JPH11258151A

JPH11258151A - 水滴検出センサ

Info

Publication number: JPH11258151A
Application number: JP5828598A
Authority: JP
Inventors: Shuhei Tanaka; 修平田中
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 1998-03-10
Filing date: 1998-03-10
Publication date: 1999-09-24

Abstract

(57)【要約】【課題】プリズムが不要で、且つ構造が簡単で、自動
車用ウインドガラスなどの光透過性基板に付着した水滴
を確実に検出する。【解決手段】検出用光の反射光量の変化でウインドシ
ールド２の何れかの面に付着した水滴Ｗを検出する水滴
検出センサであって、検出用光をウインドシールド２に
入射させる発光手段５と検出用光のうちウインドシール
ド２内を全反射した光を検出する受光手段６を、接着部
材４でウインドシールド２の室内側面に固着した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発光素子と受光素
子を用いて自動車用ウインドガラスなどの光透過性基板
に水滴が付着したことを検出する水滴検出センサに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】自動車のフロントガラスに雨滴が付着し
たことを検知して、ワイパーを自動的に動作させる試み
が従来から行なわれており、このような検知機能を備え
た基板として、図６に示す構造のものがある。

【０００３】即ち、ガラス板等の透明基板１００の表面
にプリズム１０１，１０２を貼着し、プリズム１０１を
介して光源１０３からの光を全反射する角度で透明基板
１００内に導入する。そして、水などの液体が透明基板
１００の表面に存在すると全反射が起こらないように入
射角度を設定しておくと、ガラス表面の全反射点におけ
る液体の有無により全反射の光量が変化するので、この
変化量を受光素子１０４などにより検知することによ
り、液体の存在を知ることができるというものである。

【０００４】そして、特開昭６０−２１６２４５号公報
には、上記の検知方式のように、光源からの光をガラス
板面で全反射させ、これをプリズムを介して受光素子に
入射させていたのでは、検知感度が悪いので、ガラス面
に水滴が付着した時にのみ、当該水滴からの反射光を受
光素子に入射するようにプリズムの角度を設定した内容
が開示されている。

【０００５】また、特開昭６２−１６３９４９号公報に
は、２つの光源を用意し、一方の光源からの光束の検出
面における入射角を全反射の臨界角以上とし、他方の光
源からの光束の検出面における入射角を全反射の臨界角
以下とし、水以外の付着物との識別ができるようにした
構成が開示されている。

【０００６】更に、特開平８−２６１９７４号公報に
は、ガラス板の内部に櫛形の透明電極を配置し、ガラス
板表面に水滴が付着したことによって生じる櫛形の透明
電極間の静電容量の変化を検出し、これに応じて窓の開
閉やヒータの制御を行なうようにした構成が開示されて
いる。

【０００７】また、特表平６−５０９６５２号公報に
は、ウインドシールドの外側表面の水滴を検知し、水滴
に対応してウインドシールド用ワイパの動作を制御する
ために、ウインドシールドの内側表面に、プリズムなど
からなる感知ユニットを２つの粘着性の面を備えた中間
層で接着した構成が開示されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の光学式検知機能
を備えた透明基板にあっては、ガラス中に全反射光を導
入するためにプリズムが必須要件であると共に、このプ
リズムをガラス面に密着させる必要があり、取付作業に
手間がかかる。特に、自動車のウインドシールドガラス
などは湾曲したデザインが多く採用されており、密着さ
せることが困難である。また、プリズムとガラス表面と
の界面での不要な反射をさけるために、屈折率をできる
だけ近づける必要がある（屈折率マッチング）。このた
めにマッチング層を設けることも考えられるが、工程が
増加し、コスト面で不利が生じる。

【０００９】一方、特開平８−２６１９７４号公報のよ
うに、電極間の電気抵抗の変化、電気容量の変化などを
検知して行う方式は、耐久性、感度の面で光学式に劣
り、特に自動車用のフロントガラスにあっては、運転者
あるいは同乗者の視認性に追随した信号であることが重
要であり、光学式のセンサが望ましい。

【００１０】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、プリズムが不要で、且つ構造が簡単で、自動車
用ウインドガラスなどの光透過性基板に付着した水滴を
確実に検出することができる水滴検出センサを提供しよ
うとするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく請
求項１に係る発明は、検出用光の反射光量の変化で光透
過性基板に付着した水滴を検出する水滴検出センサであ
って、前記検出用光を前記光透過性基板に入射させる発
光手段と前記検出用光のうち前記光透過性基板内を全反
射した光を検出する受光手段を、前記光透過性基板に設
けたものである。

【００１２】請求項２に係る発明は、請求項１記載の水
滴検出センサにおいて、前記発光手段と受光手段を基板
を介して前記光透過性基板に設けたものである。

【００１３】請求項３に係る発明は、請求項１又は請求
項２記載の水滴検出センサにおいて、前記発光手段の発
光面を検出用光が全反射する入射方向に向けると共に、
前記受光手段の受光面を全反射してくる検出用光の方向
に向けたものである。

【００１４】

【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
水滴検出センサを装着した自動車前部の斜視図、図２は
本発明の第１の実施の形態に係る水滴検出センサの構成
説明図、図３は本発明に係る水滴検出センサをワイパ制
御に適用した構成図、図４は本発明の第２の実施の形態
に係る水滴検出センサの構成説明図、図５は本発明の第
３の実施の形態に係る水滴検出センサの構成説明図であ
る。

【００１５】図１に示すように、水滴検出センサ１は、
自動車のウインドシールド２の室内側面であって外側面
を払拭するワイパ３の払拭領域に対向する部位に接着部
材４で取付けている。なお、ウインドシールド２には、
ＳｉＯ₂を主成分とする５ｍｍ厚のソーダライムガラス
基板を用いている。

【００１６】本発明の第１の実施の形態に係る水滴検出
センサ１は、図２に示すように、発光手段５と受光手段
６からなり、ウインドシールド２の室内側面で所定の間
隔を設け、発光手段５の発光面をウインドシールド２に
対向させると共に、接着部材４に埋設するようにして発
光手段５を固定し、同様に受光手段６の受光面をウイン
ドシールド２に対向させると共に、接着部材４に埋設す
るようにして受光手段６を固定している。

【００１７】所定の間隔を設けて発光手段５と受光手段
６をウインドシールド２の室内側面に固定するのは、発
光手段５から受光手段６に至る光路長をなるべく短くし
て発光手段５から出射した検出用光の損失を所定レベル
に維持しつつ、所定の検出面積をウインドシールド２の
外側面に確保するためである。

【００１８】接着部材４としては、エポキシ接着部材や
紫外線硬化性のエポキシ接着部材など、ウインドシール
ド２の屈折率（１．４８）とほぼ等しい屈折率を有する
ものを選定している。また、発光手段５及び受光手段６
をシリコン系透明接着シートでウインドシールド２の室
内側面に固着させた後に、接着部材４に発光手段５及び
受光手段６を埋設するように固定することもできる。

【００１９】また、発光手段５及び受光手段６をウイン
ドシールド２に固定するために盛った接着部材４を覆う
遮光部材７，８を設けている。遮光部材７，８は、接着
部材４を光学的に遮蔽するために樹脂や金属などで形成
され、一方の遮光部材７は発光手段５から不要な方向に
光が漏れるのを防ぐ役割を果たし、他方の遮光部材８は
外部光などが直接受光手段６に入るのを防ぐ役割を果た
す。従って、発光手段５から漏れる光がウインドシール
ド２の内部を伝播せずに、直接受光手段６に入ることは
ない。

【００２０】また、遮光部材７，８の接着部材４との接
触面、即ち発光手段５及び受光手段６と対向する遮光部
材７，８の面に反射性能を持たせるとよい。また、遮光
部材７，８の接着部材４との接触面、即ち発光手段５及
び受光手段６と対向する遮光部材７，８の面を凹鏡面に
形成することもできる。

【００２１】このように遮光部材７，８の接着部材４と
の接触面に反射性能を持たせたり、接触面を凹鏡面に形
成することにより、発光手段５から後方に出射した光を
集めてウインドシールド２の方向へ進ませて検出用光と
して利用でき、更にウインドシールド２の内部を伝播し
てきたものの受光手段６に直接入射できなかった検出用
光を遮光部材８に反射させて受光手段６に入射させるこ
ともでき、光の有効利用が図れる。

【００２２】発光手段５は、図３に示すように、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１１と、発光素子１１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、発光素子１１の出力
レベルをモニタするフォトダイオード（ＰＤ）などの受
光素子１３と、受光素子１３の出力信号から変調成分に
対応する信号を取り出し駆動回路１２にフィードバック
する検出回路１４などからなる。駆動回路１２では、検
出回路１４の出力信号が所望の出力レベルを維持するよ
うに発光素子１１に流す駆動電流を制御している。

【００２３】受光手段６は、図３に示すように、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１１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とからなる。増幅回路１７の出力
信号は、ワイパ駆動部２０へ入力され、ワイパ制御に使
用される。

【００２４】なお、発光手段５を、発光素子１１のみ
で、又は発光素子１１とモニタ用の受光素子１３で構成
し、駆動回路１２や検出回路１４などを別の場所に配置
してもよい。また、受光手段６を、受光素子１５のみで
構成し、検出回路１６や増幅回路１７などを別の場所に
配置してもよい。

【００２５】以上のように構成した水滴検出センサ１の
作用について説明する。発光手段５から出射した光は、
発光素子１１がＬＥＤの場合には、ほぼ四方八方に放射
され、発光素子１１がＬＤの場合には、ほぼ一方向に放
射される。これらの光は、接着部材４を通してウインド
シールド２の内部に入る。接着部材４として、ウインド
シールド２の屈折率とほぼ等しい屈折率のものを選定し
たので、発光手段５から出射した光は接着部材４とウイ
ンドシールド２との界面で屈折することなく直進する。

【００２６】そして、図２に示すように、ウインドシー
ルド２の内部に臨界角未満の入射角で入った光は、ウイ
ンドシールド２を通過して外部に抜ける。一方、ウイン
ドシールド２の内部に臨界角以上の入射角で入った光
は、ウインドシールド２の外側面と空気との界面及びウ
インドシールド２の室内側面と空気との界面を交互に全
反射しながらウインドシールド２の内部を伝播する。そ
して、ウインドシールド２の内部で全反射した光は、受
光手段６に入射する。

【００２７】ここで、空気とガラスとの界面で全反射が
始まるときの入射角、即ち臨界角を求めるには、スネル
の法則を用いて以下の計算を行う。スネルの法則の一般
式は、以下に示す数式（１）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）。

【００２８】ｎ₀・ｓｉｎα₀＝ｎ・ｓｉｎα （１）

【００２９】ガラスの屈折率ｎをｎ＝１．４８とし、空
気の屈折率ｎ₀をｎ₀＝１とした場合、空気とガラスとの
界面であってガラス内部で全反射するための入射角αの
条件は、屈折角α₀が、α₀≧９０°となればよいので、
その時の入射角αは、数式（１）より、α≧４２．５°
となる。従って、入射角αが、臨界角（４２．５°）以
上であれば、ガラス媒質中での全反射が起こる。

【００３０】一方、水がガラスに付着した場合でも、水
とガラスとの界面であってガラス内部で全反射するため
の入射角αの条件は、水の屈折率をｎ₀＝１．３３とし
て、同様の計算を行うと、α≧６４．０°となる。従っ
て、入射角αが、臨界角（６４．０°）以上であれば、
ガラス媒質中での全反射が起こる。

【００３１】従って、入射角αが、４２．５°から６
４．０°の範囲（４２．５°≦α≦６４．０°）であれ
ば、水がガラスに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、光はガラス内
部から水を介して外部に漏れることになる。

【００３２】このような反射を起こさせるために、発光
手段５を固着する位置を調整して入射角αの条件（４
２．５°≦α≦６４．０°）を満たすように、発光手段
５から出射する光の入射角を設定した。また、受光手段
６に反射光が入る入射角も発光手段５の場合と対称の関
係になるので、反射光を漏れなく受光するように受光手
段６を固着する位置を調整した。

【００３３】従って、ウインドシールド２の外側面又は
室内側面のいずれか又は両面に水滴Ｗが付着している場
合には、伝播途中の光は水滴Ｗを通してウインドシール
ド２の外部に抜けてしまい、受光手段６に到達する光量
が減少する。そこで、この光量の減少分を検出し演算処
理すれば、水滴Ｗの付着の程度が分かる。

【００３４】本発明では、入射角αの条件（４２．５°
≦α≦６４．０°）を満たす範囲で入射する光を全て利
用するため、ウインドシールド２の面に付着する水滴Ｗ
を離散的な光の反射点ではなく、多数の反射点の集合で
ある面に付着する水滴Ｗを検出するので、離散的な反射
点に付着する水滴Ｗを検出する場合に比べ、ウインドシ
ールド２の面に付着する水滴Ｗの検出確度が向上する。

【００３５】そして、図３に示すように、水滴検出セン
サ１は、水滴Ｗの付着量に相当する出力信号を、ワイパ
駆動部２０へ入力する。すると、ワイパ駆動部２０で
は、検出された水滴Ｗの付着量が設定値以上の場合に
は、水滴Ｗの付着量に応じた間隔でワイパ３を作動さ
せ、一方検出された水滴Ｗの付着量が設定値未満になっ
た場合には、ワイパ３の作動を停止させる。

【００３６】図４に示すように、本発明の第２の実施の
形態に係る水滴検出センサ２１は、発光手段５と、受光
手段６と、透明基板２２を備え、発光手段５と受光手段
６を所定の間隔を設けて透明基板２２の一面側に固着し
てなる。発光手段５と受光手段６は、ともに接着部材４
に埋設するようにして透明基板２２に固定されている。
ここで、発光手段５と受光手段６を固着して水滴検出
センサ２１を構成する基板としては、ガラス基板などの
透明基板２２に限らず、透明ではないガラス基板や樹脂
基板などの光透過性基板であればよい。

【００３７】また、発光手段５及び受光手段６を透明基
板２２に固定するために盛った接着部材６を覆う遮光部
材７，８を設けたり、遮光部材７，８と接着部材４との
接触面に反射性能を持たせたり、或は遮光部材７，８と
接着部材４との接触面を凹鏡面に形成するのは、本発明
の第１の実施の形態に係る水滴検出センサ１と同様であ
る。

【００３８】そして、水滴検出センサ２１は、透明基板
２２の他面側を接着部材４でウインドシールド２の室内
側面に固着することによりウインドシールド２に固定さ
れる。なお、透明基板２２には、ウインドシールド２と
同じＳｉＯ₂を主成分とするソーダライムガラス基板を
用いている。また、発光手段５や受光手段６などを固着
した透明基板２２をウインドシールド２の室内側面へ接
着する方法としては、接着部材４の他に、シリコン系透
明接着シートを用いて固定してもよい。

【００３９】このように、予め透明基板２２に発光手段
５と受光手段６を所定の間隔を設けて固着し水滴検出セ
ンサ２１を構成するので、ウインドシールド２の室内側
面へ発光手段５と受光手段６を別個に所定の間隔を設け
て固着するのに比べて、ウインドシールド２の室内側面
への水滴検出センサ２１の取付けが容易になり、作業性
が向上する。なお、その他の作用効果は、本発明の第１
の実施の形態に係る水滴検出センサ１と同様である。

【００４０】また、図５に示すように、本発明の第３の
実施の形態に係る水滴検出センサ３１は、発光手段５の
発光面５ａを検出用光が全反射する入射方向に向ける共
に、受光手段６の受光面６ａを全反射してくる検出用光
の方向に向けてウインドシールド２の室内側面又は透明
基板２２に固着して構成するものである。なお、図５
は、ウインドシールド２の室内側面に直接発光手段５と
受光手段６を固着した場合を示している。

【００４１】特に、発光素子１１がＬＥＤの場合には、
出射した光がほぼ四方八方に放射されるので、発光面５
ａを検出用光が全反射する入射方向に向けると発光面５
ａから出射した光の検出用光として作用する割合が高め
られ、光の有効利用が図れる。また、受光面６ａを全
反射してくる検出用光の方向に向けておけば、確実に検
出用光を捉えることができる。なお、その他の作用効果
は、本発明の第１の実施の形態に係る水滴検出センサ１
と同様である。

【００４２】なお、本発明に係る水滴検出センサ１，２
１，３１は、水滴Ｗに限らず、屈折率の既知な液体や粒
状体など光透過性基板に付着するものであれば検出対象
となる。

【００４３】また、水滴検出センサ１，２１，３１を固
着する光透過性基板としては、自動車用ウインドシール
ド２の他に、自動車のリアウインドやドアーミラーなど
のガラス基板、鉄道、船舶や航空機などのウインドガラ
ス、建造物のウインドガラス、洗面台などのミラー、道
路に設置されるカーブミラーなど、光を通すガラスや樹
脂などであれば適用できる。

【００４４】そして、水滴検出センサ１，２１，３１の
水滴検出信号は、自動車のウインドシールド２に設置す
るワイパ３の他に、リアウインドやドアーミラーなど設
置するワイパの制御信号、また自動車のリアウインド、
ドアーミラーや洗面台ミラーなどに設置する曇止め用熱
線の起動信号として使用することができる。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように請求項１に係る発明
によれば、プリズムが不要且つ構造が簡単になる。ま
た、離散的な反射点に付着した水滴を検出するのではな
く、ある範囲内の入射角で光透過性基板に入射して光透
過性基板内を全反射する光を有効に利用し、反射点の集
合である面に付着する水滴を検出するので、水滴の検出
確度が向上する。

【００４６】請求項２に係る発明によれば、光透過性基
板に発光手段と受光手段を別個に所定の間隔を設けて直
接固定するのに比べて、光透過性基板への水滴検出セン
サの取付けが容易になり、作業性が向上する。

【００４７】請求項３に係る発明によれば、発光面を検
出用光が全反射する入射方向に向けると、発光面から出
射した光の検出用光として作用する割合が高められ、光
の有効利用が図れる。また、受光面を全反射してくる検
出用光の方向に向けておけば、確実に検出用光を捉える
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る水滴検出センサを装着した自動車
前部の斜視図

【図２】本発明の第１の実施の形態に係る水滴検出セン
サの構成説明図

【図３】本発明に係る水滴検出センサをワイパ制御に適
用した構成図

【図４】本発明の第２の実施の形態に係る水滴検出セン
サの構成説明図

【図５】本発明の第３の実施の形態に係る水滴検出セン
サの構成説明図

【図６】従来の水滴検出センサの構成図

【符号の説明】

１，２１，３１…水滴検出センサ、２…ウインドシール
ド（光透過性基板）、３…ワイパ、４…接着部材、５…
発光手段、５ａ…発光面、６…受光手段、６ａ…受光
面、７，８…遮光部材、２２…透明基板（基板）、Ｗ…
水滴。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】検出用光の反射光量の変化で光透過性基
板に付着した水滴を検出する水滴検出センサであって、
前記検出用光を前記光透過性基板に入射させる発光手段
と前記検出用光のうち前記光透過性基板内を全反射した
光を検出する受光手段を、前記光透過性基板に設けたこ
とを特徴とする水滴検出センサ。
【請求項２】前記発光手段と受光手段を基板を介して
前記光透過性基板に設けた請求項１記載の水滴検出セン
サ。
【請求項３】前記発光手段の発光面を検出用光が全反
射する入射方向に向けると共に、前記受光手段の受光面
を全反射してくる検出用光の方向に向けた請求項１又は
請求項２記載の水滴検出センサ。