WO2013145681A1 - レインセンサ - Google Patents

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Abstract

 透明基板に装着されるレインセンサは前記透明基板に複数の照射光線を照射する発光素子(10)と、前記透明基板にて反射された複数の前記照射光線の反射光線を受光する複数の受光素子(20)と、前記各受光素子に対する前記各反射光線の入射角を規定する規定部(30)と、前記複数の受光素子の複数の出力信号に基づいて、雨量を検出する検出部(40)と、を有する。前記発光素子は、前記透明基板上に規定される照射領域に前記照射光線を照射する。前記照射領域は、複数の検出領域に分けられ、前記複数の検出領域は、それぞれ前記複数の受光素子に対応する。前記規定部は、前記複数の内一つの検出領域にて反射される一つの反射光線が対応する受光素子に入射するよう、前記各受光素子に対する各反射光線の入射角を規定する。前記検出部は、前記照射領域に対応する前記複数の受光素子の前記複数の出力信号に基づいて雨量を検出する。

Description

レインセンサ 関連出願の相互参照
 本開示は、2012年3月28日に出願された日本出願番号2012-074380号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
 本開示は、透明基板に装着されるレインセンサに関するものである。
 従来、例えば特許文献1に示されるように、雨滴検出装置はウインドシールドの内壁側に光を照射する発光素子と、ウインドシールドで反射された光を計測する受光素子と、を有する。雨滴検出装置は、受光素子の受光量に基づいて、ウインドシールドの外壁面に付着した雨滴の量を検出する。
 上記したように、発光素子からウインドシールドの内壁面に光が照射されるが、雨滴の検出範囲を広く取ろうとして、光の照射領域を広くすると、その照射領域当たりに付着する雨滴の割合が減少することとなる。雨滴の検出量は、照射領域当たりにおける雨滴の付着面積に比例するので、雨滴の検出精度が低下する虞がある。
 これに対して、特許文献1に示される雨滴検出装置は、一つの発光素子に対して一つの受光素子を備えている。そのため、一つの照射領域(検出領域)に対して一つの受光素子が対応することとなり、光の照射領域を広くすると、雨滴の検出精度が低下する虞がある。
特許第4241553号公報
 本開示は、上記点に鑑みてなされたものであり、その目的は、雨滴の検出精度の低下が抑制されたレインセンサを提供することを目的とする。
 本開示の一態様において、透明基板に装着されるレインセンサは前記透明基板に複数の照射光線を照射する発光素子と、前記透明基板にて反射された複数の前記照射光線の反射光線を受光する複数の受光素子と、前記各受光素子に対する前記各反射光線の入射角を規定する規定部と、前記複数の受光素子の複数の出力信号に基づいて、雨量を検出する検出部とを有する。前記発光素子は、前記透明基板上に規定される照射領域に前記照射光線を照射する。前記照射領域は、複数の検出領域に分けられ、前記複数の検出領域は、それぞれ前記複数の受光素子に対応する。前記規定部は、前記複数の内一つの検出領域にて反射される一つの反射光線が対応する受光素子に入射するよう、前記各受光素子に対する各反射光線の入射角を規定する。前記検出部は、前記照射領域に対応する前記複数の受光素子の前記複数の出力信号に基づいて雨量を検出する。
 上記のレインセンサでは、照射領域が複数の検出領域に分けられ、一つの検出領域に対して一つの受光素子が対応している。すなわち、一つの照射領域IRに対して複数の受光素子が対応している。この構成によれば、一つの照射領域に対して一つの受光素子が対応する構成と比べると、光の照射領域IRを広くしても、一つの受光素子にて検出される雨滴の検出精度の低下が抑制される。また、一つの照射領域に対応する複数の受光素子の出力信号に基づいて雨量を検出する。この構成によれば、一つの受光素子にて検出される雨滴の検出精度の低下が抑制されているので、一つの照射領域に対して一つの受光素子が対応する構成と比べて、雨量の検出精度の低下が抑制される。
 本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図1は、本開示の第1実施形態に係るレインセンサの概略構成を示す平面図であり、 図2は、レインセンサの概略構成を示す断面図であり、 図3は、照射領域、検出領域のイメージ図であり、 図4は、レインセンサの変形例を示す断面図であり、 図5は、図4に示すレインセンサの平面図である。
 以下、本開示を、車両のウインドシールドに取り付けた場合の実施形態を図に基づいて説明する。以下このウインドシールドは透明基板ともいう。
(第1実施形態)
 図1~図3に基づいて、本実施形態に係るレインセンサ100を説明する。なお、図1では後述する規定部30を省略し、図2では、後述する検出部40を省略している。
 レインセンサ100は、要部として、発光素子10と、受光素子20と、規定部30と、検出部40と、を有する。発光素子10から照射された光がウインドシールドWSにて反射され、反射された光の内、規定部30によって規定された入射角を有する光が受光素子20に入射される。受光素子20は、受光した光を電気信号に変換して、その変換した電気信号を検出部40に出力する。検出部40は、受光素子20の出力信号に基づいて、ウインドシールドWSに付着した雨滴の量、すなわち、雨量を検出する。
 ウインドシールドWSに水が付着している場合、その水の付着領域に光が入射すると、ガラスと水との界面にて反射が起こらず、そのまま光は外へと透過する。この結果、受光素子20にて受光する光の量が低減され、検出部40に入力される受光素子20の電気信号が低減される。このような現象が起こるので、受光素子20の電気信号の増減に基づくことで、雨量を検出することができる。なお、本実施形態では、上記した主要素10~40が、一つの基板50に搭載されており、該基板50は、取り付け部(図示略)によって、ウインドシールドWSの内面に取り付けられている。
 発光素子10は、ウインドシールドWSへ光を照射するものである。発光素子10は発光ダイオード(LED)であり、基板50に対して一つの発光素子10が設けられている。発光素子10は、図2に破線で囲まれた一つの領域に光を照射する機能を果たす。以下、この光が照射される領域を照射領域IRともいう。本実施形態では、照射領域IRの面積を確保するために、発光素子10から発せられた光がウインドシールドWSに対して斜めに照射されている。
 受光素子20は、ウインドシールドWSにて反射された発光素子10の光を受光するものである。受光素子20は、フォトダイオードであり、基板50に対して複数の受光素子20が設けられている。図3に示すように、照射領域IRは複数の検出領域DRに分けられている。一つの照射領域IRに対して複数の受光素子20が対応し、一つの検出領域DRに対して一つの受光素子20が対応している。本実施形態では、9つの受光素子20が基板50に形成されている。これら9つの受光素子20それぞれが、自身に対応する検出領域DRにて反射された光を受光する機能を果たす。
 上記したように、発光素子10から発せられた光がウインドシールドWSに対して斜めに照射されている。従って、照射領域IRに入射された光と照射領域IRにて反射された光となす角が鈍角に近づく。そのため、この反射光を受光素子20に入射させるために、発光素子10と受光素子20とは、所定距離離れている。照射領域IRは幅を持つが、上記した入射光と反射光のなす角は、照射領域IRと発光素子10との距離が遠ざかるほど、鈍角に近づく。そのため、図1に示すように、複数の受光素子20が、発光素子10から離れる方向に並んでいる。なお、発光素子10から離れる方向において、その受光素子20の隣接間隔は徐々に広がっている。
 規定部30は、受光素子20に入射する光の入射角を規定するものである。上記したように、照射領域IRは9つの検出領域DRに分けられているが、その一つの検出領域DRにて反射された光が、対応する受光素子20に入射するよう、規定部30によって入射角が規定されている。上記したように、複数の受光素子20が発光素子10から離れる方向に並んでいるので、規定部30は、発光素子10から離れるにしたがって、受光素子20の入射角が徐々に大きくなるよう、入射角を規定している。検出領域DRは、主として、規定部30によって定められる。なお、検出領域DRは、ウインドシールドWS、発光素子10、受光素子20それぞれの位置、発光素子10のウインドシールドWSへの光の照射角、及び、規定部30によっても定められる。
 規定部30は、受光素子20の形成された基板21上に順次積層された、透過膜31と、遮光膜32と、を有する。各層の遮光膜32には開口部33が形成されており、この開口部33を介した光が、受光素子20に入射される。図2に示すように、開口部33の形状は、照射領域IRにて反射された光(以下、単に反射光と示す)が、各受光素子20に入射するように形作られている。具体的に言えば、複数の開口部33によって孔が構成され、この孔が、基板21に垂直する方向に対して傾いている。以下、基板21に垂直する方向を参照垂直方向ともいう。そして、各受光素子20に対応する孔の軸方向と参照垂直方向となす傾き角度は、発光素子10から遠ざかるほど、大きくなっている。これは、図2にて発光素子10から照射される光を実線矢印で示すように、発光素子10から遠ざかるほど、入射光と反射光のなす角度が鈍角に近づくためである。検出領域DRの面積は、主として、開口部33の開口面積によって定められる。
 なお、反射角とは、ウインドシールドWSの内面に垂直する法線と、ウインドシールドWSにより反射された反射光の進行方向との間の角度を示している。また、受光素子20の入射角とは、基板21が位置する面に垂直する法線と、受光素子20に対する入射光の進行方向との間の角度を示している。本実施形態では、反射角と入射角とが同一となっている。
 検出部40は、受光素子20の出力信号に基づいて、雨量を検出するものである。上記したように、一つの照射領域IRに対して複数の受光素子20が対応しているが、検出部40は、これら複数の受光素子20の出力信号に基づいて、雨量を検出する。本実施形態では、図1に示すように、検出部40は、発光素子10と受光素子20との間に配置されている。
 本実施形態に係る検出部40は、重み付け部(WEIGHT)41、比較部(COMPARE)42及び雨量検出部(DETECT)43とを有する。重み付け部41は、各受光素子20の出力信号に重みを付ける。比較部42は、重み付け部41によって重み付けされた各受光素子20の出力信号を閾値電圧Vthと比較する。雨量検出部43は、比較部42の出力信号に基づいて、雨量を検出する。
 発光素子10から照射される光の形状は一定ではないので、照射領域IRの形状も一定ではない。そのため、主として、規定部30によって規定される照射領域IRにおいて、図3に示すように、各受光素子20に対応する検出領域DRの形状も一定ではなく、その面積にばらつきが生じる。面積がばらつくと、検出領域DR当たりにおける雨滴の付着面積もばらつき、面積の大きい検出領域DRに対応する受光素子20の出力信号が、面積の小さい検出領域DRに対応する受光素子20の出力信号よりも変化し難くなる。そこで、重み付け部41は、面積の所定値より大きい大面積検出領域DRに対応する受光素子20の出力信号に付ける大面積重みを、面積の所定値より小さい小面積検出領域DRに対応する受光素子20の出力信号に付ける小面積重みよりも重くしている。即ち、大面積重みの値は、小面積重みの値より大きくしている。
 また、検出領域DRには、ルーフから垂れる水や、ワイパーによってはじかれる水などの水が付着し易い検出領域DRと、水が付着し難い検出領域DRとが存在する。以下、水が付着し易い検出領域DRは、第一検出領域ともいい、水が付着し難い検出領域DRは第検出領域ともいう。水の付き易い検出領域DRに水が頻繁に付着し、その検出領域DRに対応する受光素子20から電気信号が出力されないと、雨が降っていると雨量検出部43にて判断される虞がある。そこで、本実施形態に係る重み付け部41は、水の付き難い検出領域DRに対応する受光素子20の出力信号に付ける重みを、水の付き易い検出領域DRに対応する受光素子20の出力信号に付ける重みよりも重くしている。以下、第一検出領域に対応する受光素子20の出力信号に付ける重みを第一重みといい、第二検出領域に対応する受光素子20の出力信号に付ける重みを第二重みという。すなわち、第一重みの値は、第二重みの値より大きくしている。なお、重み付け部41は、具体的に言えば、複数のアンプ(図示略)によって提供される。上記した重みは、各アンプの増幅度に相当し、各受光素子20に対して一つのアンプが設けられている。以下、各アンプはサブ重み付け部ともいう。
 比較部42は、各受光素子20の出力信号が閾値電圧Vthよりも低い場合に高レベル信号Hiを出力し、出力信号が閾値電圧Vthよりも高い場合に低レベル信号Loを出力する。低レベル信号Loは、高レベル信号Hiより電圧レベルが低い。具体的に言えば、比較部42は、コンパレータにより提供されている。各受光素子20と比較部42とは、対応するサブ重み付け部41とスイッチ(図示略)とを介して電気的に接続されている。各受光素子20に対応するスイッチを切り替えることで、順次、各受光素子20と比較部42とが電気的に接続される。この結果、順次、比較部42から高レベル信号Hi若しくは低レベル信号Loが雨量検出部43に入力される。
 雨量検出部43は、比較部42から出力される高レベル信号Hiの数をカウントし、そのカウントした数に基づいて、雨量を検出するものである。雨量検出部43には、重み付け部41と比較部42を介した9つの受光素子20の出力信号が入力される。例えば、3つ以上の受光素子20の出力信号の電圧レベルが微弱であるために、比較部42から出力される9つ出力信号の内3つ以上が高レベル信号Hiになる。この場合、雨量検出部43は、雨が降っていると判断して、ワイパーの駆動を指令する駆動信号を、車両のCPUに伝達する。より具体的に言えば、雨量検出部43は、比較部42から出力される9つの信号の内、3~5個の信号が高レベル信号Hiの場合、小雨が降っていると判断して、第1駆動信号をCPUに出力する。そして、雨量検出部43は、比較部42から出力される9つの信号の内6~8個の信号が高レベル信号Hiの場合、通常の雨が降っていると判断して、第2駆動信号をCPUに出力し。そして、雨量検出部43は、比較部42から出力される9つの信号の内9個の信号が高レベル信号Hiの場合、強い雨が降っていると判断して、第3駆動信号をCPUに出力する。第1駆動信号は、ワイパーを第1速さで動作させる指令を含み、第2駆動信号はワイパーを第1速さよりも早い第2速さで動作させる指令を含み、第3駆動信号は、ワイパーを第2速さよりも早い第3速さで動作させる指令を含んでいる。なお、雨量検出部43は、マイコンにより提供されている。
 次に、本実施形態に係るレインセンサ100の作用効果を説明する。
 上記したように、一つの照射領域IRが複数の検出領域DRに分けられ、一つの検出領域DRに対して一つの受光素子20が対応している。すなわち、一つの照射領域IRに対して複数の受光素子20が対応している。これによれば、一つの照射領域IRに対して一つの受光素子が対応する構成と比べると、光の照射領域IRを広くしても、一つの受光素子20にて検出される雨滴の検出精度の低下が抑制される。
 また、本実施形態では、一つの照射領域IRに対応する複数の受光素子20の出力信号に基づいて雨量を検出する。上記したように、一つの受光素子20にて検出される雨滴の検出精度の低下が抑制されているので、一つの照射領域に対して一つの受光素子が対応する構成と比べて、雨量の検出精度の低下が抑制される。
 検出部40は、受光素子20の出力信号を閾値電圧Vthと比較する比較部42と、比較部42の出力信号に基づいて、雨量を検出する雨量検出部43と、を有する。
 これによれば、検出領域DRに微量な水が付着している場合において、雨が降っていると判断されることが抑制される。これにより、雨量の検出精度の低下が抑制される。
 検出部40は、各受光素子20の出力信号に重みを付ける重み付け部41を有し、重み付け部41によって重み付けされた各受光素子20の出力信号が、比較部42に入力される。
 上記したように、検出領域DRには、水の付着し易い検出領域DRと付着し難い検出領域DRがある。そのため、それぞれにおいて、適した重み付けを行えば、雨量の検出精度の低下が抑制される。
 重み付け部41は、水の付き難い検出領域DRに対応する受光素子20の出力信号に付ける重みを、水の付き易い検出領域DRに対応する受光素子20の出力信号に付ける重みよりも重くしている。
 これによれば、水の付き易い検出領域DRに水が頻繁に付着した結果、雨が降っていると判断されることが抑制される。これにより、雨量の検出精度の低下が抑制される。
 重み付け部41は、面積の大きい検出領域DRに対応する受光素子20の出力信号に付ける重みを、面積の小さい検出領域DRに対応する受光素子20の出力信号に付ける重みよりも重くしている。
 上記したように、各受光素子20に対応する検出領域DRの面積にばらつきが生じ、検出領域DR当たりにおける雨滴の付着面積もばらつく。そのために、面積の大きい検出領域DRに対応する受光素子20の出力信号が、面積の小さい検出領域DRに対応する受光素子20の出力信号も小さくなる。そこで、上記したように、面積の大きい検出領域DRに対応する受光素子20の出力信号に付ける重みを、面積の小さい検出領域DRに対応する受光素子20の出力信号に付ける重みよりも重くすることで、検出領域DRの面積差による受光素子20の出力信号の変動が抑制される。この結果、雨量の検出精度の低下が抑制される。
 検出部40は、発光素子10と受光素子20との間に配置されている。
 上記したように、照射領域IRの面積を確保するために、発光素子10から発せられた光がウインドシールドWSに対して斜めに照射されている。そのため、発光素子10より照射された光と照射領域IRにて反射された光がなす角が鈍角に近づく。このため、反射光が受光素子20に届くには、発光素子10と受光素子20との間の距離をある程度確保しなくてはならず、その領域が空領域となる。これに対して、本実施形態では、この空領域に検出部40が配置されている。これによれば、空領域以外の領域に検出部が配置される構成と比べて、レインセンサ100の体格の増大が抑制される。
(変形例)
 本実施形態では、規定部30は、透過膜31と、遮光膜32と、を有する例を示した。しかしながら、図4に示すように、規定部30は、これらの他に、受光素子20に入射する光の入射角を調整するレンズ34を有してもよい。
 これによれば、上記実施形態と比べると、反射光を受光素子20に入射させるために、発光素子10と受光素子20とを所定距離離を離さなくともよくなる。そのため、図5に示すように、各受光素子20の隣接間隔を一定とすることができる。
 上記施形態では、9つの受光素子20が基板50に形成されている例を示した。しかしながら、受光素子20の数としては、上記例に限定されず、複数であれば良い。
 上記実施形態では、照射領域IRが9つの検出領域DRに分けられた例を示した。しかしながら、検出領域DRの数としては、上記例に限定されず、複数であれば良い。
 上記実施形態では、検出部40が、重み付け部41を有する例を示した。しかしながら、検出部40は、重み付け部41を有さなくとも良い。
 上記実施形態では、重み付け部41は、検出領域DRの水の付着し易さと面積差に応じて重みを付ける例を示した。しかしながら、重み付け部41は、検出領域DRの水の付着し易さだけに応じて重み付けを行っても良いし、面積差だけに応じて重みを付けても良い。
 上記実施形態では、雨量検出部43は、比較部42から出力される高レベル信号Hiの数をカウントし、そのカウントした数に基づいて、雨量を検出する例を示した。しかしながら、雨量検出部43は、比較部42から出力される低レベル信号Loの数をカウントし、そのカウントした数に基づいて、雨量を検出しても良い。
 上記実施形態では、特に、基板50と基板21との関係について述べなかったが、これらは同一部材であっても良いし、異なる部材であっても良い。
 本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

Claims (9)

  1.  透明基板に装着されるレインセンサであって、
     前記透明基板に複数の照射光線を照射する発光素子(10)と、
     前記透明基板にて反射された複数の前記照射光線の反射光線を受光する複数の受光素子(20)と、
     前記各受光素子に対する前記各反射光線の入射角を規定する規定部(30)と、
     前記複数の受光素子の複数の出力信号に基づいて、雨量を検出する検出部(40)と、を有し、
     前記発光素子は、前記透明基板上に規定される照射領域に前記照射光線を照射し、
     前記照射領域は、複数の検出領域に分けられ、
     前記複数の検出領域は、それぞれ前記複数の受光素子に対応し、
     前記規定部は、前記複数の内一つの検出領域にて反射される一つの反射光線が対応する受光素子に入射するよう、前記各受光素子に対する各反射光線の入射角を規定し、
     前記検出部は、前記照射領域に対応する前記複数の受光素子の前記複数の出力信号に基づいて雨量を検出するレインセンサ。
  2.  前記検出部は、比較部(42)と雨量検出部(43)とを有し、
     前記比較部は、前記各受光素子の出力信号を閾値電圧と比較し、前記各受光素子の出力信号が前記閾値電圧よりも低い場合に高レベル信号を出力し、
     前記比較部は、前記各受光素子の出力信号を閾値電圧と比較し、前記各受光素子の出力信号が前記閾値電圧よりも高い場合に前記高レベル信号よりも電圧レベルの低い低レベル信号を出力し、
     前記雨量検出部は、前記比較部から出力される高レベル信号の数若しくは低レベル信号の数をカウントし、そのカウントした高レベル信号の数若しくは低レベル信号の数に基づいて、雨量を検出する請求項1に記載のレインセンサ。
  3.  前記検出部は、前記各受光素子の出力信号に重みを付ける重み付け部(41)を有し、
     前記重み付け部によって重み付けされた各受光素子の出力信号が、前記比較部に入力される請求項2に記載のレインセンサ。
  4.  複数の前記検出領域は、少なくとも一つの水の付き難い第一検出領域と少なくとも一つの水の付き易い第二検出領域を有し、
     前記重み付け部は、前記少なくとも一つの第一検出領域に対応する少なくとも一つの受光素子の出力信号に第一重みを付け、
     前記重み付け部は、前記少なくとも一つの第二検出領域に対応する少なくとも一つの受光素子の出力信号に第二重みを付け、
     前記第一重みの値は、第二重みの値より大きくしている請求項3に記載のレインセンサ。
  5.  複数の前記検出領域は、少なくとも一つの面積が所定値より大きい大面積検出領域と少なくとも一つの面積が所定値より小さい小面積検出領域を有し、
     前記重み付け部は、前記少なくとも一つの大面積検出領域に対応する少なくとも一つの受光素子の出力信号に大面積重みを付け、
     前記重み付け部は、前記少なくとも一つの小面積検出領域に対応する少なくとも一つの受光素子の出力信号に小面積重みを付け、
     前記大面積重みの値は、前記小面積重みの値より大きくしている請求項3又は請求項4に記載のレインセンサ。
  6.  複数の前記受光素子が、前記発光素子から離れる方向に並んでおり、
     前記発光素子から離れる方向において、隣接する二つの受光素子間隔は、徐々に広がり、
     前記規定部は、前記発光素子から離れる方向において、前記各受光素子に対する各反射光線の入射角は、徐々に大きくなるよう規定する請求項1~5いずれか1項に記載のレインセンサ。
  7.  前記検出部は、前記発光素子と前記複数の受光素子との間に配置されている請求項6に記載のレインセンサ。
  8.  前記規定部は、複数の遮光膜(32)と、前記複数の遮光膜により規定された複数の開口部(33)と、を有し、
     前記各受光素子に対する各反射光線の入射角は、対応する前記複数の内一つの開口部によって規定される請求項1~7いずれか1項に記載のレインセンサ。
  9.  前記規定部は、前記各受光素子に入射する前記各反射光線の入射角を調整するレンズ(34)を有する請求項8に記載のレインセンサ。
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