説明

雨滴センサ

【課題】 従来の雨滴センサでは雨滴のガラス面への付着の検出に、可視光を使用していたので、外光センサなどと組合わせたときには混信を生じて精度の低下を生じるものとなるので、個別に設けざるを得ずコストアップを生じていた。
【解決手段】 本発明によりウインドガラスに取付ける光学素子はシリンドリカルレンズの両端が球面とされたものとして、中心部に可視光を透過させても雨滴センサの検出には影響を与えないものとすると共に、雨滴の検出には赤外光を使用し、必要に応じて可視光を遮蔽し赤外光を透過する黒色フィルターを使用して可視光と赤外光とを分離させることで精度を損なうことなく雨滴センサと外光センサとの共用を可能として課題を解決する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、雨滴の付着により著しく視界が損なわれる自動車のフロントウインドなどガラス面に取付けられ、雨滴が付着した量を検出して自動的にワイパーを動作させるときに用いられる雨滴センサに関するものである。尚、この種の雨滴センサには、日没、或いは、トンネルへの進入、脱出など、周囲の明るさの変化により自動的にヘッドライトの点灯、消灯を行わせるための外光センサが併設されている場合が多い。
【背景技術】
【0002】
従来のこの種の雨滴センサの基本的な構成は、図6に示すようにフロントウインドなどのガラスW面の車室内側に、入射用光学素子11aとして、直角プリズムを90°の頂角が上方になる状態でエポキシ樹脂など透明樹脂14で接着するものであり、このようにすることで、ガラス面に対して45°となる面を生じ、この面に対して、例えばLEDなど発光素子12からの光を直角方向から入射させるものとしている。
【0003】
このようにすることで、ガラスW面に入射した光は、大気とガラスとの屈折率の相違による屈折を受けることなくガラスW面内に進入できるものとなり、ガラスの車室外側の面Woに達するときにも臨界角を超える45°の角度を保つものとなる。従って、ガラスの車室外側の面Woにおいてはガラス内面での全反射が行われる。
【0004】
このように、ガラス内面で全反射が行われるときには、入射角と反射角とは同一であるので、ガラスの車室外側の面Woで全反射が行われた上記の光は折り返され、ガラスWの車室内側の面Wi、または、それと平行な高屈折率面に達したときにも全反射が行われ、以下同様に外面、内面、外面、・・・と交互に全反射を繰り返すものとなり、即ち、ガラスW内に封じ込められた状態となる。
【0005】
そこで、設けられるものが、射出用光学素子11bであり、この射出用光学素子11bは前記した入射用光学素子11aと同じ直角プリズムであり、同様に、ガラスWの内側の面に透明な樹脂接着剤などで接着されている。但し、接着が行われる場所は、前記入射用光学素子21aから入射された光が少なくとも1回、ガラスWの車室外側の面Woで全反射した後に、ガラスの車室内側の面Wiに回帰してくる位置である。尚、通常には入射用光学素子11aと射出用光学素子11bとはガラスWの厚さ、臨界角などを考慮して雨滴検出用光学素子11として一体化してあり、1回の貼着作業で両者が所定の位置となるようにされている。
【0006】
このようにすることで、前記入射用光学素子11aから入射された光の少なくとも1回、ガラスの車室外側の面Woで全反射したものが射出用光学素子11bから取り出せるものとなり、この光の光量は受光素子13で常時に観測されている。ここで、もしも、降雨などにより雨滴がガラスの外側の面Woに付着すると、ガラスと水(雨滴)とは屈折率が近似しているので、反射面に形状変化が生じた状態となり光モレ、乱反射を生じるなどして、受光素子13で観測される光量は減じて水滴の付着、すなわち、降雨が検知できるものとなる。尚、図6には示していないが、このように降雨を検出しワイパーの自動性制御を行うクラスの自動車では、別に外光センサも設けられ外部の照度によりライトの自動点灯、消灯を行うようにされているものが多い。
【特許文献1】特開2001−66246号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、上記した従来の構成においては、雨滴センサは光源を必要とするものであり、また、従来の雨滴センサの構成は、従来例(特許文献1参照)の図1にも示されるように、外光センサを併設することが全く考えられていない構成であるので、雨滴センサと外光センサとは個別に設けざるを得ないものとなり、よって、視界の確保が最も要求されるフロントガラス上の2箇所にセンサを設けざるを得ず、視界を損なう面積が増える問題点を生じるものとなる。
【0008】
また、雨滴センサと外光センサとを個別に用意すると云うことは、レンズ、ケース、回路部品なども、それぞれに専用のものが必要となり、部品点数、組立工数なども増え、管理面でも、生産面でも手数がかかるものとなり、総合的にコストアップは避けられない問題点も生じている。
【0009】
更に言えば、前記入射用光学素子11aと射出用光学素子11bとをガラスWに貼着するときの相互の位置関係には、精度が必要であるので、図6にも示されるように2個の直角プリズムが所定に間隔で接続された形状のプリズム本体11cとして形成しなければ成らず、加工技術も高度のものとなって、ますますコストアップする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明は、上記した従来の課題を解決するための具体的手段として、雨滴センサの雨滴検出用光学素子は、両端部を半球状とした円筒を中心軸で2等分に分割された形状とされ、前記ガラスの車室内側の面に分割面側で透明な樹脂接着剤により貼着されて、一方の端部が入射用光学素子部とされ、他方の端部が射出用光学素子部とされ、前記入射用光学素子部に対しては、赤外線発光LEDの光を前記ガラスの車室外側の面で全反射を生じる位置として取付けられ、前記射出用光学素子部に対しては、第一の受光素子がガラスの車室外側の面で全反射した光を受光できる位置として取付けられ、前記入射用光学素子部と、前記射出用光学素子部との中間となる接続部の中央には第二の受光素子が取付けられ外光センサとされている雨滴センサとすることで、第一には、雨滴検出用光学素子(従来例のプリズム本体11c)の形状を単純化して課題を解決する。
【0011】
また、第二には、本発明により、雨滴検出用光学素子部の入射用光学素子部と射出用光学素子部とを接続する接続部を雨滴センサとしては機能しない部分として、この部分を外光センサの採光部として利用可能とし、雨滴センサと外光センサとの一体化を可能として、小型化、部品点数の低下、工数低減を可能とする。
【発明の効果】
【0012】
以上に説明したように、本発明により雨滴検出用光学素子の構成に工夫を加えて、形状を単純化すると共に、この雨滴検出用光学素子の入射用光学素子部と射出用光学素子部とを接続する接続部を雨滴センサとしては機能しない部分とし、更に、この部分に第二の受光素子を設け外光センサにて機能するようにして、雨滴センサと外光センサとの一体化を可能としたことで、小型化、部品点数の低下、工数低減を可能となりコストダウンに優れた効果を奏するものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
つぎに、本発明を図に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。図1に示すものは本発明に係る雨滴センサ1の第一実施形態であり、図中で符号2で示すものは雨滴検出用光学素子である。そして、本発明では、この雨滴検出用光学素子2は両端を半球状とした円筒を中心軸で2等分された形状とされ、この第一実施形態においては、透明なガラス、或いは、透明な樹脂部材で形成されている。
【0014】
上記説明のように形成された雨滴検出用光学素子2は、断面が半円状のシリンドリカルレンズ状となる接続部2bの両端に、半球面状のレンズを更に中心軸に沿い2等分した形状(1/4球面)のレンズを付着させた形状となっている。そして、本発明においては、上記両端のレンズの何れか一方を入射用光学素子部2aとし、他方を射出用光学素子部2cとする。
【0015】
そして、上記雨滴検出用光学素子2は、フロントウインドなどガラスWの室内側の面Wiに、透明な樹脂接着剤3により貼着されている。尚、このときには、前記雨滴検出用光学素子2、樹脂接着剤3の屈折率が、例えば1.4〜1.5程度のものなど、一般的に入手しやすく、且つ、ガラスWに近いものが選択され、お互いの接触面での屈折、反射を生じることが少ないようにされている。
【0016】
本発明では、このようにフロントウインドなどガラスWの室内側の面Wiに貼着された雨滴検出用光学素子2に対して、雨滴の付着がないときには、ガラスWの室外側の面Woで全反射を行うものとなる条件として、前記入射用光学素子部2aから光を入射させるものであり、このときに、本発明においては、赤外発光LED4を光源として採用し赤外光を用いるものとしている。
【0017】
前記雨滴検出用光学素子2に光(赤外光)を入射させるときに、本発明では赤外線発光LED4を、前記入射用光学素子部2aの焦点の位置に設置すれば、赤外線発光LED4から放射される光は、前記入射用光学素子部2aに入射した後には平行光線となり、雨滴検出用光学素子2内を進行するものとなる。従って、赤外線発光LED4を入射用光学素子部2aの焦点上の適宜位置に設置すれば、赤外発光LED4から放射される光は、前記樹脂接着剤3を透過し、臨界角を超えない角度でガラスWの室外側の面Woに達して全反射する条件が得られるものとなる。
【0018】
よって、接続部2bの長さを適宜に設定し、ガラスWの室外側の面Woで全反射した赤外光が射出用光学素子部2cに達するようにしておけば、赤外光は射出用光学素子部2cから大気中に射出するときには集束が行われ、焦点を結ぶものとなるので、その焦点の位置に第一の受光素子5を設置しておけば、雨滴検出用光学素子2をガラスWの室外側の面Woでの反射を介して透過してきた赤外線発光LED4からの光量を測定できるものとなる。
【0019】
そして、降雨により前記ガラスWの室外側の面Woに雨滴が付着し光の漏出を生じる状態となり、雨滴の数が増加していけば、第一の受光素子5からの出力は次第に減少するものとなり、雨滴の付着状態が予測できるので、例えば、光量が減少して行く速度が緩やかであれば、間欠ワイパーとして駆動するなど降雨状態に応じるワイパー駆動が行えるものとなる。
【0020】
以上は、本発明の構成とした雨滴検出用光学素子2の雨滴センサ1としての構成及び動作を説明したものであるが、本発明では、上記構成に加えて、前記接合部2bの軸方向の中央であり、且つ、シリンドリカルレンズ状に突出する側には適宜の間隔を設けて第二の受光素子6が設置されている。
【0021】
ここで、前記第二の受光素子に入射する光について検討してみると、全てがガラスWの室外側の面Woから入射して、雨滴検出用光学素子2の接続部2bを透過した後に第二の受光素子6に達する光であり、即ち外光であって、第一の受光素子5に達する光の如く、前記赤外線発光LED4から臨界角以上でガラスW内に入射され、内面反射を行いながら伝播しているような人工的に雨滴検出用光学素子2内に入射される光は含まれず、いわゆる、自然光のみであり、臨界角を超える角度と成ることはなく、ガラスW内での内面反射は生じることなく、雨滴検出用光学素子2を透過する。
【0022】
よって、第二の受光素子6は上記の説明でも明らかなように自然光の光量のみを計測するものとなるので、例えば外光の明るさに応じて車両の灯具を制御する外光センサとして使用可能となる。即ち、本発明によれば、雨滴センサと外光センサとの複合が可能であり、しかも、第二の受光素子6の追加という極めて簡便な手段で可能となる。ここで、図1中に符号9で示すものは、赤外線発光LED4、第一の受光素子5、第二の受光素子6を搭載する回路基板である。
【0023】
尚、本発明では、前記第二の受光素子6が設けられたことで、雨滴検出用光学素子2の接続部2bは第二の受光素子6に向かう室外側の面からの光が透過するものとなるが、原則的には、ガラスWにおいては室外側の面Woから臨界角以下で入射し透過してしまう光と、臨界角以上で内面反射を行っている光とは、相互に干渉を生じることはないとされているので、室外側の面から入射する光が、雨滴センサ1としての精度を低下させることは無いと考えられる。
【0024】
しかしながら、雨滴検出用光学素子2には、臨界角以上の角度の光をガラスWの室内側の面Wiから導入させる入射用光学素子部2a、及び、ガラスW内から射出させる射出用光学素子部2cが接続部2aの近傍に設けられているので、予想外の経路で赤外線発光LED4と外光とが干渉する可能性も全く無いとは云えない。
【0025】
そこで、この第一実施形態では、第一の受光素子5を、例えば赤外線透過用黒色フィルターなどと称されている、赤外線は透過し可視光は遮蔽する黒色フィルター5aで覆い、外光センサ用の可視光が、第一の受光素子5の側に漏れを生じたときには遮蔽するものとし、雨滴センサ1としての精度に影響を受けることのないようにしても良い。また、赤外線発光LED4の側を一定の周期で点滅動作させ、外光に含まれる赤外線と識別を行うなどの手段を行うのも自在である。
【0026】
図2は本発明の第二実施形態であり、前の第一実施形態では第二の受光素子6は、シリンドリカルレンズ状とされた接続部2bの凸面側に設置するものであった。よって、シリンドリカルレンズの特性として、外光の集束は第二の受光素子6に対して軸に沿う一方向のみに集束するものとなり集束効率が低くなり、外光の光量が少ないときには測定効率が低下する困難となる問題点を生じる。
【0027】
よって、この第二実施形態では、例えば、接続部2bと第二の受光素子6との間に、いわゆる凸レンズなど全ての方向に集束を行う補助レンズ7が設けられ、第二の受光素子6に対する集束率を向上させ、より高感度で外光に検出が可能となるようにされている。なお、前記補助レンズ7は、上記したように接続部2bと第二の受光素子6との間に独立して設けられても良く、或いは、接続部2b、或いは、第二の受光素子6の何れかと一体化して設けられても良い。
【0028】
図3は、本発明の第三実施形態であり、上記第一実施形態では、第一の受光素子5に可視光線が入射しないように、赤外線透過用黒色フィルター(黒色フィルター5a)などで覆うものとしていたが、この第三実施形態では、前記第二の受光素子6には、ガラスWの室外側の面Woから入射する可視光線中の正面方向からの光が主として達し、正面以外からの光線として達することがないように、即ち、車両の正面方向の外光を基準としてヘッドライトなどの制御が行われるように、不透明な部材、若しくは、前記黒色フィルター5aで形成したカバー8を設けたものである。
【0029】
尚、本発明においては、第一実施形態における第一の受光素子5への赤外線透過用黒色フィルターなど黒色フィルター5aの取付けと、第二実施形態における補助レンズ7併用。第一実施形態における第一の受光素子5へのフィルターの取付けと、第三実施形態における第二の受光素子に対するカバー8の取付け。更には、第一実施形態から第三実施形態までの併合は自在である。
【0030】
図4、及び、図5に示すものは、本発明の第四実施形態を示すものであり、この第四実施形態も、雨滴センサ1と外光センサとの干渉を少なくするために行われたものであるが、この第四実施形態では、前記雨滴検出用光学素子21の構成により工夫が行われ、測定結果により高精度が得られるようにされている。
【0031】
即ち、本発明の構成ではでは、雨滴センサ1が雨滴を検出する際には赤外線発光LED4からの赤外線が使用され、ヘッドライトなどの点灯タイミングを設定するための外光センサとしては当然ながら外光である可視光の光量を測定し、運転者が視界を失わないようにしている。そして、雨滴検出用光学素子21は赤外線と可視光線との透過と反射とに共用されている。
【0032】
そこで、この第四実施形態においては、可視光線が透過する部分のみを無色透明部材で透明部21aとして形成し、それ以外の部分を赤外線透過用黒色フィルターを形成するときに使用される黒色フィルター5aを用いて黒色部21bとして形成するものとしている。尚、上記にも説明したように黒色部材は可視光線はほぼ完全に遮蔽するが、赤外線に対して90%以上の透過率を有している。また、透明部21aと黒色部21bとは2色成形などでそれぞれの間に空気層などを生じないように密着して形成されると共に、段差も生じないようにされている。
【0033】
図5は、黒色部材で形成された黒色部21bの形状を示す斜視図であり、透明部21aと組合わされることで、図4にも示すように第一実施形態で説明した雨滴検出用光学素子2と全く同じ作用を行うものとなる。但し、透明部21aと黒色部21bとの接触部分でも両者に屈折率に大きな差があると、屈折、反射を生じるものとなるので、上記と同様に近い値のものを採用することが好ましい。
【0034】
このように形成することで、ガラスWの外面で内面反射した赤外線が第一の受光素子5に達するまでの光路には必ず黒色部21bが存在するものとなり、可視光線は除去される。よって、検出を行うためのガラスW(フロントウインド)は、ほぼ無色透明であるので、この部分から可視光が進入することがあっても、それら可視光は黒色部21bを通過するときには除去され、測定結果に影響を与えることはない。
【0035】
一方、ガラスWに入射する外光は、前記黒色部21bにより周囲をホーン状に取り囲まれた透明部21aを透過して第二の受光素子6に達するものとなり、例えば、車両の前方の所定方向、所定範囲の外光の光量を測定するものとなる。よって、ホーン状とするときの側面の傾斜角、光を採り入れる部分の縦横比などを調整し、ヘッドライトの点滅に最適な動作が得られるものとすればよい。尚、この第四実施形態においても、第三実施形態で説明したような補助レンズ7を併用するなどは自在である。
【産業上の利用可能性】
【0036】
以上の説明からも予想されるように、ガラスWがほぼ一定の厚さを有するものであるならば、臨界角を超えた光は、ガラスW内で内面反射を繰り返し伝播されて行くものとなるので、ガラスWの両面で少なくとも各1回は反射するものとしておけば、ガラスWの内面に付着するものであっても、外面に付着するものであっても、全く同様に検出させることが可能である。
【0037】
本発明では、ガラスWの外面に付着する雨滴を検出し、雨滴の付着量に応じてワイパーを適切に駆動し視界を確保する用途に使用するものとして説明を行ったが、車両においては、冬季の室内暖房により、リヤウインドウに曇りが生じるのも周知であり、これに備えて、熱線(図示せず)がプリントされたリアウインドウが装着されている。
【0038】
よって、例えば、ガラスWの外面の検出部分に雨滴の付着に対して不感とする処理、例えば、アルミニウムの蒸着による鏡面を形成するなどにより、雨滴が付着しても全反射を行うようにする。このようにすることで、室内側の曇りの発生を検出するものとなり、この検出により前記熱線の電源を投入すれば、曇りを除去できるものとすることができるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【0039】
【図1】本発明に係る雨滴センサの第一実施形態を示す断面図である。
【図2】同じく本発明に係る雨滴センサの第二実施形態を示す断面図である。
【図3】同じく本発明に係る雨滴センサの第三実施形態を示す断面図である。
【図4】同じく本発明に係る雨滴センサの第四実施形態の要部を示すを説明図である。
【図5】同じく本発明に係る雨滴センサの第四実施形態を示す斜視図である。
【図6】従来例を示す説明図である
【符号の説明】
【0040】
1…雨滴センサ
2、21…雨滴検出用光学素子
2a…入射用光学素子部
2b…接続部
2c…射出用光学素子部
21a…透明部
21b…黒色部
3…樹脂接着剤
4…赤外線発光LED
5…第一の受光素子
5a…黒色フィルター
6…第二の受光素子
7…補助レンズ
8…カバー
9…回路基板
W…ガラス

【特許請求の範囲】
【請求項1】
ガラスの室内側の面から臨界角を超える角度で光を入射可能とする入射用光学素子部と、前記ガラスの室外側の面で全反射した前記光を室内側に取出し可能とする射出用光学素子部とを有する雨滴検出用光学素子を前記ガラスの室内側の面の光の入射位置と射出位置とに対応して設け、前記ガラスの室外側の面で全反射し射出して来る入射させた光の光量を測定することで、前記ガラスの車室外側の面への雨滴の付着量を測定して成る雨滴センサにおいて、前記雨滴センサの雨滴検出用光学素子は、両端部を半球状とした円筒を中心軸で2等分に分割された形状とされ、前記ガラスの車室内側の面に分割面側で透明な樹脂接着剤により貼着されて、一方の端部が入射用光学素子部とされ、他方の端部が射出用光学素子部とされ、前記入射用光学素子部に対しては、赤外線発光LEDが光をガ前記ラスの車室外側の面で全反射を生じる位置として取付けられ、前記射出用光学素子部に対しては、第一の受光素子がガラスの車室外側の面で全反射した光を受光できる位置として取付けられ、前記入射用光学素子部と、前記射出用光学素子部との中間となる接続部の中央には第二の受光素子が取付けられ外光センサとされていることを特徴とする雨滴センサ。
【請求項2】
前記第一の受光素子は、可視光を遮蔽し赤外線を透過するフィルターが設けられていることを特徴とする請求項1記載の雨滴センサ。
【請求項3】
前記接続部、若しくは、接続部の近傍には、前記第二の受光素子に対して可視光を集束する補助レンズが設けられていることを特徴とする請求項1または請求項2記載の雨滴センサ。
【請求項4】
前記雨滴検出用光学素子部の全体が無色透明な部材で形成され、前記第二の受光素子に対して適宜な受光角を設定する不透明な部材で形成されたフードが設けられていることを特徴とする請求項1〜請求項3何れかに記載の雨滴センサ。
【請求項5】
前記雨滴検出用光学素子が前記前記第二の受光素子に対して適宜な受光角を設定するように、正面前方方向が開く略ホーン状に無色透明部材で形成され、その周囲の部分が赤外光は透過し可視光は遮蔽する色彩の部材で形成されていることを特徴とする請求項1〜請求項3何れかに記載の雨滴センサ。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ガラスの室内側の面から臨界角を超える角度で光を入射可能とする入射用光学素子部と、前記ガラスの室外側の面で全反射した前記光を室内側に取出し可能とする射出用光学素子部とを有する雨滴検出用光学素子を前記ガラスの室内側の面の光の入射位置と射出位置とに対応して設け、前記ガラスの室外側の面で全反射し射出して来る入射させた光の光量を測定することで、前記ガラスの車室外側の面への雨滴の付着量を測定して成る雨滴センサにおいて、前記雨滴センサの雨滴検出用光学素子は、一方の端部が前記入射用光学素子部とされ、他方の端部が前記射出用光学素子部とされる接続部を有し、前記ガラスの車室内側の面に樹脂接着剤により貼着されて、前記入射用光学素子部に対しては、赤外線発光LEDが光を前記ガラスの車室外側の面で全反射を生じる位置として取付けられ、前記射出用光学素子部に対しては、第一の受光素子がガラスの車室外側の面で全反射した光を受光できる位置として取付けられ、前記入射用光学素子部と、前記射出用光学素子部との中間となる接続部の中央には第二の受光素子が取付けられ外光センサとされていることを特徴とする雨滴センサ。
【請求項2】
前記第一の受光素子は、可視光を遮蔽し赤外線を透過するフィルターが設けられていることを特徴とする請求項1記載の雨滴センサ。
【請求項3】
前記接続部、若しくは、接続部の近傍には、前記第二の受光素子に対して可視光を集束する補助レンズが設けられていることを特徴とする請求項1または請求項2記載の雨滴センサ。
【請求項4】
前記雨滴検出用光学素子部の全体が透明な部材で形成され、前記第二の受光素子に対して適宜な受光角を設定する不透明な部材で形成されたフードが設けられていることを特徴とする請求項1〜請求項3何れかに記載の雨滴センサ。
【請求項5】
前記雨滴検出用光学素子が前記前記第二の受光素子に対して適宜な受光角を設定するように、正面前方方向が開く略ホーン状に透明部材で形成され、その周囲の部分が赤外光は透過し可視光は遮蔽する色彩の部材で形成されていることを特徴とする請求項1〜請求項3何れかに記載の雨滴センサ。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【公開番号】特開2006−29807(P2006−29807A)
【公開日】平成18年2月2日(2006.2.2)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2004−204789(P2004−204789)
【出願日】平成16年7月12日(2004.7.12)
【出願人】(000002303)スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Fターム(参考)】