(57)【要約】【課題】体格の増大が抑制された光センサを提供する。【解決手段】発光部（１０）と、発光部を制御する制御部（３０）と、透明板にて反射された第１反射光、および、透明板を透過し、透明板の外にある外物（２００）にて反射された第２反射光それぞれを受光する受光部（２０）と、受光部にて受光された光に基づいて、透明板の外面に付着物が付着しているか否かの算出、および、外物と自身との相対位置の算出それぞれを行う算出部（３０）と、発光部と受光部それぞれを透明板に対して固定する固定部（４０）と、を有し、算出部は、発光部が発光してから受光部が第１反射光を受光するまでに要する時間（Ｔ１）だけ経過した後のタイミングにて受光部が受光した光に基づいて透明板の外面に付着物が付着しているか否かを算出し、それ以外のタイミングにて受光部が受光した光に基づいて外物と自身との相対位置を算出する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明板（９０）の内面（９０ａ）に光を照射する発光部（１０）と、
前記発光部の発光を制御する制御部（３０）と、
前記透明板の外面（９０ｂ）と外部雰囲気との界面にて反射された第１反射光、および、前記透明板を透過し、前記透明板の外にある外物（２００）にて反射された第２反射光それぞれを受光する受光部（２０）と、
前記受光部にて受光された光に基づいて、前記透明板の外面に付着物が付着しているか否かの算出、および、前記外物と前記受光部との相対位置の算出それぞれを行う算出部（３０）と、
前記発光部と前記受光部それぞれを前記透明板に対して固定する固定部（４０）と、を有し、
前記算出部は、前記発光部が発光してから前記受光部が前記第１反射光を受光するまでに要する時間（Ｔ１）だけ経過した後のタイミングにて前記受光部が受光した光に基づいて前記透明板の外面に付着物が付着しているか否かを算出し、それ以外のタイミングにて前記受光部が受光した光に基づいて前記外物と前記受光部との相対位置を算出することを特徴とする光センサ。
【請求項２】
前記第１反射光と前記第２反射光を得るために、前記発光部にて発光された光の前記透明板への入射角度を制御する入射角度ミラー（１２）を有し、
前記入射角度ミラーは、前記発光部から出射された光を前記透明板に反射する反射部（１３）と、前記反射部の角度をかえることで、前記反射部にて反射されて前記透明板に入射する前記発光部の光の入射角度をかえる角度制御部（１４）と、を有し、
前記制御部は、所定間隔で前記発光部を発光させており、
前記角度制御部は、前記発光部の発光間隔に同調して前記反射部の角度を徐々にかえることを特徴とする請求項１に記載の光センサ。
【請求項３】
前記算出部は、前記第２反射光が前記受光部に入射するように前記角度制御部が前記反射部を制御している際に、前記発光部が発光してから前記受光部が前記第１反射光を受光するまでに要する時間だけ経過した後のタイミングにて前記受光部が光を受光した場合、前記透明板にゴミが付着していると判定することを特徴とする請求項２に記載の光センサ。
【請求項４】
前記制御部は、前記第１反射光を得るために前記発光部にて前記所定間隔毎に発光する光の発光時間と、前記第２反射光を得るために前記発光部にて前記所定間隔毎に発光する光の発光時間とを異ならせることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の光センサ。
【請求項５】
前記制御部は、前記第１反射光を得るために前記発光部にて前記所定間隔毎に発光する光の光量と、前記第２反射光を得るために前記発光部にて前記所定間隔毎に発光する光の光量とを異ならせることを特徴とする請求項２〜４いずれか１項に記載の光センサ。
【請求項６】
前記制御部は、前記第１反射光を得るために前記発光部にて前記所定間隔で発光する光の発光パターンと、前記第２反射光を得るために前記発光部にて前記所定間隔で発光する光の発光パターンとを異ならせることを特徴とする請求項２〜５いずれか１項に記載の光センサ。
【請求項７】
前記発光部は、前記透明板に光を出射することで前記第１反射光を得るための第１発光素子（１９ａ）と、前記透明板を透過し、前記外物に光を照射することで前記第２反射光を得るための第２発光素子（１９ｂ）と、を有し、
前記制御部は、前記第１反射光を前記受光部にて受光する第１タイミングと、前記第２反射光を前記受光部にて受光する第２タイミングとが異なるように、前記第１発光素子（１９ａ）と前記第２発光素子（１９ｂ）の発光タイミングを制御することを特徴とする請求項１に記載の光センサ。
【請求項８】
前記制御部は、前記第１発光素子を発光させた後に前記第２発光素子を発光させることで、前記第１タイミングと前記第２タイミングとを異ならせ、前記第２反射光が前記受光部に入射する前に前記第１反射光を前記受光部に入射させることを特徴とする請求項７に記載の光センサ。
【請求項９】
前記算出部は、前記第２発光素子が発光してから前記受光部が前記第１反射光を受光するまでに要する時間だけ経過した後のタイミングにて前記受光部が光を受光した場合、前記透明板にゴミが付着していると判定することを特徴とする請求項７または請求項８に記載の光センサ。
【請求項１０】
前記制御部は、前記算出部にて前記透明板の外面に付着物が付着していると算出された場合、前記第２発光素子の発光量の増大、および、前記第２発光素子の指向性のしぼりの少なくとも一方を行うことを特徴とする請求項７〜９いずれか１項に記載の光センサ。
【請求項１１】
前記第１反射光と前記第２反射光を得るために、前記発光部にて発光された光を前記透明板に導く導光レンズ（５１）を有し、
前記導光レンズは、前記発光部から出射された光を前記透明板と外部雰囲気との界面にて全反射させて前記第１反射光を得るべく、前記透明板への入射角度を一律に揃える第１レンズ（５３）と、前記発光部から出射された光を前記透明板を透過させて前記第２反射光を得るべく、前記透明板への入射角度範囲を広げる第２レンズ（５４）と、を有することを特徴とする請求項１〜１０いずれか１項に記載の光センサ。
【請求項１２】
前記第１反射光および前記第２反射光を前記受光部に集光する集光レンズ（５２）を有することを特徴とする請求項１〜１１いずれか１項に記載の光センサ。
【請求項１３】
前記受光部は、複数の受光素子（２１）がマトリクス状に並列配置されたものであることを特徴とする請求項１〜１２いずれか１項に記載の光センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光部と、発光部を制御する制御部と、反射光を受光する受光部と、を有する光センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に示されるように、ガラスの車室外側の面で反射された光の光量を測定することで、ガラスの車室外側の面に付着した雨滴の量を測定する雨滴センサが提案されている。雨滴センサは、光がガラスの車室外側の面で全反射が生じる位置に取付けられた赤外線発光ＬＥＤと、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に取付けられた第一の受光素子と、外光センサとしての第二の受光素子と、を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２９８０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記したように特許文献１に示される雨滴センサは、雨滴検出用の受光素子と外光検出用の受光素子とを有している。このように検出目的に応じて受光素子を有する場合、検出目的の数だけ受光素子（受光部）が必要となる。そのために雨滴センサ（光センサ）の体格が増大する虞がある。
【０００５】
そこで本発明は上記問題点に鑑み、体格の増大が抑制された光センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記した目的を達成するために第１発明は、透明板（９０）の内面（９０ａ）に光を照射する発光部（１０）と、発光部の発光を制御する制御部（３０）と、透明板の外面（９０ｂ）と外部雰囲気との界面にて反射された第１反射光、および、透明板を透過し、透明板の外にある外物（２００）にて反射された第２反射光それぞれを受光する受光部（２０）と、受光部にて受光された光に基づいて、透明板の外面に付着物が付着しているか否かの算出、および、外物と受光部との相対位置の算出それぞれを行う算出部（３０）と、発光部と受光部それぞれを透明板に対して固定する固定部（４０）と、を有し、算出部は、発光部が発光してから受光部が第１反射光を受光するまでに要する時間（Ｔ１）だけ経過した後のタイミングにて受光部が受光した光に基づいて透明板の外面に付着物が付着しているか否かを算出し、それ以外のタイミングにて受光部が受光した光に基づいて外物と受光部との相対位置を算出することを特徴とする。
【０００７】
このように本発明によれば、固定部（４０）によって発光部（１０）と受光部（２０）が透明板（９０）に対して固定されている。そのため、透明板（９０）にて反射される第１反射光の行路（光の進む距離）は一律に定まり、第１反射光が受光部（２０）に入射するタイミングは一律に定まる。これに対して、外物（２００）は光センサ（１００）との相対位置が不定なので、第２反射光の行路は一律に定まらず、第２反射光が受光部（２０）に入射するタイミングは一律に定まらない。そこで上記のように算出部（３０）は、発光部（１０）が発光してから受光部（２０）が第１反射光を受光するまでに要する時間（Ｔ１）だけ経過したタイミングにて受光部（２０）が受光した光に基づいて、透明板（９０）の外面（９０ｂ）に付着物が付着しているか否かを算出する。そして算出部（３０）は上記したタイミング以外のタイミングにて受光部（２０）が受光した光に基づいて、外物（２００）と受光部（２０）（光センサ（１００））との相対位置を算出する。これによれば、上記のように付着物の検出と外物（２００）の相対位置の検出それぞれに共通の受光部（２０）を用いたとしても、両者を区別して検出することができる。また、付着物の検出と外物（２００）の相対位置の検出に１つの受光部（２０）を用いるので、それぞれの検出に対応した受光部（２０）を有する構成と比べて、光センサ（１００）の体格の増大が抑制される。
【０００８】
第２発明は、第１反射光と第２反射光を得るために、発光部にて発光された光の透明板への入射角度を制御する入射角度ミラー（１２）を有し、入射角度ミラーは、発光部から出射された光を透明板に反射する反射部（１３）と、反射部の角度をかえることで、反射部にて反射されて透明板に入射する発光部の光の入射角度をかえる角度制御部（１４）と、を有し、制御部は、所定間隔で発光部を発光させており、角度制御部は、発光部の発光間隔に同調して反射部の角度を徐々にかえる。
【０００９】
これによれば、発光部（１０）の指向性が強く、付着物の検出に適していなくとも、入射角度ミラー（１２）によって光の入射角度が徐々に変えられて透明板（９０）に入射されるので、付着物の検出に適した光を得ることができる。また、外物（２００）と光センサ（１００）との相対位置は、方向と距離とによって定められる。距離は発光部の発光タイミングと第２反射光を受光するタイミングとによって求められ、方向は透明板（９０）への光の入射角度によって求められる。上記構成では、光の入射角度は角度制御部（１４）によって定められるため、角度制御部（１４）の制御した入射角度の値に基づいて方向を得ることができる。
【００１０】
第３発明の算出部は、第２反射光が受光部に入射するように角度制御部が反射部を制御している際に、発光部が発光してから受光部が第１反射光を受光するまでに要する時間だけ経過した後のタイミングにて受光部が光を受光した場合、透明板にゴミが付着していると判定する。
【００１１】
第２反射光が受光部（２０）に入射するように角度制御部（１４）が反射部（１３）を制御している場合、発光部（１０）から出射された光は透明板（９０）を透過し、外物（２００）にて反射されることが期待される。したがって、受光部（２０）が反射光を受光するのは、発光部（１０）が発光してから受光部（２０）が第１反射光を受光するまでに要する時間（Ｔ１）だけ経過した後のタイミング以降となることが期待される。そうであるにも関わらず、上記したタイミングにて受光部（２０）が光を受光した場合、透明板（９０）にゴミが付着しているとみなすことができる。したがって上記したタイミングにて受光部（２０）が光を受光した場合、ゴミが透明板（９０）に付着していると判定することができる。
【００１２】
なお、特許請求の範囲に記載の請求項、および、課題を解決するための手段それぞれに記載の要素に括弧付きで符号をつけているが、この括弧付きの符号は実施形態に記載の各構成要素との対応関係を簡易的に示すためのものであり、実施形態に記載の要素そのものを必ずしも示しているわけではない。括弧付きの符号の記載は、いたずらに特許請求の範囲を狭めるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態に係る光センサの概略構成を示す断面図である。
【図２】入射角度ミラーの概略構成を示す上面図である。
【図３】受光部の概略構成を示す上面図である。
【図４】発光と受光それぞれのタイミングを示すタイミングチャートである。
【図５】ゴミの検出を説明するためのタイミングチャートである。
【図６】発光の変形例を示すタイミングチャートである。
【図７】発光の変形例を示すタイミングチャートである。
【図８】発光の変形例を示すタイミングチャートである。
【図９】ゴミの検出を説明するためのタイミングチャートである。
【図１０】光センサの変形例を示す断面図である。
【図１１】発光と受光それぞれのタイミングを示すタイミングチャートである。
【図１２】ゴミの検出を説明するためのタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１〜図５に基づいて、本実施形態に係る光センサを説明する。なお図１では光を破線で示しており、図４，５の縦軸は電圧レベル、横軸は時間を示している。以下においては互いに直交の関係にある３方向を、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向と示す。本実施形態ではｚ方向が鉛直方向に沿い、ｘ方向とｙ方向とによって規定されるｘ−ｙ平面が水平方向に沿っている。そしてｘ方向が車両の前進と後退方向に沿い、ｙ方向が車両の左右方向に沿っている。
【００１５】
図１に示すように、光センサ１００は、発光部１０と、受光部２０と、処理部３０と、固定部４０と、光学レンズ５０と、を有する。発光部１０、受光部２０、および、処理部３０それぞれは固定部４０によって透明板９０の内面９０ａに固定され、光学レンズ５０は透明な接着シート（図示略）を介して内面９０ａに固定されている。透明板９０は例えば車両のウインドシールドであり、光センサ１００は透明板９０に付着した水などの付着物や、車両の外にある外物２００の位置を検出する。
【００１６】
図１に破線で示すように、発光部１０から出射された光は、光学レンズ５０を介して透明板９０に入射する。透明板９０に入射した光は、透明板９０の外面９０ｂと外部雰囲気との界面（以下、単に界面と示す）に様々な角度で入射する。光の進行方向と界面（外面９０ｂ）に対して直交する垂線との成す光の入射角度が４２°以上の場合、全ての光が界面にて全反射される。しかしながら入射角度が４２°未満の場合、光の一部は界面にて反射されず、透明板９０を透過してその外へと進む。そして光は透明板９０の外に位置する外物２００にて反射され、その一部が透明板９０へと帰ってくる。界面にて全反射された光（以下、第１反射光と示す）、および、外物２００にて反射されて透明板９０へと帰ってきた光（以下、第２反射光と示す）それぞれは、透明板９０と光学レンズ５０とを介して受光部２０へと入射する。透明板９０の外面９０ｂに水などの付着物が付着していた場合、入射角度が４２°以上の光であっても界面にて反射されずに透明板９０を透過する。そのため受光部２０に入射する第１反射光の光量が減少する。したがって処理部３０は第１反射光の減少具体に基づいて、付着物の有無を検出する。また、第２反射光が受光部２０に入射する時間は、光センサ１００と外物２００との相対位置に依存する。したがって処理部３０は第２反射光が受光部２０へ入射する時間に基づいて光センサ１００と外物２００との相対位置を検出する。
【００１７】
発光部１０は透明板９０の内面９０ａに光を照射するものである。本実施形態に係る発光部１０はＬＥＤ（発光ダイオード）よりも指向性の強いＬＤ（半導体レーザー）１１を有する。ＬＤ１１の波長領域としては８００〜９００ｎｍ程度のものが採用される。
【００１８】
上記した第１反射光と第２反射光を得るために、光センサ１００はＬＤ１１にて発光されたレーザー光の透明板９０への入射角度を制御する入射角度ミラー１２を有する。図２に示すように、入射角度ミラー１２は反射部１３と角度制御部１４とを有する。反射部１３はＬＤ１１から出射されたレーザー光を透明板９０に向けて反射する。角度制御部１４はレーザー光の進行方向に対する反射部１３の角度をかえることで、透明板９０に入射するレーザー光の界面への入射角度をかえる。
【００１９】
入射角度ミラー１２はいわゆるＭＥＭＳミラーであり、反射部１３はＳＯＩ基板を微細加工することで形成される。反射部１３はレーザー光を反射する鏡面部１５と、鏡面部１５を支持する支持部１６と、支持部１６と鏡面部１５とを連結する連結部１７と、鏡面部１５に静電引力を生じさせることで、鏡面部１５のレーザー光に対する反射角度を調整する電極１８ａ，１８ｂと、を有する。支持部１６は枠形状を成し、鏡面部１５は支持部１６によって囲まれた領域内に位置している。図２にてハッチングで示される鏡面部１５の上面１５ａが光を反射する機能を有しており、鏡面部１５の相対する２つの側面それぞれに連結部１７の一端が連結され、その他端が支持部１６の内環面に連結されている。そして２つの連結部１７それぞれは鏡面部１５の重心を貫く基準線ＢＬ（図２に示す破線）に沿って延びた形状を成している。これにより鏡面部１５は基準線ＢＬに沿った部位を回転軸として、基準線ＢＬ周りに回転可能と成っている。電極１８ａ，１８ｂそれぞれは鏡面部１５の下方に位置し、鏡面部１５の下面の一部と対向している。より詳しく言えば、基準線ＢＬを介して二分される鏡面部１５の一方の下面の一部と第１電極１８ａが対向し、鏡面部１５の他方の下面の一部と第２電極１８ｂが対向している。この構成により、角度制御部１４は鏡面部１５に一定電圧を印加するとともに電極１８ａ，１８ｂそれぞれに逆極性の電圧を印加することで、鏡面部１５を一方向に回転させる静電引力を鏡面部１５に発生させる。本実施形態では電極１８ａ，１８ｂにおける鏡面部１５との対向面積が互いに等しくなっている。
【００２０】
ＬＤ１１は所定時間間隔で発光しており、角度制御部１４はＬＤ１１の発光間隔に同調して電極１８ａ，１８ｂそれぞれに印加する電気信号の電圧レベルを徐々に上昇させる。これによってパルス状にレーザー光を透明板９０に入射させるとともに、パルス状の光それぞれの透明板９０への入射角度を徐々にかえる。本実施形態において角度制御部１４は、第１反射光が得られた後に第２反射光が得られるように鏡面部１５の回転角度を制御する。より詳しく言えば、角度制御部１４は界面への光の入射角度を４２°よりも大きい角度から４２°よりも小さい角度となるように鏡面部１５の回転角度を制御する。これにより、受光部２０が第１反射光を受光する第１タイミングを受光部２０が第２反射光を受光する第２タイミングよりも早くしている。本実施形態において角度制御部１４は界面への光の入射角度を４５°から１５°まで１°刻みで制御する。このように入射角度が４２°よりも小さい角度を入射角度が４２°よりも大きい角度よりも多くすることで、透明板９０を透過する光の照射範囲を広げ、外物２００の検出範囲を広げる。
【００２１】
受光部２０は第１反射光および第２反射光それぞれを受光するものである。図３に示すように受光部２０は、複数の受光素子２１がマトリクス状に並列配置されたものである。受光素子２１は光を電気信号に変換する光電変換素子であり、具体的に言えばフォトダイオードである。
【００２２】
処理部３０は特許請求の範囲に記載の制御部と算出部の機能を兼ね備えるものである。すなわち処理部３０は、発光部１０の発光を制御するとともに、受光部２０にて受光された光に基づいて、透明板９０の外面９０ｂに付着物（水）が付着しているか否かの算出、および、外物２００と光センサ１００との相対位置の算出それぞれを行うものである。
【００２３】
処理部３０は角度制御部１４と同調しており、発光部１０（ＬＤ１１）にて単発で光を発光させることを所定時間間隔で繰り返す。反射光が受光部２０へと帰ってくる時間は、光の速さに基づいているので、単発で光を発光した後に次に光を発光するまでに要する発光制御時間（上記の所定時間間隔）よりも十分に早い。したがって処理部３０がＬＤ１１にて単発で光を発光させてから次に単発で光を発光させるまでに受光部２０には反射光が入射することとなる。なお処理部３０がＬＤ１１を１度発光させる度に反射部１３の反射角度が角度制御部１４によって１°だけ調整される。これにより、透明板９０への入射角度が異なるパルス状のレーザー光が透明板９０に順々に入射される。
【００２４】
上記したように角度制御部１４は、界面への光の入射角度を４２°よりも大きい角度から４２°よりも小さい角度となるように鏡面部１５の回転角度を制御する。したがって図４に示すように、発光部１０が発光してから受光部２０が第１反射光を受光するまでに要する時間（以下、第１反射時間Ｔ１と示す）だけ経過した後、第１反射光が受光部２０に入射する。これに対して、発光部１０が発光してから第１反射時間Ｔ１よりも長い時間経過した後、第２反射光が受光部２０に入射する。これは、発光部１０が発光してから受光部２０が第２反射光を受光するまでに要する時間（以下、第２反射時間Ｔ２と示す）は、外物２００が透明板９０よりも受光部２０から遠くに位置するためである。なお、第２反射時間Ｔ２は第１反射時間Ｔ１よりも長いものの、外物２００と光センサ１００との相対位置によってその値が変化する。したがって処理部３０は、発光部１０が発光してから第１反射時間Ｔ１だけ経過した後のタイミングにて受光部２０が受光した光に基づいて透明板９０の外面９０ｂに付着物が付着しているか否かを算出する。また処理部３０は、それ以外のタイミングにて受光部２０が受光した光に基づいて外物２００と光センサ１００との相対位置を算出する。
【００２５】
なお、第１反射時間Ｔ１は発光部１０と透明板９０、および、透明板９０と受光部２０それぞれの距離に依存するが、その距離は数１０ｃｍオーダーである。これに対して第２反射時間Ｔ２は発光部１０と外物２００、および、外物２００と受光部２０それぞれの距離に依存するが、その距離はおよそ数１００〜数１０ｍオーダーとなることが予想される。したがって第１反射時間Ｔ１と第２反射時間Ｔ２とは、１００〜１０００倍程度の相違がある。これら２つの反射時間Ｔ１，Ｔ２は光の速さに基づくものなので、その値は微小である。しかしながら上記したように両者には１００〜１０００倍程度の相違があるので、両者を明確に区別することができる。
【００２６】
上記したように受光部２０は、複数の受光素子２１がマトリクス状に並列配置されたものである。外物２００に入射した光はその表面において散乱されるため、第２反射光は指向性が弱まり、ある程度の広がりをもって受光部２０へと入射する。したがってこの広がりを有する第２反射光を受光するべく、上記したように複数の受光素子２１がマトリックス状に並列配置されている。
【００２７】
なお処理部３０は発光部１０の発光タイミングと角度制御部１４によって振り分けられた角度とを逐一記憶する。処理部３０は入射角度が４２°よりも小さい角度の光（透明板９０を透過する光）の発光タイミングとその光の受光タイミングとによって第２反射時間Ｔ２を求め、それによって外物２００と光センサ１００との相対距離を算出する。また処理部３０は角度制御部１４によって振り分けられた角度によって外物２００の方向を算出する。このように処理部３０は外物２００の距離と方向とを算出することで、外物２００の位置を検出する。
【００２８】
図４に示すように、第１反射光が受光部２０に入射するように角度制御部１４が反射部１３の角度を制御している場合、発光部１０が光を発光してから第１反射時間Ｔ１後に第１反射光を受光することが期待される。そして第２反射光が受光部２０に入射するように角度制御部１４が反射部１３の角度を制御している場合、発光部１０が光を発光してから第１反射時間Ｔ１よりも長い第２反射時間Ｔ２後に第２反射光を受光することが期待される。ただし第２反射光が受光部２０に入射するように角度制御部１４が反射部１３の角度を制御している場合であっても、透明板９０の外面９０ｂにて光の一部が反射されるため、受光部２０には微弱ながら光が入射される。しかしながら図５に一点鎖線で示すように、第２反射光が受光部２０に入射するように角度制御部１４が反射部１３の角度を制御している場合、発光部１０が光を発光してから第１反射時間Ｔ１後により強い光を受光することがある。これは、透明板９０に付着したゴミによって散乱・反射された光が受光部２０に入射したためであることが期待される。そこで処理部３０は、第２反射光が受光部２０に入射するように角度制御部１４が反射部１３の角度を制御している際に、発光部１０が発光してから第１反射時間Ｔ１だけ経過した後のタイミングにて受光部２０が光を受光した場合、透明板９０にゴミが付着していると判定する。なお図４では説明を簡明とするため、透明板９０を透過した光の全てが外物２００にて反射され、第２反射時間Ｔ２にて第２反射光が受光部２０に入射した場合を示している。
【００２９】
固定部４０は、発光部１０と受光部２０それぞれを透明板９０に対して固定するものである。本実施形態では図１に示すように発光部１０、受光部２０、および、処理部３０それぞれが配線基板４１に固定されており、固定部４０はこの配線基板４１を透明板９０に固定することで、発光部１０と受光部２０それぞれを透明板９０に固定する。本実施形態に係る固定部４０は有底筒状を成し、その１つの開口部が透明板９０の内面９０ａによって閉塞されている。固定部４０と内面９０ａにおける固定部４０の開口部によって囲まれた領域とによって収納空間が構成され、この収納空間に配線基板４１が収納されている。なお、光学レンズ５０も上記した収納空間内に収納されており、固定部４０は光学レンズ５０と同様にして接着シート（図示略）を介して内面９０ａに固定されている。
【００３０】
光学レンズ５０は、発光部１０にて発光された光を透明板９０に導く導光レンズ５１と、第１反射光および第２反射光を受光部２０に集光する集光レンズ５２と、を有する。導光レンズ５１は第１レンズ５３と第２レンズ５４とを有する。第１レンズ５３は発光部１０から出射された光を界面にて全反射させて第１反射光を得るべく、透明板９０への入射角度を一律に揃える機能を果たす。これに対して第２レンズ５４は発光部１０から出射された光を透明板９０を透過させて第２反射光を得るべく、透明板９０への入射角度範囲を広げる機能を果たす。本実施形態では導光レンズ５１と集光レンズ５２それぞれが別体で形成されているが、両者が同一部材から成ってもよい。
【００３１】
次に、本実施形態に係る光センサ１００の作用効果を説明する。上記したように、固定部４０によって発光部１０（ＬＤ１１）と受光部２０が透明板９０に対して固定されている。そのため、透明板９０にて反射される第１反射光の行路（光の進む距離）は一律に定まり、第１反射光が受光部２０に入射するタイミングは一律に定まる。これに対して、外物２００は光センサ１００との相対位置が不定なので、第２反射光の行路は一律に定まらず、第２反射光が受光部２０に入射するタイミングは一律に定まらない。そこで上記のように処理部３０は、発光部１０が発光してから受光部２０が第１反射光を受光するまでに要する時間（第１反射時間Ｔ１）だけ経過したタイミングにて受光部２０が受光した光に基づいて、透明板９０の外面９０ｂに付着物（雨滴）が付着しているか否かを算出する。そして処理部３０は上記したタイミング以外のタイミングにて受光部２０が受光した光に基づいて、外物２００と光センサ１００との相対位置を算出する。これによれば、上記のように付着物の検出と外物２００の相対位置の検出それぞれに共通の受光部２０を用いたとしても、両者を区別して検出することができる。また、付着物の検出と外物２００の相対位置の検出に１つの受光部２０を用いるので、それぞれの検出に対応した受光部２０を有する構成と比べて、光センサ１００の体格の増大が抑制される。
【００３２】
ＬＤ１１にて発光されたレーザー光の透明板９０への入射角度を制御する入射角度ミラー１２を有し、入射角度ミラー１２は透明板９０への入射角度が異なるレーザー光を透明板９０に順々に入射する。
【００３３】
これによれば、発光部１０の指向性が強く、付着物の検出に適していなくとも、入射角度ミラー１２によって光の入射角度が徐々に変わって透明板９０に入射させるので、付着物の検出に適した光を得ることができる。更に言えば、外物２００と光センサ１００との相対位置は、方向と距離とによって定められる。距離は第２反射時間Ｔ２によって求められ、方向は透明板９０への光の入射角度によって求められる。上記構成では、光の入射角度は角度制御部１４によって定められるため、角度制御部１４の制御した入射角度の値に基づいて方向を得ることができる。
【００３４】
処理部３０は、第２反射光が受光部２０に入射するように角度制御部１４が反射部１３の角度を制御している際に、発光部１０が発光してから第１反射時間Ｔ１だけ経過した後のタイミングにて受光部２０が光を受光した場合、透明板９０にゴミが付着していると判定する。第２反射光が受光部２０に入射するように角度制御部１４が反射部１３を制御している場合、発光部１０から出射された光は透明板９０を透過し、外物２００にて反射されることが期待される。したがって、受光部２０が反射光を受光するのは、発光部１０が発光してから受光部２０が第１反射光を受光するまでに要する時間（第１反射時間Ｔ１）だけ経過した後のタイミング以降となることが期待される。そうであるにも関わらず、上記したタイミングにて受光部２０が光を受光した場合、透明板９０にゴミが付着しているとみなすことができる。したがって上記したタイミングにて受光部２０が光を受光した場合、ゴミが透明板９０に付着していると判定することができる。
【００３５】
導光レンズ５１は第１レンズ５３と第２レンズ５４とを有する。第１レンズ５３は発光部１０から出射された光を透明板９０と外部雰囲気との界面にて全反射させて第１反射光を得るべく、透明板９０への入射角度を一律に揃える機能を果たす。第２レンズ５４は発光部１０から出射された光を透明板９０を透過させて第２反射光を得るべく、透明板９０への入射角度範囲を広げる機能を果たす。これによれば、発光部１０の指向性に依らずに、第１反射光と第２反射光それぞれの光量を導光レンズ５１によって調整することができる。
【００３６】
受光部２０は、複数の受光素子２１がマトリクス状に並列配置されたものである。これによれば、外物２００によって散乱されたためにある程度の広がりを有する第２反射光を、複数の受光素子２１によって検出することができる。
【００３７】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
【００３８】
（変形例１）
本実施形態では処理部３０がＬＤ１１を所定時間間隔で発光させ、角度制御部１４がＬＤ１１の発光間隔に同調して反射部１３の反射角度を調整させることで、入射角度の異なるパルス状のレーザー光（以下、パルス光と示す）を透明板９０に入射させる例を示した。そして図４および図５に示すように、ＬＤ１１から照射されたパルス光の電圧印加時間（発光時間）と印加電圧レベル（光量）それぞれが一定である例を示した。しかしながら例えば図６〜図８に示すようにパルス光の発光時間や光量それぞれを透明板９０への入射角度に応じて変化させてもよい。図６は、角度制御部１４が界面への光の入射角度を４５°から全反射の起きる４２°まで制御する際のパルス光の発光時間を、４２°から１５°まで制御する際のパルス光の発光時間よりも長くした例を示している。換言すれば、第１反射光を得るためのパルス光（以下、第１パルス光と示す）の発光時間を、第２反射光を得るためのパルス光（以下、第２パルス光と示す）の発光時間よりも長くした例を示している。そして図７は、第１パルス光の光量を、第２パルス光の光量よりも高めた例を示している。また図８は、複数の第１パルス光の光量の発光パターン（第１発光パターン）と、複数の第２パルス光の光量の発光パターン（第２発光パターン）とを異ならせた例を示している。図８に示す第１発光パターンでは複数の第１パルス光の光量が一定であり、第２発光パターンでは複数の第２パルス光の光量レベルが所定パターンとなっている。第２発光パターンは光量レベルとして第１レベルと第２レベルとを有し、第１レベルの第２パルス光と第２レベルの第２パルス光とが交互に出力される発光パターンとなっている。以上示したように第１パルス光と第２パルス光の発光時間、光量、および、発光パターンの少なくとも１つを異ならせることで、処理部３０は第１反射光と第２反射光とを区別し易くなる。例えば上記にしたように発光時間を異ならせた場合、図９に示すように透明板９０に付着したゴミの検出を、反射時間だけではなく、その受光時間によっても検出することができる。これによりゴミの検出精度が向上される。
【００３９】
（変形例２）
本実施形態では発光部１０は１つのＬＤ１１を有する例を示した。しかしながら図１０に示すように、発光部１０が第１発光素子１９ａと第２発光素子１９ｂを有する構成を採用することもできる。第１発光素子１９ａはＬＥＤ（発光ダイオード）であり、第２発光素子１９ｂは第１実施形態のＬＤ１１と同様にしてＬＤ（半導体レーザー）である。第１発光素子１９ａは透明板９０に光を出射することで第１反射光を得るためのものであり、第２発光素子１９ｂは透明板９０を透過し、外物２００に光を照射することで第２反射光を得るためのものである。第１発光素子１９ａから出射された光は界面にて全反射されるよう、界面への入射角度が４２°以上とされる。第２発光素子１９ｂから出射された光は界面を透過するよう、界面への入射角度が４２°未満とされる。このような入射角度の調整は、発光素子１９ａ，１９ｂの透明板９０に対する配置、および、導光レンズ５１によって成される。
【００４０】
この構成によれば、発光部が１つの発光素子を有する構成とは異なり、付着物を検出するのに適した指向性を有する光と、外物２００の相対位置を検出するのに適した指向性を有する光とを選択することができる。
【００４１】
上記したように、第１反射光は界面にて反射されて受光部２０に入射するが、第２反射光は透明板９０の外にある外物２００にて反射された後に受光部２０に入射する。このように第１反射光は第２反射光と比べて光の進む距離（行路）が短い。そのため図１０に示す変形例において処理部３０は、図１１に示すように第１発光素子１９ａを発光させた後に第２発光素子１９ｂを発光させる。こうすることで、受光部２０が第１反射光を受光する第１タイミングと受光部２０が第２反射光を受光する第２タイミングとを異ならせ、第２反射光が受光部２０に入射する前に第１反射光を受光部２０に入射させる。
【００４２】
第２発光素子１９ｂから出射された光は透明板９０を透過し、外物２００にて反射されることが期待される。したがって、受光部２０が第２発光素子１９ｂから出射された光を受光するのは、第２発光素子１９ｂが発光してから受光部２０が第１反射光を受光するまでに要する時間（第１反射時間Ｔ１）だけ経過した後のタイミング以降となることが期待される。そうであるにも関わらず例えば図１２に一点鎖線で示すように、第１反射時間Ｔ１にて受光部２０が光を受光した場合、透明板９０にゴミが付着しているとみなすことができる。そこで処理部３０は、第２発光素子が発光してから第１反射時間Ｔ１だけ経過した後のタイミングにて受光部２０が光を受光した場合、透明板９０にゴミが付着していると判定する。
【００４３】
なお、透明板９０に水などの付着物が付着していた場合、透明板９０を透過する光量が雨滴によって散乱され、外物２００の相対位置の検出精度が低下する虞がある。そこで処理部３０は外面９０ｂに水などの付着物が付着していると算出した場合、第２発光素子１９ｂの発光量の増大、および、第２発光素子１９ｂの指向性のしぼりの少なくとも一方を行う。こうすることで透明板９０から外に出射される光量の低下が抑制され、外物２００の相対位置の検出精度の低下が抑制される。なお、上記のように指向性をしぼるためには、第２発光素子１９ｂが半導体レーザーの他に、集光性が可変の光学系を有する構成となる。
【００４４】
また、処理部３０は発光素子１９ａ，１９ｂから出射された光の界面への入射角度を記憶している。したがって処理部３０は第２発光素子１９ｂから出射された光の界面への入射角度によって外物２００の方向を算出する。また処理部３０は第２発光素子１９ｂの発光タイミングとその光の受光タイミングとによって第２反射時間Ｔ２を求め、それによって外物２００と光センサ１００との相対距離を算出する。このように処理部３０は外物２００の距離と方向とを算出することで、外物２００の位置を検出する。なお図１０〜図１２に示す変形例の場合、光センサ１００は入射角度ミラー１２を有していなくとも良い。
【００４５】
（その他の変形例）
本実施形態では光センサ１００が光学レンズ５０を有する例を示した。しかしながら光学レンズ５０は無くともよい。
【００４６】
本実施形態では透明板９０が車両のウインドシールドである例を示した。しかしながら透明板９０としては水が付着するものであれば適宜採用することができる。
【００４７】
本実施形態では界面への入射角度が４２°以上の場合に光が全反射され、入射角度が４２°未満の場合に光が界面を透過する例を示した。しかしながら上記した全反射の起こる入射角度（以下、全反射角度と示す）は透明板９０を構成する材料によって変動する。本実施形態では全反射角度として具体的な値を示したに過ぎず、透明板９０の構成材料が変わった結果、全反射角度が変わった場合、それに応じて界面への入射角度が変更される。
【００４８】
本実施形態では第１反射光の減少具合をどのようにして算出するのかを特に言及しなかった。例えば第１反射光の減少としては、透明板９０の外面９０ｂに何も付着物がない状態における第１反射光を検出し、この検出した第１反射光に応じた電気信号を閾値とする。そしてこの閾値と実際に使用状況において検出された第１反射光に応じた電気信号とを比較する。こうすることで第１反射光の減少具合が算出され、付着物の有無が検出される。なお、第１反射光の減少量によって透明板９０の外面９０ｂへの付着物の付着度合いも検出することができる。本実施形態で示したように光センサ１００が車両に搭載される場合、水などの付着物の有無によってワイパーが駆動され、その速さは付着物の付着度合いによって決定されても良い。
【００４９】
本実施形態では入射角度ミラー１２がＭＥＭＳミラーである例を示した。しかしながら入射角度ミラー１２としては上記例に限定されず、発光部１０の光の界面への入射角度を徐々に変えることができるものであれば、適宜採用することができる。
【００５０】
本実施形態では反射部１３が静電引力によって回転角度が制御される例を示した。しかしながら反射部１３の角度を制御する方法としては上記例に限定されず、例えば磁力や圧力による歪みによって反射部１３の角度を制御してもよい。もちろん、これらの変形例を採用する場合、反射部１３は図２に示す構成とは異なる構成となる。これら変形例は周知公用なので、その記載を省略する。
【００５１】
本実施形態ではパルス状に光を透明板９０に入射させる例を示した。しかしながら透明板９０に入射される光の形状としては上記例に限定されず、付着物と外物２００の位置の検出に適する形状であれば適宜採用することができる。
【００５２】
本実施形態では界面への光の入射角度を４２°よりも大きい角度から４２°よりも小さい角度とする例を示した。しかしながら界面への光の入射角度を４２°よりも小さい角度から４２°よりも大きい角度としても良い。
【００５３】
本実施形態では界面への光の入射角度を４５°から１５°まで１°刻みで制御する例を示した。しかしながら入射角度の範囲としては上記例に限定されず、その刻み幅も上記例に限定されない。付着物と外物２００の位置の検出に適する範囲と刻み幅であれば適宜採用することができる。
【００５４】
本実施形態では受光部２０が複数の受光素子２１がマトリクス状に並列配置された例を示した。しかしながら受光部２０としては上記例に限定されず、１つの受光素子２１から成っても良い。
【００５５】
本実施形態では処理部３０が特許請求の範囲に記載の制御部と算出部の機能を兼ね備える例を示した。しかしながら処理部３０が特許請求の範囲に記載の制御部と算出部の機能を兼ね備えていなくとも良い。すなわち、制御部と算出部とが別体から成っても良い。
【００５６】
本実施形態では処理部３０は外物２００を特定形状を有する物とみなすことで、第２反射光を受光する受光素子２１の位置に基づいて、外物２００の方向を概算し、特定形状としては球体、立方体などが採用される例を示した。しかしながら外物２００として例えばガードレールなどに特定されている場合、処理部３０は外物２００特有の形状と、その形状による第２反射光を受光する受光素子２１の位置に基づいて外物２００の方向を概算しても良い。なお図８に示したように第２発光パターンを第１レベルのパルス光と第２レベルのパルス光とが交互に出力されるように設定した場合、これと同様のパターンの光を受光するか否かに基づいて、外物２００の外面形状が一定であるか否かを検出することもできる。
【００５７】
本実施形態では配線基板４１に発光部１０、受光部２０、および、処理部３０それぞれが固定された例を示した。しかしながら発光部１０、受光部２０、および、処理部３０それぞれは同一の配線基板４１に固定されていなくとも良い。
【００５８】
本実施形態では処理部３０が固定部４０によって透明板９０に固定された例を示した。しかしながら処理部３０は透明板９０に対して固定されていなくともよい。すなわち処理部３０における透明板９０との相対位置は定まっていなくとも良い。
【００５９】
本実施形態では固定部４０が有底筒状を成す例を示した。しかしながら発光部１０と受光部２０それぞれを透明板９０に固定することができるのであれば、固定部４０の形状としては上記例に限定されない。
【００６０】
本実施形態では固定部４０が接着シートを介して透明板９０に固定された例を示した。しかしながら固定部４０を透明板９０に固定するものとしては上記例に限定されない。
【符号の説明】
【００６１】
１０・・・発光部
２０・・・受光部
３０・・・処理部
４０・・・固定部
９０・・・透明板
９０ａ・・・内面
９０ｂ・・・外面
１００・・・光センサ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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