雨滴検出装置

【課題】発光素子と受光素子を用いた雨滴検出装置において、その経年劣化を適切に識別してキャリブレーションを行えるようにする。
【解決手段】ウインドシールドの清浄状態における所期の目標受光レベルに対して、受光信号が当該レベル以下になると運転者にワイパの作動に違和感を持ち、経年劣化を認識させてしまうおそれのある下方正常レベルと、経年劣化では発生し得ないさらに低いＣａｌｉｂ下限レベルとを設定して、下方正常レベルとＣａｌｉｂ下限レベルの間を劣化判定ゾーンＺとする。ワイパが駆動されないままで車両発進したときはイグニションオンから、あるいは、ワイパが駆動されたときには該ワイパの駆動終了から、それぞれ受光信号が所定時間Ｔ０継続して劣化判定ゾーン内にあるとき経年劣化であると判定して、受光信号が目標受光レベルになるように発光素子駆動電流値を増してキャリブレーションを行う。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子から光をウインドシールドに出射しその反射光を受光素子で受光して、その受光信号に基づいてウインドシールド上の雨滴の状態を検出する雨滴検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発光素子からパルス光をウインドシールドに照射し、その反射光を受光素子で受光して、信号処理することによりウインドシールドにおける雨滴の有無状態を検出し、その情報を車両のワイパ装置やライト装置等の制御に供する雨滴検出装置がある。すなわち、ウインドシールドでの反射光強度はウインドシールドに対する雨滴の付着によって変化するので、受光素子の出力信号のレベルも変化する。したがって、受光素子の出力信号のレベルを所定の閾値と比較することにより雨滴の有無状態を検出することができる。
【０００３】
ところで、発光素子や受光素子の製造ばらつきや、ウインドシールドに対する取り付け状態等によって、受光素子の出力信号のレベルがそれぞれ異なることになるので、単純に閾値と比較するだけでは設計どおりの適正な雨滴情報を生成することができない。
この対策として、従来、工場における出荷調整時など最初の作動開始時、すなわちウインドシールドに雨滴の付着や汚れのない状態での、出力信号のレベルと基準信号とを比較して自動的に出力信号を所定の安定レベルに制御するキャリブレーションを行う技術が、例えば特許第３４１９４５２号公報に提案されている。
これにより、雨滴検出装置を車両に設置の際に、個々の構成部品のばらつきや取り付け誤差が広い範囲にわたって補償可能になり、製造および取り付けに依存することがほとんどない適正な雨滴検出が実現されることが期待される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３４１９４５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の雨滴検出装置では、当該装置の最初の作動開始の際にキャリブレーションが行われて、設定通りの検出機能を実現するように構成部品のばらつきや取り付け誤差が補償されるのに加えて、さらに、継続的な車両の運行に伴って経年劣化が生じた場合にも受光素子の出力信号と基準信号との比較に基づいてキャリブレーションが実行されることとなる。
経年劣化には発光素子、受光素子の機能低下や、ウインドシールドの擦り傷などの損傷や変質等、光学系の劣化が主となるが、発光素子と受光素子にかかわる処理回路の劣化など、受光素子の出力信号レベルに影響を及ぼす種々の事象が含まれる。
【０００６】
このような経年劣化に対するキャリブレーションは適正な雨滴検出機能の保持のため好ましいことであるが、従来の装置では、単に出力信号のレベルと基準信号との比較に基づくので、実際には経年劣化していない場合にもキャリブレーションが実行されるおそれがある。
例えば霧の微粒子によりウインドシールドが曇った場合などには、運転には差し支えなくワイパを作動させない状態でも、受光素子の出力信号レベルが低くなるため出力信号を安定レベルへ上昇させるキャリブレーションが自動的に行われる。この場合、ウインドシールドの曇りが晴れた通常時には出力信号レベルが高くなり過ぎてしまい、当該レベルから相当量低く変化しても雨滴付着と判定できず、適正な雨滴検出ができないという機能低下が生じる場合がある。
【０００７】
また、このように環境の一時的変動の都度キャリブレーションが実行されると、キャリブレーション結果の記憶回数が膨大となり、メモリの記憶回数限度を越えてしまうという問題も招く。
しかしながら、上記従来装置では経年劣化を識別できず、無用なキャリブレーションを行わざるを得ないものとなっている。
【０００８】
したがって、本発明は、発光素子と受光素子を用いた雨滴検出装置において、その経年劣化を適切に識別してキャリブレーションを行えるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、発光素子からウインドシールドに照射された光の反射光を受光素子で受光して、受光素子が出力する受光信号に基づいて雨滴の状態を検出する車両用の雨滴検出装置において、
受光信号が基準信号より下方に設定された所定の劣化判定ゾーン内に所定時間継続したとき、経年劣化と判定する判定手段と、
経年劣化と判定されたとき受光信号を基準信号のレベルに合わせるキャリブレーション手段とを有し、
上記の劣化判定ゾーンは、当該レベル以下では運転者が経年劣化による違和感をもつ第１の信号レベルと、該第１の信号レベルより低く、経年劣化では発生し得ない第２の信号レベルとで区画される信号レベル範囲であるものとした。
【００１０】
上記の所定時間は、車両のイグニションオンから、ワイパが駆動されないままでの発進までの時間を含むものとし、あるいは、ワイパが駆動されたときには、該ワイパの駆動終了後からの時間とするのが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、経年劣化に起因しないものを除外し、経年劣化は確実に検知して、経年劣化に対応して適切なキャリブレーションが行われる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図２】センサ部の配置構成を示す概念図である。
【図３】キャリブレーション制御処理の詳細を示すフローチャートである。
【図４】受光信号のレベル区分を示す図である。
【図５】経年劣化時の受光信号とキャリブレーション要領を示す図である。
【図６】他の経年劣化時の受光信号とキャリブレーション要領を示す図である。
【図７】非経年劣化時の受光信号を示す図である。
【図８】他の非経年劣化時の受光信号を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、本発明を車両のワイパ制御用の雨滴検出装置に適用した実施の形態について説明する。
図１は実施の形態の構成を示すブロック図であり、図２はセンサ部の配置構成を示す概念図である。
まず、図２により雨滴検出装置１のセンサ部１０の構成を説明する。
センサ部１０は、互いに対向する前壁３と後壁４を有するケーシング２にユニット化されて、車両のウインドシールドＷの内面に取り付けられる。
すなわち、前壁３に形成した窓にプリズム５が設けられ、後壁４には発光素子１１と受光素子１２が設置される。
【００１４】
発光素子１１と受光素子１２はそれぞれの光軸をウインドシールドＷの所定部位（検知面）Ｓに向けて配置され、発光素子１１から照射された光がプリズム５を通してウインドシールドＷの上記所定部位Ｓの外面側境界面で反射して受光素子１２に受光されるようになっている。そして、プリズム５は発光素子１１から受光素子１２への光路上にレンズ部６ａ、６ｂを備えている。
センサ部１０はプリズム５を発光素子１１の発光波長において透明かつプリズム５またはウインドシールドＷの屈折率と同等な屈折率をもつ透明接着剤などによりウインドシールドＷ内面に密着させて取り付けられている。
【００１５】
つぎに、図１に基づいて、雨滴検出装置１全体の構成を説明する。
発光素子１１は例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）で、発光素子駆動部１９に接続され、発光素子駆動部１９はマイクロコンピュータからなる制御部１４に接続されている。発光素子駆動部１９は制御部１４からの駆動信号を受けて発光素子１１を駆動しパルス光を出力させる。
受光素子１２は例えばフォトダイオード（ＰＤ）で、増幅回路１３を経て制御部１４に接続されている。
受光素子１２が出力する受光電流は、増幅回路１３で電圧変換されて増幅され、受光信号として発光素子１１のパルス発光に対応するタイミングで、制御部１４に入力される。
【００１６】
制御部１４は雨滴検出装置１内各部の制御を行なうとともに、Ａ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ）１５、雨滴情報生成部１６、およびキャリブレーション部１７を備える。
Ａ／Ｄ変換器１５は増幅回路１３からのアナログの受光信号をデジタル値（Ａ／Ｄ値）に変換する。そして雨滴情報生成部１６が受光信号のＡ／Ｄ値と所定の閾値との比較を基に雨滴の有無や付着状況の判定を行い雨滴情報を生成して、ワイパ２１を制御するワイパ制御装置２０へ出力する。
【００１７】
キャリブレーション部１７は、受光信号を基準信号としての目標受光レベルと比較して、受光信号のＡ／Ｄ値が目標受光レベルに一致する方向に発光素子を駆動する駆動電流値を所定単位で増大させ、発光素子駆動部１９に駆動信号を送出する。そして、再び新たな受光信号を目標受光レベルと比較して駆動電流値を増大させることを繰り返して、受光信号のＡ／Ｄ値が目標受光レベルに一致したときの駆動電流値を外部メモリ１８に記憶させる。
【００１８】
制御部１４は、車両の運行ごとに、不図示のイグニションスイッチ（ＩＧＮ）がオン（ＯＮ）されると外部メモリ１８に記憶されている駆動電流値を読み出して、当該駆動電流値により発光素子１１を駆動するよう、発光素子駆動部１９に駆動信号を出力する。そして、受光素子１２の出力に基づいて雨滴情報生成部１６が雨滴の判定を行い雨滴情報を生成する。
キャリブレーション部１７には、車速センサ２２からの車速信号が入力され、また、ワイパ制御装置２０からはワイパ２１へ出力されるワイパ駆動信号が入力される。
【００１９】
図３は、雨滴検出装置１における経年劣化に対するキャリブレーションにかかる制御処理の詳細を示すフローチャートである。
なお、受光信号はキャリブレーション要否判定のため、図４に示すような所定のレベルが設定されて区分けされている。
本処理は雨滴情報の生成と並行して、イグニションスイッチがオンされた車両運行当初に開始される。
先ずステップ１００で、キャリブレーション部１７は内蔵の第１タイマの計時を開始し、ステップ１０１において、受光素子１２から制御部１４に入力された受光信号（のＡ／Ｄ値）が、あらかじめ設定された劣化判定ゾーンＺ内にあるか否かをチェックする。劣化判定ゾーンＺは図４に示した下方正常レベルとキャリブレーション下限レベル（Ｃａｌｉｂ下限レベル）とで区画されるレベル範囲である。
【００２０】
ここで、目標受光レベルはウインドシールドが清浄な状態で想定される受光信号の所期レベルであり、受光素子の出力のレベル変化範囲の凡そ中間に設定されている。
下方正常レベルは、目標受光レベルよりも低く、受光信号のＡ／Ｄ値が当該レベル以下になると運転者にワイパの作動に違和感を持ち、経年劣化を認識させてしまうおそれのあるレベルである。
またキャリブレーション下限レベルは、下方正常レベルよりもさらに低く、経年劣化では発生し得ないレベルである。
下限張り付きレベルは受光レベルがこのレベル以下で一定時間以上経過した場合に物理的故障であると判定するレベルである。したがって、例えば、ワイパー払拭時のワイパーブレード通過による受光レベル変化により、一瞬下限張り付きレベル以下になっても故障とはしない。
上限張り付きレベルも同様に、受光レベルがこのレベル以上で一定時間以上経過した場合に物理的故障であると判定するレベルである。
【００２１】
受光信号が劣化判定ゾーンＺ内にあるときはステップ１０２へ進む。
受光信号が劣化判定ゾーンＺ内にないときは、ステップ１１７で第１タイマをリセットしたあと、本処理を終了し、制御部１４は外部メモリ１８に記憶されている駆動電流値を用いて発光素子１１を駆動させ、雨滴情報生成部１６が雨滴の判定を継続する。
【００２２】
ステップ１０２では、ワイパ駆動信号がオフ（ＯＦＦ）であるか否かをチェックする。
ワイパ駆動信号がオフのときはステップ１０３へ進み、オンであるときはステップ１０６へ進む。
ステップ１０３では、車速の変化から車両が発進したか否かをチェックする。
車両が発進して走行しているときはステップ１０４へ進み、未発進の場合は発進までステップ１０３を繰り返す。
ステップ１０４において、第１タイマの計時した受光信号が継続して劣化判定ゾーンＺ内にある時間ｔａが所定時間Ｔ０以上になっているかどうかをチェックする。
劣化判定ゾーンＺ内にある時間ｔａが所定時間Ｔ０以上になっているときにはステップ１０５で第１タイマをリセットしてからステップ１１４へ進み、所定時間Ｔ０に達していないときはステップ１０１へ戻る。
【００２３】
ステップ１０２のチェックでワイパ駆動信号がオンになっているときは、ステップ１０６で第１タイマをリセットする。そしてステップ１０７において、ワイパ駆動信号がオフ（ＯＦＦ）になるのを待って、ステップ１０８へ進む。
ステップ１０８において、受光信号が劣化判定ゾーンＺ内にあるか否かをチェックし、劣化判定ゾーンＺ内にあるときはステップ１０９へ進み、劣化判定ゾーンＺ内にないときは本処理を終了する。
【００２４】
ステップ１０９では第２タイマの計時を開始し、ステップ１１０においてワイパ駆動信号がオフであるかどうかをチェックする。そしてワイパ駆動信号がオフのときは、ステップ１１１へ進み、ワイパ駆動信号がオンであるときはステップ１１３で第２タイマをリセットしてからステップ１０７へ戻る。
ステップ１１１では第２タイマが計時した時間ｔｂが所定時間Ｔ０以上になったかどうかをチェックする。
第２タイマが計時した時間ｔｂは、ワイパ駆動信号がオフになってからの受光信号が継続して劣化判定ゾーンＺ内にある時間となる。
劣化判定ゾーンＺ内にある時間ｔｂが所定時間Ｔ０以上になったときにはステップ１１２で第２タイマをリセットし、ステップ１１４へ進み、所定時間Ｔ０に達していないときはステップ１１１からステップ１１０へ戻る。
【００２５】
ステップ１０５または１１２のあとのステップ１１４においては、キャリブレーション部１７が、発光素子駆動部１９に送出する駆動信号の駆動電流値を例えば１ｍＡ単位で増大方向に変化させる。そしてステップ１１５で新たな受光信号を目標受光レベルと比較して、受光信号のレベルが目標受光レベルに達しているかどうかをチェックする。
受光信号のレベルが目標受光レベルに達するまでの間は、ステップ１１４、１１５が繰り返される。
受光信号のレベルが目標受光レベルに達すると、ステップ１１６へ進み、外部メモリ１８の駆動電流値を更新してキャリブレーションが完了する。すなわち、外部メモリ１８には受光信号が目標受光レベルに一致したときの駆動電流値が記憶される。
このあとは、外部メモリ１８に新たに記憶された駆動電流値に基づいて、発光素子１１が駆動され、受光素子１２の出力に基づいて雨滴情報の生成が継続される。
【００２６】
以上の制御処理、とくにステップ１００〜１０５、１１４〜１１６の流れにより、図５に示すように、イグニションスイッチオン（ＩＧＮＯＮ）時から実線で示す受光信号が継続して劣化判定ゾーンＺ内にある状態で、発進、すなわち車速が所定値ｖｓ（例えば１０Ｋｍ／ｈ）を越えたときは、イグニションスイッチオンから所定時間Ｔ０（例えば１分間）経過時ｔ２にキャリブレーションが行われ、受光信号が目標受光レベルへ上昇する。
【００２７】
これは、受光信号のレベルは低くてもウインドシールドＷが清浄で、ワイパ２１を駆動しなくても運転視界に問題がないため走行が開始されたものと考えられるので、受光信号レベルの低さは経年劣化によるものと判定され、キャリブレーションが実行されたものである。
なお、キャリブレーションによる劣化判定ゾーンＺ内から目標受光レベルへの上昇は所定単位での駆動電流値増大を繰り返して行われるが処理時間懸隔が短いため図では瞬間的に移行している。
また、車速が所定値ｖｓを越えたとき、すでに所定時間Ｔ０が経過している場合には、車速が所定値ｖｓを越えた時刻ｔ１にキャリブレーションが行われる。
【００２８】
また、ワイパ２１が駆動されるとワイパブレードの往復により受光信号のレベルが劣化判定ゾーンＺから外れる場合があるが、ステップ１０１、１０２、１０７〜１１２、１１４〜１１６の流れにより、図６に示すように、ワイパ駆動信号がオフとなった時刻ｔ３から所定時間Ｔ０の間受光信号が継続して劣化判定ゾーンＺ内にあるときも、当該所定時間Ｔ０経過時ｔ４にキャリブレーションが行われ、受光信号が目標受光レベルへ上昇する。
【００２９】
これは、走行開始と同様に、ワイパ２１による払拭でウインドシールドＷが清浄になっているはずであるにもかかわらず受光信号レベルが低いのは経年劣化によるものと判定され、キャリブレーションが実行されたものである。
なお、図５、図６のケースにおいて、所定時間Ｔ０を設定しているのは、ウインドシールドＷ面にワイパ払拭などによる外乱のない状態を確認して判定の信頼性を確実にするためである。また、図６には簡単化のためワイパ駆動信号はワイパブレードの１往復分だけ表している。
【００３０】
これらに対して、図７に示すように、イグニションスイッチがオンされた当初の受光信号が劣化判定ゾーンＺ外にあるときは、ステップ１０１、１１７を経て終了の流れにより、キャリブレーションは行われない。
すなわち、図７中実線で示される受光信号は当初目標受光レベルにあって、その後滑らかに低下しているので、霧などでウインドシールドＷが曇ることによる現象と見られるから経年劣化とはされない。
また、下限張り付きレベル付近から劣化判定ゾーンＺへ上昇する破線で示される受光信号は、例えば凍結しているウインドシールドＷの氷がデフロスタで徐々に解凍され、部分的な視界を得て走行開始可能となった場合に生じるから、これも経年劣化とは関係がない。
【００３１】
さらにまた、ステップ１０１、１０２、１０６〜１０８を経て終了の流れにより、図８に示すように、ワイパ２１の駆動前に受光信号が劣化判定ゾーンＺ内にあっても、ワイパ２１が駆動されてそのワイパ駆動信号がオフとなった時刻ｔ３直後のＫ部で受光信号が劣化判定ゾーンＺ外になるときは、劣化判定ゾーンＺ内の受光信号は霧などによるウインドシールドＷの曇りに起因するもので、経年劣化とはされず、キャリブレーションは行われない。
【００３２】
本実施の形態においては、目標受光レベルが発明における基準信号に該当するとともに、下方正常レベルが第１の信号レベルに、キャリブレーション下限レベルが第２の信号レベルにそれぞれ該当する。また、時間Ｔ０が所定時間に該当する。
そして、図３のフローチャートにおけるステップ１００〜１０４の処理機能と、ステップ１０１、１０２、１０７〜１１１の処理機能とが判定手段を構成し、ステップ１１４〜１１６がキャリブレーション手段を構成している。
【００３３】
実施の形態は以上のように構成され、目標受光レベルより下方に、当該レベル以下では運転者が経年劣化による違和感をもつ下方正常レベルと、これより低く、経年劣化では発生し得ないキャリブレーション下限レベルとで区画される信号レベル範囲を劣化判定ゾーンＺとして設定し、受光信号がこの劣化判定ゾーンＺ内に所定時間Ｔ０継続したとき、経年劣化であると判定して、キャリブレーション部１７により受光信号を目標受光レベルに合わせるものとしたので、経年劣化に対応した適切なキャリブレーションが行われる。
【００３４】
とくに、所定時間Ｔ０を、車両のイグニションオンから、ワイパ２１が駆動されないままでの発進までの時間を含むものとすることにより、ワイパ２１を駆動しなくても運転視界に問題がないにもかかわらず受光信号のレベルが低いことから経年劣化を確認することができ、受光信号が劣化判定ゾーンＺ内に一時的に入るが経年劣化には起因しないものを除外することができる。
また、ワイパ２１が駆動されたときには、所定時間Ｔ０を、該ワイパの駆動終了後からの時間とすることにより、ワイパブレードの往復により受光信号のレベルが劣化判定ゾーンＺから外れる場合があっても、その後劣化判定ゾーンＺ内の継続を確認することにより確実に経年劣化を検知することができる。
【００３５】
キャリブレーションは、発光素子１１の駆動電流値を変化させることにより受光素子１２の出力を目標受光レベルに合わせるものとしたので、基準レベルを現実の受光信号レベルに合わせる処理などに比較して、雨滴情報生成部１６での判定ロジック等の複雑な変更を要せず、構成が簡単である。
【００３６】
なお、実施の形態では、図７のケースにおいて、ワイパ駆動信号がオフとなった直後のＫ部で受光信号が劣化判定ゾーンＺ外になるときは、経年劣化ではないとしてキャリブレーションを行わないものとしたが、判断領域をＫ部に限定せず、ワイパ駆動信号がオンの間でも受光信号が劣化判定ゾーンＺ外になる事象があれば経年劣化ではないとしてよい。
【００３７】
実施の形態では、受光信号（Ａ／Ｄ値）を目標受光レベルに合わせるキャリブレーションを発光素子１１の駆動電流値の増大制御で行うものとしたが、これに限定されず、例えば増幅回路１３の増幅率を増大制御するなど、任意の態様でキャリブレーションを行うことができる。
また、発光素子１１の駆動電流値は外部メモリ１８に記憶されるものとしたが、制御部１４の内蔵メモリに記憶させてもよい。
【符号の説明】
【００３８】
１雨滴検出装置
２ケーシング
３前壁
４後壁
５プリズム
６ａ、６ｂレンズ部
１０センサ部
１１発光素子
１２受光素子
１３増幅回路
１４制御部
１５Ａ／Ｄ変換器
１６雨滴情報生成部
１７キャリブレーション部
１８外部メモリ
１９発光素子駆動部
２０ワイパ制御装置
２１ワイパ
２２車速センサ
Ｗウインドシールド

【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子からウインドシールドに照射された光の反射光を受光素子で受光して、受光素子が出力する受光信号に基づいて雨滴の状態を検出する車両用の雨滴検出装置において、
前記受光信号が基準信号より下方に設定された所定の劣化判定ゾーン内に所定時間継続したとき、経年劣化と判定する判定手段と、
経年劣化と判定されたとき前記受光信号を前記基準信号のレベルに合わせるキャリブレーション手段とを有し、
前記劣化判定ゾーンは、当該レベル以下では運転者が経年劣化による違和感をもつ第１の信号レベルと、該第１の信号レベルより低く、経年劣化では発生し得ない第２の信号レベルとで区画される信号レベル範囲であることを特徴とする雨滴検出装置。
【請求項２】
前記所定時間は、車両のイグニションオンから、ワイパが駆動されないままでの発進までの時間を含むことを特徴とする請求項１に記載の雨滴検出装置。
【請求項３】
前記所定時間は、ワイパが駆動されたとき、該ワイパの駆動終了後からの時間であることを特徴とする請求項１に記載の雨滴検出装置。
【請求項４】
前記キャリブレーション手段は、前記発光素子の駆動電流値を変化させて行うものであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１に記載の雨滴検出装置。

【図１】