JPH1137925A

JPH1137925A - 液滴検出装置

Info

Publication number: JPH1137925A
Application number: JP9195537A
Authority: JP
Inventors: Shuhei Tanaka; 修平田中; Tadashi Koyama; 正小山; Keiji Tsunetomo; 啓司常友; Hideki Imanishi; 秀樹今西
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 1997-07-22
Filing date: 1997-07-22
Publication date: 1999-02-12

Abstract

(57)【要約】【課題】１つの発光手段を用いて、ガラス板等の外側
面に付着した雨滴と、室内側面に付着した結露水を検出
する【解決手段】発光素子６からの光線７は回折格子５に
よって、第１の分割光７ａと第２の分割光７ｂに分けら
れ、それぞれの分割光７ａ，７ｂはフロントガラス１内
及びガラス基板４内を全反射しつつ伝搬し、回折格子
９，１１を受光素子８，１０に出射するが、フロントガ
ラス１の表面の全反射点に雨滴Ｗが付着していると、全
反射の光量が減少し、受光素子８にて検知する光量も減
少するので、これにより雨滴が付着したことを検知し、
ワイパーの間欠運転を開始する。一方、ガラス基板４の
内表面の全反射点に結露による水滴Ｗ’が付着している
と、全反射の光量が減少し、受光素子１０にて検知する
光量も減少するので、これにより結露が生じていること
を検知し、エアコンのスイッチをオンにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は雨滴や結露などの液
体の有無、単位面積当たりの液滴の個数、量などを高精
度で検知する機能を備えた液滴検出装置に関する。

【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、検知方式としては、大きく
分けて電極間の電気抵抗の変化や電気容量の変化で検知
する方式と、反射光量の変化等を利用して光学的に検知
する方式がある。

【０００３】電極間の電気抵抗の変化や電気容量の変化
で検知する方式は、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。

【０００４】一方、光学式のセンサにあっても、自動車
用のフロントガラスに付着する結露を検出してしまい、
ワイパーを誤作動させることがある。そこで、特開平２
−７０５５４号公報及び特開平２−７０５５５号公報に
開示されるものがある。これら公報には、車両のウイン
ドガラスの外側面に一方の水滴検出センサを取付け、室
内側に結露等を検出する他方の水滴検出センサを配置し
ている。そして、一方の水滴検出センサを直接型検出タ
イプとし、他方の水滴検出センサを水滴からの反射光を
検出する反射型検出タイプとしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記先行技術にあって
は、一方の水滴検出センサと他方の水滴検出センサとが
ウインドガラスの外側と内側に別個に設けられているた
め、それぞれのセンサに発光素子を必要とする不利があ
る。

【０００６】また特に、室内側面の結露水を検出する水
滴検出センサは、受光素子にて水滴からの反射光を検出
する構成となっているので、室外側に付着した雨滴と室
内側面の結露水とを区別して検出することができず、ま
た結露水以外の物体（微細なゴミ等）が付着した場合も
検出してしまう。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、第１の透明基板と、この第１の透明基板に対
し取付けられる第２の透明基板と、前記第１の透明基板
及び第２の透明基板に向けて光を照射する発光手段と、
この発光手段からの光を第１の透明基板内を全反射しつ
つ伝搬する第１の分割光と第２の透明基板内を全反射し
つつ伝搬する第２の分割光とに分割する分割用光学素子
と、前記第１の分割光を受光する第１の受光手段と、前
記第２の分割光を受光する第２の受光手段ととで液滴検
出装置を構成した。尚、前記第１の分割光を第１の受光
手段に出射させるための第１の出射用光学素子と、前記
第２の分割光を第２の受光手段に出射させるための第２
の出射用光学素子を付加することが可能である。但し、
受光素子を透明基板に張り付ける際に透明基板の屈折率
と近似した屈折率の接着剤を用いる場合には、出射用光
学素子を省略することができる。

【０００８】前記第１の透明基板としては合せガラスの
室外側のガラス板が考えられ、前記第２の透明基板はと
しては合せガラスの室内側のガラス板が考えられる。ま
た、前記第１の透明基板としてはウインドシールド用ガ
ラス板が考えられ、前記第２の透明基板としてはウイン
ドシールド用ガラス板の内側面に取付けられる比較的小
さな透明板が考えられる。

【０００９】また、前記第１の透明基板と第２の透明基
板との間に、密閉空間を形成することで、第１の分割光
によって雨滴を検出し、第２の分割光によって結露水を
検出するにあたり、外乱を防止することができる。特に
密閉空間内に乾燥空気を封入するか、乾燥剤を入れてお
くことで、密閉空間の壁面において結露することを防止
することができる。

【００１０】更に、前記光学素子としてはプリズムでも
よいが、自動車のウインドシールドガラスとして湾曲し
たデザインが多く採用されていることを考慮した場合、
必ずしも最適なものとは言えない。そこで、前記光学素
子としてはガラス基板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される回折格子
が好ましい。

【００１１】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。

【００１２】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
１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。

【００１３】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。ｎ・sinθ−ｎ₀・sinθ₀＝ｍλ／ｄ（ｍ＝0,±1,±2,・・・・・）（１）

【００１４】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。

【００１５】以上のように、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。

【００１６】回折格子の一般的な作製方法としては、柔
らかいアルミニウムなどの金属をダイアモンドの針によ
り、精密に溝を切り、これを原盤としてガラスなどの透
明板表面に塗布したエポキシ樹脂などに転写することに
より得る。または、ガラスなどの透明板表面に塗布した
光感光性の樹脂に２光束干渉により露光をし、露光部分
のみをエッチングする、あるいは未露光部分のみをエッ
チングすることにより、微細な溝形状を実現している。

【００１７】上述した製法による回折格子を、本発明に
適用することができるのであるが、エポキシ樹脂に転写
した回折格子や、光感光性樹脂上に形成した回折格子
は、耐候性、機械的強度が要求される用途に使用するこ
とはやや問題が残ることになる。さらに、大型の窓ガラ
ス、ウインドシールドガラスを対象とした場合、上述の
転写技術、露光技術の適用は困難が伴い、実用面で適切
ではない。

【００１８】そこで更に好ましくは、レーザ光によりガ
ラス表面を部分的に蒸発させるアブレーション現象を利
用して、回折格子をレーザ加工法によりガラス等の透明
板上に直接形成する。

【００１９】アブレーション現象はガラスがレーザ光エ
ネルギーを吸収して起こる現象であり、ガラス基板の表
面から所定の深さまでＡg原子、ＡgコロイドまたはＡg
イオンの形態で銀を含有せしめ、更に銀の濃度はレーザ
加工される表面における濃度を最も高く、所定の深さま
で徐々に銀の濃度が低くなるように濃度勾配を持たせて
おくと、表層部から内部に向かってアブレーション現象
が順次生じるので、加工時に割れや欠けが生じにくくな
る。

【００２０】ガラス基板表面に銀を導入する方法として
は、以下の方法がある。（１）１価のアルカリイオンを含むガラス基板を、銀イ
オンを含有する溶融塩中に浸漬してイオン交換を行う方
法。（２）硝酸銀などの銀を含有する塩をタルク等と混合し
たもの、または銀の粉末をペースト状にしたものをガラ
ス基板表面に塗布し加熱する方法。

【００２１】前記レーザ光としては、目的とする溝間隔
と同じ周期性を持つレーザ光を用い、微細な溝を直接ガ
ラス上に形成するものである。周期的な強度分布を持
つレーザ光を得る方法としては、図２（ａ）に示すよう
に、ガラス基板の表面にマスクを設け、このマスクにレ
ンズを介してレーザ光を照射する方法、或いは図２
（ｂ）に示すように、レーザ光をビームスプリッタによ
り２つに分け、ある角度を持たせて再び重ね合わせるこ
とで、その重なり合った部分に周期的な光強度分布を形
成する方法などを適用できる。

【００２２】

【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。図３は本発明に係る液滴検出
装置を適用した自動車の前部の斜視図、図４は液滴検出
装置を取付けた状態の拡大図であり、自動車のフロント
ガラス１の室内側面に液滴検出装置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。尚、フロントガラスは、
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。

【００２３】一方、液滴検出装置２はガラス基板４の一
端面に分割用光学素子としての回折格子５が形成されて
いる。この回折格子５により発光素子６からの光線７は
フロントガラス１内を全反射しつつ伝搬する第１の分割
光７ａとガラス基板４内を全反射しつつ伝搬する第２の
分割光７ｂとに分割される。

【００２４】また、前記接着剤３は全面に塗布せず間を
あけて塗布することで、ガラス基板４とフロントガラス
１との間に密閉空間Ｓを設けるようにし、この密閉空間
Ｓ内は真空とされるか乾燥空気、窒素ガス、不活性ガス
或いは乾燥剤を封入している。乾燥剤としては粉末状に
限らずタブレット状であってもよい。このように、密閉
空間Ｓ内に乾燥空気または乾燥剤を入れることで、密閉
空間Ｓ内表面に結露等による水滴が付着することがな
く、したがって、密閉空間Ｓ内表面に付着する水滴を検
知して誤作動を起こすことがない。

【００２５】また、ガラス基板４の室内側面には第１の
分割光７ａを受光素子８に出射させる回折格子９と、前
記第２の分割光７ｂを受光素子１０に出射させる回折格
子１１を形成している。尚、受光素子８，１０について
は図では回折格子９，１１から離しているが、密着させ
てもよい。

【００２６】次に、ガラス基板４の表面に回折格子５，
９，１１を形成するための条件について説明する。先
ず、良好なレーザ加工性を得るために、イオン交換法に
てガラス基板４の表面に銀の導入を以下の手順で行っ
た。Ａgイオン交換を行う溶融塩は、Ａgイオン交換を行
う溶融塩は、硝酸銀と硝酸ナトリウムを５０mol%−５０
mol%で混合したものを用い、石英製の反応容器中に前記
ガラス基板を３０分間浸漬した。溶融塩の温度は電気炉
中で２８５℃に保ち、反応雰囲気は空気であった。この
処理を行うことにより、ガラス表面のＮa⁺イオンが溶出
し、塩中に含まれるＡg⁺イオンがガラス表面から内部に
拡散した（いわゆるイオン交換が生じる）。Ａgが拡散
した層の厚さをＸ線マイクロアナライザで測定すると、
約１０μｍであった。このようにして作製されたガラス
基板は、良好なレーザ加工性を有している。

【００２７】次に、周期的な強度分布を持ったレーザ光
による加工については、前記図２（ｂ）に示した２本の
レーザ光線の干渉を利用した。即ち、本実施例では、２
本の波長３５５ｎｍのレーザビームの入射角が２０°に
なるような光学系を構成した。このときの光強度分布の
周期は約１０２０ｎｍになる。その２本のレーザビーム
が重なり合った部分にガラスの一方の表面がくるように
設定し、レーザ光を照射するとガラス基板表面でアブレ
ーションが起きた。図２（ｂ）中のレンズは、ガラス基
板面上でのエネルギー密度を上げるために使用したもの
であり、アブレーションが起きたときのパルス当たりの
エネルギー密度は約３０Ｊ／ｃｍ²であった。作製した
回折格子の周期を測定したところ、予想された周期とほ
ぼ一致した。

【００２８】以上において、発光素子６からの光線７は
回折格子５によって、第１の分割光７ａと第２の分割光
７ｂに分けられ、それぞれの分割光７ａ，７ｂはフロン
トガラス１内及びガラス基板４内を全反射しつつ伝搬
し、回折格子９，１１を受光素子８，１０に出射する
が、フロントガラス１の表面の全反射点に雨滴Ｗが付着
していると、全反射の光量が減少し、受光素子８にて検
知する光量も減少するので、これにより雨滴が付着した
ことを検知し、ワイパーの間欠運転を開始する。

【００２９】同様にガラス基板４の内表面の全反射点に
結露による水滴Ｗ’が付着していると、全反射の光量が
減少し、受光素子１０にて検知する光量も減少するの
で、これにより結露が生じていることを検知し、エアコ
ンのスイッチをオンにする。

【００３０】図５は別実施例を示す図４と同様の図であ
り、この実施例にあっては、液滴検出装置２０を合せガ
ラス自体に形成している。即ち、第１の透明基板を合せ
ガラスの外側ガラス板２１とし、第２の透明基板を合せ
ガラスの内側ガラス板２２とし、これら外側ガラス板２
１と内側ガラス板２２との間に発光素子２６からの光線
２７を、の分割光２７ａと第２の分割光２７ｂとに分割
する回折格子２５を配置し、また外側ガラス板２１と内
側ガラス板２２とを貼り合わせる中間膜２３の一部を切
欠して密閉空間Ｓを形成し、第１の分割光２７ａと第２
の分割光２７ｂがこの密閉空間Ｓの部分で全反射しつつ
外側ガラス板２１内及び内側ガラス板２２内を伝搬する
構成とされている。

【００３１】また、内側ガラス板２２の内表面には、第
１の分割光２７ａを第１の受光素子２８に出射せしめる
回折格子２９と、第２の分割光２７ｂを第２の受光素子
３０に出射せしめる回折格子３１が、前記同様レーザ光
を利用して形成されている。

【００３２】そして、この実施例の場合も前記実施例と
同様に、外側ガラス板２１の表面の全反射点に雨滴Ｗが
付着すると、受光素子２８での受光光量が少なくなり、
内側ガラス板２２の内表面の全反射点に水滴Ｗ’が付着
すると、受光素子３０での受光光量が少なくなるので、
これを検知して、ワイパーやデフロスタを駆動する。

【００３３】

【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
１つの発光手段を用いて、ガラス板等の外側面に付着し
た雨滴と、室内側面に付着した結露水を検出することが
できる。しかも、雨滴を検出する光線と、結露水を検出
する光線とを光学素子によって分けたので、雨滴と結露
水とを明確に区別して検出できるので、ワイパーの誤作
動を招くようなことがない。

【００３４】そして、雨滴と結露水とを別々に検出でき
るので、それぞれに適合した操作、例えば室内の換気、
エアーコンディションスイッチのオン・オフ等の操作を
自動的に行うことができる。

【００３５】また、本発明に係る液滴検出装置は積層構
造になるので、自動車用のウインドシールドに適用した
場合には、視界を遮る面積を極めて小さくすることがで
き、更に一体型の構造であるので、取り付けも１回で済
む利点がある。

【００３６】また、光学素子として回折格子を用いるこ
とで、プリズムをガラス面上に貼り付ける場合と比較し
て、密着性、接着剤の耐候性、接着剤とガラスの間の屈
折率の整合性などの点を解決することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】回折格子の作用を説明した図

【図２】（ａ）及び（ｂ）は回折格子の製造法の一例を
示す図

【図３】本発明に係る透明基板を適用した自動車の前部
の斜視図

【図４】センサ装置を取付けた状態の拡大図

【図５】別実施例を示す図４と同様の図

【符号の説明】

１…フロントガラス、２，２０…液滴検出装置、３…接
着剤、４…ガラス基板、５，９，１１，２５，２９，３
１…回折格子、８，１０…受光素子、６，２６…発光素
子、７，２７…発光素子からの光線、７ａ，２７ａ…第
１の分割光、７ｂ，２７ｂ…第２の分割光、２１…合せ
ガラスの外側ガラス板、２２…合せガラスの内側ガラス
板、Ｗ…雨滴、Ｗ’…結露による水滴、Ｓ…密閉空間。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者今西秀樹大阪府大阪市中央区道修町３丁目５番11号日本板硝子株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の透明基板と、この第１の透明基板
に対し取付けられる第２の透明基板と、前記第１の透明
基板及び第２の透明基板に向けて光を照射する発光手段
と、この発光手段からの光を第１の透明基板内を全反射
しつつ伝搬する第１の分割光と第２の透明基板内を全反
射しつつ伝搬する第２の分割光とに分ける分割用光学素
子と、前記第１の分割光を受光する第１の受光手段と、
前記第２の分割光を受光する第２の受光手段とを備える
ことを特徴とする液滴検出装置。
【請求項２】請求項１に記載の液滴検出装置におい
て、この液滴検出装置は、前記第１の分割光を第１の受
光手段に出射させる第１の出射用光学素子と、前記第２
の分割光を第２の受光手段に出射させる第２の出射用光
学素子とを備えることを特徴とする液滴検出装置。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載の液滴検
出装置において、前記第１の透明基板は合せガラスの室
外側のガラス板であり、前記第２の透明基板は合せガラ
スの室内側のガラス板であることを特徴とする液滴検出
装置。
【請求項４】請求項１または請求項２に記載の液滴検
出装置において、前記第１の透明基板はウインドシール
ド用ガラス板であり、前記第２の透明基板はウインドシ
ールド用ガラス板の内側面に取付けられた透明板である
ことを特徴とする液滴検出装置。
【請求項５】請求項１乃至請求項４に記載の液滴検出
装置において、前記光学素子は回折格子であり、この回
折格子は第２の透明基板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前記第２の透明基板表
面に直接形成されていることを特徴とする液滴検出装
置。
【請求項６】請求項１乃至請求項５に記載の液滴検出
装置において、前記第１の透明基板と第２の透明基板と
の間には、密閉空間が形成されていることを特徴とする
液滴検出装置。
【請求項７】請求項６に記載の液体検出機能を備えた
透明基板において、前記密閉空間内は真空とされるか乾
燥空気、窒素ガス、不活性ガス或いはこれらガスととも
に乾燥剤が封入されていることを特徴とする液滴検出装
置。