JPS6394135A - 光学式検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光学式検出装置に係り、特に、車両、船舶、
航空機等のウィンドシールド或いは一般建造物の窓ガラ
ス等の表面に付着する雨滴等の液滴及び同表面に生じる
曇りを検出するに通した光学式検出装置に関する。

〔従来技術〕

従来、この種の光学式検出装置においては、例えば、車
両のウィンドシールドの内表面側に雨滴検出装置と曇り
検出装置を配置して、ウィンドシールドの外表面に雨滴
が付着したときこの付着雨滴を雨滴検出装置により光学
的に検出し、また、ウィンドシールドの内表面に曇りが
生じたときこのうりを曇り検出装置により光学的に検出
するようにしである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このような構成においては、雨滴検出装
置と曇り検出装置とが互いに独立的に別体にて形成され
ているため、雨検出装置全体の形状寸法が大きくなりウ
ィンドシールドの内表面側における占有スペースが大き
くなってウィンドシールドを介する前方視野を妨げると
いう不具合がある。

そこで、本発明は、このような不具合に対処すべく、車
両、船舶、航空機等のウィンドシールド或いは一般建造
物の窓ガラス等の表面に付着する雨滴等の液滴及び同表
面に生じる曇りの双方を検出する機能を兼ね備えた単一
の光学式検出装置を提供しようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

かかる問題の解決にあたり、本発明の構成は、車両、航
空機、船舶等のウィンドシールド、一般建造物の窓ガラ
ス等の各種シールドの内表面に向けて開口する開口部を
有し前記内表面近傍に設けられる遮光性ケーシングと、
このケーシング内に配設されて前記開口部を通し前記内
表面に向けこれに対し第１所定角にてビーム状に発光す
る第１発光部と、前記ケーシング内に配設されて前記開
口部を通し前記内表面に向けこれに対し第２所定角にて
ビーム状に発光する第２発光部とを備え、前記第１所定
角を、前記第１発光部からの光を前記内表面にて第１所
定強度以上でもって反射させるように設定し、前記第２
所定角を、前記第２発光部からの光を前記シールド内に
入射させ同シールドの外表面上の付着液滴により第２所
定強度以上にて反射させるように設定し、かつ前記ケー
シング内に配設されて前記内表面及び付着液滴からの各
反射光を受光し第１及び第２の受光信号としてそれぞれ
発生する受光部とを備えるようにしたことにある。

〔作用〕

このように本発明を構成したことにより、前記シールド
の内表面に曇りが生じており、かつ同シールドの外表面
に雨滴等の液滴が付着すると、前記第１発光部からのビ
ーム状の光が、前記シールドの内表面にて前記曇りによ
り拡散反射され、前記ビーム状の光よりも低い光強度を
有する拡散反射光として前記受光部に入射するとともに
、前記第２発光部からのビーム状の光が、前記シールド
内に入射しその外表面に達したとき前記付着液滴により
反射され、ビーム状の反射光として前記受光部に入射す
る。すると、この受光部が前記拡散反射光及びビーム状
の反射光を第１及び第２の受光信号としてそれぞれ発生
する。このことは、前記第１受光信号により前記内表面
に曇りが生じた旨検出でき、かつ前記第２受光信号によ
り前記外表面に液滴が付着した旨検出できたことを意味
する。

〔効果〕

このような作用から容易に理解されるとおり、前記シー
ルドの内表面に生じる云りと、同シールドの外表面に付
着する液滴との双方の光学的な検出が、前記両発光部及
び受光部を上述のような配設にて前記ケーシング内に設
けるという構成のみにて確実に達成され得ることとなり
、その結果、セリ及び液滴の双方の検出回能を兼備した
単一の光学式検出装置を簡単かつコンパクトな形状にて
提供できる。なお、本発明装置全体が前記シールドの内
側に位置しているので、同発明装置の各構成要素が、雨
、風等にさらされることなく、長寿命を維持し得る。ま
た、前記ケーシングが遮光性を有するので、前記受光部
に外乱光が入射することもない。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面により説明すると、第１
図は、本発明に係る光学式検出装Ｈｓが車両用フロント
ウィンドシールド１０に通用された例を示しており、こ
の検出装置Ｓは、フロントウィンドシールド１０の内表
面１０ａの下部に対向して、フロントウィンドシールド
１０の下縁から当該車両の車室内側へ突出するインスト
ルメントパネルの上面に取付けられている。検出装置Ｓ
は、ケーシング２０を備えており、このケーシング２０
は、遮光材料により、第１図及び第２図に示すごとく、
略直方体形状に形成されて、その底壁２１を前記インス
トルメントパネルの上面に固着して垂設されているゆケ
ーシング２０には、その上壁２２から前壁２３の上部に
かけて、開口部が、第１図に示すごと＜、傾斜状に形成
されており、この開口部２４の開口面２４ａはフロント
ウィンドシールド１０の内表面１０ａに対し所定間隔を
付与して平行となっている。

また、検出製雪Ｓは、ケーシング２０内に組付けた一対
の発光体３０．４０を備えており、発光体３０は、ケー
シング２０の後壁２７の近傍にてその左壁２５の上端部
から同左壁２５と右壁２６との左右間隔の中央まで上壁
２２に平行に延出し、一方、発光体４０は、ケーシング
２０の後壁２７の近傍にてその左壁２６の中央部から前
記左右間隔の中央まで上壁２２に平行に延出している。

発光体３０は、三箇の発光素子３１，３２．３３からな
るもので、これら発光素子３１，３２．３３は、その各
発光面３１ａ、３２ａ、３３ａ　（第１図にては発光素
子３２の発光面３２ａのみを示す）を開口部２４を通し
フロントウィンドシールド１０の内表面１０ａに向けて
、ケーシング２０の左壁２５の上端部から前記左右間隔
の中央にかけて列状に相互に固着して配設されている。

一方、発光体４０は、三箇の発光素子４１．４２．４３
からなるもので、これら発光素子４１，４２．４３は、
その各発光面４１ａ、４２ａ、４３ａを開口部２４を通
しフロントウィンドシールド１０の内表面１０ａに向け
て、ケーシング２０の右壁２６の中央から前記左右間隔
の中央にかけて列状に相互に固着して配設されている。

かかる場合、各発光素子３１．３２．３３の各発光軸と
フロントウィンドシールド１０の内表面１０ａとのなす
所定角α（第１図参照）は、４５度となっており、一方
、各発光素子４１，４２゜４３の各発光軸とフロントウ
ィンドシールド１０の内表面１０ａとのなす所定角β（
第２図参照）は、８０度となっている。また、各発光素
子３１゜３２．３３．４１，４２．４３は、それぞれ発
光ダイオードを内蔵しており、これら各発光ダイオード
は、後述する電気回路部８０から各リード線３１ｂ、３
２ｂ、３３ｂ、４１ｂ、４２ｂ、４３ｂを通しそれぞれ
駆動パルスを受けて発光する。

なお、各発光素子３１〜３３．４１〜４３は、その各発
光ダイオードからの光を、各発光面３１ａ〜３３ａ、４
１ａ〜４３ａからその各発光軸に沿いビーム光としてそ
れぞれ射出する。

また、ケーシング２０内には、柱状凸レンズからなる集
光レンズ５０と、平板状反射鏡６０と、平板状イメージ
センサ７０と、平板状電気回路部８０が収容されており
、集光レンズ５０は、発光体４０よりも下方にてケーシ
ング２０の上壁２２に平行に左壁２５と右壁２６との間
に挟持されている。かかる場合、集光レンズ５０の左右
方向（即ち、長手方向）に向かう中心軸を含む面５１（
以下、光軸面５１という）は、フロントウィンドシール
ド１０の内表面１０ａ上にて発光体３０の各発光素子３
１〜３３の発光軸と直交している。

しかして、集光レンズ５０の左方部は、発光体３０から
のビーム光がフロントウィンドシールド１０の内表面１
０ａにて反射されたときこの反射ビーム光を光軸面５１
を通し受光して集光し集光ビームとして下方に直進させ
る。

反射鏡６０は、発光体４０よりも上方にて集光レンズ５
０の光軸面５１に傾斜状に交差するように、ケーシング
２０の右壁２６から前記左右間隔の中央まで上壁２２に
平行に延出しており、この反射ｔｆ１６０の鏡面６１は
ケーシング２０の開口部２４を通しフロントウィンドシ
ールド１０の内表面１０ａに対向している。また、反射
鏡６０の鏡面６１と集光レンズ５０の光軸面５１とのな
す角は、発光体４０からのビーム光がフロントウィンド
シールド１０の外表面１０ｂに付着した雨滴Ｐｒにより
反射されて進む方向と鏡面６１とのなす角に等しくしで
ある。しかして、反射鏡６０は、発光体４０からビーム
光が雨滴Ｐｒにより反射されたときこの反射ビーム光を
鏡面６１にて受光して反射しこの反射ビーム光を集光レ
ンズ５０の光軸面５１を通し下方へ進行させる。このこ
とは、集光レンズ５０の右方部が光軸面５１を通し反射
鏡６０からの反射ビーム光を受光して集光し集光ビーム
として下方へ直進させることを意味する。

イメージセンサ７０は、集光レンズ５０の直下にてケー
シング２０の左壁２５と右壁２６との間に上壁２２に平
行に挾持されており、このイメージセンサ７０の受光面
７１は集光レンズ５０の下面に対向している。かかる場
合、イメージセンサ７０の受光面７１は、二次元的に配
列した複数の画素部によって構成されている。しかして
、イメージセンサ７０は、その受光面７１の左方部（又
は、右方部）にて集光レンズ５０から集光ビームを受光
したときこの受光強度を、第１　（又は第２）のイメー
ジ検出信号として発生する。電気回路部８０はその上面
中央部をイメージセンサ７０の下面に下方から重合して
ケーシング２０の前後左右壁２３，２５，２６．２７間
に挾持されており、この電気回路部８０は、上述した駆
動パルスを発生するとともに、イメージセンサ８０から
の第１（又は第２）のイメージ検出信号を受けて信号処
理する。

以上のように構成した本実施例において、本発明装置を
作動させれば、発光体３０の各発光素子３１．３２．３
３が電気回路部８０からの各駆動パルスに応答する各発
光ダイオードの発光に基き各発光面３１　ａ、　　３２
　ａ、　　３３　ａからその各発光軸に沿いそれぞれビ
ーム光を出射するとともに、発光体４０の各発光素子４
１．４２．４３が発光体３０と同様に各発光ダイオード
の発光に基き各発光面４１ａ、４２ａ、４３ａからその
各発光軸に沿いそれぞれビーム光を出射する。

このような状態において、フロントウィンドシールド１
０の内表面１０ａに曇りが生じておらず、かつ同フロン
トウィンドシールド１０の外表面１ｏｂに雨滴が付着し
ていないものとすれば、発光体３０からの各ビーム光が
、フロントウィンドシールド１０ａに入射して所定角α
との関連で反射され反射ビーム光として集光レンズ５０
の左方部にその受光面５１を通り入射する。すると、集
光レンズ５０の左方部が同人対ビーム光を集光し集光ビ
ーム光としてイメージセンサ７０の左方部に入射させる
。一方、発光体４０からの各ビーム光は所定角βとの関
連でフロントウィンドシールド１０をそのまま直進透過
する。

従って、イメージセンサ７０は、その受光面７１の左方
部にて集光レンズ５０の左方部からの集光ビームを受光
しこの受光強度を第１イメージ検出信号として発生する
。かかる場合、この第１イメージ検出信号の値は、フロ
ントウィンドシールド１０の内表面１０ａに曇りが生じ
ていないために最大となっている。一方、イメージセン
サ７０からの第２イメージ検出信号は未発生のままであ
る。このことは、フロントウィンドシールド１０の内表
面１０ａには曇りが生じておらず、かつ同フロントウィ
ンドシールド１０の外表面１０ｂに雨滴が付着していな
い行検出できたことを意味する。

このような状態にてフロントウィンドシールド１０の内
表面１０ａに第１図及び第２図に示すごと（云りＰｆが
生じると、発光体３０からの各ビーム光が、フロントウ
ィンドシールド１０の内表面１０ａへの入射時に曇りＰ
ｆにより拡散反射され拡散反射光となる。すると、この
拡散反射光の一部のみが集光レンズ５０にその光軸面５
１を通り入射することとなるため、集光レンズ５０から
イメージセンサ７０の受光面７１の左方部に入射する集
光ビームの強度が減少するとともに、イメージセンサ７
０からの第１イメージ検出信号の値が減少する。このこ
とは、ウィンドシールド１０の内表面１０ａに曇りが生
じた行検出できたことを意味する。

また、このような状態にて、フロントウィンドシールド
１０の外表面１０ｂに第１図及び第２図に示すごとく雨
滴Ｐｒが付着すると、発光体４０からの各ビーム光のう
ち発光素子４２からのビーム光が、フロントウィンドシ
ールド１０の外表面１０ｂへの透過時に雨滴Ｐｒにより
反射されて反射ビーム光として反射鏡６０に入射する。

すると、この反射鏡６０がその入射ビーム光を鏡面６１
にて反射し反射ビーム光として集光レンズ５０の右方部
に光軸面５１を通し入射させる。ついで、集光レンズ５
０の右方部がその入射ビーム光を集光し集光ビームとし
てイメージセンサ７０の受光面７１の右方部に入射させ
、このイメージセンサ７０が、その受光面７１の右方部
における受光強度を第２イメージ検出信号として発生す
る。このことは、フロントウィンドシールド１０の内表
面１０ａにおける曇り検出とともに、フロントウィンド
シールド１０の外表面１０ｂに雨滴が付着した旨検出し
得たことを意味する。かかる場合、フロントウィンドシ
ールド１０の内表面１０ａの雨滴Ｐｒに対応する部分に
曇りが生じたとしても、所定角βが８０度に設定されて
いるため、発光体４０からの各ビーム光は、曇りを通り
雨滴Ｐｒにより反射され、充分な光強度を有する反射光
として反射鏡６０に入射するので、集光レンズ５０から
の集光ビーム光、即ち、イメージセンサ７０からの第２
イメージ検出信号の値を、雨滴検出に十分な値として確
保し得る。

以上のような作用から容易に理解されるとおり、フロン
トウィンドシールド１０の内表面１０ａに生じる曇りと
、同フロントウィンドシールド１０の外表面１０ｂに付
着する雨滴との双方の光学的な検出が、イメージセンサ
７０の受光面の広さを有効に活用しこのイメージセンサ
７０を両発光体３０．４０、集光レンズ５０及び反射鏡
６０と共にケーシング２０内に上述のような配置にて設
けるという構成のみにて確実に達成され得ることとなり
、その結果、曇り及び雨滴の双方の検出機能を兼ね備え
た単一の光学式検出装置を簡単かつコンパクトな形状に
て提供できる。かかる場合、ケーシング２０が遮光材料
からなり、かつイメージセンサ８０がケーシング２０の
底壁２１の近傍に位置しているため、好ましくない外乱
光がイメージセンサ７０に入射することもない。また、
イメージセンサ８０が、その小さな外形寸法の割には広
い受光面を有するため、フロントウィンドシールド１０
の前方視野を妨げることなく、その雨滴及び曇りの各検
出領域の拡大及びこの種装面の小型化を図り得る。また
、本発明装置全体がフロントウィンドシールド１０の内
側に位置しているため、本発明装置の各種部品が、雨、
風等にさらされることなく、長寿命を維持し得る。

ところで、上述のように、所定角αを４５度とし、かつ
所定角βを８０度とした根拠について検討する。この検
討にあたり、・フロントウィンドシールド１０の内表面
１０ａにおける反射光相対強度と所定角αとの関係、及
びフロントウィンドシールド１０の外表面１０ｂにおけ
る雨滴付着時の反射光相対強度と所定角βとの関係をそ
れぞれ実験により確認したところ、第３図及び第４図に
て示す各特性曲線Ｌα及びＬβが得られた。これによれ
ば、特性曲線Ｌα上の反射光相対強度は、α〉５５度に
おいて急激に減少し、一方、特性曲線Ｌβ上の反射光強
度は、βく７０度において急激に減少することが分かる
。従って、所定角αは５５度以下であり、かつ所定角β
は７０度〜９０度内にあることが望ましい。以上のこと
から、α＝４５度及びβ＝８０度であれば、フロントウ
ィンドシールド１０の内表面１０ａ及び外表面１０ｂに
おける各反射光相対強度を十分に確保でき、その結果、
上述した作用効果を適正に達成し得ることが理解される
。なお、このようなことは、αを５５度以下の範囲にて
変更し、かつβを７０度〜９０度の範囲内にて変更して
も、成立することは勿論である。

また、前記実施例においては、雨滴を検出する例につい
て説明したが、これに限らず、各種液滴を検出するにあ
たり本発明装置を通用し得る。

また、本発明の実施にあたっては、車両のフロントウィ
ンドシールドに附ることなく、船舶、航空機等の各ウィ
ンドシールド、或いは一般建造物の窓ガラス等の付着雨
滴及び曇りを検出するにあたり本発明装置を通用しても
よい。

また、前記実施例においては、集光レンズ５０からの各
集光ビーム光をイメージセンサ７０により受光する例に
ついて説明したが、これに代えて、上述した各集光ビー
ム光を別々のホトトランジスタによりそれぞれ受光する
ようにしてもよい。

また、前記実施例においては、フロントウィンドシール
ド１０の内表面１０ａ及び反射鏡６０からの各反射光を
単一の集光レンズ５０により集光させるようにしたが、
これに代えて、各反射光を別々の凸レンズによりそれぞ
れ受光するようにしてもよい。

また、前記実施例においては、検出装置Ｓを前記インス
トルメントパネルの上面に垂設するようにしたが、これ
にか限らず、例えば、ケーシング２０の開口部２４の中
心軸を中心として検出装置Ｓを１８０度回軸回転状態に
て支持するようにしてもよい。

また、前記実施例においては、再発光体３０゜４０の各
発光素子の数をそれぞれ三筒ずつとしたが、これに限る
ことなく、再発光体３０．４０の各発光素子の数を適宜
変更して実施してもよい。

また、前記実施例においては、フロントウィンドシール
ド１０の内表面１０ａからの反射光を集光レンズ５０に
直接入射させるとともに、フロントウィンドシールド１
０の外表面１０ｂにおける雨滴による反射光を反射鏡６
０を介して集光レンズ５０に入射させるようにしたが、
これに代えて、フロントウィンドシールド１０の外表面
１０ｂにおける雨滴による反射光を集光レンズ５０に直
接入射させるとともに、フロントウィンドシールド１０
の内表面１０ａからの反射光を反射鏡６０を介して集光
レンズ５０に入射させるように、ケーシング２０の形状
、並びに集光レンズ５０、反射鏡６０．イメージセンサ
７０及び電気回路部８０の配置位置を変更して実施して
もよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は車両のフロントウィンドシールドに通用された
本発明の一実施例を示す側部破断図、第２図は同後部破
断図、第３図は所定角αとフロントウィンドシールドの
内表面における反射光相対強度との関係を示すグラフ、
及び第４図は所定角βとフロントウィンドシールドの外
表面における反射光相対強度との関係を示すグラフであ
る。 符号の説明

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　車両、航空機、船舶等のウインドシールド、一般建造
   物の窓ガラス等の各種シールドの内表面に向けて開口す
   る開口部を有し前記内表面近傍に設けられる遮光性ケー
   シングと、このケーシング内に配設されて前記開口部を
   通し前記内表面に向けこれに対し第１所定角にてビーム
   状に発光する第１発光部と、前記ケーシング内に配設さ
   れて前記開口部を通し前記内表面に向けこれに対し第２
   所定角にてビーム状に発光する第２発光部とを備え、前
   記第１所定角を、前記第１発光部からの光を前記内表面
   にて第１所定強度以上でもって反射させるように設定し
   、前記第２所定角を、前記第２発光部からの光を前記シ
   ールど内に入射させ同シールドの外表面上の付着液滴に
   より第２所定強度以上にて反射させるように設定し、か
   つ前記ケーシング内に配設されて前記内表面及び付着液
   滴からの各反射光を受光し第１及び第２の受光信号とし
   てそれぞれ発生する受光部とを備えた光学式検出装置。