(57)【要約】【課題】雨滴等の付着物が付着したとき、その付着物検出範囲全体を均一に照明することにより、付着物の有無を正確にかつ確実に検出することができる付着物検出装置を提供する。【解決手段】直線状に配列された複数のＬＥＤ１１Ａ〜１１Ｈと、ＬＥＤ１１Ａ〜１１Ｈから出射された光をコリメート光Ｌとして、フロントガラス１７の内表面１７Ｃに向けて照射するコリメートレンズ１２Ａ〜１２Ｈと、フロントガラス１７の外表面裏側で全反射した、コリメート光Ｌの反射光Ｌ’を受光する１つのＣＭＯＳ１５と、ＣＭＯＳ１５で受光した反射光Ｌ’から、フロントガラス１７の外表面に雨滴が付着しているか否かを判定する雨滴判定部とを備えた。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線状に配列され透明板部材の一方の面に向けて光を照射する複数の発光素子と、
前記透明板部材の他方の面裏側での反射光を受光する１つの受光素子と、
前記受光素子で受光した前記反射光から、前記透明板部材の他方の面表側に付着物が付着しているか否かを判定する付着物判定部とを備えたことを特徴とする付着物検出装置。
【請求項２】
発光素子と、
該発光素子から発せられた光をコリメート光として、透明板部材の一方の面に向けて照射するコリメートレンズと、
前記透明板部材の他方の面裏側での反射光を受光する１つの受光素子と、
前記受光素子で受光した前記反射光から、前記透明板部材の他方の面表側に付着物が付着しているか否かを判定する付着物判定部とを備えた付着物検出装置であって、
前記発光素子は、複数であって、直線状に配列され、
前記コリメートレンズは、複数であって、前記発光素子の各々に対応して直線状に配列されており、
前記複数の発光素子のうちの少なくとも周辺部の発光素子は該発光素子の配列方向に沿ってシフトしている、または前記複数のコリメートレンズのうち少なくとも周辺部のコリメートレンズは該コリメートレンズの配列方向に沿ってシフトしていることを特徴とする付着物検出装置。
【請求項３】
前記透明板部材の他方の面裏側での前記反射光を集光して前記受光素子へ導く集光レンズを設け、
前記集光レンズの画角に対して対応した配光分布となるように、前記コリメートレンズまたは前記発光素子をシフトさせたことを特徴とする請求項２に記載の付着物検出装置。
【請求項４】
前記複数の発光素子を等間隔で配列し、
該発光素子に対して前記コリメートレンズをシフトさせるとともに、そのシフト量を前記複数のコリメートレンズの周辺縁部に近づくほど大きくしたことを特徴とする請求項２又は３に記載の付着物検出装置。
【請求項５】
前記コリメートレンズを、該複数のコリメートレンズの中央部に向けてシフトさせたことを特徴とする請求項４に記載の付着物検出装置。
【請求項６】
前記複数のコリメートレンズを等間隔で配列し、
該コリメートレンズに対して前記発光素子をシフトさせるとともに、そのシフト量を前記複数の発光素子の周辺縁部に近づくほど大きくしたことを特徴とする請求項２又は３に記載の付着物検出装置。
【請求項７】
前記発光素子を、該複数の発光素子の周辺縁部に向けてシフトさせたことを特徴とする請求項６に記載の付着物検出装置。
【請求項８】
前記複数のコリメートレンズを一体成型したことを特徴とする請求項２〜７のいずれか一項に記載の付着物検出装置。
【請求項９】
前記コリメートレンズと前記集光レンズとの間に、前記透明板部材の他方の面裏側での前記反射光を前記集光レンズに導く導光路を形成し、
前記導光路は、８００ｎｍ〜９００ｎｍの波長成分の光を透過させることを特徴とする請求項２〜８のいずれか一項に記載の付着物検出装置。
【請求項１０】
前記コリメートレンズとして、多数のマイクロレンズが平面状に配列されたマイクロレンズアレイを設け、
前記マイクロレンズは、前記発光素子の発光方向に対し水平方向と縦方向で異なる発散角を持つように配列されていることを特徴とする請求項２に記載の付着物検出装置。
【請求項１１】
発光素子と、
透明板部材の外表面裏側での反射光を受光する１つの受光素子と、
前記受光素子で受光した前記反射光から、前記透明板部材の外表面裏側に付着物が付着しているか否かを判定する付着物判定部とを備えた付着物検出装置であって、
前記発光素子は、複数であって、直線状に配列され、
前記複数の発光素子は、該発光素子から発せられた光が中央に向かって集まるように傾けて配置されたことを特徴とする付着物検出装置。
【請求項１２】
発光素子と、
該発光素子から発せられた光をコリメート光として、透明板部材の一方の面に向けて照射するコリメートレンズと、
前記透明板部材の他方の面裏側での反射光を受光する１つの受光素子と、
前記受光素子で受光した前記反射光から、前記透明板部材の他方の面表側に付着物が付着しているか否かを判定する付着物判定部とを備えた付着物検出装置であって、
前記発光素子は、複数であって、直線状に配列され、
前記コリメートレンズは、複数であって、前記発光素子の各々に対応して直線状に配列されており、
前記複数のコリメートレンズの各々は、前記発光素子から発せられた光が中央に向かって集まるよう傾けて配置されたことを特徴とする付着物検出装置。
【請求項１３】
発光素子と、
前記透明板部材の外表面裏側での反射光を受光する１つの受光素子と、
前記受光素子で受光した前記反射光から、前記透明板部材の外表面表側に付着物が付着しているか否かを判定する付着物判定部とを備えた付着物検出装置であって、
前記発光素子は、複数であって、直線状に配列され、
前記発光素子から発せられた光を中央に向かって集める単一のレンズを備えることを特徴とする付着物検出装置。
【請求項１４】
透明ガラスの外表面を払拭するワイパー本体と、
前記透明ガラスの外表面に雨滴が付着したとき、前記ワイパー本体を駆動させるワイパー駆動制御部とを備えたワイパー装置であって、
前記ワイパー駆動制御部は、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の付着物検出装置に接続されていることを特徴とするワイパー装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載のワイパー装置備えたことを特徴とする移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス面等の表面の付着物を検出することができる付着物検出装置、その付着物検出装置を搭載したワイパー装置、及びそのワイパー装置を備えた移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自動車等において、フロントガラスの外表面に付着した雨滴を検出する雨滴検出装置が知られている。雨滴検出装置は、透明板部材であるフロントガラスの内側に設置され、フロントガラスの外表面に付着した雨滴を検出し場合には、雨滴検出信号をワイパー装置に送信する。ワイパー装置は、ワイパー本体を駆動して、フロントガラスの外表面を払拭して雨滴を取り除く。
【０００３】
このような雨滴検出装置として、発光素子と、発光素子から発せられた光をコリメート光として、透明板部材に該透明板部材の内表面に向けて照射するコリメートレンズと、透明板部材の外表面裏側でのコリメート光の反射光を受光する１つの受光素子とを備えたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、上記特許文献１における雨滴検出装置には雨滴判定部が設けられ、この雨滴判定部は、受光素子で受光したコリメート光の強度から、透明板部材の外表面に雨滴が付着しているか否かを判定するようになっている。
【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、上記従来の技術では、発光素子が１つであるため、雨滴検出の範囲が狭く、またフロントガラスの外表面裏側でのコリメート光の反射光の照明分布も不均一となるという問題がある。雨滴検出の範囲が狭く、また反射光の照明分布が不均一であると、雨滴検出における誤検出が多くなり、雨滴の有無を正確にかつ確実に検出することができなくなる。
【０００６】
本発明の課題は、雨滴等の付着物が付着したとき、その付着物検出範囲全体を均一に照明することにより、付着物の有無を正確にかつ確実に検出することができる付着物検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、直線状に配列され透明板部材の一方の面に向けて光を照射する複数の発光素子と、前記透明板部材の他方の面裏側での反射光を受光する１つの受光素子と、前記受光素子で受光した前記反射光から、前記透明板部材の他方の面表側に付着物が付着しているか否かを判定する付着物判定部とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、発光素子が直線状に複数配列されているので、付着物検出範囲の周辺まで比較的均一に照明することができ、付着物の有無を正確にかつ確実に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１による雨滴検出装置の全体構成図である。
【図２】雨滴検出装置の主要部を下方から見た図であり、ＬＥＤ、コリメートレンズ、フロントガラス、集光レンズ、及びＣＭＯＳの位置関係を簡略化して示したものである。
【図３】一体成型されたコリメートレンズの斜視図である。
【図４】ＬＥＤに対してコリメートレンズをシフトさせて配列した様子を示す拡大図である。
【図５】レンズシフト量と射出角との関係を示した図である。
【図６】複数のＬＥＤ、複数のコリメートレンズ、集光レンズ、及びＣＭＯＳの位置関係を模式的に示した図である。
【図７】（ａ）は本実施例の雨滴検出装置におけるＣＭＯＳ上の照度分布を示した図、（ｂ）はその照度分布をグラフで示した図である。
【図８】（ａ）は従来の雨滴検出装置におけるＣＭＯＳ上の照度分布を示した図、（ｂ）はその照度分布をグラフで示した図である。
【図９】検出領域における輝度分布と雨滴信号との関係を示した図であり、本実施例の雨滴検出装置による結果を示している。
【図１０】検出領域における輝度分布と雨滴信号との関係を示した図であり、従来の雨滴検出装置による結果を示している。
【図１１】実施例２による雨滴検出装置を示しており、複数のＬＥＤ、複数のコリメートレンズ、集光レンズ、及びＣＭＯＳの位置関係を模式的に示した図である。
【図１２】実施例３による雨滴検出装置の構成図である。
【図１３】導光路における光の波長と光の透過率との関係を示す図である。
【図１４】実施例４による雨滴検出装置の要部構成図である。
【図１５】マイクロレンズが半球体の場合を示しており、（ａ）はその正面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は側面図である。
【図１６】マイクロレンズが半楕円体の場合を示しており、（ａ）はその正面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は側面図である。
【図１７】マイクロレンズが半円柱体の場合を示しており、（ａ）はその正面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は側面図である。
【図１８】実施例５によるワイパー装置の概略構成図である。
【図１９】実施例６による移動体の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施例を図面に従って説明する。
【実施例】
【００１１】
《実施例１》
図１は、本実施例に係る付着物検出装置の全体構成を示している。ここでは、付着物検出装置の一例として雨滴検出装置を挙げて説明する。この雨滴検出装置１０は、発光素子としてのＬＥＤ１１、コリメートレンズ１２、プリズム１３、集光レンズ１４、受光素子としてのＣＭＯＳ１５、及び付着物判定部としての雨滴判定部１６を備えている。コリメートレンズ１２は、ＬＥＤ１１から出射された光をコリメート光Ｌとして、プリズム１３を介して透明板部材としてのフロントガラス１７（外表面裏側１７Ａ）に向けて照射する。ＣＭＯＳ１５は、フロントガラス１７の外表面裏側１７Ａでのコリメート光Ｌの反射光Ｌ’を、集光レンズ１４を介して受光する。なお、受光素子としては、ＣＣＤでもよいが、以下の説明ではＣＭＯＳに統一する。
【００１２】
雨滴判定部１６は、配線１６Ａを介してＣＭＯＳ１５に接続されており、ＣＭＯＳ１５で受光した反射光Ｌ’の強度から、フロントガラス１７の外表面１７Ｂに付着物としての雨滴Ｓが付着しているか否かを判定する。すなわち、フロントガラス１７の外表面１７Ｂに雨滴Ｓが付着していなければ、コリメート光Ｌはフロントガラス１７の外表面裏側１７Ａで全反射するので、反射光Ｌ’の強度はあまり低下しない。しかし、フロントガラス１７の外表面１７Ｂに雨滴Ｓが付着していると、コリメート光Ｌの一部は雨滴Ｓの部分で屈折して外部に漏れてしまい、反射光Ｌ’の強度が低下する。したがって、雨滴判定部１６は、反射光Ｌ’の強弱から、フロントガラス１７の外表面１７Ｂに付着した雨滴Ｓを検出することができる。なお、フロントガラス１７の外表面１７Ｂは、透明板部材の他方の面を構成している。また、付着物には、雨滴Ｓの他に、フロントガラス１７が凍結したり曇ったりすることが含まれている。
【００１３】
プリズム１３は、その断面が横方（紙面垂直方向）から見て略ピストル型の６角形を呈しており、その上面１３Ａがフロントガラス１７の内表面１７Ｃに接着剤１８で接着・固定されている。なお、プリズム１３は合成樹脂で形成されている。
【００１４】
ＬＥＤ１１から出射した光（波長８００ｎｍ以上の赤外光）はコリメートレンズ１２でコリメート光Ｌとなって、プリズム１３の下部傾斜面１３Ｂからプリズム１３の内部に進入する。このとき、コリメート光Ｌは下部傾斜面１３Ｂで屈折する。
【００１５】
プリズム１３の内部に進入したコリメート光Ｌは、プリズム１３の縦背面１３Ｃで全反射した後、プリズム１３の上面１３Ａを介してフロントガラス１７の内部に進入する。つまり、コリメート光Ｌはフロントガラス１７の内表面１７Ｃに向けて照射されていることになる。このとき、プリズム１３とフロントガラス１７の屈折率はあまり相違していないので、コリメート光Ｌはプリズム１３の上面１３Ａでは屈折しない。なお、フロントガラス１７の内表面１７Ｃは、透明板部材の一方の面を構成している。
【００１６】
フロントガラス１７の内部に進入したコリメート光Ｌは、フロントガラス１７の外表面裏側１７Ａで全反射して反射光Ｌ’になった後、再度、プリズム１３の上面１３Ａを介してプリズム１３の内部に進入する。このとき、上述したように、プリズム１３とフロントガラス１７の屈折率はあまり相違していないので、コリメート光Ｌの反射光Ｌ’はプリズム１３の上面１３Ａでは屈折しない。
【００１７】
プリズム１３の内部に進入した反射光Ｌ’は、プリズム１３の傾斜面１３Ｄを介して外部に射出する。このとき、反射光Ｌ’は傾斜面１３Ｄで屈折する。外部に射出した反射光Ｌ’は集光レンズ１４に導かれ、集光レンズ１４によって集光された後にＣＭＯＳ１５上の一部に入射する。
【００１８】
なお、図１において反射光Ｌ’が入射していないＣＭＯＳ１５の残部では、フロントガラスを介して前方領域が撮影可能となっている。
【００１９】
図２は、雨滴検出装置１０の主要部を下方から見た図であり、ＬＥＤ１１、コリメートレンズ１２、フロントガラス１７、集光レンズ１４、及びＣＭＯＳ１５の位置関係を簡略化して示したものである。なお、図２においては、プリズム１３は省略されている。
【００２０】
本実施例では、図２に示すように、ＬＥＤ１１は複数（ＬＥＤ１１Ａ〜１１Ｈの８個）設けられ、その複数のＬＥＤ１１Ａ〜１１Ｈは直線状に配列されている。このようにＬＥＤ１１は、複数のＬＥＤ１１Ａ〜１１Ｈが直線状に配列されたものである。
【００２１】
また、複数のＬＥＤ１１Ａ〜１１Ｈの各々に対応して、複数のコリメートレンズ１２Ａ〜１２Ｈが設けられ、これらコリメートレンズ１２Ａ〜１２Ｈも直線状に配列されている。すなわち、コリメートレンズ１２ＡはＬＥＤ１１Ａに、コリメータレンズ１２ＢはＬＥＤ１１Ｂに、コリメータレンズ１２ＣはＬＥＤ１１Ｃに、コリメータレンズ１２ＤはＬＥＤ１１Ｄにそれぞれ対向して配置されている。さらに、コリメータレンズ１２ＥはＬＥＤ１１Ｅに、コリメータレンズ１２ＦはＬＥＤ１１Ｆに、コリメータレンズ１２ＧはＬＥＤ１１Ｇに、コリメータレンズ１２ＨはＬＥＤ１１Ｈにそれぞれ対向して配置されている。なお、集光レンズ１４とＣＭＯＳ１５はそれぞれ１つずつ設けられている。
【００２２】
本実施例では、図２に示すように、ＬＥＤ１１Ａ〜１１Ｈは、各々等間隔で配列されている。しかし、コリメートレンズ１２Ａ〜１２Ｈは等間隔には配列されていない。すなわち、コリメートレンズ１２Ｄとコリメートレンズ１２Ｃとの間隔Ｇ１は狭く、コリメートレンズ１２Ｃとコリメートレンズ１２Ｂとの間隔Ｇ２は間隔Ｇ１よりも広くなっている。また、コリメートレンズ１２Ｂとコリメートレンズ１２Ａとの間隔Ｇ３は間隔Ｇ２よりも更に広くなっている。
【００２３】
コリメートレンズ１２Ｅ〜１２Ｈは、図２において中心軸Ｌ１を挟んで上下対称に、つまりコリメートレンズ１２Ａ〜１２Ｄに対称に配列されている。すなわち、コリメートレンズ１２Ｅとコリメートレンズ１２Ｆとの間隔Ｇ１は狭く、コリメートレンズ１２Ｆとコリメートレンズ１２Ｇとの間隔Ｇ２は間隔Ｇ１よりも広くなっている。また、コリメートレンズ１２Ｇとコリメートレンズ１２Ｈとの間隔Ｇ３は間隔Ｇ２よりも更に広くなっている。なお、コリメートレンズ１２Ｄとコリメートレンズ１２Ｅとの間隔Ｇ４は、間隔Ｇ３よりも広く最大となっている。つまり、Ｇ１＜Ｇ２＜Ｇ３＜Ｇ４の関係になっている。
【００２４】
上記のように、ＬＥＤ１１Ａ〜１１Ｈに対してコリメートレンズ１２Ａ〜１２Ｈが配列されている。そのため、ＬＥＤ１１Ｄの光軸とコリメートレンズ１２Ｄの光軸は僅かにずれてはいるが、略一致している。しかし、コリメートレンズ１２Ｃの光軸は、ＬＥＤ１１Ｃの光軸に対して中心軸Ｌ１側（図２において下側）にシフトされており、両光軸は一致していない。また、コリメートレンズ１２Ｂの光軸は、ＬＥＤ１１Ｂの光軸に対して中心軸Ｌ１側（図２において下側）に更にシフトされており、両光軸は一致していない。さらに、コリメートレンズ１２Ａの光軸は、ＬＥＤ１１Ａの光軸に対して中心軸Ｌ１側（図２において下側）に更にシフトされており、両光軸は一致していない。
【００２５】
すなわち、コリメートレンズ１２Ａ〜１２Ｄは、コリメートレンズ１２Ａ〜１２Ｄの配列方向に沿って、かつ中心軸Ｌ１（コリメートレンズ１２Ａ〜１２Ｈの中央部）に向かってシフトされている。また、各光軸間のシフト量は、コリメートレンズ１２Ｃの光軸、コリメートレンズ１２Ｂの光軸、コリメートレンズ１２Ａの光軸の順に大きくなっている。
【００２６】
また同様に、ＬＥＤ１１Ｅの光軸とコリメートレンズ１２Ｅの光軸は僅かにずれているが、略一致している。しかし、コリメートレンズ１２Ｆの光軸は、ＬＥＤ１１Ｆの光軸に対して中心軸Ｌ１側（図２において上側）にシフトされており、両光軸は一致していない。また、コリメートレンズ１２Ｇの光軸は、ＬＥＤ１１Ｇの光軸に対して中心軸Ｌ１側（図２において上側）に更にシフトされており、両光軸は一致していない。さらに、コリメートレンズ１２Ｈの光軸は、ＬＥＤ１１Ｈの光軸に対して中心軸Ｌ１側（図２において上側）に更にシフトされており、両光軸は一致していない。
【００２７】
すなわち、コリメートレンズ１２Ｅ〜１２Ｈは、コリメートレンズ１２Ｅ〜１２Ｈの配列方向に沿って、かつ中心軸Ｌ１（コリメートレンズ１２Ａ〜１２Ｈの中央部）に向かってシフトされている。また、各光軸間のシフト量は、コリメートレンズ１２Ｆの光軸、コリメートレンズ１２Ｇの光軸、コリメートレンズ１２Ｈの光軸の順に大きくなっている。
【００２８】
上記のように、コリメートレンズ１２Ａ〜１２Ｈのシフト量は、中心軸Ｌ１から離れるほど大きくなっている。
【００２９】
図２において、１９Ａ〜１９Ｈは、コリメートレンズ１２Ａ〜１２Ｈからのコリメート光Ｌのフロントガラス１７の外表面裏側１７Ａでの反射面を示している。
【００３０】
なお、本実施例は、コリメートレンズ１２Ａ〜１２Ｈが等間隔でない例を示しているが、等間隔であってもシフト量が中心軸Ｌ１から離れるほど大きくなっていれば良い。
【００３１】
図３は、コリメートレンズ１２を示す斜視図である。コリメートレンズ１２には、図３に示すように、８個のコリメートレンズ１２Ａ〜１２Ｈが設けられ、これらコリメートレンズ１２Ａ〜１２Ｈは、帯状のレンズ基板１２Ｋに直線状に配列されている。コリメートレンズ１２Ａ〜１２Ｈは、一端側が半球状に突出した（図４等参照）小円筒状に形成され、他端側がレンズ基板１２Ｋに固定された形状を成している。コリメートレンズ１２Ａ〜１２Ｈ及びレンズ基板１２Ｋは、同一の透明材料（例えば、ガラスや合成樹脂等）で形成されており、一体成型されている。ここでは、コリメートレンズ１２Ａ〜１２Ｈはコリメートレンズアレイを構成している。
【００３２】
また、コリメートレンズ１２Ａ〜１２Ｈは、上述したように、レンズ基板１２Ｋの左右両端に近づくほど、隣り合うコリメートレンズ間の間隔が広くなっている。すなわち、コリメートレンズ１２Ｄとコリメートレンズ１２Ｃ間の間隔、コリメートレンズ１２Ｃとコリメートレンズ１２Ｂ間の間隔、コリメートレンズ１２Ｂとコリメートレンズ１２Ａ間の間隔の順に広くなっている。また、コリメートレンズ１２Ｅとコリメートレンズ１２Ｆ間の間隔、コリメートレンズ１２Ｆとコリメートレンズ１２Ｇ間の間隔、コリメートレンズ１２Ｇとコリメートレンズ１２Ｈ間の間隔の順に広くなっている。
【００３３】
図４は、ＬＥＤ１１に対してコリメートレンズ１２をシフトさせて配列した様子を拡大して示した図である。図４においては、ＬＥＤ１１Ｂに対するコリメートレンズ１２Ｂ、及びＬＥＤ１１Ｃに対するコリメートレンズ１２Ｃについてのそれぞれの位置関係を示している。
【００３４】
ＬＥＤ１１Ｃの光軸１１１Ｃに対してコリメートレンズ１２Ｃの光軸１１２Ｃは、シフト量Ｓ３だけ中心軸Ｌ１（図２参照）側にシフトされている。また、ＬＥＤ１１Ｂの光軸１１１Ｂに対してコリメートレンズ１２Ｂの光軸１１２Ｂは、シフト量Ｓ２だけ中心軸Ｌ１（図２参照）側にシフトされている。ここで、シフト量はＳ２＞Ｓ３である。
【００３５】
図４において、シフト量が小さい場合（つまり、シフト量Ｓ３の場合）は、コリメートレンズ１２Ｃの射出角θ３は比較的小さいが、シフト量が大きい場合（つまり、シフト量Ｓ２の場合）は、コリメートレンズ１２Ｂの射出角θ２は比較的大きくなる。このように、コリメートレンズ１２のシフト量に応じて、コリメートレンズ１２の射出角が変化する。
【００３６】
図５は、レンズシフト量と射出角との関係を示した図である。図５から分かるように、レンズシフト量が大きくなると、それに応じて射出角が大きくなる。すなわち、図２のようにＬＥＤ１１Ａ〜１１Ｄが等間隔で配列されている場合に、コリメートレンズ１２Ａ〜１２Ｄを図中上部に近づくほど大きくシフトさせることで、コリメートレンズ１２Ａ〜１２Ｄの各々における射出角を順次大きくすることができる。また同様に、図２のようにＬＥＤ１１Ｅ〜１１Ｈが等間隔で配列されている場合に、コリメートレンズ１２Ｅ〜１２Ｈを図中下部に近づくほど大きくシフトさせることで、コリメートレンズ１２Ｅ〜１２Ｈの各々における射出角を順次大きくすることができる。
【００３７】
ここで、シフト量をあまり大きくすると、例えばコリメートレンズ１２Ａ〜１２Ｈの各々の外径を超えてしまう大きさまでシフトさせると、ＬＥＤ１１Ａ〜１１Ｈの各々からの光が透過しなくなってしまうので、シフト量には上限値がある。
【００３８】
また、シフト量は集光レンズ１４の入射画角との関係によるものであり、集光レンズ１４の画角に対応した光を入射させやすい角度に、コリメートレンズ１２Ａ〜１２Ｈの各々をシフトさせることでＣＭＯＳ１５での照度分布を均一にすることができる。
【００３９】
図６は、ＬＥＤ１１Ａ〜１１Ｈ、コリメートレンズ１２Ａ〜１２Ｈ、集光レンズ１４、及びＣＭＯＳ１５の位置関係を、模式的に示したものである。図６においては、プリズム１３とフロントガラス１７は省略されている。
【００４０】
本実施例では、上述したように、ＬＥＤ１１Ａ〜１１Ｈの各々が等間隔に配列されている。コリメートレンズ１２Ａ〜１２Ｈは、ＬＥＤ１１Ａ〜１１Ｈに各々対向して配列されているが、外側（図の上部及び下部）に近づくほど、隣り合うコリメートレンズの間隔が広くなっている。すなわち、コリメートレンズ１２Ａ〜１２Ｃ，１２Ｅ〜１２Ｈは中心軸Ｌ１へ向かってシフトされており、外側に配置されたコリメートレンズほどシフト量が大きくなっている。コリメートレンズ１２Ｄ，１２Ｅは殆どシフトされてはいない。
【００４１】
そして、ＬＥＤ１１Ａ〜１１Ｈから出射された光は、コリメートレンズ１２Ａ〜１２Ｈでコリメートされてコリメート光Ｌとなる。コリメート光Ｌは、図示していないプリズム１３（図１参照）及びフロントガラス１７（図１参照）の外表面裏側１７Ａで全反射して反射光Ｌ’となり、その反射光Ｌ’は、集光レンズ１４で集光された後にＣＭＯＳ１５に入射される。
【００４２】
なお、図６においては、コリメートレンズ１２Ａ，１２Ｄ，１２Ｅ，１２Ｈからのコリメート光Ｌ及び反射光Ｌ’だけしか示してないが、コリメートレンズ１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｆ，１２Ｇからのコリメート光Ｌ及び反射光Ｌ’も存在している。
【００４３】
本実施例では、コリメートレンズ１２Ａからのコリメート光Ｌについて、コリメートレンズ１２Ａの射出角θ１と集光レンズ１４の画角δ１とが一致するように設定されている。また、コリメートレンズ１２Ｄからのコリメート光Ｌについて、コリメートレンズ１２Ｄの射出角θ４と集光レンズ１４の画角δ４が一致するように設定されている。さらに、コリメートレンズ１２Ｅからのコリメート光Ｌについて、コリメートレンズ１２Ｅの射出角θ５と集光レンズ１４の画角δ５とが一致するように設定されている。また、コリメートレンズ１２Ｈからのコリメート光Ｌについて、コリメートレンズ１２Ｈの射出角θ８と集光レンズ１４の画角δ８が一致するように設定されている。その他のコリメートレンズ１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｆ，１２Ｇからのコリメート光についても、図には示してないが同様である。
【００４４】
本実施例においては、上記したように、コリメートレンズ１２Ａ〜１２Ｈの射出角θ１〜θ８（図６では、θ２，θ３，θ６，θ７は省略）と集光レンズ１４の画角δ１〜δ８（図６では、δ２，δ３，δ６，δ７は省略）とを一致させている。これにより、本実施例では、コリメートレンズ１２Ａ〜１２Ｈが集光レンズ１４の画角に対して対応した配光分布を有するようになり、ＣＭＯＳ１５の周辺部までより効率のよい均一な照度分布が実可能となる。
【００４５】
これに対し、図８（ａ）は従来の雨滴検出装置におけるＣＭＯＳ上の照度分布を示し、同図（ｂ）はその照度分布をグラフで示した図である。図８（ａ）において、雨滴検出領域２２はフロントガラス１７の外表面裏側１７Ａでの反射光が照射された箇所を示しており、この雨滴検出領域２２はＣＭＯＳの幅方向（図で横方向）中央部のみに小さく形成されている。
【００４６】
そして、図７（ａ）では雨滴検出領域２１がＣＭＯＳの幅方向に大きく形成されているので、雨滴検出箇所２３，２４，２５，２６が確実に表示され、図７（ｂ）のように検出閾値幅Ｍ１が小さい。これに対して、図８（ａ）では雨滴検出領域２２がＣＭＯＳの幅方向に小さく形成されているので、雨滴検出箇所２７が１つだけ表示され、図８（ｂ）のように検出閾値幅Ｍ２が大きい。検出閾値幅がＭ２に比べてＭ１のように小さいと、照度分布が均一となるので、広い範囲に亘って雨滴を確実に検出することができる。このように、照度分布は雨滴検出の認識誤差に直接関わってくる。
【００４７】
図９及び図１０は検出領域における輝度分布と雨滴信号との関係を示した図であり、図９は本実施例の雨滴検出装置による結果を示し、図１０は従来の雨滴検出装置による結果を示している。両図において、横軸は雨滴の検出領域を、縦軸は各検出領域での輝度値をそれぞれ示している。
【００４８】
図９において、検出領域周辺に近づいても、輝度はあまり低下しておらず、雨滴検出信号もあまり低下していない。すなわち、中心部での雨滴信号は２７０００程度あり、周辺部でも１６０００程度となっている。このため、同じ雨滴がフロントガラスの上面に付着しているとき、認識量としては中心と周辺でもあまり差が生じない。
【００４９】
これに対し、図１０においては、検出領域周辺に近づくにつれて輝度が低下しており、合わせて雨滴検出信号も低下している。すなわち、中心部での雨滴信号は２６０００程度あるのに対し、周辺部では６０００以下となっている。そのため、同じ雨滴がフロントガラスの外表面に付着したとしても、認識量としては中心部と周辺部で４倍の差がでてしまう。雨滴信号の低下が認識誤差になっている。例えば、雨滴信号の閾値を８０００付近に設定すると、周辺部では雨滴を認識できないことになる。
【００５０】
本実施例によれば、ＬＥＤ１１Ａ〜１１Ｈが直線状に配列されているので、雨滴検出範囲の周辺まで均一に照明することができ、雨滴の有無を正確にかつ確実に検出することができる。
【００５１】
また、コリメートレンズ１２Ａ〜１２Ｈを、コリメートレンズアレイの両端部（周辺縁部）に近づくほど中心軸Ｌ１側へ大きくシフトさせたので、雨滴検出範囲の周辺までより均一に照明することができ、雨滴の有無を一層正確に検出することができる。
【００５２】
さらに、コリメートレンズ１２Ａ〜１２Ｈは、ＬＥＤ１１Ａ〜１１Ｈより出射された光の角度と光強度の分布を調節する役目であり、光量分布の性能バラツキを抑える必要がある。本実施例では、コリメートレンズ１２Ａ〜１２Ｈが一体成型されているので、コリメートレンズ製作用金型の精度、発光素子との組付けバラつきの精度を考慮するだけで、光量分布の性能バラツキのないコリメートレンズを実現することができる。
【００５３】
なお、コリメートレンズ１２Ａ〜１２Ｈをシフトさせる代わりに、コリメートレンズ１２Ａ〜１２Ｈの各々を、ＬＥＤ１１Ａ〜１１Ｈから発せられた光が中央に向かって集まるよう傾けて配置しても良い。この場合も、コリメートレンズ１２Ａ〜１２Ｈを一体成型で形成することができる。
【００５４】
また、コリメートレンズ１２Ａ〜１２Ｈの代わりに、ＬＥＤ１１Ａ〜１１Ｈから発せられた光を中央（集光レンズ１４）に向かって集める単一のレンズで構成しても良い。
【００５５】
また、ＬＥＤ１１Ａ〜１１Ｈ自体を傾けても良い。
【００５６】
《実施例２》
図１１は実施例２を示している。図１１は、図６と同様、ＬＥＤ１１Ａ〜１１Ｈ、コリメートレンズ１２Ａ〜１２Ｈ、集光レンズ１４、及びＣＭＯＳ１５の位置関係を、模式的に示したものである。図１１においては、プリズム１３とフロントガラス１７は省略されている。
【００５７】
本実施例では、実施例１とは異なり、コリメートレンズ１２Ａ〜１２Ｈの各々が等間隔に配列されている。ＬＥＤ１１Ａ〜１１Ｈは、コリメートレンズ１２Ａ〜１２Ｈに各々対向して配列されているが、中心軸Ｌ１から離れるほど、隣り合うＬＥＤ間の間隔が広くなっている。
【００５８】
すなわち、ＬＥＤ１１ＤとＬＥＤ１１Ｃとの間隔Ｇ５は狭く、ＬＥＤ１１ＣとＬＥＤ１１Ｂとの間隔Ｇ６は間隔Ｇ５よりも広くなっている。また、ＬＥＤ１１ＢとＬＥＤ１１Ａとの間隔Ｇ７は間隔Ｇ６よりも更に広くなっている。
【００５９】
ＬＥＤ１１Ｅ〜１１Ｈは、図１１において中心軸Ｌ１を挟んで上下対称に、つまりＬＥＤ１１Ａ〜１１Ｄに対称に配列されている。すなわち、ＬＥＤ１１ＥとＬＥＤ１１Ｆとの間隔Ｇ５は狭く、ＬＥＤ１１ＦとＬＥＤ１１Ｇとの間隔Ｇ６は間隔Ｇ５よりも広くなっている。また、ＬＥＤ１１ＧとＬＥＤ１１Ｈとの間隔Ｇ７は間隔Ｇ６よりも更に広くなっている。なお、ＬＥＤ１１ＤとＬＥＤ１１Ｅとの間隔Ｇ８は、間隔Ｇ７よりも広く最大となっている。つまり、Ｇ５＜Ｇ６＜Ｇ７＜Ｇ８の関係になっている。
【００６０】
ＬＥＤ１１Ｄ，１１Ｅはシフトされてはいない。
【００６１】
なお、本実施例の場合も、コリメートレンズ１２Ａ〜１２Ｈは一体成型することができる。
【００６２】
そして、ＬＥＤ１１Ａ〜１１Ｈから出射された光は、コリメートレンズ１２Ａ〜１２Ｈでコリメートされてコリメート光Ｌとなる。コリメート光Ｌは、図示していないプリズム１３（図１参照）及びフロントガラス１７（図１参照）の外表面裏側１７Ａで全反射して反射光Ｌ’となり、その反射光Ｌ’は、集光レンズ１４で集光された後、ＣＭＯＳ１５に入射する。
【００６３】
なお、図１１においては、コリメートレンズ１２Ａ，１２Ｄ，１２Ｅ，１２Ｈからのコリメート光Ｌ及び反射光Ｌ’だけしか示してないが、コリメートレンズ１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｆ，１２Ｇからのコリメート光Ｌ及び反射光Ｌ’も存在している。
【００６４】
本実施例によれば、ＬＥＤ１１Ａ〜１１Ｈを、それらの周辺部に近づくほど中心軸Ｌ１から離れる方向へ大きくシフトさせたので、雨滴検出範囲の周辺までより均一に照明することができ、雨滴の有無を一層正確に検出することができる。
【００６５】
《実施例３》
図１２は実施例３を示している。天気雨などのように太陽光が差している状態で雨が降ってくる場合がある。このようなとき、太陽３１からの太陽光ＳＬがフロントガラス１７に照射されていると、その太陽光ＳＬがＣＭＯＳ１５に取り込まれ、フロントガラス１７の外表面上に雨滴が付着しても、その雨滴を検出するのが難しくなる。
【００６６】
そこで、本実施例では、コリメートレンズ１２と集光レンズ１４との間に、フロントガラス１７の外表面裏側１７Ａでの反射光Ｌ’を集光レンズ１４に導く導光路を形成するために、プリズム１３が設けられている。本実施例におけるプリズム１３は、８００ｎｍ〜９００ｎｍの波長成分のみの光を透過させる素材で構成されている。
【００６７】
図１３は、本実施例におけるプリズム１３の導光路透過率（光の波長と光の透過率との関係）を示しており８００ｎｍ〜９００ｎｍの波長成分（図１３において範囲Ｗ）の光を透過させるようになっている。このため、本実施例においては、フロントガラス１７の外表面裏側１７Ａでの反射光Ｌ’に太陽光ＳＬが含まれていても、太陽光ＳＬは弱められ、ＣＭＯＳ１５上における太陽光ＳＬによる雨滴検出精度の影響を防ぐことができる。
【００６８】
本実施例によれば、雨滴検出領域を広く保ちつつ、ＣＭＯＳ１５上での均一な照明分布を得ることができる。
【００６９】
《実施例４》
図１４は実施例４を示している。本実施例では、ＬＥＤ４１Ａ〜４１Ｄが直線状に配列され、それらＬＥＤ４１Ａ〜４１Ｄに対向させて平面状のマイクロレンズアレイ４２が配置されている。そして、マイクロレンズアレイ４２には、その表面に多数のマイクロレンズ４３が水平方向（左右幅方向）及び縦方向（上下方向）、つまりマトリクス状に配列されている。マイクロレンズ４３の各々は、ＬＥＤ４１Ａ〜４１Ｄの発光方向に対し水平方向と縦方向で異なる発散角を持つように配列されている。
【００７０】
マイクロレンズ４３の各々は、図１５〜図１７に示すような形状を成している。図１５では、各マイクロレンズ４３Ａは半球体を成している。また図１６では、マイクロレンズ４３Ｂは半楕円体を成している。さらに図１７では、マイクロレンズ４３Ｃは半円柱体を成している。なお、図１５〜図１７において、（ａ）は正面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は側面図である。
【００７１】
本実施例は、実施例１〜３に適用することができる。この場合、実施例１〜３におけるＬＥＤ１１Ａ〜１１Ｈの代わりに、本実施例におけるＬＥＤ４１Ａ〜４１Ｄを設け、実施例１〜３におけるコリメートレンズ１２Ａ〜１２Ｈの代わりに本実施例におけるマイクロレンズアレイ４２を設ける。
【００７２】
なお、集光レンズ１４に入射する反射光Ｌ’の入射角条件を考慮すると、ＬＥＤ４１Ａ〜４１Ｄからの広がり角は同じでない方がよい。よって、マイクロレンズアレイ４２の個々のマイクロレンズ４３の配置条件を、図６と同様に、水平方向及び縦方向にシフトさせた配置にすることで、発散角を楕円形状に変更することができる。
【００７３】
《実施例５》
図１８は、実施例５によるワイパー装置５０を示している。本実施例では、フロントガラス１７の外表面１７Ｂを払拭するワイパー本体５１と、フロントガラス１７の外表面１７Ｂに雨滴が付着したとき、ワイパー本体５１を駆動させるワイパー駆動制御部５２とが設けられている。ワイパー駆動制御部５２は、配線５３によって雨滴判定部１６に、配線５４によってワイパー本体５１にそれぞれ接続されている。
【００７４】
そして、フロントガラス１７の外表面１７Ｂに雨滴が付着したことを雨滴判定部１６が検出すると、その雨滴検出信号は配線５３を介してワイパー駆動制御部５２に送信される。ワイパー駆動制御部５２は、前記雨滴検出信号を受信すると、配線５４を介してワイパー本体５１に駆動信号を送信し、ワイパー本体５１の駆動を開始させる。
【００７５】
なお、上記ワイパー駆動制御部５２は、実施例１〜４における雨滴検出装置１０に接続されている。
【００７６】
本実施例によれば、フロントガラス１７に雨滴Ｓが付着したときは、ワイパー本体５１によって、雨滴Ｓを自動的に除去することができる。
【００７７】
《実施例６》
図１９は、実施例６による移動体の概略構成図である。本実施例では、移動体としての自動車１００に、上記各実施例における雨滴検出装置１０が搭載されている。
【００７８】
すなわち、自動車１００はフロントガラス１０５を有している。その自動車１００の車内には、フロントガラス１０５の外表面上部を撮像する撮像ユニット１０１、及び撮像ユニット１０１で撮像した画像を解析処理する画像解析ユニット１０２がそれぞれ設けられている。
【００７９】
また、自動車１００には、表示モニタ１０３と車両走行制御ユニット１０６が設けられ、これら表示モニタ１０３及び車両走行制御ユニット１０６は画像解析ユニット１０２にそれぞれ接続されている。
【００８０】
なお、上記各実施例における雨滴検出装置１０は自動車１００に限らず、船舶や航空機等に搭載することもできる。
【００８１】
以上、本発明の実施例を図面により詳述してきたが、上記各実施例は本発明の例示にしか過ぎないものであり、本発明は上記各実施例の構成にのみ限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、本発明に含まれることは勿論である。
【００８２】
例えば、本発明は移動体以外に、建物など透明ガラスを備えたものにも適用可能である。
【符号の説明】
【００８３】
１０  雨滴検出装置（付着物検出装置）
１１，１１Ａ〜１１Ｈ  ＬＥＤ（発光素子）
１２，１２Ａ〜１２Ｈ  コリメートレンズ（コリメートレンズアレイ）
１３  プリズム
１４  集光レンズ
１５  ＣＭＯＳ（受光素子）
１６  雨滴判定部（付着物判定部）
１７  フロントガラス（透明板部材）
１７Ａ  外表面裏側（他方の面裏側）
１７Ｂ  外表面（他方の面）
１７Ｃ  内表面（一方の面）
２１，２２  雨滴検出領域
２３〜２７  雨滴検出箇所
４１Ａ〜４１Ｄ  ＬＥＤ（発光素子）
４２  マイクロレンズアレイ
４３，４３Ａ〜４３Ｃ  マイクロレンズ
５１  ワイパー本体
５２  ワイパー駆動制御部
５０  ワイパー装置
１００  自動車（移動体）
１０１  撮像ユニット（付着物検出装置）
１０２  画像解析ユニット（付着物検出装置）
１０５  フロントガラス
Ｌ  コリメート光
Ｌ’  反射光
Ｓ  雨滴（付着物）
ＳＬ  太陽光
δ１〜δ８  集光レンズの画角
θ１〜θ８  コリメートレンズの射出角
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８４】
【特許文献１】特開２００２−２８３９６８号公報
【図１】
2015007611.tif 000003
【図２】
2015007611.tif 000004
【図３】
2015007611.tif 000005
【図４】
2015007611.tif 000006
【図５】
2015007611.tif 000007
【図６】
2015007611.tif 000008
【図７】
2015007611.tif 000009
【図８】
2015007611.tif 000010
【図９】
2015007611.tif 000011
【図１０】
2015007611.tif 000012
【図１１】
2015007611.tif 000013
【図１２】
2015007611.tif 000014
【図１３】
2015007611.tif 000015
【図１４】
2015007611.tif 000016
【図１５】
2015007611.tif 000017
【図１６】
2015007611.tif 000018
【図１７】
2015007611.tif 000019
【図１８】
2015007611.tif 000020
【図１９】
2015007611.tif 000021