JP2004198214A

JP2004198214A - 雨滴および光検出装置

Info

Publication number: JP2004198214A
Application number: JP2002366069A
Authority: JP
Inventors: Hirotsugu Ishino; 博継石野
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-12-18
Filing date: 2002-12-18
Publication date: 2004-07-15

Abstract

【課題】雨滴、周辺光の検知に加えて水平光の検知機能を有する雨滴および光検出装置において、小型化を図ることである。
【解決手段】雨滴検知用の光を受光手段７に誘導するレンズ２と、周辺光検知用の光を受光手段７に誘導するレンズ３とを、第１の波長を中心とする波長帯のバンドパス特性を有するレンズとし、水平光検知用の光を受光手段７に誘導するレンズ４を、第２の波長を中心とする波長帯のバンドパス特性を有するレンズとし、受光手段７を、レンズ２〜４を透過する複数の波長帯と１対１に対応して、波長帯ごとの強度を出力する受光手段とする。これにより、雨滴検知用の光や周辺光検知用の光と、水平光検知用の光とが、受光手段７において同位置で受けられる場合であっても、雨滴検知用の光や周辺光検知用の光と、水平光検知用の光とが干渉しないようにする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のワイパやライトの制御等に用いられる雨滴および光検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の基本的な装備として、ウィンドシールドの表面に付着した雨滴を払拭するワイパや、夜間に点灯するライトがある。ワイパは雨の強さに応じて払拭速度や間欠時間を調整する。また、ライトは車両の周辺が暗くなってくると点灯する。これらの作動を自動で行うべく、ウィンドシールドの内側の面に、雨滴や光を検出する雨滴および光検出装置を設けたものがある。かかる装置として、雨滴を検出する雨滴検出部と、光を検出する光検出部とを備え、ハウジング内に一体に設けたものがある（特許文献１参照）。
【０００３】
また、別の雨滴および光検出装置として、ウィンドシールドの内側に、発光素子と受光素子とをウィンドシールドと対向するように設け、雨滴は、発光素子から発射されてウィンドシールドと雨滴との境界面で反射する光を受光素子で受けることにより、車両の周辺の明るさとみなせる装置周辺の明るさは、ウィンドシールドを透過し広い立体角で入射する光を前記受光素子で受けることにより、検出するものもある（特許文献２参照）。このものでは、受光素子が、雨滴の検出用と光の検出用とで共通化される。
【０００４】
このような、受光素子の出力に、雨滴に応じた出力分と、周辺の明るさに応じた出力分が含まれる装置構成では、雨滴と光との峻別性を高める必要がある。そこで、発光素子を、所定の周波数で振幅変調した信号で駆動して、振幅変調光を発射し、雨滴の検出用の回路として、受光素子からの検出信号を検波器で検波し、検波信号から雨滴を検出している（特許文献３参照）。
【０００５】
【特許文献１】
独国特許発明第１９８２７０４４
【特許文献２】
特開平１１−２９５２１４号公報
【特許文献３】
特開昭５８−８９４３０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記雨滴および光検出装置によれば、車両がトンネルに入るとヘッドライトが点灯することになるが、トンネルではなく高架線路や高架道路の下を通過した際にも、日射が遮られて一時的にヘッドライトが点灯するおそれがある。この場合には、先行の車両の乗員に後続車からヘッドライトでパッシングをされたと認識され、先行車両の乗員に不快感を与える。また、通常、ヘッドライトは光軸がやや上向きのモードに切り替え可能で、夜間に前方の見通しをよくすることができるようになっているが、対向車の乗員にはこれが眩しく、対向車があれば、光軸を下げるのがマナーである。そこで、装置周辺の明るさに応じた前記ライトの点灯／消灯機能に加えて、車両の前方からの水平方向の光を検出して、これが一定レベルを示している場合には、周辺の明るさが落ちていても単に高架線路や高架道路の下を通過したものと判断して、ヘッドライトの点灯を禁止したり、前記一定レベルを示した光を対向車両からのヘッドライト光と判断して光軸を下げる機能を付加することが考えられる。
【０００７】
この場合には、水平方向から装置に入射する水平光を検知する受光素子を設けることになるが、この新たに設けられる受光素子は、雨滴や周辺の明るさに応じて変化する光に対して感応しないように、受光素子同士を離して配置しなければならない。このため、水平光検知機能の追加によって、雨滴および光検出装置が大型化し、取り付け状態において目立ってしまうおそれがある。
【０００８】
本発明は前記実情に鑑みなされたもので、水平光等の所定方向からの光を検知する機能を有する小型の雨滴および光検出装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、光を検出する受光手段であって、発光手段から照射されウィンドシールドで反射し入射する第１の光と、広い立体角で入射する第２の光と、所定の方向から入射する第３の光とを受ける受光手段を有し、前記第１の光から雨滴を検知し、第２の光から装置周辺の明るさを検知し、第３の光から所定の方向の明るさを検知する雨滴および光検出装置において、
前記第１、第２および第３の光をそれぞれ、前記受光手段に入射する前に所定の波長帯の光に変換する変換手段を具備せしめるとともに、少なくとも前記第２の光の波長帯と第３の光の波長帯とを違え、
前記受光手段を、前記変換手段により変換される複数の光の波長帯と１対１に対応して、該波長帯ごとの強度を出力する受光手段により構成する。
【００１０】
第１、第２および第３の光は受光手段に入射する前に所定の波長帯の光に変換され、第２の光の波長帯と第３の光の波長帯とが異なるので、受光手段の、第２の光の波長帯の出力は、所定の方向、例えば水平方向の明るさの影響を受けすに周辺の明るさに応じた出力となり、また、第３の光の波長帯の出力は、周辺の明るさの影響を受けすに所定の方向の明るさに応じた出力となる。したがって、第１〜第３の光を受光手段が例えば同位置で受けるようになっていても、所定方向の明るさと周辺の明るさとを区別することができる。これにより、装置を小型化することができる。
【００１１】
請求項２記載の発明では、請求項１の発明の構成において、前記変換手段は、バンドパスフィルタ特性を有する光学フィルタにより構成する。
【００１２】
光学フィルタは、干渉膜フィルタや、光を受光手段に誘導するレンズ等の光学部材に顔料を混ぜることにより実現できるので、所定の波長帯の光への変換が容易である。
【００１３】
請求項３記載の発明では、請求項１または２の発明の構成において、前記受光手段は、１チップ化したセンサにより構成する。
【００１４】
前記のごとく受光手段は前記第１〜第３の光を同位置で受けるようになっていてもよいから、受光手段として１チップ化したセンサを用いることで、さらに装置を小型化することができる。
【００１５】
請求項４記載の発明では、請求項３の発明の構成において、前記第１の光を前記発光手段から前記ウィンドシールドを介して前記受光手段に誘導する誘導路となる第１のレンズと、前記第２の光を前記受光手段に誘導する誘導路となる第２のレンズと、前記第３の光を前記受光手段に誘導する誘導路となる第３のレンズとを具備せしめ、
前記第２のレンズおよび第３のレンズを、前記第１のレンズの光の入射面と出射面とを結ぶ方向に対して直交する方向に、前記第１のレンズを挟んで配置する。
【００１６】
第１のレンズは誘導方向すなわち入射面から出射面に向かう方向に長くなりやすいので、前記第２のレンズおよび第３のレンズを前記のごとく配置することで、第１のレンズが長くなりやすい前記入射面から出射面に向かう方向に、さらに装置を小型化することができる。
【００１７】
請求項５記載の発明では、請求項１ないし４の発明の構成において、前記波長帯は、前記第２の光若しくは第３の光のいずれかが前記第１の光と同一であるように設定する。
【００１８】
第１の光は発光手段からの光であり、これへの駆動信号に変調をかけることで、波長帯が同じであっても第２の光若しくは第３の光と区別することができる。したがって、第２の光若しくは第３の光のいずれかが前記第１の光と波長帯が同一であるようにすることで、受光手段は、２つの波長帯について波長帯ごとの強度を出力するようにすればよいことになる。これにより、受光手段を簡素化し、さらに装置の小型化を図ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１、図２、図３に本発明を適用した雨滴および光検出装置の構成を示す。雨滴および光検出装置は、自動車のワイパが雨滴を払拭する扇状の範囲内で、かつルームミラーの陰など目立たない位置で、ウィンドシールドＷの内側の面に取り付けられる。取付けは、後述する光透過性テープ８や図示しないブラケット等を介してなされる。雨滴および光検出装置Ｓのハウジング１は、ウィンドシールドＷ側が開放した形状のもので、ハウジング１内にはレンズ２，３，４とプリント基板５とが、レンズ２〜４がウィンドシールドＷ側となるように格納されるとともに、ハウジング１に固定される。
【００２０】
レンズ２〜４は形状の異なる３種類が設けられる（以下、適宜、第１のレンズ２を雨滴検知用レンズ２といい、第２のレンズ２を周辺光検知用レンズ２といい、第３のレンズ３を水平光検知用レンズ３という）。雨滴検知用レンズ１は細長のブロック状で、長手方向が、ウィンドシールドＷに取り付けた状態において車両の左右方向となるように配置され、細長の底面２ａが前記光透過性テープ８を挟みウィンドシールドＷの内側の面２ｂと対向せしめてある。また、雨滴検知用レンズ２の長手方向の両端面２ｂ，２ｃが前記底面２ａに対して鋭角をなしている。端面２ｂ，２ｃはそれぞれ、滑らかな凸面となっており、入射面である端面２ｂにより、集光作用をするレンズ部２１が形成され、出射面である端面２ｃにより、集光作用をするレンズ部２２が形成される。
【００２１】
雨滴検知用レンズ底面２ａとウィンドシールド内側面Ｗｂとの間には略ハウジング１の開口を覆う形状の光透過性テープ８が挿入されている。光透過性テープ８は、シリコンシートやアクリル板の両面に粘着層を形成したものが用いられ、雨滴検知用レンズ２やウィンドシールドＷとの密着性を確保し、不要な光の反射を低減する。光透過テープ８の透過率は、後述する第１の波長（λ1 ）を中心とする波長帯、第２の波長（λ2 ）を中心とする波長帯の光について、雨滴および光検出で必要な感度が考慮されるが、基本的には従来の装置でレンズとウィンドシールドとの間に挿入されたものと同じものが用いられる得る。
【００２２】
周辺光検知用レンズ３は、ウィンドシールドＷと略平行に位置決めされた平板状部材で、集光作用はなく、後述するフォトダイオード７に広い立体角で光が入射するようになっている。あるいは、若干の集光作用を有するレンズとしてもよい。
【００２３】
水平光検知用レンズ４は、雨滴検知用レンズ２よりも小型のブロック状部材である。底面４ａに連なる２つの傾斜面を有する略三角形状のもので、一方の傾斜面４ｂは滑らかな凸面となっており、傾斜面４ｂにより、集光作用をするレンズ部４１が形成される。水平光検知用レンズ４は、その底面４ａが前記光透過性テープ８を挟んでウィンドシールド内側面Ｗｂと対向するように配置される。
【００２４】
プリント基板５には、レンズ２〜４と対向する板面に、発光手段である発光ダイオード（以下、適宜、ＬＥＤという）６、受光手段であるフォトダイオード（以下、適宜、ＰＤという）７が実装されるとともに、ＬＥＤ６の駆動用、および、ＰＤ７の出力信号の処理用の回路が形成される。
【００２５】
ＬＥＤ６は、雨滴検知用レンズ２の一方のレンズ部２１の正面位置すなわちレンズ部２１の主光軸上に配置され、ＰＤ７は、他方のレンズ部２２の正面位置すなわちレンズ部２２の主光軸上に配置される。ＬＥＤ６から照射された光は雨滴検知用レンズ２の入射面である端面２ｂから出射面である端面２ｃに向かう方向、すなわち、略雨滴検知用レンズ２の長手方向に誘導されて、端面２ｃから出射する。ここで、ＬＥＤ６からの光が、前記一方のレンズ部２１を経てウィンドシールドＷの外側の表面Ｗａで反射し、他方のレンズ部２２で集光されて、ＰＤ７に入射するように、雨滴検知用レンズ２の長さ、端面２ｂ，２ｃの傾斜角等を設定する。
【００２６】
前記周辺光検知用レンズ３および水平光検知用レンズ４と雨滴検知用レンズ２との位置関係について説明する。周辺光検知用レンズ３および水平光検知用レンズ４は、図３より知られるように、雨滴検知用レンズ２の他方のレンズ部２２の近接位置すなわちＰＤ７の近接位置で、雨滴検知用レンズ２の端面２ｂと端面２ｃとを結ぶ方向すなわち雨滴検知用レンズ２の長手方向に対して直交する方向に、雨滴検知用レンズ２を挟んで配置される。また、水平光検知用レンズ４のレンズ部４１の正面すなわちレンズ部４１の主光軸上にＰＤ７が位置するように、水平光検知用レンズ４の、傾斜面４ｂの傾斜角および雨滴検知用レンズ２の長手方向の位置が設定され、ウィンドシールドＷを透過し水平光検知用レンズ４に入射した光をＰＤ７上に集光せしめる。
【００２７】
また、水平光検知用レンズ４の傾斜面４ｂの傾斜角とともに雨滴検知用レンズ２の前記直交方向の位置は、雨滴および光検出装置Ｓをウィンドシールドに実装したときにレンズ部４１の主光軸が略水平となるように設定される。
【００２８】
かかるレンズ２〜４の配置等により、ＰＤ７には、雨滴検知用レンズ２からの第１の光、周辺光検知用レンズ３からの第２の光、および水平光検知用レンズ４からの第３の光がすべて入射することになる。第２の光は、広い立体角で入射し、装置の周辺の明るさを示す光（周辺光）であり、第３の光は、水平方向に入射し、所定方向である水平方向の明るさを示す光（水平光）である。
【００２９】
各レンズ２〜４はバンドパスフィルタ特性を有している。図４（Ａ）、図４（Ｂ）はレンズ２〜４の分光特性を示すもので、図４（Ａ）に示すように、雨滴検知用レンズ２、周辺光検知用レンズ３は第１の波長（λ1 ）を中心波長とする所定範囲の波長帯にバンドパスフィルタ特性を有する。また、図４（Ｂ）に示すように、水平光検知用レンズ４は第２の波長（λ2 ）を中心波長とする所定範囲の波長帯にバンドパスフィルタ特性を有する。ここで、第１の波長（λ1 ）は６６０ｎｍ（赤）、第２の波長（λ2 ）は例えば４６０ｎｍ（青）とすることができる。かかるバンドパスフィルタ特性は、レンズの材料として樹脂材料に青や赤の顔料を混ぜたものを用いることで、容易に得ることができる。あるいは、レンズ部表面への干渉膜のコーティング等により得ることができる。
【００３０】
また、ＰＤ７はカラーセンサ等の複数のＰＤ部を１チップ化したセンサが用いられる。図５はＰＤ７の分光特性を示すもので、ＰＤ部には前記第１の波長（λ1 ）を最大感度波長とするもの、および前記第２の波長（λ2 ）を最大感度波長とするものを具備せしめてあり、第１のＰＤ部が第１の波長（λ1 ）を中心波長とする波長帯の光の強度を出力し、第２のＰＤ部が第２の波長（λ2 ）を中心波長とする波長帯の光の強度を出力する。
【００３１】
プリント基板５に形成される検出回路は、ＬＥＤ６の駆動回路と、ＰＤ７の出力信号に対する信号処理回路とからなるが、信号処理回路は各ＰＤ部の出力信号を入力として構成されており、第１の波長（λ1 ）を最大感度波長とするＰＤ部の出力信号に基づいて、雨滴量を得るとともに、周辺光の強度が得られるようになっている。また、第２の波長（λ2 ）を最大感度波長とするＰＤ部の出力信号に基づいて、水平光の強度が得られるようになっている。なお、雨滴量に基因した信号成分と周辺光に基因した信号成分との分離は、前記特許文献３等のように、ＬＥＤ６の駆動回路に、所定の周波数で駆動信号を振幅変調する変調回路を設け、ＰＤ７の出力信号に対する信号処理回路に、出力信号の検波回路を設けることで、ＬＥＤ６から照射されて雨滴検知用レンズ２を透過する光の変化と周辺光の変化とを区別することができる。
【００３２】
本雨滴および光検出装置Ｓの作動について説明する。雨滴がウィンドシールドＷに付着してウィンドシールドＷと雨滴との境界面における反射率が変化し、ＬＥＤ６から雨滴検知用レンズ２を通り、ＰＤ７に入射する第１の波長（λ1 ）の光の強度が変化する。また、周辺の明るさが変化すると、周辺光検知用レンズ３を通りＰＤに入力する第１の波長（λ1 ）の周辺光の強度が変化する。
【００３３】
雨滴検知用レンズ２および周辺光検知用レンズ３は第１の波長（λ1 ）を中心波長とするバンドパスフィルタ特性を有しているから、雨滴検知用レンズ２からの光は、第１の波長（λ1 ）を最大感度波長とするＰＤ部で強く感応し、第２の波長を最大感度波長とするＰＤ部では殆ど感応しない。したがって、第１の波長（λ1 ）を最大感度波長とするＰＤ部と第２の波長（λ2 ）を最大感度波長とするＰＤ部とが実質的に同じ位置にあっても、第２の波長（λ2 ）を最大感度波長とするＰＤ部にＬＥＤ６からの光が影響することはない。
【００３４】
一方、水平方向の明るさが変化すると、水平光検知用レンズ４を通り、ＰＤ７に入力する第２の波長（λ2 ）の水平光の強度が変化する。水平光検知用レンズ４は第２の波長（λ2 ）にバンドパスフィルタ特性を有しているから、水平光検知用レンズ４からの光は、第２の波長（λ2 ）を最大感度波長とするＰＤ部で強く感応し、第１の波長（λ1 ）を最大感度波長とするＰＤ部では殆ど感応しない。したがって、第２の波長（λ2 ）を最大感度波長とするＰＤ部と第１の波長（λ1 ）を最大感度波長とするＰＤ部とが実質的に同じ位置にあっても、第１の波長（λ1 ）を最大感度波長とするＰＤ部に水平光が影響することはない。
【００３５】
このように、本雨滴および光検出装置Ｓによれば、水平光を検知する機能を付加しても、雨滴および周辺光検知用の光を受ける受光手段と、水平光検知用の光を受ける受光手段とを実質的に同位置に配置することが可能となり、装置を小型化することができる。なお、各ＰＤ部にレンズを透過しない不要な光が入射しないように、レンズ間の隙間の遮光性を十分にするのがよい。例えば、光透過性テープに重ねて、レンズと対向しない部分を覆う黒色のフィルムを設ける。
【００３６】
しかも、周辺光検知用レンズ３および水平光検知用レンズ４が、雨滴検知用レンズ２の長手方向に対して直交する方向に、雨滴検知用レンズ２を挟んで配置されるから、雨滴検知用レンズ２の長手方向に装置をさらに小型化することができる。
【００３７】
なお、本実施形態では、雨滴検知用レンズ２のバンドパスフィルタ特性を、周辺光検知用レンズ３のバンドパスフィルタ特性と同じにしているが、水平光検知用レンズのバンドパスフィルタ特性と同じにしてもよい。この場合は、雨滴検知用レンズ２を透過した光と水平光検知用レンズとが共通のＰＤ部で感度を有することになる。また、雨滴検知用、周辺光検知用、水平光検知用のレンズのバンドパスフィルタ特性を、中心波長がすべてのレンズ間で互いに違うようにしてもよい。例えば、中心波長が４６０ｎｍ（赤）のバンドパスフィルタ特性と、５４０ｎｍ（緑）のバンドパスフィルタ特性と、６６０ｎｍ（青）のバンドパスフィルタ特性とする。この場合は、ＰＤはＰＤ部として最大感度波長が４６０ｎｍのものと、５４０ｎｍのものと、６６０ｎｍのものとの３つのＰＤ部を有する構成とする。
【００３８】
また、ＰＤ７は複数のＰＤ部を１チップ化した構成としているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、単一の信号出力の複数のＰＤを近接してプリント基板上に配置するのでもよいのは勿論である。
【００３９】
第１、第２および第３の光をそれぞれ、受光手段に入射する前に所定の波長帯の光に変換する変換手段として光学フィルタ作用を奏するレンズにより構成しているが、必ずしもこれに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の雨滴および光検出装置の断面図である。
【図２】図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図４】（Ａ）は雨滴検知用レンズおよび周辺光検知用レンズの分光特性を示すグラフであり、（Ｂ）は水平光検知用レンズの分光特性を示すグラフである。
【図５】フォトダイオードの分光特性を示すグラフである。
【符号の説明】
Ｓ雨滴および光検出装置
１ハウジング
２雨滴検知用レンズ（第１のレンズ）
２ｂ端面（入射面）
２ｃ端面（出射面）
３周辺光検知用レンズ（第２のレンズ）
４水平光検知用レンズ（第３のレンズ）
５プリント基板
６ＬＥＤ（発光手段）
７ＰＤ（受光手段）
８光透過性テープ
Ｗウィンドシールド
Ｗａ外側の面
Ｗｂ内側の面

Claims

光を検出する受光手段であって、発光手段から照射されウィンドシールドで反射し入射する第１の光と、広い立体角で入射する第２の光と、所定の方向から入射する第３の光とを受ける受光手段を有し、前記第１の光から雨滴を検知し、第２の光から装置周辺の明るさを検知し、第３の光から所定の方向の明るさを検知する雨滴および光検出装置において、
前記第１、第２および第３の光をそれぞれ、前記受光手段に入射する前に所定の波長帯の光に変換する変換手段を具備せしめるとともに、少なくとも前記第２の光の波長帯と第３の光の波長帯とを違え、
前記受光手段を、前記変換手段により変換される複数の光の波長帯と１対１に対応して、該波長帯ごとの強度を出力する受光手段により構成したことを特徴とする雨滴および光検出装置。
請求項１記載の雨滴および光検出装置において、前記変換手段は、バンドパスフィルタ特性を有する光学フィルタにより構成した雨滴および光検出装置。
請求項１または２いずれか記載の雨滴および光検出装置において、前記受光手段は、１チップ化したセンサにより構成した雨滴および光検出装置。
請求項３記載の雨滴および光検出装置において、前記第１の光を前記発光手段から前記ウィンドシールドを介して前記受光手段に誘導する誘導路となる第１のレンズと、前記第２の光を前記受光手段に誘導する誘導路となる第２のレンズと、前記第３の光を前記受光手段に誘導する誘導路となる第３のレンズとを具備せしめ、
前記第２のレンズおよび第３のレンズを、前記第１のレンズの光の入射面と出射面とを結ぶ方向に対して直交する方向に、前記第１のレンズを挟んで配置した雨滴および光検出装置。
請求項１ないし４いずれか記載の雨滴および光検出装置において、前記波長帯は、前記第２の光若しくは第３の光のいずれかが前記第１の光と同一である雨滴および光検出装置。