JPH11258152A

JPH11258152A - 水滴検出センサ

Info

Publication number: JPH11258152A
Application number: JP5828698A
Authority: JP
Inventors: Shuhei Tanaka; 修平田中; Harunori Murakami; 治憲村上
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
車用ウインドシールド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中間膜９を
有するウインドシールド２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の室内側面に固着すると
共に、中間膜９のうち発光手段５と受光手段６に対向す
る部分を遮光膜１０，１１とした。

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
子を用いて中間膜を有する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
用ウインドシールド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中間
膜を有する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
透過性基板に設けると共に、前記中間膜のうち前記発光
手段と受光手段に対向する部分を遮光膜或は反射膜とし
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、前記遮光膜或は反射膜との間に
存在する前記中間膜の一部を反射膜としたものである。

【００１３】請求項３に係る発明は、請求項１記載の水
滴検出センサにおいて、前記遮光膜或は反射膜との間に
存在する前記中間膜の一部を空気層としたものである。

【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を備え、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】なお、発光手段５と受光手段６を透明基板
などの光透過性基板に固着して水滴検出センサ１を構成
した後に、この水滴検出センサ１をウインドシールド２
の室内側に接着部材４で固定することもできる。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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の樹脂であり、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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】また、ウインドシールド２は、中間膜９を
有し、中間膜９のうち発光手段５と受光手段６に対向す
る部分を遮光膜１０，１１としている。遮光膜１０は、
発光手段５から出射した光のうちウインドシールド２の
内部を全反射しない光が外部に漏れるのを防ぐためと、
外部光が発光手段５に直接入射するのを防ぐために設け
られている。一方、遮光膜１１は、ウインドシールド２
の内部を全反射してくる光が受光手段６に入射するのを
遮らない範囲で、外部光が受光手段６に直接入射するの
を防ぐために設けられている。

【００２４】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１３と、発光素子１３から所定周波数で変調し
た光を出力させる駆動回路１４と、発光素子１３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１５と、受光素子１５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１４にフィードバック
する検出回路１６などからなる。駆動回路１４では、検
出回路１６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１３に流す駆動電流を制御している。

【００２５】受光手段６は、図３に示すように、ＰＤな
どの受光素子１７と、受光素子１７の出力信号から発光
素子１３の駆動回路１４による変調成分に対応する信号
を取り出す検出回路１８と、検出回路１８の出力信号を
増幅する増幅回路１９とからなる。増幅回路１９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。

【００２６】なお、発光手段５を、発光素子１３のみ
で、又は発光素子１３とモニタ用の受光素子１５で構成
し、駆動回路１４や検出回路１６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１７のみで
構成し、検出回路１８や増幅回路１９などを別の場所に
配置してもよい。

【００２７】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１３がＬＥＤの場合には、ほぼ四方八方に放射
され、発光素子１３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。

【００２８】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、遮光
膜１０によってウインドシールド２の外部に出ることは
ない。また、遮光膜１０を反射膜とすれば、臨界角未満
の入射角で入った光が反射膜で反射し、更に遮光部材７
で反射してウインドシールド２の内部に臨界角以上の入
射角で入射する可能性があり、光の有効利用が図れる。

【００２９】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。

【００３０】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）。

【００３１】ｎ₀・ｓｉｎα₀＝ｎ・ｓｉｎα （１）

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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、遮光膜１０と遮光膜
１１との間に存在する中間膜９の一部を反射膜２２とし
たもので、他の構成は図２に示す水滴検出センサ１と同
様である。

【００４０】図４（ａ）は、反射膜２２をウインドシー
ルド２の中間に設けたことにより反射点が増加するの
で、反射膜２２を設けない場合と同様の反射点（検知
点）を維持しつつ、発光手段５と受光手段６の取付間隔
を狭くして水滴検出センサの小型化を図ったものであ
る。

【００４１】また、図４（ｂ）は、発光手段５と受光手
段６の取付間隔を反射膜２２を設けない場合（図２）と
同様にし、反射膜２２を設けることにより反射点を増加
させて水滴検出センサの高感度化を図ったものである。
即ち、光路長（検出用光の損失）を同じにして検知点を
多くとれる。

【００４２】なお、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の室内側面に固着している。

【００４３】特に、発光素子１３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。

【００４４】以上のように構成した水滴検出センサ２１
の作用について説明する。ウインドシールド２の外側面
に水滴Ｗが付着していない場合には、発光手段５から出
射し、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と反射膜２２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。

【００４５】また、遮光膜１０と遮光膜１１との間に存
在する中間膜９の一部を反射膜２２として形成すること
により、検出用光がウインドシールド２の室内側面に至
らず室内側面で全反射しないので、ウインドシールド２
の室内側面に付着した水滴を検知することはない。従っ
て、室内側面に付着した水滴を検知することによってワ
イパ３が誤動作することはない。その他の作用効果につ
いては、図２に示す水滴検出センサ１と同様である。

【００４６】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、遮光膜１０と遮光膜
１１との間に存在する中間膜９の一部を空気層３２とし
たもので、他の構成は図４に示す水滴検出センサ２１と
同様である。

【００４７】以上のように構成した水滴検出センサ３１
の作用について説明する。ウインドシールド２の外側面
に水滴Ｗが付着していない場合には、発光手段５から出
射し、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と空気層３２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。その他の作用効果について
は、図４に示す水滴検出センサ２１と同様である。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】

【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、プリズムが不要で且つ構造が簡単になる。ま
た、中間膜のうち発光手段と受光手段に対向する部分を
遮光膜或いは反射膜とすることにより、発光手段から外
部に漏れる光を低減すると共に、発光手段及び受光手段
に外部光が直接入射するのを防止して安定した動作を実
現できる。更に、中間膜のうち発光手段と受光手段に対
向する部分を反射膜とすれば、光の有効利用が図れる。

【００５２】請求項２に係る発明によれば、中間膜の一
部を反射膜として形成することにより、光路長を同じに
して検知点を多くとることができ、水滴検出センサの小
型化、高感度化が図れる。

【００５３】請求項３に係る発明によれば、中間膜の一
部を空気層として形成することにより、光路長を同じに
して検知点を多くとることができ、水滴検出センサの小
型化、高感度化が図れる。

【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、９…中間膜、１０，１１…遮光
膜、２２…反射膜、３２…空気層、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中間膜を有
する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
基板に設けると共に、前記中間膜のうち前記発光手段と
受光手段に対向する部分を遮光膜或は反射膜としたこと
を特徴とする水滴検出センサ。
【請求項２】前記遮光膜或は反射膜との間に存在する
前記中間膜の一部を反射膜とした請求項１記載の水滴検
出センサ。
【請求項３】前記遮光膜或は反射膜との間に存在する
前記中間膜の一部を空気層とした請求項１記載の水滴検
出センサ。