WO2004017053A1 - 結露検出装置 - Google Patents

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WO2004017053A1
WO2004017053A1 PCT/JP2003/009988 JP0309988W WO2004017053A1 WO 2004017053 A1 WO2004017053 A1 WO 2004017053A1 JP 0309988 W JP0309988 W JP 0309988W WO 2004017053 A1 WO2004017053 A1 WO 2004017053A1
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glass
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reflection
dew condensation
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PCT/JP2003/009988
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Harunori Murakami
Satoshi Furusawa
Mikio Sasaki
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Nippon Sheet Glass Co.,Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for detecting the degree of dew condensation caused by water droplets attached to a glass surface by using light introduced into a glass and repeatedly undergoing total reflection.
  • the present invention relates to a dew condensation detecting device in which light is reflected back by a micromirror array having a plurality of oblique reflection surfaces arranged at intervals. This technology is particularly effective for detecting condensation that forms on the interior surface of the vehicle windshield. It can also be applied to detect water droplets (raindrops) attached to the exterior surface of the windshield.
  • the detection signal can be used to automatically control the operation of the air conditioner to remove the condensation. As a result, it is possible to secure a good visibility required for driving without burdening the driver with extra operations.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-193 759 describes that “detection light from a light emitting element is introduced into a laminate in which two transparent plate-like bodies are adhered, and that two A device that causes the detection light of the light flux to travel so as to be totally reflected and receives the detection light of the two light fluxes by a light receiving element to detect raindrops and dew condensation ”is shown.
  • the detection light of the two light fluxes is generated by a hologram provided between the two transparent plate-like members and the detection light totally reflected between one of the transparent plate-like members and the holo-drama. The detection light totally reflects between the other transparent plate and the hologram, the raindrop is detected by one detection light, and the dew condensation is detected by the other detection light ''. .
  • a total reflection hologram is provided on the interlayer film of the laminated body (for example, a laminated glass for vehicles) so that the light is repeatedly totally reflected.
  • the dew condensation is detected by light traveling in the glass inside the car. It also discloses a configuration in which a light emitting element and a light receiving element are juxtaposed on the same side, and a means for returning light is provided on the opposite side.
  • a folding hologram is disclosed as a means for returning light.
  • the hologram for total reflection or the hologram for folding used in the above-mentioned conventional technology is a holographic grating formed by recording interference fringes of two light beams on a photosensitive material. Since this is a kind of diffraction grating, the reflection angle is essentially wavelength-dependent. Therefore, the detection light must be monochromatic light without wavelength fluctuation. At the moment, however, no suitable light-emitting element has been found.
  • Light-emitting diodes which are one of the most common light-emitting elements, are inexpensive and have high luminous efficiency, but have a wide wavelength range of emitted light.
  • the interior of the vehicle depends on the region, Depending on the time of day, the temperature varies significantly from below freezing to around 80 ° C on the high temperature side.
  • Semiconductor diodes which are frequently used as light-emitting elements that output monochromatic light, have poor wavelength-temperature characteristics, and as a result, optical path fluctuations occur when reflected by a diffraction grating.
  • the detection device becomes larger and the power consumption increases. Then, as a result, the heat capacity of the main body of the detection device (the light-emitting element, the light-receiving element, and the optical components associated therewith) increases, and the detection apparatus has a large heat source. For this reason, a difference occurs in the dew condensation on the windshield surface between the detection device main body and its vicinity and an area where nothing is provided and is necessary for securing the visibility, and the detection accuracy is reduced.
  • the dew condensation detection surface must be far away from the main body of the detection device. Then, the propagation distance of the light introduced into the glass becomes longer, and as a result, the detected light amount obtained by the light receiving element becomes weaker, and the SN ratio of the signal change becomes worse.
  • green-colored glass having a high heat-shielding effect has been widely used as a windshield glass for vehicles in order to suppress heat from flowing into the vehicle interior.
  • ultraviolet absorbing glass is also used.Since such glass absorbs light in the infrared region or the ultraviolet region, the emission wavelength of the light-emitting element used in the dew condensation detecting device may be in the visible light region. That would be good.
  • the object of the present invention is that the structure is essentially independent of the wavelength of the detection light.
  • a small and inexpensive light emitting element such as a light emitting diode can be used as it is.
  • the heat capacity and heat generation of the main body of the detection device are reduced.
  • to jar I can be miniaturized Te, is and provide child a detection sensitivity is excellent condensation detection device in accordance with (inventions of disclosure
  • a light-emitting element and a light-receiving element are arranged outside a transparent plate, light from the light-emitting element is introduced into the transparent plate, and light that travels by repeating total reflection in the transparent plate is transmitted to the light-receiving element.
  • the apparatus is configured to detect the degree of dew condensation on the surface of the transparent plate based on a change in the amount of detected light.
  • the transparent plate is made of a laminated glass in which at least two single glass plates are bonded via an intermediate film, and a reflection film parallel to the surface of the single glass plate is provided on a part of the intermediate film.
  • a micromirror array comprising a plurality of oblique reflection surfaces inclined with respect to the surface of the single-plate glass is arranged at intervals near the one end of the reflection film, and the light emitting element and the light receiving element are arranged near the other end of the reflection film.
  • the light from the light-emitting element is made to travel by repeating reflection on the reflective film and total reflection on the glass surface only inside one of the single-pane glass, mimicking that light.
  • the light is reflected back toward the light receiving element by the mirror array, which is characteristic.
  • the light travels only inside one of the single-panel glass, increasing the number of total reflections.
  • the area where the signal changes) also increases, and the detection sensitivity increases.
  • the micromirror array is used for the turn-back portion of the light, there is no wavelength dependence of the reflection angle, the optical path is stabilized, and any light emitting element can be used.
  • the micromirror array has a structure in which, for example, a plurality of triangular prisms made of a transparent material are arranged close to each other, and a reflection film is formed on one slope of each triangular prism.
  • Each of the triangular prisms of the micromirror array may have a linear shape, or may have a shape curved in an arc centered on a middle point between the light emitting element and the light receiving element.
  • the micro mirror array and the reflection film are formed on the inner surface of one of the single glass sheets.
  • the micro mirror array and the reflection film may be formed on a transparent film, and the transparent film may be adhered to the inner surface of one of the single glasses.
  • the plane angle between the optical axis of the light emitting element and the optical axis of the light receiving element should be 30 degrees or less (more preferably, 10 degrees or less), and the light emitting element and the light receiving element should be arranged as close as possible.
  • a light emitting diode is preferable as the light emitting element, and a photo diode, for example, is used as the light receiving element.
  • a prism with a collimating lens is arranged between the light-emitting element and the glass surface and between the glass surface and the light-receiving element, and the light from the light-emitting element is collimated by a lens to form a single glass plate. It is preferable that the light is guided into the inside, the return light is extracted from the single-pane glass, condensed by a lens, and input to the light receiving element.
  • the angle of incidence of light from the light emitting element to the single-pane glass is set in the range of 42.5 to 63 degrees (more preferably, in the range of 45 to 47 degrees), and the oblique reflection of the microphone opening mirror array
  • the angle of the surface is also set substantially equal to the incident angle.
  • the distance from the position where the light-emitting and light-receiving elements enter and exit the single-pane glass to the center of the microphone mirror array is 25 mn! It is better to be up to 100 mm.
  • Green glass may be used as the veneer glass. In this case, it is preferable to use, as the light emitting element, a light emitting diode that generates green light having a high transmittance to the Darin glass.
  • condensation includes not only a dew condensation state in a narrow sense in which water vapor in the air condenses to form water droplets, but also a state in which the surface of glass is clouded by moisture attached thereto.
  • FIG. 1 is an explanatory view showing one embodiment of a dew condensation detecting device according to the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view showing another embodiment of the dew condensation detecting device according to the present invention.
  • Figure 3 is an explanatory diagram showing an example of a method for manufacturing a reflective film and a micro mirror array.
  • FIG. 4 is an explanatory view showing another example of a method for manufacturing a reflective film and a micro mirror array.
  • Figure 5 is a graph showing an example of how the amount of received light varies with incident angle.
  • Figure 6 is a graph showing an example of output change due to dew condensation with respect to the incident angle.
  • Fig. 7 is a graph showing an example of the transmittance-wavelength characteristics of green glass.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing an embodiment of the dew condensation detecting device according to the present invention.
  • A is a basic configuration viewed as a cross section
  • B is a planar configuration
  • C is an enlarged view of a main part c in A.
  • two single-pane glasses 10a and 10b are bonded to each other through an interlayer 12 to form a laminated glass 14, and the outside of the laminated glass 14 (detection surface side: here).
  • the light emitting element 20 and the light receiving element 22 are arranged close to each other on the upper surface, and a reflective film 24 and a micro mirror array 26 are provided on a part of the intermediate film 12.
  • the light extraction prism 34 and the lens 36 for condensing the extracted light are located on the glass surface.
  • the light-introducing prism 32 is set so that the incident angle of light from the light-emitting element to the laminated glass is within a range of 42.5 to 63 degrees, and the light-inducing prism 34 is also used. It has a similar shape.
  • the light emitting element 20 and the light receiving element 22 are arranged so that the plane angle between the optical axis of the light emitting element 20 and the optical axis of the light receiving element 22 is as small as possible (here, 10 degrees or less). It is close.
  • a light emitting diode is used as the light emitting element 20 and a photo diode is used as the light receiving element 22.
  • the reflection film 24 is provided on a part of the intermediate film 12 of the laminated glass 14 in a state parallel to the single glass surface 10a.
  • This may be a metal thin film having a high reflectivity.
  • the micromirror array 26 is installed near one end of the reflection film 24 (near the end opposite to the installation position of the light emitting element and the light receiving element).
  • This micromirror array 26 is made up of a plurality of transparent materials.
  • the prismatic bodies 40 are arranged close to each other, and the reflecting film 42 is formed on one side of each triangular prism 40.
  • the angle of the reflecting surface (the angle of the slope of the triangular prism 40) is set to a value substantially equal to the incident angle of light from the light emitting element 20 to the single-pane glass 10a.
  • the one-side slope of each triangular prism 40 on which the reflection film 42 is formed may be a slope on the side where light from the light emitting element 20 is incident.
  • the light from the light emitting element 20 is collimated by the lens 30 into a parallel light flux, and passes through the light introducing prism 32 into the single-pane glass 10a. Introduced.
  • the light introduced into the single-pane glass 10a is reflected by the reflection film 24, is totally reflected by the single-pane glass 10a and the interface of air, and is repeated by repeating this. Go inside the.
  • the angle of incidence should be at least 42.5 degrees so that it is totally reflected at the interface between glass and air, and the angle of incidence should be 6 3 3 to radiate the light that has reached the water droplets attached to the glass into the air. Degrees or less.
  • the light that travels while repeating total reflection reaches the micromirror array 26, is reflected back and travels toward the light receiving element 22.
  • This return light also travels through the single-pane glass 10a while repeating reflection on the reflection film 24 and total reflection on the glass surface, and is condensed by the lens 36 through the light extraction prism 34 and Input to light receiving element 2 2.
  • the light-emitting element 20 and the light-receiving element 22 and the lenses 30 and 36 and the prisms 32 and 34 are actually housed in a common housing and are not shown in FIG.
  • the main body should be able to be fixed in place on the glass surface.
  • the detection area extends from the position at which the light-emitting element 20 and the light-receiving element 22 enter and exit the single-pane glass 10a to the center of the micromirror array 26. This distance (the length of the detection area) is 25 mn! It is preferable to set it to about 100 mm.
  • heat capacity influence range a In the vicinity of the main body of the detection device, there is a range in which the state of dew condensation changes depending on the heat capacity (heat capacity influence range a), and the degree of dew condensation is different from that of a portion where visibility is required.
  • the detection device body is downsized and the heat capacity is reduced.
  • the heat capacity influence range a extends to around 20 mm from the detection device body.
  • the effective detection area b is an area farther than the heat capacity influence area a.
  • dew condensation detection requires two or more total reflections on the glass surface in order to obtain the required accuracy.
  • the length of the detection area should be about 25 mm-100 mm. If the length is longer than 100 mm, the size of the device will increase, and it will be difficult to detect with high sensitivity due to the performance of a practical amplifier circuit.
  • FIG. 2 is a plan view showing another embodiment of the dew condensation detecting device according to the present invention.
  • This embodiment is the same as that shown in FIG. 1 except for the micromirror array.
  • Corresponding members and the like are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
  • the micromirror array 50 has a shape in which each triangular prism 52 is curved in an arc shape with the center between the light emitting element 20 and the light receiving element 22 as a center. When a light emitting diode is used as a light emitting element, light may be considerably diffused even when a collimating lens is used. It is preferable that the triangular prisms of the micromirror array be curved in an arc shape as this can suppress the spread of light.
  • the laminated glass used for vehicle windshields has a thickness of 1.8 to 2.3 mm for the single pane glass on both sides, while the thickness of the intermediate layer (for example, polyvinyl butyral layer) is about 0.76. mm. Therefore, not only the reflective film but also the micromirror array needs to be about 0.5 mm or less. Since the reflection film needs to reflect light many times, it is preferable that the reflectance at normal incidence light be at least 75% in order to suppress the loss due to reflection. Specifically, a metal thin film or the like may be used.
  • the triangular prisms constituting the micromirror array are made of a transparent resin material (for example, acrylic resin) having almost the same refractive index as single-pane glass, and a reflective film is formed on one side of the slope by a metal thin film or the like. Form.
  • a transparent resin material for example, acrylic resin
  • Figure 3 shows an example of a method for fabricating a reflective film and a microphone mirror array.
  • multiple triangular prisms 40 made of a transparent material are placed on one side of a single glass plate 10a. Form so that they are close to each other.
  • three arrangements are shown for the sake of simplicity.
  • the arrangement depends on the size of the reflected light beam and the shape of the triangular prism (height and base dimensions).
  • Set the number of arrays usually, the number is several tens to one hundred and several tens.
  • Such an arrangement structure of triangular prisms can be easily and efficiently formed by transferring a transparent resin material by, for example, a stamping method.
  • each triangular prism should be about 0.5 mm or less in height (approximately 25 ⁇ m during trial production), and the inclination angle should be in the range of 42.5 to 63 degrees.
  • reflective films 24 and 42 are simultaneously formed thereon.
  • a metal thin film can be attached to only one side of the triangular prism 42, so that a good reflecting surface independent of wavelength can be obtained.
  • a material for the reflection film for example, aluminum or titanium is preferable.
  • Fig. 4 shows another example of a method for fabricating a reflective film and a mirror array.
  • the basic procedures, methods, materials, etc. may be the same as those in Fig. 3, and will be described briefly.
  • the transparent film On one surface of 54, a plurality of triangular prisms 40 made of a transparent material are formed so as to be arranged close to each other.
  • the array structure of the triangular prisms can be easily and efficiently formed by transferring a transparent resin material by, for example, a stamping method.
  • a material for example, a polyester film
  • the transparent resin material for example, an acrylic resin is used. It is also possible to integrally form a structure in which the film and the triangular prism are integrated.
  • Figures 5 and 6 show examples of the measurement results.
  • Figure 5 shows the change in the light-receiving current with respect to the incident angle of light when there is dew condensation (the side facing through the glass is not visible) and when there is no dew condensation. It can be seen that there is a large difference in the light receiving current between the presence and absence of dew condensation when the angle of incidence is around 45 degrees.
  • FIG. 6 shows the relationship between the incident angle of light and the output change rate due to dew condensation (output of the light receiving element when dew condensation occurs Z output of the light receiving element when no dew condensation occurs).
  • the output change rate due to condensation is high when the angle of incidence is 45 to 60 degrees. Therefore, the degree of dew condensation can be correctly detected by the device of the present invention.
  • the dew detection device of the present invention When applying the dew detection device of the present invention to dew detection in a vehicle windshield, install the dew detection device near the upper side, especially in the shade of the rear view mirror at the center of the upper side so as not to hinder visibility. I prefer to do that.
  • the glass is a float glass plate with normal soda lime composition, glass It is preferable to use a lean glass plate. Alternatively, a UV-absorbing Darline glass plate may be used.
  • Figure 7 shows an example of the transmittance-wavelength characteristics of green glass. Green glass has a peak transmittance at a wavelength of about 520 nm. Therefore, a green light-emitting diode with a light emission wavelength of 500 nm is the most suitable as a light-emitting element for green glass. Industrial applicability
  • the present invention provides a microphone in which light is reflected by a reflection film provided on a part of an interlayer of a laminated glass, and a plurality of oblique reflection surfaces inclined with respect to the glass surface are arranged at intervals. Since it is a dew condensation detector that reflects and reflects light using a mirror array, it has a structure that does not essentially depend on the wavelength of the detected light, so it is a small and inexpensive light-emitting diode like a light-emitting diode. The element can be used as it is. Therefore, the heat capacity and heat value of the main body of the detection device can be reduced, and the detection surface can be brought close to the main body of the detection device, so that the size of the device can be easily reduced. They also improve detection sensitivity.

Abstract

検出光の波長に依存しない構造とし、小型で安価な発光素子が使用でき、検出装置本体の熱容量及び発熱量を小さくして小型化を図る。発光素子からの光を透明板内に導入し、該透明板内を全反射を繰り返して進行する光を受光素子により検出し、検出光量の変化により透明板表面に発生している結露の程度を検出する装置である。透明板は、2枚の単板ガラス10a,10bを中間膜12を介して接着した合わせガラス14からなり、中間膜の一部に単板ガラス表面と平行な反射膜24を設けると共に、反射膜の一端近傍に単板ガラス表面に対して傾いた斜め反射面を間隔をおいて複数配列してなる折り返し反射用マイクロミラーアレイ26を設置し、発光素子20と受光素子22は反射膜の他端寄りの合わせガラス外部に並設する。

Description

明 細 書
結露検出装置 技 術 分 野
本発明は、 ガラス表面に付着した水滴による結露の程度を、 ガラ ス内に導入され全反射を繰り返し進行する光を利用 して検出する装 置に関し、 更に詳しく述べる と、 ガラス表面に対して傾いた斜め反 射面を間隔をおいて複数配列してなるマイ ク 口 ミ ラーアレイによ り 光を折り返し反射させるよ う にした結露検出装置に関するものであ る。 この技術は、 特に車両用ウィンドシールドの車内面に発生する 結露を検出するのに有効である。 ウィン ドシールドの車外面に付着 する水滴 (雨滴) を検出するのにも応用できる。
背 景 技 術
ガラス表面に付着した水滴を、 ガラス内部で全反射を繰り返して 進行していく 光を利用して検出する光学式の水滴検出装置に関して は、 既にいく つかの技術が提案され開発が進められている。 この種 の水滴検出装置は、 例えば車両のウィン ドシールドに付着した雨滴 を検出 し、 ワイパーの自動制御を行う システムと して実用化されて いる。
車両の室内側のガラス表面に発生する結露が検出できれば、 その 検出信号を用いて、 空調装置の運転を自動的に制御するこ とで結露 を除去するこ とができる。 これによつて、 運転者に余分な操作の負 担をかけるこ となく 、 運転に必要な良好な視界を確保するこ とがで きる。
結露の検出には種々の方法が考えられ、 例えば特開昭 6 1 - 2 8 4 6 4 5号公報あるいは特開 2 0 0 0 — 2 9 6 7 6 2号公報記載の 技術では、 結露発生によ り乱反射する光を検出するこ とで結露の検 出を行っている。 また上述したよ う に、 ガラス内を全反射によ り進 行していく光の光量変化を検出する方法も、 結露の検出に適用でき る。 更に、 この方法を利用して、 雨滴と結露の両方の検出機能を備 えた装置も提案されている。
例えば特開 2 0 0 0 - 1 9 3 7 5 9号公報には、 「 2枚の透明板 状体を接着した積層体に発光素子からの検出光を導入して、 該積層 体中を 2光束の検出光が全反射するよ う に進行させ、 該 2光束の検 出光を受光素子によ り受光して雨滴と結露を検出する装置」 が示さ れている。 こ こで、 「前記 2光束の検出光は、 前記 2枚の透明板状 体の間に設けたホログラムによ り、 一方の透明板状体と該ホロダラ ムの間を全反射する検出光と、 他方の透明板状体と該ホログラムの 間を全反射する検出光と し、 一方の検出光によ り雨滴を、 他方の検 出光によ り結露を検出する」 よ う に構成されている。
この雨滴 · 結露検出装置では、 積層体 (例えば車両用合わせガラ ス) の中間膜部に全反射ホログラムを設けて光が全反射を繰り返す よ う にし、 車外側ガラス内を進行する光で雨滴の検出を、 車内側ガ ラス内を進行する光で結露の検出を行っている。 また、 発光素子と 受光素子を同じ側に並置し、 反対側には光を返送するための手段を 設ける構成も開示されている。 こ こで、 光を返送するための手段と しては、 折り返し用ホログラムの使用が開示されている。
上記の従来技術で用いられている全反射用ホログラムあるいは折 り返し用ホログラムは、 2光束による干渉縞を感光材料に記録して 形成したホログラフィ ック格子のこ とである。 これは回折格子の一 種であるから、 本質的に反射角度に波長依存性がある。 従って検出 光は、 波長変動のない単色光でなければならない。 と ころが、 現時 点では、 これに適した発光素子は見当たらない。 最も一般的な発光 素子の一種である発光ダイオー ドは、 安価で発光効率も高いが、 出 射光の波長範囲は広い。
と ころで車両の室内では、 勿論地域によっても異なるが、 季節や 時間帯などによって、 低温側は氷点下から高温側は 8 0 °C近く まで 大幅に変化する。 単色光を出力する発光素子と して多用されている 半導体ダイオー ドは、 波長の温度特性が悪く 、 そのために回折格子 による反射では光路変動が生じる。 制御回路などで温度特性を捕償 するこ とも考えられるが、 検出装置が大型化し、 消費電力も大き く なる。 する と、 結果的に検出装置本体 (発光素子ゃ受光素子及びそ れらに付随する光部品など) の熱容量が大き く なつた り、 大きな熱 源を有する こ と になる。 このため、 検出装置本体およびその近傍と 何も設けられていない視界確保に必要な領域とでは、 ウィン ドシー ルド表面の結露方に差が発生してしまい検出精度が低下する。
これを防ぐためには、 結露検知面を検出装置本体から遠く 離す必 要がある。 する と、 ガラス内に導入される光の伝搬距離が長く なり その結果、 受光素子で得られる検出光量が弱く なり、 信号変化の S N比が悪く なってしま う。
また、 近年、 車両のウィ ンドシール ドガラスと しては、 車室内へ の熱の流入を抑制するため遮熱効果の高いグリーン系の着色ガラス が多く用いられている。 あるいは、 紫外線吸収ガラスも用いられる , このよ うなガラスは、 赤外線域や紫外線域の光を吸収してしま う の で、 結露検出装置に用いる発光素子の発光波長は、 可視光線領域で あるこ とが好ま しいこ と となる。
このよ う に従来提案されている構造の結露防止装置では、 発光素 子と して様々な条件が課せられ、 それらを全て満たし う る適当な素 子が見当たらず、 現時点では実用化が困難である。
本発明の目的は、 本質的に検出光の波長に依存しない構造のため. 発光ダイオー ドのよ う な小型で安価な発光素子がそのまま使用でき . 検出装置本体の熱容量及び発熱量を小さ く して小型化できるよ う に し、 あわせて検出感度が優れた結露検出装置を提供するこ とである ( 発 明 の 開 示 本発明は、 透明板の外部に発光素子と受光素子を配置し、 発光素 子からの光を透明板内に導入し、 該透明板内を全反射を繰り返して 進行する光を受光素子によ り検出し、 検出光量の変化によ り前記透 明板表面に発生している結露の程度を検出する構成の装置を前提と するものである。 本発明において、 前記透明板は、 少なく と も 2枚 の単板ガラスを中間膜を介して接着した合わせガラスからなり 、 前 記中間膜の一部に単板ガラス表面と平行な反射膜を設ける と共に、 該反射膜の一端近傍に単板ガラス表面に対して傾いた斜め反射面を 間隔をおいて複数配列してなるマイク ロ ミ ラーアレイ を設置し、 発 光素子と受光素子は前記反射膜の他端寄り の合わせガラス外部に並 設し、 発光素子からの光が一方の単板ガラスの内部のみで反射膜で の反射とガラス表面での全反射を繰り返して進行する よ う にし、 そ の光をマイ ク ロ ミ ラーアレイによ り受光素子に向けて折り返し反射 させるよ う にしており 、 この点に特徴がある。
中間膜の部分に設けた反射膜を用いるこ とで、 光は片方の単板ガ ラスの内部のみを進行するため、 全反射の回数が増え、 検知面 (水 滴が付着する と受光素子の信号が変化する領域) も増加し、 検出感 度 ' 検出精度が高まる。 また光の折り返し部にマイク ロ ミ ラーァレ ィを用いているこ とで、 反射角の波長依存性が無く 、 光路も安定し 任意の発光素子が使用可能となる。
こ こでマイク ロ ミ ラーア レイは、 例えば透明材料からなる複数の 三角柱状体が互いに近接して配列され、 各三角柱状体の片側斜面に 反射膜が形成されている構造とする。 マイ ク ロ ミ ラーアレイの各三 角柱状体は、 直線形状でもよいが、 発光素子と受光素子の中間点を 中心とする円弧状に湾曲した形状と してもよい。
マイクロ ミ ラーアレイ及び反射膜は、 一方の単板ガラスの内側面 に形成する。 この場合、 マイ ク ロ ミ ラーアレイ及び反射膜を透明フ イルム上に形成し、 該透明フィルムを一方の単扳ガラスの内側面に 接着する構成でもよい。 発光素子の光軸と受光素子の光軸のなす平面角は 3 0度以下 (よ り好ま しく は 1 0度以下) と し、 発光素子と受光素子をできるだけ 近接配置する のがよい。 発光素子と しては発光ダイオー ドが好ま し く 、 受光素子と しては例えばフォ トダイオー ドなどを用いる。 発光 素子とガラス表面との間、 及びガラス表面と受光素子との間には、 それぞれコ リ メー ト レンズ付きプリ ズムを配置し、 発光素子からの 光をレンズでコ リ メー ト して単板ガラス内に導入し、 戻り光を単板 ガラスから導出しレンズで集光して受光素子に入力させるよ う に構 成するのがよい。
単板ガラスに対する発光素子からの光の入射角度は 4 2 . 5 ~ 6 3度の範囲内 (よ り好ましく は 4 5〜 4 7度の範囲内) に設定し、 マイク 口 ミ ラーア レイ の斜め反射面の角度も前記入射角度にほぼ等 しく設定する。 発光素子および受光素子の単板ガラスに対する入出 射位置からマイク 口 ミ ラーアレイ中央位置までの距離は 2 5 mn!〜 1 0 0 mm とするのがよい。 単板ガラス と してはグリ ーンガラスを 用いてもよ く 、 その場合には発光素子と してダリ ーンガラスに対す る透過率の高い緑色光を発生する発光ダイオー ドを用いるのが好ま しい。
なお、 本願発明において、 「結露」 とは空気中の水蒸気が凝結し て水滴が付く狭義の結露状態のみならず、 ガラスの表面が付着した 水分によって曇っている状態をも含んでいるものとする。 図面の簡単な説明
図 1 は 本発明に係る結露検出装置の一実施例を示す説明図。
図 2は 本発明に係る結露検出装置の他の実施例を示す平面図。 図 3 は 反射膜及びマイク ロ ミ ラーア レイ の作製方法の一例を示す 説明図
図 4は 反射膜及びマイク ロ ミ ラーア レイ の作製方法の他の例を示 す説明図。 図 5 は、 入射角度に対する受光量変化の例を示すグラフ。
図 6 は、 入射角度に対する結露による出力変化の例を示すグラフ。 図 7は、 グリーンガラ スの透過率一波長特性の一例を示すグラフ。 発明を実施するための最良の形態
図 1 は、 本発明に係る結露検出装置の一実施例を示す説明図であ る。 Aは断面と して見た基本構成を、 Bは平面構成を示し、 Cは A における要部 c の拡大図である。 この結露検出装置は、 2枚の単板 ガラス 1 0 a , 1 0 b を中間膜 1 2 を介して接着して合わせガラス 1 4 と し、 その合わせガラス 1 4 の外部 (検出面側 : こ こでは上 面) に、 発光素子 2 0 と受光素子 2 2 を近接配置し、 中間膜 1 2の 一部に反射膜 2 4 とマイ ク ロ ミ ラーア レイ 2 6 を設けた構成である , 発光素子 2 0 とガラス表面との間には、 発光素子 2 0からの光を コ リ メー トする レンズ 3 0及び光導入用プリ ズム 3 2が、 またガラ ス表面と受光素子 2 2 との間には、 光導出用プリ ズム 3 4及び導出 した光を集光するためのレンズ 3 6が位置し、 それぞれガラス表面 上に配置される。 光導入用プリ ズム 3 2は、 合わせガラスに対する 発光素子からの光の入射角度が 4 2 . 5 ~ 6 3度の範囲内となるよ う に設定されており、 光導出用プリ ズム 3 4 も同様の形状になって いる。 また、 発光素子 2 0の光軸と受光素子 2 2の光軸のなす平面 角ができるだけ小さ く なるよ う に (ここでは 1 0度以下に) 配置し 発光素子 2 0 と受光素子 2 2 を近接させている。 なおこの実施例で は、 発光素子 2 0 と しては発光ダイオー ドを用い、 受光素子 2 2 と してはフォ トダイォー ドを用いている。
反射膜 2 4は、 合わせガラス 1 4の中間膜 1 2の一部に単板ガラ ス表面 1 0 a と平行な状態で設ける。 これは反射率の高い金属薄膜 などでよい。 マイクロ ミラーア レイ 2 6 は、 反射膜 2 4 の一端近傍 (発光素子ゃ受光素子の設置位置とは反対側の端部近傍) に設置す る。 こ のマイク ロ ミ ラーアレイ 2 6は、 透明材料からなる複数の三 角柱状体 4 0が互いに近接して配列され、 各三角柱状体 4 0 の片側 斜面に反射膜 4 2が形成されている構造である。 反射面の角度 (三 角柱状体 4 0の斜面の角度) は、 単板ガラス 1 0 a に対する発光素 子 2 0からの光の入射角度にほぼ等しい値に設定する。 反射膜 4 2 が形成される各三角柱状体 4 0の片側斜面は、 発光素子 2 0からの 光が入射する側の斜面とする と よい。
この結露検出装置では、 発光素子 2 0からの光が、 レンズ 3 0で コ リ メー ト されて平行光束とな り 、 光導入用プリ ズム 3 2 を通って —方の単板ガラス 1 0 a 内に導入され.る。 単板ガラス 1 0 a 内に導 入された光は、 反射膜 2 4で反射し、 単板ガラス 1 0 a と空気の界 面で全反射し、 これを繰り返すこ とによ り単板ガラス 1 0 a の内部 を進行する。 ガラス と空気との界面で全反射するよ う に入射角度は 4 2 . 5度以上と し、 またガラスに付着した水滴の部分に達した光 を空気中に放射させるために入射角度は 6 3度以下とする。 全反射 を繰り返しながら進行していく 光はマイク ロ ミ ラーア レイ 2 6 に達 し、 折り返し反射されて受光素子 2 2 の方向へ向かう。 こ の戻り 光 も、 反射膜 2 4 での反射とガラス表面での全反射を繰り返しながら 単板ガラス 1 0 a 内を進行し、 光導出用プリ ズム 3 4 を経てレンズ 3 6で集光され、 受光素子 2 2 に入力する。
ガラス表面に水滴が付着していなければ、 ガラス と空気との界面 で广全反射が起こるため光は単板ガラス 1 0 a 内に閉じ込められ、 受 光素子 2 2 での検出光量は大きい。 それに対してガラス表面に水滴 が付着している と、 ガラス と水滴との界面では全反射が起こ らず光 は透過してしま うため検出光量は低下する。 従って、 受光素子によ る検出光量によって結露の程度を検出することができるのである。 図 1 では図示していないが、 実際には、 発光素子 2 0ゃ受光素子 2 2、 及びレンズ 3 0, 3 6やプリズム 3 2, 3 4などは共通のハ ウジング内に収容して検出装置本体と し、 ガラス面上の所定の位置 に固定できる よ うにする。 発光素子 2 0および受光素子 2 2の単板ガラス 1 0 a に対する入 出射位置からマイク ロ ミ ラーアレイ 2 6 の中央位置までが検出エリ ァである。 この距離 (検出エ リ アの長さ) は 2 5 mn!〜 1 0 0 mm 程度とするのがよい。 検出装置本体の近傍では、 その熱容量で結露 の状態が変化する範囲 (熱容量影響範囲 a ) があり 、 視界確保が必 要な部分との間で結露の程度に差が生じる。 本発明では検出装置本 体を小型化し、 熱容量を小さ く しているが、 それでも実測結果によ れば熱容量影響範囲 a は検出装置本体から 2 0 mm近辺にまで及ぶ。 従って、 有効検出エリア b は、 熱容量影響範囲 a よ り も離れた領域 となる。 更に結露検出には、 必要な精度を得るために、 ガラス面で の 2回以上の全反射が必要であるが、 全反射回数が多すぎても、 光 の進行における減衰が大き く なる。 これらのこ とから、 検出エリ ア の長さ (熱容量影響範囲 a ( = 2 0 mm ) +有効検出エリ ア b ) は 2 5 mm— 1 0 0 mm 程度とするのがよいのである。 1 0 0 mm よ り長く なる と、 装置が大型化する し、 実用的な増幅回路の性能から 高感度での検知が困難になるからである。
図 2は本発明に係る結露検出装置の他の実施例を示す平面図であ る。 マイク ロ ミ ラーアレイを除けば、 この実施例は図 1 に示すもの と同じであるので、 対応する部材などには同一符号を付し、 それら についての説明は省略する。 このマイク ロ ミ ラーアレイ 5 0は、 そ の各三角柱状体 5 2が、 発光素子 2 0 と受光素子 2 2 の中間点を中 心とする円弧状に湾曲した形状をなしている。 発光素子と して発光 ダイォー ドを使用した場合は、 コ リ メー ト レンズを用いても光がか なり拡散する場合がある。 このよ うにマイ ク ロ ミ ラーアレイの各三 角柱状体を円弧状に湾曲させる と、 光の広がり を抑えるこ とができ るため好ま しい。
車両用ウィン ドシールドに用いられている合わせガラスは、 両側 の単板ガラスの厚みが 1 . 8〜 2 . 3 mm , それに対して中間層 (例えばポリ ビニルプチラール層) の厚みは約 0 . 7 6 mmである。 従って、 反射膜のみならずマイ ク ロ ミ ラーアレイ も 0 . 5 mm 程度 以下とする必要がある。 反射膜は、 光を多数回反射させる必要があ るので、 反射による損失を抑えるために、 垂直入射光における反射 率が少なく と も 7 5 %であることが好ま しい。 具体的には、 金属薄 膜などを用いればよい。 マイク ロ ミ ラーアレイを構成する三角柱状 体は、 単板ガラス とほぼ同じ屈折率を有する透明樹脂材料 (例えば アク リ ル系樹脂) で作製し、 その片側斜面に金属薄膜などによ り反 射膜を形成する。
反射膜及ぴマイク 口 ミ ラーア レイの作製方法の一例を図 3 に示す, Aに示すよ う に、 単板ガラス 1 0 a の片面に、 透明材料からなる複 数の三角柱状体 4 0を互いに近接するよ う に形成する。 ここでは図 面を簡略化するために便宜的に 3本配列した状態を図示しているが 実際には折り返し反射する光束の大き さ及び三角柱状体の形状 (高 さや底辺寸法) などに応じて配列本数を設定する。 通常は、 数十本 〜百数十本程度となる。 このよ う な三角柱状体の配列構造は、 例え ばスタンビング法によ り透明樹脂材料を転写することで、 容易に効 率よく形成できる。 なお、 透明樹脂材料と しては、 ガラス との界面 で反射が生じ難いよ う に、 ガラスの屈折率とほぼ同じ屈折率を持つ 材料 (例えばアク リル系樹脂) を使用する。 各三角柱状体の形状は 高さが 0 . 5 mm 程度以下 (試作時は約 2 5 μ m ) 、 傾斜角度が 4 2 . 5〜 6 3度の範囲内とする。
次に Bに示すよ う に、 その上に反射膜 2 4, 4 2 を同時に形成す る。 右下 4 5度の方向からの斜め蒸着によ り三角柱状体 4 2 にはそ の片側斜面のみに金属薄膜を付着させるこ とができ、 これによつて 波長に依存しない良好な反射面が形成できる。 反射膜材料と しては. 例えばアルミニウムやチタンなどが好ま しい。
反射膜及びマイク 口 ミ ラーアレイの作製方法の他の例を図 4に示 す。 基本的な手順や方法、 材料などは、 図 3の場合と同様であって よいので、 簡潔に説明する。 Aに示すよ う に、 透明フィルム (ある いはシー ト) 5 4の片面に、 透明材料からなる複数の三角柱状体 4 0 を互いに近接配列される よ う に形成する。 こ こでも三角柱状体の 配列構造は、 例えばスタ ンピング法によ り透明樹脂材料を転写する こ とで、 容易に効率よ く形成できる。 なお、 透明フィルムと しては ガラス との界面で反射が生じ難いよ う に、 ガラスの屈折率と同 じ屈 折率を持つ材料 (例えばポリ エステルフィルム) を使用する。 透明 樹脂材料も同様であ り、 例えばアク リル系樹脂を用いる。 なお、 フ イルムと三角柱状体が一体になつた構造体を一体成形する方法も可 能である。
次に Bに示すよ う に、 その上に反射膜 2 4 , 4 2 を形成する。 右 下 4 5度の方向からの斜め蒸着によ り金属薄膜を付着させるこ とで 波長に依存しない良好な反射面が形成できる。 その後、 Cに示すよ う に、 透明フィルム 5 4 を単板ガラス 1 0 a に貼り付ける。 この方 法は、 大きな合わせガラスを取り扱う こ となく 、 検出部のみを別に 製作できるため、 取り扱いやすく生産性が向上する利点がある。
測定結果の例を図 5及び図 6 に示す。 図 5 は、 結露が発生してい る時 (ガラスを通して向こ う側が見えない状態) と結露がない時に おける光の入射角度に対する受光電流の変化を示している。 入射角 度が 4 5度の近傍では結露の有無での受光電流の差が大きいこ とが 分かる。 また図 6は、 光の入射角度に対する結露による出力変化率 (結露したときの受光素子の出力 Z結露が無いときの受光素子の出 力) の関係を示している。 こ こでは入射角度が 4 5度〜 6 0度で結 露による出力変化率が高いことが分かる。 従って、 本発明の装置に よって、 結露の程度を正しく検出するこ とができる。
本発明の結露検出装置を車両のウィン ドシール ドにおける結露検 出に適用する場合には、 視界確保の妨げにならないよ う に、 上辺部 近傍、 特に上辺中央のリ アビューミ ラーの陰の部分に設置するのが 好ま しい。
なおガラスは、 通常のソーダライム組成のフロー トガラス板、 グ リ ーンガラス板を用いるこ とが好ま しい。 あるいは紫外線吸収ダリ ーンガラス板でもよい。 グリーンガラスの透過率一波長特性の一例 を図 7 に示す。 グリーンガラスは、 波長 5 2 0 nm 前後に透過率の ピーク を有する。 そのため、 グリーンガラス用の発光素子と しては 発光波長 5 2 0 nmの緑色発光ダイオー ドが最適である。 産業上の利用可能性
本発明は上記のよ う に、 合わせガラスの中間層の一部に設けた反 射膜で光を反射させ、 ガラス表面に対して傾いた斜め反射面を間隔 をおいて複数配列してなるマイク ロ ミ ラーアレイ によ り光を折り返 し反射させるよ う に した結露検出装置であるから、 本質的に検出光 の波長に依存しない構造のため、 発光ダイオー ドのよ うな小型で安 価な発光素子がそのまま使用できる。 そのため検出装置本体の熱容 量及び発熱量を小さ く でき、 検知面を検出装置本体に近づける こ と ができるため装置の小型化が容易である。 また、 それらによって検 出感度も良好となる。

Claims

求 の 範 囲
1 . 透明板の外部に発光素子と受光素子を配置し、 発光素子からの 光を透明板内に導入し、 該透明板内を全反射を繰り返して進行する 光を受光素子によ り検出し、 検出光量の変化によ り前記透明板表面 に発生している結露の程度を検出する装置において、
前記透明板は、 少なく とも 2枚の単板ガラスを中間膜を介して接 着した合わせガラスからなり 、 前記中間膜の一部に単板ガラス表面 と平行な反射膜を設けると共に、 該反射膜の一端近傍に単板ガラス 表面に対して傾いた斜め反射面を間隔をおいて複数配列してなるマ イク 口 ミラーアレイを設置し、 発光素子と受光素子は前記反射膜の 他端寄りの合わせガラス外部に並設し、
発光素子からの光が一方の単板ガラスの内部のみで反射膜での反 射とガラス表面での全反射を繰り返して進行するよ うにし、 その光 をマイクロ ミ ラーア レイによ り受光素子に向けて折り返し反射させ る よ う にしたこ とを特徴とする結露検出装置。
2 . マイク ロ ミ ラーアレイは、 透明材料からなる複数の三角柱状体 が互いに近接して配列され、 各三角柱状体の片側斜面に反射膜が形 成されている構造である請求項 1記載の結露検出装置。
3 . マイク ロ ミ ラーア レイの各三角柱状体が、 発光素子と受光素子 の中間点を中心とする円弧状に湾曲した形状をなしている請求項 2 記載の結露検出装置。
4 . マイク ロ ミ ラーア レイ及び反射膜が、 一方の単板ガラスの内側 面に形成されている請求項 2又は 3記載の結露検出装置。
5 . マイク 口 ミ ラーアレイ及び反射膜が透明フィルム上に形成され 該透明フィルムが一方の単板ガラスの内側面に接着されている請求 項 2又は 3記載の結露検出装置。
6 . 発光素子の光軸と受光素子の光軸のなす平面角が 3 0度以下で ある請求項 1乃至 5 のいずれかに記載の結露検出装置。
7 . 発光素子とガラス表面との間、 及びガラス表面と受光素子との 間に、 それぞれコ リ メー ト レンズ付きプリ ズムが配置され、 発光素 子からの光をレンズでコ リ メー ト して単板ガラス内に導入し、 戻り 光を単板ガラスから導出しレンズで集光して受光素子に入力させる よ う にし、 発光素子と して発光ダイオー ドを使用する請求項 6記載 の結露検出装置。
8 . 合わせガラスに対する発光素子からの光の入射角度が 4 2 . 5 〜 6 3度の範囲内に設定されており、 マイク ロ ミ ラーア レイ の斜め 反射面の角度が前記入射角度にほぼ等しく設定されている請求項 7 記載の結露検出装置。
9 . 発光素子および受光素子の合わせガラスに対する入出射位置か らマイ ク ロ ミ ラーア レイ 中央位置までの距離を 2 5 mm〜 l 0 0 mm と した請求項 8記載の結露検出装置。
1 0 . 前記単板ガラ スの少なく と も 1枚がグリ ーンガラスからな り 発光素子と して緑色発光ダイオー ドを用いる請求項 1 乃至 9 のいず れかに記載の結露検出装置。
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