JP2007278711A - Raindrop sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は雨滴センサに関し、特に、車両等のウインドシールドの内側面に取り付けられてそのウインドシールドの外側面に付着した雨滴を光学的に検知するようにした雨滴センサに関する。 The present invention relates to a raindrop sensor, and more particularly to a raindrop sensor that is attached to an inner surface of a windshield of a vehicle or the like and optically detects raindrops attached to the outer surface of the windshield.
車両には、降雨時にウインドシールドに付着する雨滴を検知してワイパを自動的に作動させるようにしたオートワイパ装置が取り付けられているものがある。このようなオートワイパ装置に採用されている雨滴センサとして、ウインドシールドへ付着した雨滴を静電容量の変化として検出するタイプ(例えば、特許文献1参照)と光学的に検出するタイプ(例えば、特許文献2参照)とが知られている。 Some vehicles are equipped with an auto wiper device that automatically detects a raindrop adhering to a windshield when it rains and automatically activates the wiper. As a raindrop sensor employed in such an auto wiper device, a type of detecting raindrops adhering to the windshield as a change in capacitance (for example, see Patent Document 1) and a type of optically detecting (for example, Patent Document) 2).
雨滴を光学的に検出するタイプの雨滴センサは、発光素子からウインドシールドに向けて発光された光がウインドシールドの外側面で全反射して受光素子へ入射するように構成され、ウインドシールドに雨滴の付着がある場合とない場合とでウインドシールドの外側面を反射する光量が相違することを利用している。すなわち、ウインドシールドを構成するガラスと雨滴とは、屈折率がほぼ等しいので、発光素子からウインドシールドに入射された光は、その外側面に雨滴が付着していると、外側面で全反射することなく雨滴へ直進してしまい、ウインドシールドで反射して受光素子へ向かう光量が減少することになる。したがって、受光素子の受光量が減少すれば、雨滴センサは、ウインドシールドに雨滴があると判断することができる。 A raindrop sensor that detects raindrops optically is configured so that light emitted from the light emitting element toward the windshield is totally reflected by the outer surface of the windshield and enters the light receiving element. This utilizes the fact that the amount of light reflected on the outer surface of the windshield differs depending on whether or not there is adhesion. That is, since the glass and raindrops constituting the windshield have substantially the same refractive index, the light incident on the windshield from the light emitting element is totally reflected on the outer side if the raindrops are attached to the outer side. Without going straight to the raindrop, the amount of light reflected by the windshield and directed to the light receiving element is reduced. Therefore, if the amount of light received by the light receiving element decreases, the raindrop sensor can determine that there are raindrops on the windshield.
雨滴センサは、基本的に、発光素子によって発光された光を斜めに配置された平凸レンズがウインドシールドの外側面に対して全反射するような入射角に屈折させ、ウインドシールドの外側面で反射された光を別の平凸レンズが受光素子に集光させる構造になっている。特に、特許文献2に記載の雨滴センサでは、平凸レンズを2分割してレンズを形成したプリズム本体の形状を小さくした構造にしている。これにより、雨滴センサは、広い雨滴検出領域を確保しつつ小型化を可能にしている。
このような雨滴センサは、車両等のフロント側におけるウインドシールドの内側に突出して状態で取り付けられるので、高さが低く視界の妨げにならないようさらなる小型化が望まれているが、上記のような従来の雨滴センサでは、ウインドシールドに対する入射角および出射角に応じて斜めに配置されるレンズとして1枚の平凸レンズを2分割して光軸方向にずらしたものであるので、レンズの高さを低くすることが難しいという問題点がある。 Since such a raindrop sensor is mounted in a state protruding from the inside of a windshield on the front side of a vehicle or the like, further downsizing is desired so that the height is low and does not hinder the field of view. In the conventional raindrop sensor, one plano-convex lens is divided into two as a lens arranged obliquely according to the incident angle and the emission angle with respect to the windshield and shifted in the optical axis direction. There is a problem that it is difficult to lower.
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、レンズの高さを小さくすることができる雨滴センサを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of these points, and an object thereof is to provide a raindrop sensor capable of reducing the height of a lens.
本発明では上記課題を解決するために、ウインドシールドに付着した雨滴を光学的に検知する雨滴センサにおいて、前記ウインドシールドに向けて発光する複数の発光素子と、前記ウインドシールドによって反射された光を受光する1つの受光素子と、前記発光素子によって発光された光を平行光にして前記ウインドシールドの外側面で全反射させる複数の発光側レンズと、前記ウインドシールドで全反射した平行光を前記受光素子へ集光させる1つの受光側レンズと、を備え、前記発光側レンズおよび前記受光側レンズは、凸レンズを多分割してそれらの曲面部分を平面上に並べた形に一体に形成され、かつ、臨界角未満に傾斜した光軸を有していることを特徴とする雨滴センサが提供される。 In the present invention, in order to solve the above problems, in a raindrop sensor that optically detects raindrops attached to a windshield, a plurality of light emitting elements that emit light toward the windshield, and light reflected by the windshield One light-receiving element that receives light, a plurality of light-emitting side lenses that convert the light emitted by the light-emitting element into parallel light and totally reflect it on the outer surface of the windshield, and receive the parallel light that is totally reflected by the windshield A light-receiving side lens that focuses light onto the element, and the light-emitting side lens and the light-receiving side lens are integrally formed in a shape in which convex lenses are divided into multiple portions and their curved surface portions are arranged on a plane, and The raindrop sensor is characterized by having an optical axis inclined below a critical angle.
このような雨滴センサによれば、発光側レンズと受光側レンズとが凸レンズを多分割してそれらの曲面部分を平面上に並べた形に一体に形成されているので、レンズの高さを低くすることができる。 According to such a raindrop sensor, the light-emitting side lens and the light-receiving side lens are integrally formed in a shape in which the convex lens is divided into multiple parts and the curved surface portions thereof are arranged on a plane. can do.
本発明の雨滴センサは、発光側レンズおよび受光側レンズが凸レンズを多分割してそれらの曲面部分を平面上に並べた形に一体に形成されているので、レンズの高さを低くすることができ、小型化することができるという利点がある。 In the raindrop sensor of the present invention, the light-emitting side lens and the light-receiving side lens are integrally formed in a shape in which convex lenses are divided into multiple parts and their curved surfaces are arranged on a plane, so that the lens height can be lowered. There is an advantage that it can be reduced in size.
また、一体に形成された発光側レンズおよび受光側レンズは、極端に肉厚の異なる部分がないので、樹脂成型した場合に、引けのない部品を製作することができる。
さらに、較正手段を備えたことで、オートワイパ装置で雨滴の検出を開始する前に必要であったウインドシールドのワイパによる払拭動作が不要になる。
In addition, since the light-emitting side lens and the light-receiving side lens that are integrally formed do not have portions with extremely different thicknesses, when resin molding is performed, it is possible to manufacture parts that are not inferior.
Further, the provision of the calibration means eliminates the need for the wiping operation by the windshield wiper, which was necessary before the raindrop detection was started by the auto wiper device.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図1は本発明の第1の実施の形態に係る雨滴センサの構成を示す断面図、図2は雨滴センサの要部を示す平面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a raindrop sensor according to a first embodiment of the present invention, and FIG.
この雨滴センサは、赤外光等の光を放射する複数の、図示の例では4つの発光素子1およびその光を受光する単一の受光素子2を有し、これらの部品が雨滴検出を処理する回路部品とともに配線基板3に実装されている。
This raindrop sensor has a plurality of
発光素子1および受光素子が実装されている面に対向してプリズム4が配置されている。このプリズム4は、4つの発光素子1に対応して4つの発光側レンズ5と単一の受光素子2に対応して1つの受光側レンズ6とを有し、図2に示したように隣接配置されている。このプリズム4において、発光側レンズ5および受光側レンズ6は、透明の樹脂で一体に成型されていて、いわゆるフレネルレンズのように、凸レンズを同心円状に多分割し、分割されたセグメントの曲面部分のみを平面上に並べた形を有するものであるが、光軸が平面に対して直角方向ではなく、ウインドシールド8への入射角に等しい向きに傾斜するように構成されている。プリズム4は、接着層7を介してウインドシールド8の内側面に接着され、プリズム4の部分を除いて全体がケース9に覆われ、背後から蓋10が被せられている。
A
発光側レンズ5は、ウインドシールド8の外側面に対して発光素子1から放射された光の入射角が臨界角(45度)未満になるような光軸を有し、受光側レンズ6の光軸も、ウインドシールド8の外側面に対して臨界角未満に傾斜するよう設定されている。
The light emitting
上記のように構成された雨滴センサにおいて、発光素子1からそれぞれ放射した光は、対応する発光側レンズ5に至り、ここで平行光にされて、ウインドシールド8に入射され、ウインドシールド8の外側面の4つの検出領域に向けて進む。それぞれの検出領域にて臨界角未満の入射角で入射された光は、ウインドシールド8の外側面で全反射する。その全反射した光は、受光側レンズ6にて受けられ、ここで集光されて、受光素子2へ入射する。
In the raindrop sensor configured as described above, the light emitted from each
ここで、雨が降っていないとき、発光素子1から放射して発光側レンズ5に入った光は、ウインドシールド8の外側面で全反射し、受光側レンズ6を介して受光素子2に入射されるので、受光素子2が受光する光量は多い。
Here, when it is not raining, the light emitted from the
これに対し、降雨時では、ウインドシールド8の外側面における検出領域内に雨滴が付着するので、発光素子1から放射して発光側レンズ5に入った光は、ウインドシールド8の外側面で全反射することなく、少なくとも一部は、ウインドシールド8の外側面からそのまま雨滴中を直進し、雨滴の外表面から外部に発散してしまう。このため、雨滴が付着した部分で全反射しなかった分、受光素子2に入射する光量が減少することになる。
On the other hand, when it rains, raindrops adhere to the detection area on the outer surface of the
したがって、受光素子2に入射する受光量を逐次測定し、その受光量の変化を見ることによって、ウインドシールド8の外側面の雨滴の付着を検知することができ、車両のワイパを自動的に作動させるような制御が可能となる。
Therefore, by sequentially measuring the amount of light incident on the
ところで、この雨滴センサにおいては、発光側では、4つの発光素子1をたとえば所定の周期で同時または順次発光させるようにし、受光側では、発光のタイミングに合わせて受光素子2が受光するようにし、今回受光した受光量を前回の発光時に受光していた受光量と比較することで、受光量の変化を判断している。しかし、最初に発光させたときの受光量については、比較するデータがないので、一般には、雨滴検出を行うに当たって、ワイパを動作させ、ウインドシールド8の外側面を払拭して雨滴が付着していない状態にしたときの受光量を基準にして受光量の変化を判断している。したがって、オートワイパ装置を起動して雨滴の検出を開始するときには、必ずこのような判断の基準となる受光量の初期設定を行う必要があり、そのためには、降雨の有無に関係なく、ワイパを動作させなければならない。次に、雨滴検出を開始する前にそのようなワイパの動作を不要にした雨滴センサについて説明する。
By the way, in this raindrop sensor, on the light emitting side, the four
図3は本発明の第2の実施の形態に係る雨滴センサの構成を示す断面図、図4は雨滴センサの要部を示す平面図である。なお、図3および図4において、図1および図2に示した構成要素と同じ構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。 FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of a raindrop sensor according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a plan view showing a main part of the raindrop sensor. 3 and 4, the same components as those shown in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
この雨滴センサは、第1の実施の形態に係る雨滴センサに受光素子2の受光量を較正するための較正手段を備えている。この較正手段は、受光素子2を挟んで発光素子1と反対側に配置された較正用の発光素子11と、この発光素子11と受光素子2との間に配置された発光側レンズ12および受光側レンズ13と、ウインドシールド8を模擬した擬似ウインドシールド14とを有している。
This raindrop sensor includes calibration means for calibrating the amount of light received by the
較正用の発光側レンズ12および受光側レンズ13は、測定用の発光側レンズ5および受光側レンズ6と透明の樹脂で一体に成型され、擬似ウインドシールド14は、発光側レンズ5および受光側レンズ6のウインドシールド8側にウインドシールド8と平行な平面を形成することによって作られる。擬似ウインドシールド14のウインドシールド8側は、密閉された空間15になっていて、その空間15は、真空になっているか乾燥された空気が充填されている。これにより、この雨滴センサが取り付けられている車室内温度が低温になっても擬似ウインドシールド14の空間15側の面に結露することはない。
The light-emitting
このように構成された雨滴センサにおいて、雨滴の検出を開始する前に、較正用の発光素子11が発光される。その光は、まず、発光側レンズ12で平行光にされ、擬似ウインドシールド14で全反射され、受光側レンズ13で集光され、受光素子2によって受光される。このとき、擬似ウインドシールド14の空間15側の面は、常にきれいであるため、受光素子2では、基準となる受光量を安定して得ることができる。
In the raindrop sensor configured as described above, the calibration
図5は本発明の第3の実施の形態に係る雨滴センサの構成を示す断面図である。この図5において、図3および図4に示した構成要素と同じ構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。 FIG. 5 is a sectional view showing the structure of a raindrop sensor according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 5, the same components as those shown in FIGS. 3 and 4 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
この雨滴センサは、第2の実施の形態に係る雨滴センサに対して受光素子2をサンセンサとして機能できるようにしたものである。サンセンサは、車両に当たる日射量を検出するもので、検出したデータはエアコンの制御に利用される。
In this raindrop sensor, the
この雨滴センサによれば、プリズム4の受光素子2に対向する面に凹レンズ16が形成され、その凹レンズ16と同一軸線上に凸レンズ17がプリズム4に嵌合される形で配置されている。凹レンズ16と凸レンズ17とは離間されていて、その間は密閉された空間18になっている。
According to this raindrop sensor, the
このような雨滴センサにおいて、雨滴センサとしての機能は第2の実施の形態に係る雨滴センサとまったく同じである。つまり、この雨滴センサとしては、雨滴の検出を開始する前に、較正手段が動作し、その後は、たとえば所定の周期で所定の短期間、発光素子1を発光させ、それに同期して受光素子2が受光し、受光した受光量の変化を見ることで、ウインドシールド8へ雨滴が付着したか否かを判断している。このように、発光素子1および受光素子2は、発光および受光を間欠的に行っているが、それ以外の遊休期間は、何もしていない。
In such a raindrop sensor, the function as a raindrop sensor is exactly the same as that of the raindrop sensor according to the second embodiment. That is, as this raindrop sensor, the calibration means operates before starting the detection of raindrops, and thereafter, for example, the
この雨滴センサでは、その雨滴センサとしての遊休期間は、受光素子2をサンセンサとして機能させるようにしている。すなわち、凹レンズ16がウインドシールド8の外側から広角に光を取り込んで平行光にし、その平行光を凸レンズ17が受光素子2に集光させるようにする。なお、この車外の光は、雨滴センサとして機能しているときにも受光素子2に入射しているが、発光素子1から放射される光のパワーに比べて遥かに小さいので実質的に外乱となることはなく、たとえ、太陽光が直接入射して大きな外乱となったとしても、そのときは晴れていて雨滴の検出の必要がないときなので、雨滴センサが誤検出するということはない。
In this raindrop sensor, the
1 発光素子
2 受光素子
3 配線基板
4 プリズム
5 発光側レンズ
6 受光側レンズ
7 接着層
8 ウインドシールド
9 ケース
10 蓋
11 発光素子
12 発光側レンズ
13 受光側レンズ
14 擬似ウインドシールド
15 空間
16 凹レンズ
17 凸レンズ
18 空間
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記ウインドシールドに向けて発光する複数の発光素子と、
前記ウインドシールドによって反射された光を受光する1つの受光素子と、
前記発光素子によって発光された光を平行光にして前記ウインドシールドの外側面で全反射させる複数の発光側レンズと、
前記ウインドシールドで全反射した平行光を前記受光素子へ集光させる1つの受光側レンズと、
を備え、
前記発光側レンズおよび前記受光側レンズは、凸レンズを多分割してそれらの曲面部分を平面上に並べた形に一体に形成され、かつ、臨界角未満に傾斜した光軸を有していることを特徴とする雨滴センサ。 In the raindrop sensor that optically detects raindrops attached to the windshield,
A plurality of light emitting elements that emit light toward the windshield;
One light receiving element for receiving the light reflected by the windshield;
A plurality of light-emitting side lenses that convert the light emitted by the light-emitting element into parallel light and totally reflect the light on the outer surface of the windshield;
One light-receiving side lens for condensing the parallel light totally reflected by the windshield onto the light-receiving element;
With
The light emitting side lens and the light receiving side lens are integrally formed in a shape in which a convex lens is divided into multiple parts and their curved surface portions are arranged on a flat surface, and have an optical axis that is tilted below a critical angle. A raindrop sensor.
A concave lens that is arranged at a position facing the light receiving element and that takes light at a wide angle from the outside of the windshield, and a convex lens that is arranged on the same axis as the concave lens and collects the light taken by the concave lens on the light receiving element The raindrop sensor according to claim 1, wherein the concave lens is formed integrally with the light emitting side lens and the light receiving side lens.
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