(57)【要約】【課題】強い周辺光が入射する場合であれ、より高い精度で雨滴量を検出することのできる雨滴量検出装置を提供する。【解決手段】雨滴量検出部１６は、発光素子３の発光期間において、増幅回路７０の接地電位をグランド電位に設定した上で、Ａ／Ｄ変換部１３を通じて増幅回路７０の出力電圧Ｖｓのデジタル値を取得する。また、雨滴量検出部１６は、発光素子３の非発光期間において、増幅回路７０の接地電位を定電圧回路３０にて生成される基準電位に設定した上で、Ａ／Ｄ変換部１３を通じて増幅回路７０の出力電圧の変化勾配ΔＶｇを取得する。そして雨滴量検出部１６は、補正部１５に対し、これら発光期間に取得される出力電圧Ｖｓを、非発光期間に取得される変化勾配ΔＶｇを用いて補正させ、補正された補正後出力電圧Ｖｇ’に基づいて雨滴量を検出する。【選択図】図２
2008051778.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に雨滴が付着する光透過部材の裏面側から表面側に向けて、所定期間、光を発する発光素子と、
前記発光素子が発した光の内、前記光透過部材の表面において当該光透過部材の裏面側に向かって反射する反射光を受光して、その受光量に応じた受光信号を出力する受光素子と、
前記受光素子から出力される受光信号に対して、ハイパスフィルタ処理を施すフィルタ手段と、
前記発光素子の発光開始から所定時間だけ遅延したタイミングで、前記受光信号をＡ／Ｄ変換して、前記受光量を示すデジタル値を出力するＡ／Ｄ変換手段と、
前記発光素子の非発光期間に、前記受光素子が出力する受光信号を、前記Ａ／Ｄ変換手段にて複数回Ａ／Ｄ変換させ、その複数回のＡ／Ｄ変換によって得られたデジタル値から、前記受光信号の変化勾配を求める勾配算出手段と、
前記受光量を示すデジタル値を、前記変化勾配を用いて補正する補正手段とを備え、
その補正されたデジタル値に基づいて雨滴量を検出することを特徴とする雨滴量検出装置。
【請求項２】
前記補正手段は、前記受光信号の変化勾配が増大するとき、前記受光量を示すデジタル値から前記受光信号の変化勾配に基づく補正値を減算し、前記受光信号の変化勾配が減少するとき、前記受光量を示すデジタル値に前記受光信号の変化勾配に基づく補正値を加算する補正を実行する
請求項１に記載の雨滴量検出装置。
【請求項３】
前記勾配算出手段は、前記Ａ／Ｄ変換手段を通じて前記受光量を示すデジタル値が取得された直後の前記発光素子の非発光期間において、前記受光信号の変化勾配を求める
請求項１または２に記載の雨滴量検出装置。
【請求項４】
前記勾配算出手段は、前記Ａ／Ｄ変換手段を通じて前記受光量を示すデジタル値が取得される直前の前記発光素子の非発光期間において、前記受光信号の変化勾配を求める
請求項１または２に記載の雨滴量検出装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の雨滴量検出装置において、
前記発光素子の発光期間と、非発光期間とで、前記フィルタ手段の時定数を切替える時定数切替手段をさらに備える
ことを特徴とする雨滴量検出装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の雨滴量検出装置において、
前記フィルタ手段と前記Ａ／Ｄ変換手段との間に、前記ハイパスフィルタ処理後の受光信号と所定の基準値との差分値を増幅する増幅手段をさらに備え、
前記勾配算出手段は、前記増幅手段の所定の基準値として、正の所定値を入力することにより、非発光期間においても、前記Ａ／Ｄ変換手段に、その所定の基準値に基づくアナログ信号を入力させる
ことを特徴とする雨滴量検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車などの移動体に搭載されて、ワイパー装置による往復払拭動作をするべく、ウインドシールドに付着する雨滴量を検出する雨滴量検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の雨滴量検出装置としては一般に、例えば自動車などの移動体のウインドシールド（光透過部材）の検知領域に向かって例えば赤外光を発光する発光ダイオードなどの発光素子と、該発光素子から発光されてウインドシールドにより反射された光の受光量に応じた出力値を出力する受光素子とを有して構成されるものが知られている。このように構成されることで、検知領域に雨滴が付着していないときにあっては、発光素子から発光された赤外光は、そのほとんどがウインドシールドによって反射され、受光素子で受光される。一方、検知領域に雨滴が付着しているときにあっては、発光素子から発光された赤外光の一部は、検知領域に付着した雨滴を介してウインドシールドを透過する。そのため、受光素子により受光される光の量が減少することとなる。こうした原理を用いることで検知領域に付着する雨滴量が光学的に検出されている。
【特許文献１】特開昭６１−１２２７９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、受光素子に対しては、発光素子から発光されてウインドシールドに反射された反射光の他に、該反射光の１００倍にも達することがある強度を有する周辺光も入射する。そのため、雨滴量の変動に応じて変動する反射光の変動は、周辺光が僅かに変動しただけで該周辺光の変動に埋れてしまい、検知領域に付着する雨滴量を正確に検出できなくなる。こうした周辺光が雨滴量の検出精度に与える影響を低減すべく、受光素子の後段にハイパスフィルタ処理を施す交流増幅回路（フィルタ手段）を配し、受光素子の受光信号に含まれる周辺光の変動分を、該交流増幅回路を通じて除去するようにしている。
【０００４】
しかしながら、交流増幅回路にて除去することのできる周辺光の変動分は、反射光よりも遅く変動する周辺光に限られるため、周辺光の変動分のみをすべて除去することはできない。これに対し、交流増幅回路のカットオフ周波数を周辺光の変動周波数よりも高く設定するとともに、この設定した周波数よりもさらに高い周波数でもって発光素子を発光させることが考えられるが、交流増幅回路の出力信号に電磁ノイズが重畳しやすくなるため、こうした対策を採ることはむずかしい。また、たとえそうしたとしても、交流増幅回路によって周辺光の変動分のみをすべて除去することができないという課題は依然として残る。
【０００５】
一方、受光素子の出力信号に周辺光が与える影響を低減する技術として、例えば特許文献１に記載の技術が知られている。この技術では、発光素子の発光直前における受光素子の受光信号と発光素子の発光直後における受光素子の受光信号との平均値を、発光素子の発光時における受光素子の受光信号から減算している。ただし、この技術は、煙検出を行うスモークセンサとしてアナログ回路にて実現されているものであり、基本的に、暗室などの周辺光の強度がそれほど高くない環境下で使用されることを前提としている。そのため、反射光の強度の１００倍にも達する反射光が受光素子に入射する雨滴量検出装置にこの技術をそのまま適用することは、雨滴量の検出精度（特にダイナミックレンジ）の点で課題を残すものとなっている。
【０００６】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、強い周辺光が入射する場合であれ、より高い精度で雨滴量を検出することのできる雨滴量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】
こうした目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、表面に雨滴が付着する光透過部材の裏面側から表面側に向けて、所定期間、光を発する発光素子と、前記発光素子が発した光の内、前記光透過部材の表面において当該光透過部材の裏面側に向かって反射する反射光を受光して、その受光量に応じた受光信号を出力する受光素子と、前記受光素子から出力される受光信号に対して、ハイパスフィルタ処理を施すフィルタ手段と、前記発光素子の発光開始から所定時間だけ遅延したタイミングで、前記受光信号をＡ／Ｄ変換して、前記受光量を示すデジタル値を出力するＡ／Ｄ変換手段と、前記発光素子の非発光期間に、前記受光素子が出力する受光信号を、前記Ａ／Ｄ変換手段にて複数回Ａ／Ｄ変換させ、その複数回のＡ／Ｄ変換によって得られたデジタル値から、前記受光信号の変化勾配を求める勾配算出手段と、前記受光量を示すデジタル値を、前記変化勾配を用いて補正する補正手段とを備え、その補正されたデジタル値に基づいて雨滴量を検出することとした。
【０００８】
一般に、フィルタ手段には、時間遅れが存在する。そのため、受光素子から出力される受光信号に対して、ハイパスフィルタ処理が施されると、その波形がなまされてしまう。特に、フィルタ手段でハイパスフィルタ処理が施された受光信号のうち、立ち上がり部分は、時間遅れの影響が強く、ハイパスフィルタ処理が施される前の受光信号の原形をとどめていない。こうしてなまされたフィルタ手段の出力信号をそのまま用いると、雨滴量の検出精度に影響を与えかねない。
【０００９】
その点、上記構成では、前記Ａ／Ｄ変換手段を通じて、前記発光素子の発光開始から所定時間だけ遅延したタイミングで、前記受光信号をＡ／Ｄ変換して、前記受光量を示すデジタル値を取得するようにしている。これにより、フィルタ手段でハイパスフィルタ処理が施された受光信号のうち、時間遅れの影響を強く受けてなまされた立ち上がり部分を避け、時間遅れの影響が弱くなった部分を利用して、前記受光量を示すデジタル値を取得することができるようになる。
【００１０】
ただし、このように前記発光素子の発光開始から所定時間だけ遅延したタイミングで前記受光量を示すデジタル値を取得し、このデジタル値に基づき雨滴量を検出したとしても、周辺光の変動を考慮した雨滴量の検出はできない。すなわち、前記受光素子に対しては、実際には、前記反射光の他に、該反射光の１００倍にも達する強度を有する周辺光が入射する。そして、その周辺光も変動する。そのため、前記発光素子の発光開始から所定時間経過時までに周辺光が変動すると、この間の周辺光の変動分だけ、前記受光量を示すデジタル値に誤差が生じることとなる。
【００１１】
一般に、周辺光の変動態様は短時間に急激に変化することは少なく、周辺光は、その強度が単調に増大する、あるいはその強度が単調に低下することが多い。すなわち、前記発光素子の発光期間であれ、非発光期間であれ、周辺光の変動態様は同一であるとみなすことができる。そこで、上記構成では、前記勾配算出手段を通じて、前記発光素子の非発光期間に、前記受光信号の変化勾配を求めるとともに、前記補正手段を通じて、前記受光量を示すデジタル値を、この変化勾配を用いて補正している。これにより、周辺光の変動分を補正することができるようになる。また、こうして補正されたデジタル値に基づくため、高い精度で雨滴量を検出することができるようになる。
【００１２】
また、補正手段を通じて実行される補正としては、例えば請求項２に記載の発明のように、前記受光信号の変化勾配が増大するとき、前記受光量を示すデジタル値から前記受光信号の変化勾配に基づく補正値を減算し、前記受光信号の変化勾配が減少するとき、前記受光量を示すデジタル値に前記受光信号の変化勾配に基づく補正値を加算する補正を採用することができる。
【００１３】
また、例えば請求項３に記載の発明のように、前記Ａ／Ｄ変換手段を通じて前記受光量を示すデジタル値が取得された直後の前記発光素子の非発光期間、あるいは、例えば請求項４に記載の発明のように、前記Ａ／Ｄ変換手段を通じて前記受光量を示すデジタル値が取得される直前の前記発光素子の非発光期間に、前記勾配算出手段を通じて、前記受光信号の変化勾配を求めることが好ましい。直前もしくは直後の非発光期間における受光信号の変化勾配は、時期が近接しているため、受光量を示すデジタル値を取得した時の周辺光の変動状態をより正確に示す可能性が高いためである。
【００１４】
こうした上記請求項１〜４のいずれかに記載の構成において、例えば請求項５に記載の発明では、前記発光素子の発光期間と、非発光期間とで、前記フィルタ手段の時定数を変化させる時定数切替手段をさらに備えることとした。具体的には、時定数切替手段を通じて、例えば前記発光素子の非発光期間にあっては、前記フィルタ手段の時定数を大きく設定するとともに、前記発光素子の発光期間にあっては、前記フィルタ手段の時定数を小さく設定する。このように設定すれば、前記発光素子の発光期間にあっては、前記受光素子から出力される受光信号のゆっくりとした変動を検出することができるようになる。また、前記発光素子の発光期間においてのみ、前記フィルタ手段の時定数を大きく設定することで、該フィルタ手段の出力信号に周辺光によるノイズが重畳しやすい期間を制限することができるため、ノイズが雨滴量の検出精度に与える影響を低減することができる。
【００１５】
上記請求項１〜５のいずれか一項に記載の構成において、例えば請求項６に記載の発明では、前記フィルタ手段と前記Ａ／Ｄ変換手段との間に、前記ハイパスフィルタ処理後の受光信号と所定の基準値との差分値を増幅する増幅手段をさらに備え、前記勾配算出手段は、前記増幅手段の所定の基準値として、正の所定値を入力することにより、非発光期間においても、前記Ａ／Ｄ変換手段に、その所定の基準値に基づくアナログ信号を入力させることとした。
【００１６】
雨滴量検出装置としてのこのような構成によれば、前記発光素子の非発光期間においては、前記増幅手段の所定の基準値として、正の所定値を入力するため、前記正の所定値よりも減少する周辺光の変動であれ、前記正の所定値よりも増大する周辺光の変動であれ、これを好適に増幅することが可能となる。すなわち、周辺光の変動を捉えるためのダイナミックレンジがより広がり、より細やかな検出ができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明にかかる雨滴量検出装置の一実施の形態について、図１〜図６を参照して説明する。本実施の形態の雨滴量検出装置は、移動体（本実施の形態では自動車）のワイパー装置の自動制御のために用いられる。図１は、そうした雨滴量検出装置を車両のウインドシールドの車室内側に設置したときにおける当該雨滴量検出装置の雨滴センサの断面を示すものであり、図２は、本実施の形態における雨滴量検出装置の全体構成を示す概略図である。これら図１及び図２を併せ参照して、まず、本実施の形態の構成及び機能について説明する。
【００１８】
図１に示されるように、雨滴量検出装置１００の雨滴センサは、車両のウインドシールド２上の車室内側の運転者の視界を妨げない部位、例えば上方に、光を透過する透明接着剤を用いて取り付けられる。そして、この雨滴センサは、基本的に、マイクロコンピュータ（図１では図示略）からの発光指令信号を受けるごとに、ウインドシールド２の裏面側から表面側に向けて、所定期間、入射光３Ａを発生する発光素子３と、該発光素子３が発した入射光３Ａの内、ウインドシールド２の表面において当該ウインドシールド２の裏面側に向かって反射する反射光４Ａを受光して、その受光量に応じた電流を発生する受光素子４と、これら入射光３Ａ及び反射光４Ａを案内するプリズム等からなる光学系５と、を有して構成される。
【００１９】
回路例として図２に示すように、雨滴量検出装置１００は、先の構成要素に加え、各種情報を取り込んで雨滴量を検出するマイクロコンピュータ１０、駆動電圧を供給する電圧源Ｖｃ（本実施の形態では「４Ｖ」）、発光素子３を発光させる発光指示回路２０、電圧源Ｖｃよりも低い所定の基準電位（基準値）を生成する定電圧回路３０、受光素子４から出力される微小電流を電圧に変換する抵抗素子４１、該抵抗素子４１から出力された電圧を入力して同一の大きさの電圧を出力するバッファ回路５０、該バッファ回路５０から出力された電圧信号に対して、ハイパスフィルタ処理を施す交流増幅回路（フィルタ手段）６０、該交流増幅回路６０におけるハイパスフィルタ処理後の出力信号と所定の基準電位との差分値を増幅する増幅回路（増幅手段）７０とを有して構成される。
【００２０】
一方、マイクロコンピュータ１０は、実際には、制御処理や演算処理を行うＣＰＵ、各種プログラムやデータを保存するための読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）や書き込み可能なメモリ（ＲＡＭ）等のメモリを含む記憶装置、Ａ／Ｄ変換器等の入力回路、出力回路、及び電源回路等の機能を含んで構成される。しかし、ここでは、マイクロコンピュータ１０は、以下に説明する各構成部を有して構成されるとして概念的に説明する。すなわち、マイクロコンピュータ１０は、上記発光指示回路２０を構成するトランジスタ２２に対して駆動信号を出力し、発光素子３を発光させる発光指示部１１、バッファ回路５０を構成するスイッチング素子５５及び交流増幅回路６０を構成するスイッチング素子６７に対してそれぞれ駆動信号を出力し、時定数を切替える時定数切替部（時定数切替手段）１２、発光素子３の発光開始から所定時間だけ遅延したタイミングで増幅回路７０の出力電圧を取込み、これをデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換部（Ａ／Ｄ変換手段）１３、発光素子３の非発光期間においてＡ／Ｄ変換部１３によって得られるデジタル値からその変化勾配を求める勾配算出部（勾配算出手段）１４、該勾配算出部１４を通じて得られる変化勾配を用いて、受光量を示すデジタル値を補正する補正部（補正手段）１５、該補正部１５にて補正されたデジタル値に基づいて雨滴量を検出する雨滴量検出部１６等々を有して構成される。
【００２１】
このうち、発光素子３は、図２に示されるように、その一端が電圧源Ｖｃに接続され、その他端が発光指示回路２０に接続される。この発光指示回路２０は、例えば、発光素子３に直列接続される抵抗素子２１及びスイッチング素子として機能するトランジスタ２２、並びにマイクロコンピュータ１０（正確には発光指示部１１）に接続される抵抗素子２３及びグランドＧＮＤに接続される抵抗素子２４を備えて構成される。ここで、発光指示回路２０に対し発光指示部１１から発光指示信号（電流）が入力されると、図２に示されるように、直列接続された抵抗素子２３及び２４によって電流が所定の電圧に変換され、該電圧がトランジスタ２２のベース端子に印加される。そして、トランジスタ２２のベース端子に所定の電圧が印加されると、該トランジスタ２２はオン状態となり、「電圧源Ｖｃ→発光素子３→抵抗素子２１→トランジスタ２２→グランドＧＮＤ」という経路を経て、電圧源Ｖｃから電流が流れる。こうして流れた電流に応じて、発光素子３は入射光３Ａを発光する（図１）。なお、本実施の形態では、発光指示部１１からパルス状の電流が発光指示信号として出力されるため、発光素子３から発光される入射光３Ａは発光指示信号の出力されている時間だけ継続するパルス光となる。
【００２２】
定電圧回路３０は、図２に示されるように、例えば、電圧源Ｖｃに直列接続される抵抗素子３１及び３２、並びにバッファとして機能するオペアンプ３３を備えて構成される。電圧源Ｖｃから駆動電圧が印加されると、抵抗素子３１及び３２による駆動電圧の分圧が、オペアンプ３３の非反転入力端子に印加される。そして、定電圧回路３０は、駆動電圧の分圧を後述するバッファ回路５０、交流増幅回路６０、及び増幅回路７０に、基準電位として供給する。なお、本実施の形態では、基準電位として上記電圧源Ｖｃよりも低い例えば「１Ｖ」が定電圧回路３０から供給される。また、抵抗素子３１及び３２の抵抗値は、基準電位が「１Ｖ」となるようにそれぞれ設定される。
【００２３】
受光素子４は、図２に示されるように、その一端が上記電圧源Ｖｃに接続され、その他端が抵抗素子４１を介して定電圧回路３０に接続される。ここで、上記発光素子３がパルス発光するなど、受光素子４が受光して、受光量に応じた電流を発生すると、抵抗素子４１がその電流に応じた電圧を発生し、後述のバッファ回路５０に入力される。
【００２４】
バッファ回路５０は、図２に示されるように、オペアンプ５１、コンデンサ５２、抵抗素子５３及び５４、並びにスイッチング素子５５を備えて構成される。このバッファ回路５０は、定電圧回路３０が発生する基準電位を接地電位として動作する。コンデンサ５２は、オペアンプ５１と後述する交流増幅回路６０との間に介在しており、後述する抵抗素子５３、５４とともにハイパスフィルタ部を構成し、オペアンプ５１の出力電圧の直流成分及び低周波成分を除去する。抵抗素子５３、並びに抵抗素子５４及びスイッチング素子５５は、バッファ回路５０の定電圧回路３０への接地導線上に並列に介在しており、抵抗素子５３は、抵抗素子５４よりもはるかに大きい値に設定されている。ここで、発光素子３の非発光期間において、時定数切替部１２からスイッチング素子５５に対して駆動信号（時定数切替信号）が出力されると、スイッチング素子５５が導通するため、ハイパスフィルタ部の時定数は、「Ｃ５２×Ｒ５３」から「Ｃ５２×Ｒ５４」へ切替えられることとなる。一方、発光素子３の発光期間において、時定数切替部１２からスイッチング素子５５に対して時定数切替信号が出力されないと、スイッチング素子５５は開放されるため、ハイパスフィルタ部の時定数は、「Ｃ５２×Ｒ５３」となる。なお、「Ｃ５２」はコンデンサ５２のキャパシタンスを示し、「Ｒ５３」及び「Ｒ５４」は、それぞれ抵抗素子５３及び５４の抵抗値を示す。このように、バッファ回路５０は、上記端子ｂにおける電圧を取り込み、時定数切替部１２によって設定される時定数でもって、この電圧に含まれる直流成分及び低周波成分を取り除いた上で後述の交流増幅回路６０に出力する。
【００２５】
交流増幅回路６０は、オペアンプ６１、抵抗素子６２及び６３、コンデンサ６４、抵抗素子６５及び６６、並びにスイッチング素子６７を備えて構成される。オペアンプ６１は、抵抗素子６２及び６３にて定められる増幅率（ゲイン）にて、バッファ回路５０の出力電圧を増幅する。オペアンプ６１の反転入力端子は、抵抗素子６２を介して定電圧回路３０に接続されるため、オペアンプ６１（ひいては交流増幅回路６０）の接地電位は、定電圧回路３０にて生成される基準電位に固定される。コンデンサ６４は、オペアンプ６１と後述する増幅回路７０との間に介在し、後述する抵抗素子６５、６６とともにハイパスフィルタ部を構成し、オペアンプ６１の出力電圧から直流成分及び低周波成分を除去するハイパスフィルタ処理を実行する。抵抗素子６５、並びに抵抗素子６６及びスイッチング素子６７は、交流増幅回路６０の定電圧回路３０への接地導線上に並列に介在しており、抵抗素子６５は、抵抗素子６６よりもはるかに大きい値に設定されている。ここで、発光素子３の非発光期間において、時定数切替部１２からスイッチング素子６７に対して時定数切替信号が出力されると、スイッチング素子６７は導通するため、オペアンプ６１の時定数は、「τ２（＝Ｃ６４×Ｒ６５）」から「τ１（＝Ｃ６４×Ｒ６６）」へ切替えられることとなる。一方、発光素子３の発光期間において、時定数切替部１２からスイッチング素子６７に対して時定数切替信号が出力されないと、スイッチング素子６７は開放されるため、オペアンプ６１の時定数は、「τ２（＝Ｃ６４×Ｒ６５）」となる。なお、「Ｃ６４」はコンデンサ６４のキャパシタンスを示し、「Ｒ６５」及び「Ｒ６６」は抵抗素子６５及び６６の抵抗値をそれぞれ示す。このように、交流増幅回路６０は、上記バッファ回路５０から出力される電圧を取り込み、時定数切替部１２によって設定される時定数でもって、該電圧を基準電位分だけ昇圧、増幅率だけ増幅させたのち、この電圧に含まれる直流成分及び低周波成分を取り除いた上で後述の増幅回路７０に出力する。
【００２６】
増幅回路７０は、オペアンプ７１、抵抗素子７２及び７３、並びにスイッチング素子７４及び７５を備えて構成される。オペアンプ７１は、抵抗素子７２及び７３にて定められる増幅率（ゲイン）にて交流増幅回路６０の出力電圧を増幅する。オペアンプ７１の反転入力端子は、抵抗素子７２及びスイッチング素子７４を介して定電圧回路３０に接続される、あるいは、抵抗素子７２及びスイッチング素子７５を介してグランド電位に接続される。ここで、マイクロコンピュータ１０は、スイッチング素子７４及び７５のうちいずれか一方にのみ駆動信号を出力してこれを導通させる。そして、スイッチング素子７４のみに対しマイクロコンピュータ１０からレベル切替信号が出力されると、スイッチング素子７４が導通されるとともにスイッチング素子７５は開放されるため、増幅回路７０の接地電位は基準電位となる。一方、スイッチング素子７５のみに対しマイクロコンピュータ１０からレベル切替信号が出力されると、スイッチング素子７５が導通されるとともにスイッチング素子７４は開放されるため、増幅回路７０の接地電位はグランド電位となる。このように、オペアンプ７１（ひいては増幅回路７０）は、抵抗素子７２を介して、反転入力端子に印加される電位が基準電位かグランド電位のいずれかに切替えられる。抵抗素子７３は、その一端がオペアンプ７１の反転入力端子に接続され、その他端がマイクロコンピュータ１０（正確にはＡ／Ｄ変換部１３）に接続されている。この抵抗素子７３及び先の抵抗素子７２によって、オペアンプ７１の増幅率（ゲイン）等が設定される。このように、増幅回路７０は、スイッチング素子７４が導通されているとき、交流増幅回路６０からの出力電圧を取り込み、該出力電圧と上記定電圧回路から出力される基準電位との差分値を、抵抗素子７２及び７３にて定められるゲインでこれを増幅して、Ａ／Ｄ変換部１３に出力する。なお、このときに差分値を取ると、実際には、出力電圧が基準電位分だけ昇圧されることとなる。あるいは、増幅回路７０は、スイッチング素子７５が導通されているとき、交流増幅回路６０からの出力電圧を取込み、抵抗素子７２及び７３にて定められるゲインでこれを増幅してＡ／Ｄ変換部１３に出力する。なお、このとき実際には差分値を取っているが、基準電位がグランド電位であるため、単に交流増幅回路６０の出力電圧を増幅したことと等価となる。
【００２７】
ところで、一般に、交流増幅回路６０はハイパスフィルタ部を有しているため、入力と出力との間に、時間遅れが存在する。そのため、受光素子４から出力される受光信号、正確には、抵抗素子４１から出力されてバッファ回路５０にて適宜に処理された出力電圧に対し、交流増幅回路６０を通じてハイパスフィルタ処理が施されると、受光信号の波形がなまされてしまう。特に、そうした受光信号のうち、立ち上がり部分は、時間遅れの影響が強く、ハイパスフィルタ処理が施される前の受光信号の原形をとどめていない。こうしてなまされた交流増幅回路６０の出力電圧をそのまま用いると、雨滴量の検出精度に影響を与えかねない。
【００２８】
そこで、本実施の形態では、Ａ／Ｄ変換部１３を通じて、発光素子３の発光開始から所定時間だけ遅延したタイミングで増幅回路７０の出力電圧を取込み、このデジタル値を取得するようにしている。これにより、交流増幅回路６０でハイパスフィルタ処理が施された受光信号のうち、時間遅れの影響を強く受けてなまされた立ち上がり部分を避け、時間遅れの影響が弱くなった部分を利用して、雨滴量に対応したデジタル値を取得することができるようになる。
【００２９】
ただし、このように発光素子３の発光開始から所定時間だけ遅延したタイミングで上記デジタル値を取得し、この発光期間におけるデジタル値をそのまま用いて雨滴量検出部１６を通じて雨滴量を検出したとしても、周辺光の変動を考慮した雨滴量の検出はできない。すなわち、受光素子４に対しては、反射光４Ａの他に、該反射光４Ａの１００倍にも達することがある強度を有する周辺光６が入射する（図１参照）。そして、その周辺光６も変動する。そのため、発光素子３の発光開始から所定時間経過時までに周辺光が変動すると、この周辺光の変動分だけ、上記発光期間におけるデジタル値に誤差が生じることとなる。
【００３０】
ここで、周辺光６の変動態様は短時間に急激に変化することは少なく、周辺光６は、その強度が単調に増大する、あるいはその強度が単調に低下することが多い。すなわち、発光素子３の発光期間であれ、非発光期間であれ、周辺光６の変動態様は同一であるとみなすことができる。そこで、本実施の形態では、まず、発光素子３の非発光期間に勾配算出部１４を通じて受光信号の変化勾配を求める。具体的には、勾配算出部１４は、発光素子３の非発光期間において、増幅回路７０の出力電圧を複数回（本実施の形態では２度）、Ａ／Ｄ変換部１３にＡ／Ｄ変換させる。そして勾配算出部１４は、この複数回のＡ／Ｄ変換によって得られたデジタル値から、増幅回路７０の出力電圧の変化勾配を求める。この出力電圧の変化勾配は、周辺光の変動の様子を示すものである。なお、発光素子３の非発光期間においては、マイクロコンピュータ１０からスイッチング素子７４のみに対しレベル切替信号が出力されるため、増幅回路７０の接地電位は、定電圧回路３０で生成される基準電位となっている。
【００３１】
こうして勾配算出部１４を通じて変化勾配が求められると、補正部１５は、上記発光期間におけるデジタル値を、非発光期間において得られた変化勾配を用いて補正する。具体的には、変化勾配が増大するとき、上記発光期間におけるデジタル値からこの変化勾配に基づく補正値を減算し、変化勾配が減少するとき、上記発光期間におけるデジタル値にこの変化勾配に基づく補正値を加算する補正を実行する。これにより、周辺光６の変動を補正するようにしている。そして、雨滴量検出部１６は、このように補正されたデジタル値に基づき、雨滴量を検出する。
【００３２】
以上のように構成された雨滴量検出装置１００を用いた雨滴Ｘの検知について、図３（ａ）〜（ｉ）を参照しつつさらに説明する。なお、図３（ａ）は、周辺光６の時間推移を、図３（ｂ）は、発光指示回路２０に対して発光指示部１１から流される発光電流（端子ａ（図２）における電流）の時間推移をそれぞれ示している。また、図３（ｃ）は、受光素子４にて発生された微小電流が抵抗素子４１を通じて変換された（端子ｂ（図２）における）電圧の時間推移を、図３（ｄ）は、交流増幅回路６０のハイパスフィルタ処理前の出力電圧（端子ｃ（図２）における電圧）の時間推移を、図３（ｅ）は、交流増幅回路６０のハイパスフィルタ処理後の出力電圧（端子ｄ（図２）における電圧）の時間推移をそれぞれ示している。図３（ｆ）は、増幅回路７０の出力電圧（端子ｅ（図２）における電圧）の時間推移を示している。さらに、図３（ｇ）は、交流増幅回路６０の時定数の切り替え態様の時間推移を、図３（ｈ）及び（ｉ）は、増幅回路７０を構成するスイッチング素子７４及び７５の導通／開放状態の時間推移をそれぞれ示している。
【００３３】
雨滴量検出装置１００を用いた雨滴Ｘの検知に際して、まず、周辺光６は大きく変動しておらず、発光素子３は発光されていない、交流増幅回路６０の時定数は「τ１」に設定されており、増幅回路７０はグランド電位に接地されているものとする。
【００３４】
こうした仮定のもと、図３（ｂ）に示されるように、例えば時刻ｔ１１から時刻ｔ１３まで、パルス状の発光指示信号が、所定時間、発光指示回路２０に対して発光指示部１１によって出力されると、図３（ｇ）に示すように、交流増幅回路６０の時定数は「τ２」に切替えられ、図３（ｈ）及び（ｉ）に示すように、増幅回路７０はグランド電位に接地される。この際、受光素子４は、発光素子３のパルス発光に伴う反射光４Ａを受光して、パルス状に微小電流を出力する。このときの微小電流が変換された受光信号は、図３（ｃ）に示されるように、定電圧回路３０によって基準電位分だけ昇圧されている。同じく、端子ｃにおける電圧は、交流増幅回路６０が定電圧回路３０の生成する基準電位に接地されているため、図３（ｄ）に示されるように、基準電位分だけ昇圧されている。ただし、図３（ｅ）に示されるように、端子ｄにおける電圧は、コンデンサ６４を含むハイパスフィルタ部によって直流成分及び低周波成分が除去されているため、反射光４Ａに相当する電圧分のみとなっている。また、同じく図３（ｅ）に示されるように、端子ｄにおける電圧は、ハイパスフィルタ部によってその立ち上がり部分がなまされている。これは、特に図３（ｇ）に示すように、発光期間において反射光４Ａを検出できるようにハイパスフィルタ部の時定数を「τ１」から「τ２」に切り替えていることが影響している。そして、増幅回路７０の出力電圧は、立ち上がり部分がなまされた信号を増幅しているため、図３（ｆ）に示されるように、同じく、その立ち上がり部分がなまされている。こうしてなまされた信号をそのまま用いて雨滴Ｘの状態の検知を検知すると、検知精度の低下を招く。そのため、Ａ／Ｄ変換部１３は、図３（ｆ）に示すように、時刻ｔ１１から所定時間Ｔ経過時の時刻ｔ１２において、増幅回路７０の出力電圧Ｖｓを取り込み、これをデジタル値に変換する。なお、所定時間Ｔは、交流増幅回路６０の時間遅れを吸収することのできる時間に予め定められている。
【００３５】
また、交流増幅回路６０の時定数が「τ２」に設定されている状態にあっては、前段のバッファ回路５０の出力電圧、すなわち受光素子４の反射光４Ａによる受光信号のゆっくりとした変動を検出することができるようになる。ただし、交流増幅回路６０の出力信号にノイズが重畳しやすくなるため、図３（ｇ）に示すように、時定数切替部１２は、発光素子３の発光期間終了後の例えば時刻ｔ１４において、交流増幅回路６０の時定数を「τ２」から「τ１」に切替える。
【００３６】
そして、マイクロコンピュータ１０は、図３（ｈ）及び（ｉ）に示すように、発光素子３の非発光期間における例えば時刻ｔ１５において、増幅回路７０を基準電位に接地する。増幅回路７０が基準電位に接地されたため、図３（ｆ）に示すように、増幅回路７０の出力電圧は、時刻ｔ１５において基準電位分だけ昇圧することとなる。そして、時定数切替部１２は、時刻ｔ１５から上記所定時間Ｔ経過時の時刻ｔ１６において、交流増幅回路６０の時定数を「τ２」に設定する。勾配算出部１４は、同じく時刻ｔ１６において、増幅回路７０の出力電圧Ｖｇ１をＡ／Ｄ変換部１３に取り込ませてこれをデジタル値に変換させる。また、勾配算出部１４は、例えば時刻ｔ１７において、増幅回路７０の出力電圧Ｖｇ２を取り込ませてこれをデジタル値に変換させる。そして、勾配算出部１４は、下式（１）に従い、受光素子４が出力する受光信号の変化勾配ΔＶｇを求める。
【００３７】
（数１）
ΔＶｇ＝（Ｖｇ２−Ｖｇ１）／ΔＴ・・・（１）
このようにして、勾配算出部１４は、発光素子３の発光期間の直後の非発光期間において、受光素子４が出力する受光信号の変化勾配ΔＶｇを求めている。
【００３８】
また、適宜の時期において、補正部１５は、下式（２）に従って、発光素子３の発光期間に得られた増幅回路７０の出力電圧Ｖｓを、変化勾配ΔＶｇを用いて補正する。そして、雨滴量検出部１６は、補正後出力電圧Ｖｇ’に基づき、雨滴量を検出する。
【００３９】
（数２）
Ｖｇ’＝Ｖｓ−ΔＶｇ×Ｔ・・・（２）
次に、周辺光６の強度が単調に減少する場合の動作例を以下に説明する。この場合にあっても、まず、発光素子３は発光されておらず、交流増幅回路６０の時定数は「τ１」に設定されており、増幅回路７０はグランド電位に接地されているものとする。
【００４０】
こうした仮定のもと、図３（ｂ）に示されるように、例えば時刻ｔ２１から時刻ｔ２３まで、パルス状の発光指示信号が発光指示回路２０に対して発光指示部１１によって出力されると、図３（ｇ）に示すように、交流増幅回路６０の時定数は「τ２」に切替えられ、図３（ｈ）及び（ｉ）に示すように、増幅回路７０はグランド電位に接地される。この際、受光素子４は、発光素子３のパルス発光に伴う反射光４Ａを受光して、パルス状に微小電流を出力する。このときの微小電流が変換された受光信号は、図３（ｃ）に示されるように、定電圧回路３０によって基準電位分だけ昇圧されている。また、周辺光６が単調に減少しているため、その波形は右下がりとなっている。同じく、端子ｃにおける電圧は、交流増幅回路６０が定電圧回路３０の生成する基準電位に接地されているため、図３（ｄ）に示されるように、基準電位分だけ昇圧されている。これにより、端子ｃにおける電圧が時刻ｔ２３直後に一旦減少する変化が正確に捉えられている。そして、図３（ｅ）に示されるように、端子ｄにおける電圧は、ハイパスフィルタ部によって直流成分及び低周波成分が除去されているため、反射光４Ａに相当する電圧に、周辺光６の除去し切れなかった変動分に相当する電圧が重畳されている。また、同じく図３（ｅ）に示されるように、端子ｄにおける電圧は、コンデンサ６４によってその立ち上がり部分がなまされている。そして、増幅回路７０の出力電圧は、立ち上がり部分がなまされた信号を増幅しているため、図３（ｆ）に示されるように、また上述のように、その立ち上がり部分がやはりなまされている。こうしてなまされた信号をそのまま用いて雨滴Ｘの状態の検知を検知すると、検知精度の低下を招く。そのため、Ａ／Ｄ変換部１３は、図３（ｆ）に示すように、時刻ｔ２１から所定時間Ｔ経過時の時刻ｔ２２において、増幅回路７０の出力電圧Ｖｓを取り込み、これをデジタル値に変換する。なお、所定時間Ｔは、増幅回路７０の時間遅れを吸収することのできる時間に予め定められている。
【００４１】
また、交流増幅回路６０の時定数が「τ２」に設定されている状態にあっては、前段のバッファ回路５０の出力電圧、すなわち受光素子４の受光信号のゆっくりとした変動を検出することができるようになることは上述した通りである。ただし、交流増幅回路６０の出力信号にノイズが重畳しやすくなるため、図３（ｇ）に示すように、時定数切替部１２は、発光素子３の発光期間終了後の例えば時刻ｔ２４において、交流増幅回路６０の時定数を「τ２」から「τ１」に切替える。
【００４２】
そして、マイクロコンピュータ１０は、図３（ｈ）及び（ｉ）に示すように、例えば時刻ｔ２５において、増幅回路７０を基準電位に接地する。増幅回路７０が基準電位に接地されたため、図３（ｆ）に示すように、増幅回路７０の出力電圧は、時刻ｔ２５において基準電位分だけ昇圧することとなる。そして、時定数切替部１２は、時刻ｔ２５から上記所定時間Ｔ経過時の時刻ｔ２６において、交流増幅回路６０の時定数を「τ２」に設定する。勾配算出部１４は、同じく時刻２６において、増幅回路７０の出力電圧Ｖｇ１をＡ／Ｄ変換部１３に取り込ませてこれをデジタル値に変換させる。また、勾配算出部１４は、例えば時刻２７において、増幅回路７０の出力電圧Ｖｇ２を取り込ませてこれをデジタル値に変換させる。そして、勾配算出部１４は、上式（１）に従い、受光素子４が出力する受光信号の変化勾配ΔＶｇを求める。このようにして、勾配算出部１４は、発光素子３の発光期間の直後の非発光期間において、受光素子４が出力する受光信号の変化勾配ΔＶｇを求めている。
【００４３】
また、適宜の時期において、補正部１５は、上式（２）に従って、発光素子３の発光期間に得られた増幅回路７０の出力電圧Ｖｓを、変化勾配ΔＶｇを用いて補正する。そして、雨滴量検出部１６は、補正後出力電圧Ｖｇ’に基づき、雨滴量を検出する。
【００４４】
なお、上式（２）の第２項、すなわち上式（１）は、発光素子３の非発光期間における増幅回路７０の出力信号の変化勾配である。先の動作例においては、周辺光６は変動しないと仮定しているため、「Ｖｇ２＝Ｖｇ１」となり、変化勾配ΔＶｇは零となる。したがって、補正後出力電圧Ｖｇ’は、発光素子３のパルス発光時における増幅回路７０の出力電圧Ｖｓと同一の値となる。ちなみに、発光素子３の非発光期間において周辺光６の強度が増大するときには、「Ｖｇ２＞Ｖｇ１」となり、変化勾配ΔＶｇは正数となる。そのため、上式（２）から分かるように、補正後出力電圧Ｖｇ’は、出力電圧Ｖｓから変化勾配を減算して得られることとなる。また、この動作例のように、周辺光の強度が減少するときには、「Ｖｇ１＞Ｖｇ２」となり、変化勾配ΔＶｇは負数となる。そのため、上式（２）から分かるように、補正後出力電圧Ｖｇ’は、出力電圧Ｖｓに変化勾配ΔＶｇを加算して得られることとなる。
【００４５】
増幅回路７０の出力電圧Ｖｓに対し、上式（１）及び（２）による補正が必要な理由について、図４を併せ参照して説明する。
【００４６】
図４は、周辺光６が単調に減少するときに出力される増幅回路７０の出力電圧の推移と、周辺光６がないときに出力される増幅回路７０の出力電圧の推移とを、実線及び破線にてそれぞれ示したものである。同図に破線にて示されるように、周辺光６の変動がないときに出力される増幅回路７０の出力電圧は、交流増幅回路６０の時間遅れの影響に起因して、立ち上がり部分がなまされた波形となる。そうした時間遅れの影響がなくなる時期に、Ａ／Ｄ変換部１３により、増幅回路７０の出力電圧Ｖｓ２が得られる。周辺光６が変動した場合には、このような波形の出力電圧を得ることはできない。すなわち、実際に得ることのできる出力電圧の波形は、図４に実線にて示されるように、交流増幅回路６０の時間遅れに起因して、その立ち上がり部分がなまされた上、周辺光６の変動の影響も受けた波形である。このうち、時間遅れの影響がなくなる時期に、Ａ／Ｄ変換部１３により、増幅回路７０の出力電圧Ｖｓ１が得られる。このようにして得られる出力電圧Ｖｓ１及びＶｓ２の対比から明らかなように、周辺光６の変動分だけ、誤差が生じ、そしてこの誤差は、雨滴量検出部１６における雨滴量の検出精度に大きく影響することとなる。そのため、発光素子３の非発光期間における変化勾配を上式（１）にて求め、発光素子３の発光期間における増幅回路７０の出力電圧を、変化勾配を用いて上式（２）にて補正する必要がある。
【００４７】
図５は、周辺光６について、その変動の時間推移を示したものであり、図６は、本実施の形態の増幅回路７０の出力電圧の時間推移を示したものである。これら図５及び図６を併せ参照して、本実施の形態の動作を総括する。
【００４８】
図５に示されるように、周辺光６が、増幅回路７０の出力電圧で「２Ｖ」に相当する強度を中心として、同「１Ｖ」に相当する強度の振幅でゆっくりと増減すると仮定する。
【００４９】
ここで、例えば、図５の期間Ｔ１におけるように、周辺光６が変動しないとき、図６の期間Ｔ１におけるように、増幅回路７０の出力電圧Ｖｓは変動せず、発光素子３の非発光期間の出力電圧Ｖｇ１及びＶｇ２も同一の値となり、変化勾配は零である。そのため、上式（２）に従うと、補正後出力電圧Ｖｇ’は、発光素子３の発光期間における増幅回路７０の出力電圧Ｖｓと同一の値となる。
【００５０】
また、例えば、図５の期間Ｔ２におけるように、周辺光６が増大するとき、図６の期間Ｔ２におけるように、増幅回路７０の出力電圧は増大するため右上がりとなり、発光素子３の非発光期間の出力電圧Ｖｇ２は出力電圧Ｖｇ１よりも大きくなる。そのため、上式（２）に従うと、補正後出力電圧Ｖｇ’は、出力電圧Ｖｓから変化勾配に基づく補正値を減算して得られることとなる。
【００５１】
また、例えば、図５の期間Ｔ３におけるように、周辺光６が減少するとき、図６の期間Ｔ３におけるように、増幅回路７０の出力電圧は減少するため、右下がりとなり、発光素子３の非発光期間の出力電圧Ｖｇ２は出力電圧Ｖｇ１よりも小さくなる。そのため、上式（１）に従うと、補正後出力電圧Ｖｇ’は、出力電圧Ｖｓに変化勾配に基づく補正値を加算して得られることとなる。
（その他の実施の形態）
なお、この発明にかかる雨滴量検出装置は、上記実施の形態にて例示した構成に限定されるものではなく、同実施の形態を適宜変更した例えば次の形態として実施することもできる。
【００５２】
上記実施の形態では、先の図２に示すように、基準電位を生成する定電圧回路３０を当該雨滴量検出装置１００内に備えることとしたが、これに限られず、当該雨滴量検出装置１００外に備えてもよい。要は、バッファ回路５０、交流増幅回路６０、及び増幅回路７０の接地電位を基準電位とすることができ、かつ、発光素子３の非発光期間において増幅回路７０の接地電位を基準電位とすることができれば、定電圧回路３０の所在については任意である。
【００５３】
上記実施の形態では、図２に示すように、抵抗素子４１から出力された電圧を入力して同一の大きさの電圧を出力するバッファ回路５０を備えることとしたが、これを割愛した構成としても、所期の目的を達成することはできる。
【００５４】
上記実施の形態では、図２に示すように、発光素子３の発光期間と、非発光期間とで、バッファ回路５０及び交流増幅回路６０の時定数を切替える時定数切替部１２を備えることとしたが、バッファ回路５０については、そもそも割愛してもよい構成要素であるため、その時定数を切替えなくともよい。さらに、この時定数切替部１２自体を割愛した構成としてもよい。
【００５５】
上記実施の形態では、図２に示すように、交流増幅回路６０とマイクロコンピュータ１０（Ａ／Ｄ変換部１３）との間に、交流増幅回路６０の出力電圧と定電圧回路３０との差分値を増幅する増幅回路７０を備えることとしたが、これを割愛した構成としてもよい。割愛した構成としても、所期の目的を達成することはできる。
【００５６】
上記実施の形態では、図３及び図５に示すように、勾配算出部１４を通じて、発光素子３の発光期間における増幅回路７０の出力電圧を取得直後の発光素子３の非発光期間において、増幅回路７０の出力電圧の変化勾配を取得した。これら増幅回路７０の出力電圧を取得する時期を逆にしてもよい。すなわち、勾配算出部１４を通じて、発光素子３の発光期間における増幅回路７０の出力電圧を取得する直前の発光素子３の非発光期間において、予め、増幅回路７０の出力電圧の変化勾配を取得しておいてもよい。また、そうした直前あるいは直後の発光素子３の非発光期間にも限られない。周辺光６が単調に増加あるいは単調に減少するのであれば、発光素子３の適宜の非発光期間において、増幅回路７０の出力電圧の変化勾配を取得することとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本実施形態の雨滴量検出装置１００をウインドシールド２に取り付けた状態を側面方向から示す模式図。
【図２】本実施の形態における雨滴量検出装置１００の全体構成を示す概略図。
【図３】（ａ）〜（ｉ）は、本実施の形態を構成する各種回路の出力信号の時間推移を示すタイミングチャート。
【図４】周辺光が単調に減少するときに出力される増幅回路７０の出力電圧の推移と、周辺光がないときに出力される増幅回路７０の出力電圧の推移とを併せて示す図。
【図５】周辺光の変動態様を示すタイミングチャート。
【図６】増幅回路７０の出力電圧の時間推移を示すタイミングチャート。
【符号の説明】
【００５８】
２…ウインドシールド、３…発光素子、３Ａ…入射光、４…受光素子、４Ａ…反射光、５…光学系、６…周辺光、１０…マイクロコンピュータ（雨滴検出手段）、１１…発光指示部、１２…時定数切替部、１３…Ａ／Ｄ変換部（Ａ／Ｄ変換手段）、１４…勾配算出部（勾配算出手段）、１５…補正部（補正手段）、１６…雨滴量検出部（雨滴量検出手段）、２０…発光指示回路、２１、２３、２４…抵抗素子、２２…トランジスタ、３０…定電圧回路（定値出力手段）、３１、３２…抵抗素子、３３…オペアンプ、４１…抵抗素子、５０…バッファ回路、５１…オペアンプ、５２…コンデンサ、５３、５４…抵抗素子、５５…スイッチング素子、６０…交流増幅回路（フィルタ手段）、６１…オペアンプ、６２、６３、６５、６６…抵抗素子、６４…コンデンサ、６７…スイッチング素子、７０…増幅回路（増幅手段）、７１…オペアンプ、７２、７３…抵抗素子、７４、７５…スイッチング素子。
【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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