(57)【要約】【課題】簡単な構成によって、大雨量時などにも的確な雨判定を行うこと。【解決手段】レインセンサ４００は、光電変換素子（フォトダイオード２１）の検出電圧Ｖ１  を増幅して演算処理回路（ＣＰＵ３）に入力する増幅回路２２を備え、この増幅回路２２の出力電圧Ｖ３  を一定値（例えば３．０Ｖ）に設定した後、この一定値３．０Ｖからの出力電圧Ｖ３  の低下量に基づいて雨判定を行うレインセンサである。増幅回路２２はオフセット増幅を行う。演算処理回路３は、出力電圧低下量が飽和したか否かを判定するとともに、出力電圧低下量の飽和を判定したとき、増幅回路２２のオフセット増幅をリセットする指示を行なう。【選択図】図４
2004286543.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換素子の検出電圧を増幅して演算処理回路に入力する増幅回路を備え、この増幅回路の出力電圧を一定値に設定した後、この一定値からの出力電圧の低下量に基づいて雨判定を行うレインセンサであって、前記増幅回路にオフセット増幅を行わせるレインセンサにおいて、
前記演算処理回路は、前記出力電圧低下量が飽和したか否かを判定するとともに、前記出力電圧低下量の飽和を判定したとき、前記増幅回路のオフセット増幅をリセットする指示を行なうことを特徴とするレインセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レインセンサ、詳しくは、車両のフロントガラスなどの内面に装着され、フロントガラスなどの外面に付着した雨を判定する光学式のレインセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学式のレインセンサは、ＬＥＤなど発光源からの光をプリズム等を介してガラスの内面側より入射し、ガラスの外面（外側界面）で反射させ、その反射光をプリズムにより集光させてフォトダイオードなど光電変換素子で受光している。また、光電変換素子の検出信号は微小電圧であるため、この検出電圧を増幅回路で増幅し、その増幅された出力電圧を演算処理回路に入力している。そして、増幅回路の出力電圧をＡ／Ｄ変換のための一定値例えば３．０Ｖに設定した後、この一定値からの出力電圧の低下量（低下率）に基づいて雨判定を行っている。
【０００３】
センサの雨滴に対する感知性能は、ガラス外面（外側界面）に照射される光の面積（検知面積）によって大きく左右され、この検知面積が大きければ大きいほど雨滴の当る確率が大きくなり、センサは雨滴を感知しやすくなる。
【０００４】
しかし、検知面積の拡大化は、センサの体格の大型化を招き、センサの搭載位置がルームミラー付近のため乗員にとって目障りとなり、またセンサのコスト高を招く。
【０００５】
そのため、ソフト的に雨判定閾値を上げるなどして、少ない低下率でも良好な雨判定ができるように調整を行っているが、ソフト的な調整もＡ／Ｄコンバータの分解能の制約などを受け、感度の向上には限界があり良好な雨判定ができない。
【０００６】
そこで、本発明者らは、本発明に先立ち、簡単な構成によってセンサ感度の向上と小型化、低コスト化を両立させることができるレインセンサを提供することを目的として、「光電変換素子の検出電圧を増幅して演算処理回路に入力する増幅回路を備え、この増幅回路の出力電圧を一定値に設定した後、この一定値からの出力電圧の低下量に基づいて雨判定を行うレインセンサにおいて、増幅回路にオフセット増幅を行わせることを特徴とした」レインセンサに係る発明（以下、前提発明という。）をし、特許出願（特願２００２−１５６９１８）がされている。
【０００７】
この前提発明を従来技術（前提発明と異なりオフセット増幅を行なわない技術）と比較して具体的に説明する。例えば、図５に示すように、増幅回路の入力電圧Ｖ２を１．５Ｖ、増幅回路の出力電圧Ｖ３を３Ｖとした場合の出力電圧の低下量について説明すると、▲１▼従来技術では、図５（Ａ）にグラフで示すように、増幅器増幅率２倍で基準電圧３Ｖに調整でき、３．０Ｖからの出力低下量に基づいて雨量判定が行われるのに対し、▲２▼前提発明では、オフセット増幅を用いて、出力電圧低下量を▲１▼に対して２倍に設定する場合、図５（Ｂ）にグラフで示すように、オフセット電圧を３．０Ｖに設定するとともに基準電圧を３Ｖに調整するために増幅器増幅率を４倍に設定する必要があるが、▲１▼の従来技術と比較して出力電圧低下量が▲１▼に対して２倍になるためセンサ感度を向上させることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前提発明には次のような問題があることが判明した。つまり、オフセット量を多くすればする程、大雨量時などに出力低下量が飽和してしまい、雨量検出が不可能となり、的確な雨判定ができなくなることが判明した。このような出力低下量の飽和が発生するケースは、具体的には、雨滴径の大きい雨滴が検知面を直撃したような場合や、同一雨量であっても検知面積を小さくした場合などである。
【０００９】
本発明は、上記のような前提発明の問題点を解決し、簡単な構成によって、大雨量時などにも的確な雨判定を行うことができるレインセンサを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のレインセンサは、光電変換素子の検出電圧を増幅して演算処理回路に入力する増幅回路を備え、この増幅回路の出力電圧を一定値に設定した後、この一定値からの出力電圧の低下量に基づいて雨判定を行うレインセンサであって、増幅回路にオフセット増幅を行わせるレインセンサにおいて、演算処理回路は、出力電圧低下量が飽和したか否かを判定するとともに、出力電圧低下量の飽和を判定したとき、増幅回路のオフセット増幅をリセットする指示を行なうことを特徴とする。
【００１１】
本発明のレインセンサによると、出力電圧低下量が飽和していないときには、オフセット増幅により同一雨量に対する出力電圧の一定値からの低下量が増加するため、センサ感度が向上するようになり、また、大雨量時など出力電圧低下量が飽和したときには、オフセット増幅をリセットすることにより出力電圧低下量が増加しなくなり、的確な雨判定を行うことが可能になる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係るレインセンサを図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１は、一実施形態に係るレインセンサを用いたワイパ制御システムの概念的システム構成図、図２は、レインセンサの回路図、図３は、増幅回路におけるオフセット増幅回路の回路図、図４は、演算処理回路が行なう処理を表すフローチャートをそれぞれ示す。
【００１４】
図１において、１００は、車両のウインド例えばフロントウインドを表している。ウインドの外面（表面）１００ａ側にはワイパ２００が配備されており、ワイパ２００はワイパモータ（ワイパ駆動装置）３００によって作動され、降雨時にウインド外面１００ａに付着した雨滴を払拭する動作を行なう。ウインド１００の内面（裏面）１００ｂにはレインセンサ４００が設置されている。レインセンサ４００は、ウインド外面１００ａにおいてワイパブレード５００によって付着雨滴が払拭される領域における雨滴付着状態を検知可能な位置であって、視界の妨げとならない位置に設置されており、また、視界確保などの見地から十分に小型化されている。車両の内部には、乗員によって操作されるワイパスイッチ６００が配備されている。ワイパスイッチ６００は、少なくとも、レインセンサ４００の出力に基づいてワイパ２００が自動制御される自動払拭モードを指示するオート指示スイッチＡＵＴＯと、ワイパ停止を指示する停止指示スイッチＯＦＦとを有し、その他に、ワイパ２００をマニュアル操作する際、ワイパ２００が低速で作動する低速払拭モードを指示する低速指示スイッチＬＯ及びワイパ２００が高速で作動する高速払拭モードを指示する高速指示スイッチＨＩを有している。ワイパモータ３００、レインセンサ４００及びワイパスイッチ６００はワイパ駆動回路７００に接続されている。
【００１５】
図２において、レインセンサ４００は、発光部１と受光部２とＣＰＵ（マイクロコンピュータ又は演算処理回路ともいう）３を備える。
【００１６】
発光部１は、１個のＬＥＤ（発光源）１１を備え、このＬＥＤ１１の発光量は電流制御トランジスタ（発光量制御素子）１２によって調整可能とされている。ＬＥＤ１１の光はプリズム等を介してガラス１００の内面１００ｂ側より入射し、ガラス１００の外面（外側界面）１００ａで反射され、その反射光はプリズムにより集光され受光部２のフォトダイオード（光電変換素子）２１で受光される。
【００１７】
受光部２は、１個のフォトダイオード２１を備え、フォトダイオード２１は、ガラス外面１００ａで反射された反射光を受光し、この受光量に比例した電流を発生する。また、受光部２は増幅回路２２を備え、この増幅回路２２は、フォトダイオード２１が発生した電流を検出電圧Ｖ１  として入力し、この検出電圧Ｖ１  を増幅してＣＰＵ３のＡ／Ｄポートに入力する。増幅回路２２は、前段（１段又は複数段）の増幅回路（図示せず）と前段増幅回路の出力端子に接続された図３に示すオフセット増幅回路２２Ａとから構成される。図３において、演算増幅器ＯＡの非反転入力端子には前段増幅回路の出力電圧Ｖ２  が入力される。また、出力端子と反転入力端子との間には帰還抵抗Ｒ２  が接続され、また、反転入力端子とＧＮＤとの間に抵抗Ｒ１  と第１の半導体スイッチ素子ＳＷ１とオフセット用電源Ｖ０とからなる直列回路が接続されており、さらに、第１の半導体スイッチ素子ＳＷ１とオフセット用電源Ｖ０とに対して並列に第２の半導体スイッチ素子ＳＷ２が接続されている。したがって、演算増幅器ＯＡの出力電圧Ｖ３は、第１の半導体スイッチ素子ＳＷ１がオフ状態かつ第２の半導体スイッチ素子ＳＷ２がオン状態のとき、下記式（１）で表され、オフセット量（オフセット電圧）は０Ｖとなり、また、第１の半導体スイッチ素子ＳＷ１がオン状態かつ第２の半導体スイッチ素子ＳＷ２がオフ状態のとき、下記式（２）  で表され、（Ｒ２  ／Ｒ１  ）Ｖ０  がオフセット量（オフセット電圧）となる。そして、出力電圧Ｖ３  はＣＰＵ３のＡ／Ｄポートに入力される。なお、第１、第２の半導体スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２はＣＰＵ３からの制御信号に従ってスイッチング動作をする。
【００１８】
Ｖ３  ＝（１＋Ｒ２  ／Ｒ１  ）Ｖ２                            （１）
Ｖ３  ＝（１＋Ｒ２  ／Ｒ１  ）Ｖ２  −（Ｒ２  ／Ｒ１  ）Ｖ０              （２）
次に、ＣＰＵ３が実行する処理を図４に基づいて説明する。
【００１９】
ＣＰＵ３は、処理を開始するにあたって、車両前方の視界確保を優先するために増幅回路２２にオフセット増幅を指示してセンサの感度を高く設定しワイパ２００による払拭を優先させており、したがって第１の半導体スイッチ素子ＳＷ１はオン状態、第２の半導体スイッチ素子ＳＷ２はオフ状態に設定されている。
【００２０】
ＣＰＵ３は、ＡＵＴＯモードが選択されているか否かを判定し（ステップＳ１）、ＡＵＴＯモードが選択されているときのみ、以下に説明するような少雨量時及び大雨量時の処理を行なう。
【００２１】
ＣＰＵ３は、まず、ＡＧＣ（自動利得調整）を行い、出力電圧Ｖ３  が一定値例えば３．０Ｖとなるように、増幅回路２２の前段増幅回路のゲインや発光部１の電流制御トランジスタ１２のベース電圧を制御する（ステップＳ２）。
【００２２】
次に、基準値つまり雨滴が付着していないときの演算増幅器ＯＡの出力信号（出力電圧Ｖ３）を取り込む（ステップＳ３）。この基準値の取り込みは、初回の取り込みでは、ＣＰＵ３内の記憶部に予め記憶しておいた基準値を読み出すようにしてもよいし、あるいは、ワイパ２００を強制的に１回払拭動作させ、払拭直後の出力電圧Ｖ３を基準値として取り込むようにしてもよい。二回目以降の取り込みでは、払拭直後の出力電圧Ｖ３を取り込むことになる。
【００２３】
次に、現在の出力信号（出力電圧Ｖ３）を取り込む（ステップＳ４）。この取り込みのタイミングは、ワイパ２００が払拭動作をした後でウインド１００に雨滴が付着している状態のときに設定されている。
【００２４】
次に、雨判定を行う（ステップＳ５）。この雨判定では、基準値に対する出力電圧低下量の割合つまり出力電圧低下率を演算する。
【００２５】
次に、出力電圧低下率から払拭モードを選択する（ステップＳ６）。払拭モードは、ワイパ２００を動作させない停止モードを含み、その他に、間欠モード、低速モード、高速モードがある。
【００２６】
次に、選択した払拭モードに従ってワイパ２００を払拭動作させる（ステップＳ７）。
【００２７】
次に、出力低下量が飽和しているか否か、換言すると、出力電圧Ｖ３が０Ｖ付近か否かを判定する（ステップＳ８）。
【００２８】
出力低下量が飽和していないと判定した場合は、ステップＳ１に戻り、ＡＵＴＯモードが選択されなくなるまで、上述した処理を繰り返し行なう。
【００２９】
一方、出力低下量が飽和していると判定した場合は、スプラッシュ判定が有るか否かを判定する（ステップＳ９）。スプラッシュ判定は、跳ね上げ水等による数回のみの緊急払拭時に下される判定であり、出力電圧低下率やその時間的な変化などを基に判断することができる。
【００３０】
スプラッシュ判定が有る、つまり、緊急払拭時であると判定した場合は、ステップＳ１に戻る。
【００３１】
一方、スプラッシュ判定が無い、つまり、緊急払拭時でないと判定した場合は、ＡＵＴＯモードが選択されているか否かを判定し（ステップＳ１０）、ＡＵＴＯモードが選択されているときのみ、以下に説明するような大雨量時の処理を行なう。
【００３２】
まず、オフセット量を０Ｖに設定する（ステップＳ１１）。つまり、第１の半導体スイッチ素子ＳＷ１をオフ、第２の半導体スイッチ素子ＳＷ２をオンにスイッチングさせ、オフセット増幅をリセットする。
【００３３】
次に、ＡＧＣ（自動利得調整）を行い、出力電圧Ｖ３  が一定値例えば３．０Ｖとなるように、増幅回路２２の前段増幅回路のゲインや発光部１の電流制御トランジスタ１２のベース電圧を制御する（ステップＳ１２）。
【００３４】
次に、ステップＳ３と同様、基準値つまり雨滴が付着していないときの演算増幅器ＯＡの出力信号（出力電圧Ｖ３）を取り込む（ステップＳ１３）。この基準値は、ＣＰＵ３内の記憶部に予め記憶されており、この記憶部から読み出される。
【００３５】
次に、ステップＳ４と同様、現在の出力信号（出力電圧Ｖ３）を取り込む（ステップＳ１４）。
【００３６】
次に、ステップＳ５と同様、雨判定を行う（ステップＳ１５）。
【００３７】
次に、ステップ６と同様、出力電圧低下率から払拭モードを選択する（ステップＳ１６）。
【００３８】
次に、ステップＳ７と同様、選択した払拭モードに従ってワイパ２００を払拭動作させる（ステップＳ１７）。
【００３９】
次に、出力低下量の飽和が解除されたか否かを判定する（ステップＳ１８）。この出力低下量の飽和の解除は、ステップＳ８における出力低下量の飽和の判定とのハンチングを防止するために、ステップＳ８における出力低下量の飽和の判定基準となる電圧値よりも大きな電圧値を判定基準とし、ヒステリシス特性をもたせている。
【００４０】
出力低下量の飽和が解除されていないと判定した場合は、ステップＳ１０に戻り、ＡＵＴＯモードが選択されなくなるまで、ステップＳ１１〜Ｓ１８の処理を繰り返し行なう。
【００４１】
一方、出力低下量の飽和が解除されたと判定した場合は、ステップＳ１に戻る。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態に係るレインセンサ４００は、光電変換素子（フォトダイオード２１）の検出電圧Ｖ１  を増幅して演算処理回路（ＣＰＵ３）に入力する増幅回路２２を備え、この増幅回路２２の出力電圧Ｖ３  を一定値（例えば３．０Ｖ）に設定した後、この一定値３．０Ｖからの出力電圧Ｖ３  の低下量に基づいて雨判定を行うレインセンサであって、増幅回路２２にオフセット増幅を行わせるレインセンサにおいて、演算処理回路３は、出力電圧低下量が飽和したか否かを判定するとともに、出力電圧低下量の飽和を判定したとき、増幅回路２２のオフセット増幅をリセットする指示を行なう。
【００４３】
本実施形態のレインセンサ４００によると、出力電圧低下量が飽和していないときには、オフセット増幅により同一雨量に対する出力電圧Ｖ３の一定値３．０Ｖからの低下量が増加するため、センサ感度が向上するようになり、また、大雨量時など出力電圧低下量が飽和したときには、オフセット増幅をリセットすることにより出力電圧低下量が増加しなくなり、的確な雨判定を行うことが可能になる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によると、簡単な構成によって、大雨量時などにも的確な雨判定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るレインセンサを用いたワイパ制御システムの概念的システム構成図である。
【図２】レインセンサの回路図である。
【図３】増幅回路におけるオフセット増幅回路の回路図である。
【図４】演算処理回路が行なう処理を表すフローチャートである。
【図５】前提発明の作用効果の説明図である。
【符号の説明】
４００    レインセンサ
３    ＣＰＵ（演算処理回路）
２１    フォトダイオード（光電変換素子）
２２    増幅回路
２２Ａ    オフセット増幅回路
Ｖ１          検出電圧
Ｖ３          出力電圧
【図１】
2004286543.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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