検知器７
がともに所定レベルの信号を出力した場合にのみ、水滴
検出信号処理部８はワイパ駆動部２４に受光手段６の水
滴検出信号を入力する。その他の場合には、水滴Ｗがウ
インドシールド２の外側面に付着していないものと判断
し、水滴検出信号処理部８はワイパ駆動部２４に受光手
段６の水滴検出信号を入力しない。

【００４１】ワイパ駆動部２４では、入力された水滴検
出信号から水滴Ｗの付着量が設定値以上の場合には、水
滴Ｗの付着量に応じた間隔でワイパ３を作動状態にし、
一方検出された水滴Ｗの付着量が設定値未満になった場
合には、ワイパ３を停止状態にする。

【００４２】なお、本発明に係る水滴検出センサを構成
する光透過性基板としては、水滴による衝突音が生じる
ものであって、自動車用ウインドシールド２の他に、自
動車のリアウインドやドアーミラーなどのガラス基板、
鉄道、船舶や航空機などのウインドガラス、建造物のウ
インドガラス、道路に設置されるカーブミラーなど、光
を通すガラスや樹脂などであれば適用できる。

【００４３】そして、水滴検出センサ１の水滴検出信号
は、自動車のウインドシールド２に設置するワイパ３の
他に、リアウインドやドアーミラーなど設置するワイパ
の制御信号、また自動車のリアウインド、ドアーミラー
や道路に設置されるカーブミラーなどに設置する曇止め
用熱線の起動信号として使用することができる。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、水
滴が付着することによる反射光量の変化と水滴が付着す
る時に生ずる付着音を検知するので、水滴の付着か塵埃
や煤煙などの汚れかを区別でき、水滴付着の検出確度が
向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る水滴検出センサを装着した自動車
前部の斜視図

【図２】本発明に係る水滴検出センサの構成説明図

【図３】本発明に係る水滴検出センサをワイパ制御に適
用した構成図

【図４】従来の水滴検出センサの構成図

【符号の説明】

１…水滴検出センサ、２…ウインドシールド（光透過性
基板）、３…ワイパ、４，１０…接着部材、５…発光手
段、６…受光手段、７…水滴付着音検知器（水滴付着音
検知手段）、８…水滴検出信号処理部、９…ケース部
材、１１，１２…遮光部材、Ｗ…水滴。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 検出用光の反射光量の変化で光透過性基
   板に付着した水滴を検出すると共に、光透過性基板への
   水滴の付着音を検知する水滴検出センサであって、前記
   検出用光を前記光透過性基板に入射させる発光手段と前
   記検出用光のうち前記光透過性基板内を全反射した光を
   検出する受光手段を前記光透過性基板に設けると共に、
   水滴付着音検知手段を前記光透過性基板に設けたことを
   特徴とする水滴検出センサ。