JPH1137928A - レインセンサの出力安定化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 検出手段がウインドガラスの外側面に水滴が
付着したものとして信号を出力し、必要でない時にワイ
パが駆動する場合がある。 【解決手段】 ウインドガラスの内面側において全反射
するように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
程度を検出してワイパ駆動装置２０に駆動信号を出力す
るレインセンサであって、水滴がウインドガラスの表面
側に付着していない場合に、受光手段８の増幅回路１７
の出力信号Ｓが一定値になるよう所定のタイミングで、
フィードバック回路１８により増幅回路１７の増幅度を
調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ワイパの駆動を制
御する時に使用するレインセンサの出力安定化方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、レインセンサを応用した制御装置
としては、特開平２−６７９４５号公報に記載のよう
に、投光手段（発光手段）と検出手段（受光手段）と
を、ウインドガラスの内側に対向離間し且つウインドガ
ラスの外側面を払拭するワイパの払拭領域内に位置して
配設し、ワイパの作動前と作動後における検出手段から
の出力信号の出力レベルを基にウインドガラスの外側面
に水滴が付着しているか否かを判断してワイパを作動す
る水滴感応式ワイパ制御装置が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の水滴感
応式ワイパ制御装置においては、ウインドガラスの外側
面に水滴が付着しない場合でも、受光手段からの出力信
号が次のような場合には変動してしまう。例えば、ウイ
ンドガラスの外側面が汚れた場合、発光出力が何等かの
理由で変動した場合（発光源の出力の経時変化他）、周
囲温度の変動による回路の増幅度が変動した場合や外部
雑音が変動した場合などである。従って、上記のような
場合に、受光手段がウインドガラスの外側面に水滴が付
着したものとして信号を出力し、必要でない時にワイパ
が駆動する場合があるという問題点を有している。

【０００４】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、レインセンサの検出信号を所定のタイミングで
監視し、ウインドガラスの外側面に水滴が付着していな
い時には検出信号が一定値になるようにしたレインセン
サの出力安定化方法を提供しようとするものである。

【０００５】

【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
の程度を検出してワイパ駆動装置に駆動信号を出力する
レインセンサであって、水滴が前記ウインドガラスの表
面側に付着していない場合に、前記受光手段の増幅回路
の出力信号が一定値になるように前記増幅回路の増幅度
を調整するものである。

【０００６】前記増幅度の調整は、基準値と前記増幅回
路の出力信号との差信号をフィードバックすることによ
り行う。また、前記フィードバックは、一定時間間隔で
行ったり、ワイパが駆動していない時に行う。

【０００７】また、前記レインセンサが停止状態になる
直前の前記差信号を記憶し、次回の起動時には前記差信
号をフィードバックするとよい。

【０００８】

【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
レインセンサの出力安定化方法を適用した自動車の前部
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出
力安定化方法を実施するための構成図である。

【０００９】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。

【００１０】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。

【００１１】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。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】 ｎ・sinθ−ｎ₀・sinθ₀＝ｍλ／ｄ （ｍ＝0,±1,±2,・・・・・） （１）

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】また、空気とガラスの界面で全反射する角
度を求めるために、スネルの法則を用い以下の計算を行
った。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）。

【００２０】ｎ₀・sinα₀＝ｎ・sinα （２）

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】本発明に係るレインセンサの出力安定化方
法を実施するための構成は、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とからなるレ
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２０を備えてい
る。

【００２８】発光手段７は、ＬＥＤやＬＤなどの発光素
子１０と、発光素子１０の出力光を検出するＰＤなどの
受光検知素子１１と、発光素子１０から所定周波数で変
調した光を出力させる駆動回路１２と、受光検知素子１
１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１３とからなる。また、検出回路１３の出力信号
が発光手段７の駆動回路１２にフィードバックされてい
る。

【００２９】発光手段７では、受光検知素子１１の出力
信号から変調成分に対応する信号を検出回路１３により
取り出し、この信号を発光素子１０の駆動回路１２にフ
ィードバックして発光素子１０の発光出力を所望値に制
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１０の発光出力を所望値に維持することができる。

【００３０】また、受光手段８は、ＰＤなどの受光素子
１５と、受光素子１５の出力信号から発光素子１０の駆
動回路１２による変調成分に対応する信号を取り出す検
出回路１６と、検出回路１６の出力信号を増幅する増幅
回路１７と、水滴がフロントガラス１の表面側に付着し
ていない場合の増幅回路１７の出力信号Ｓを一定値にす
るフィードバック回路１８と、増幅回路１７の出力信号
Ｓを演算処理して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（オン状態）
する制御回路１９からなる。なお、オン状態とは、正論
理であればＨレベル（ハイレベル）、負論理であればＬ
レベル（ロウレベル）を意味する。

【００３１】検出回路１６は、発光素子１０の変調成分
に対応する信号のみを受光素子１５の出力信号から取り
出し、増幅回路１７、制御回路１９を介してワイパ駆動
装置２０に入力するので、例えば真夏日の強烈な太陽光
の下では１５万ルックスになり、一方深夜の暗闇では数
ルックスになる外部光の影響を受けてワイパ制御装置が
誤動作することがない。

【００３２】フィードバック回路１８は、増幅回路１７
の出力信号Ｓを検出（サンプリング）する検出部１８ａ
と、水滴がフロントガラス１の表面側に付着していない
場合の所望な出力信号Ｓに相当する基準電圧ＶRを与え
る基準部１８ｂと、基準電圧ＶRと出力信号Ｓとの差電
圧（ＶR−Ｓ＝ΔＶ）を増幅して増幅回路１７に出力す
る差動増幅器１８ｃからなる。

【００３３】基準電圧ＶRと増幅回路１７の出力信号Ｓ
との差電圧ΔＶをフィードバックするタイミング、即ち
フィードバック回路１８が作動するタイミングは、水滴
がフロントガラス１の表面側に付着していない場合（通
常はワイパ９が駆動していない場合）であって、通常一
定時間間隔で、例えば１分毎に行う。

【００３４】フィードバックを行う時点でワイパ９が駆
動していれば、フィードバック回路１８は作動しない
が、ワイパ９が駆動を停止した時点、或は停止した時点
から一定時間後にフィードバック回路１８を作動させて
フィードバックを行う。この時、ワイパ９が駆動を停止
した後直ちにフィードバックを行うか、或は停止した時
点から一定時間後にフィードバックを行うかは、調整自
在である。

【００３５】増幅回路１７では、フィードバック回路１
８の出力信号を受けて、出力信号Ｓが基準電圧ＶRにな
るように増幅度を変える。従って、フロントガラス１の
外側面が汚れた場合、受光手段８の受光出力が何等かの
理由で変動した場合（発光素子１０の出力の経時変化
他）、周囲温度の変動による回路の増幅度が変動した場
合や外部雑音が変動した場合などにおいても、増幅回路
１７の出力信号Ｓが一定値に維持される。

【００３６】また、レインセンサ２が停止状態（例え
ば、車両のエンジンを停止した状態）になる直前の差電
圧ΔＶをメモリ（不図示）に記憶しておき、次回のレイ
ンセンサ２起動時には前記差電圧ΔＶをフィードバック
することもできる。

【００３７】制御回路１９では、先ず増幅回路１７の出
力信号Ｓを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。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１５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。

【００３８】そして、増幅回路１７の出力信号Ｓが第１
設定レベルＲ１より小さい場合（Ｓ＜Ｒ１）は、第１出
力信号Ｄ１をＨレベルにし、出力信号Ｓが第２設定レベ
ルＲ２より小さい場合（Ｓ＜Ｒ２）は、第２出力信号Ｄ
２をＨレベルにし、更に出力信号Ｓが第３設定レベルＲ
３より小さい場合（Ｓ＜Ｒ３）は、第３出力信号Ｄ３を
Ｈレベルにする。

【００３９】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。

【００４０】そして、制御回路１９の出力信号Ｄ１，Ｄ
２，Ｄ３が全てＨレベルになると、ワイパ９の駆動信号
ＷＤが出力されワイパ９が駆動し始める。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９の駆動信号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９の駆動信号ＷＤは出力を停止する。

【００４１】従って、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。

【００４２】このように、増幅回路１７の出力信号Ｓが
一定値になるように、所定のタイミングでフィードバッ
ク回路１８により増幅回路１７の増幅度が調整されるの
で、出力信号Ｓが予め設定してある設定電圧Ｒ１，Ｒ
２，Ｒ３と制御回路１９で的確に比較され、降雨の状況
に応じたワイパ９の駆動が可能になる。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、水
滴がウインドガラスの表面側に付着していない場合に、
受光手段の増幅回路の出力信号が一定値になるように所
定のタイミングで増幅回路の増幅度を調整するので、ウ
インドガラスの外側面が汚れた場合、受光手段の出力が
何等かの理由で変動した場合、周囲温度の変動による回
路の増幅度が変動した場合や外部雑音が変動した場合な
どにおいても、増幅回路の出力信号が一定値に維持され
る。従って、レインセンサがウインドガラスの外側面に
水滴が付着したものとして信号を出力し、必要でない時
にワイパが駆動することがなく、降雨の状況に応じたワ
イパの駆動ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るレインセンサの出力安定化方法を
適用した自動車の前部の斜視図

【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出力安定化方法を
実施するための構成図

【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…発光素子、１２…駆動
回路、１５…受光素子、１３，１６…検出回路、１７…
増幅回路、１８…フィードバック回路、１９…制御回
路、２０…ワイパ駆動装置。

Claims (5)

【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してワイパ駆動装置に駆動信号を
   出力するレインセンサであって、水滴が前記ウインドガ
   ラスの表面側に付着していない場合に、前記受光手段の
   増幅回路の出力信号が一定値になるように前記増幅回路
   の増幅度を調整することを特徴とするレインセンサの出
   力安定化方法。
2. 【請求項２】 前記増幅度の調整は、基準値と前記増幅
   回路の出力信号との差信号をフィードバックすることに
   より行う請求項１記載のレインセンサの出力安定化方
   法。
3. 【請求項３】 前記フィードバックは、一定時間間隔で
   行う請求項２記載のレインセンサの出力安定化方法。
4. 【請求項４】 前記フィードバックは、ワイパが駆動し
   ていない時に行う請求項３記載のレインセンサの出力安
   定化方法。
5. 【請求項５】 前記レインセンサが停止状態になる直前
   の前記差信号を記憶し、次回の起動時には前記差信号を
   フィードバックする請求項２記載のレインセンサの出力
   安定化方法。