(57)【要約】【課題】発光素子と受光素子を用いた雨滴検出装置において、外部光成分その他のノイズ成分を効果的に低減して高精度に雨滴を検出できるようにする。【解決手段】ウインドシールドに向けてパルス光を照射しその反射光を受光する２組の発光素子１１ａ、１１ｂと受光素子１２ａ、１２ｂを有して、両受光素子の光軸を平行に配する。各受光素子の出力を電流−電圧変換回路１３ａ、１３ｂで変換し、差動増幅器１６で電流−電圧変換回路の出力の双方に含まれている外部光成分を相殺除去した後、信号処理回路１８でパルス光成分のピーク値をホールドする。制御部３０の雨滴情報生成部３２がピーク値を基に雨滴を検出する。各電流−電圧変換回路にはそれぞれ低域通過フィルタ１４ａ、１４ｂを付設し、各受光素子に入力した外部光の成分を低減する。これにより、電流−電圧変換回路の出力が飽和することなく、外部光の影響を受けずに雨滴を検出できる。【選択図】図１
2009139159.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両のウインドシールドに向けてパルス光を照射しその反射光を受光する２組の発光素子と受光素子を有し、
各受光素子はその光軸を互いに平行に配され、
各受光素子の出力を電圧信号に変換する第１の電流−電圧変換回路および第２の電流−電圧変換回路と、
第１の電流−電圧変換回路と第２の電流−電圧変換回路の出力の差分をとってパルス光の成分を抽出する差動増幅器と、
差動増幅器の出力を基に雨滴を検出する雨滴検出手段とを備えることを特徴とする雨滴検出装置。
【請求項２】
前記各組の発光素子は交互に発光することを特徴とする請求項１に記載の雨滴検出装置。
【請求項３】
前記第１の電流−電圧変換回路および第２の電流−電圧変換回路には、それぞれ低域通過フィルタが付設され、
各受光素子に入力する外部光の成分を低減させることを特徴とする請求項１または２に記載の雨滴検出装置。
【請求項４】
前記低域通過フィルタは、発光素子の駆動と同期して発光素子が点燈される期間だけ動作するように構成したことを特徴とする請求項３に記載の雨滴検出装置。
【請求項５】
さらに第１の電流−電圧変換回路と第２の電流−電圧変換回路の出力を加算する加算増幅器と、
該加算増幅器の出力を基に車両外部の光環境情報を生成する光環境情報生成手段とを備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１に記載の雨滴検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、降雨状況を判断するためセンサ部を車両のウインドシールドに組み付けて雨滴を検出する雨滴検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の雨滴検出装置として、特開２００４−３４０７１２号公報に開示されたものがある。この雨滴検出装置では、センサ部に発光素子と受光素子を含み、発光素子からパルス光をウインドシールドに照射し、その反射光を受光素子で受光して、信号処理することによりウインドシールド上の雨滴を検出するようにしている。
ところで、このような雨滴検出装置はセンサ部がウインドシールドに組み付けられるので、発光素子からだけでなく、車両外からの外部光も受光素子に入射することが避けられず、受光素子の出力にはパルス光成分にノイズとしての外部光成分が重畳される。
【０００３】
この結果、受光素子の出力電圧が上昇して、飽和電圧を超えるような場合には、パルス光の信号成分がつぶれてしまい、正しい降雨状況の判断ができなくなる。
そこで、上記公報の雨滴検出装置では、外部光成分を周波数分離することによりこれを低減して、受光素子の出力が飽和電圧を超えないようにしている。
【特許文献１】特開２００４−３４０７１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
雨滴検出装置では信号処理回路をセンサ部の発光素子や受光素子を設置したプリント基板上に構成して、ユニット化することができるが、この場合、プリント基板上の銅箔が受光素子と信号処理回路の接続に用いられることになる。
このため、この接続部ではとくに外部のノイズを拾いやすいが、上記特開２００４−３４０７１２号公報のものでは、外部光成分を単に周波数分離して低減するだけであるので、外部からの他のノイズ成分まで有効に除去するまでに至っていない。
また、信号処理回路をセンサ部から離間した場所に設置する場合にも、両者間を結ぶコードを引き回さねばならないため、同様に外部のノイズを拾いやすい。
このようなノイズ成分は外部光成分と同様に雨滴検出装置としての検出精度を著しく損なうものである。
【０００５】
したがって、本発明は、車両のウインドシールドに組み付けた発光素子と受光素子を用いて雨滴を検出するに際して、外部光成分その他のノイズ成分をより一層効果的に低減して高精度に雨滴を検出できるようにした雨滴検出装置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】
本発明の雨滴検出装置は、車両のウインドシールドに向けてパルス光を照射する発光素子とその反射光を受光する受光素子を備えた雨滴検出装置において、発光素子と受光素子を２組備え、各受光素子はその光軸を互いに平行に配するとともに、各受光素子の出力を電圧信号に変換する第１の電流−電圧変換回路および第２の電流−電圧変換回路と、これらの電流−電圧変換回路の出力の差分をとってパルス光の成分を抽出する差動増幅器と、差動増幅器の出力を基に雨滴情報を生成する雨滴情報生成手段とを備えるものとした。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、電流−電圧変換回路の出力の差分をとることにより、同相ノイズや外部光の成分が除去されて、雨滴検出の精度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
次に、本発明の実施の形態を実施例により説明する。
図１は実施の形態の回路構成を示すブロック図であり、図２はセンサ部の配置構成を示す。
まず、図２により雨滴検出装置１のセンサ部の構成を説明する。
センサ部は、互いに対向する前壁３と後壁４を有するケーシング２にユニット化されて、車両のウインドシールドＷの内面に取り付けられる。
すなわち、前壁３に形成した窓にプリズム５が設けられ、後壁４には発光素子１１と受光素子１２が設置される。
発光素子１１と受光素子１２はそれぞれの光軸をウインドシールドＷの所定部位Ｓに向けて配置され、発光素子１１から照射された光がウインドシールドＷの上記所定部位Ｓの外面側境界面で反射して受光素子１２に受光されるようになっている。そして、プリズム５は発光素子１１から受光素子１２への光路上にレンズ部６、６を備えている。
【０００９】
センサ部はプリズム５を透明接着剤８によりウインドシールドＷ内面に貼着することによりウインドシールドに取り付けられている。
ここで、発光素子１１と受光素子１２はそれぞれ並列の２組からなっており、図３の概念図に示すように、それぞれ第１の発光素子１１ａから第１の受光素子１２ａへの光路と第２の発光素子１１ｂから第２の受光素子１２ｂへの光路が平行で、互いに干渉しないように形成されている。なお、図３にはプリズムを省略している。
そして、とくに両方の受光素子１２ａ、１２ｂの光軸ｄ１、ｄ２は互いに平行として同一方向に向けてある。
【００１０】
つぎに、図１に基づいて回路構成を説明する。
発光素子１１ａ、１１ｂは、発光素子駆動部２０に接続されている。
受光素子１２ａは、オペアンプと電流−電圧変換抵抗からなる電流−電圧変換回路１３ａに接続され、同様に、受光素子１２ｂが、オペアンプと電流−電圧変換抵抗からなる電流−電圧変換回路１３ｂに接続されている。
各電流−電圧変換回路１３ａ、１３ｂの出力は差動増幅器１６に入力される。差動増幅器１６の出力側は極性反転回路１７を経て信号処理回路１８に入力される。
【００１１】
信号処理回路１８では後述するパルス光の周波数帯域をカバーするバンドパスフィルタによるノイズ成分の除去、増幅、およびパルス光成分のピーク値のホールドを行ない、マイクロコンピュータで構成する制御部３０からのサンプリング信号に応じて制御部３０へピーク値を出力する。
各電流−電圧変換回路１３ａ、１３ｂの出力はさらに、積分機能付きの加算増幅器１９に入力されている。加算増幅器１９の出力は制御部３０へ入力される。
【００１２】
制御部３０は雨滴検出装置内各部の制御を行なうとともに、雨滴情報生成部３２と環境情報生成部３４を備える。
雨滴情報生成部３２は上記ピーク値を基に雨滴情報を生成する。環境情報生成部３４は加算増幅器１９の出力を基に車両外部の光環境情報を生成する。
そして、制御部３０は雨滴情報に基づいて降雨状況を判断して、ワイパー制御信号を出力し、また光環境情報に基づいてライト制御信号を出力する。
極性反転回路１７は、制御部３０からの反転制御信号により差動増幅器１６の出力の極性を反転させる。
【００１３】
発光素子１１ａ、１１ｂは発光素子駆動部２０により駆動されて、パルス光を出力する。発光素子駆動部２０は制御部３０に接続され、制御部からの２つの発光素子１１ａ、１１ｂのいずれを発光させるかの発光素子選択信号と、そのパルス光の周期およびパルス幅を定める点燈期間信号を受けて、発光素子１１ａ、１１ｂを交互に発光させる。
【００１４】
電流−電圧変換回路１３ａ、１３ｂには、それぞれ並列に低域通過フィルタ１４ａ、１４ｂが接続されている。低域通過フィルタ１４ａ、１４ｂはパルス光の周波数より低い外部光成分の周波数帯域を通過帯域として設定され、電流−電圧変換回路１３ａ、１３ｂの出力における外部光成分を電流に変換して当該電流−電圧変換回路の入力側へフィードバックする。
それぞれの低域通過フィルタ１４ａ、１４ｂには、そのフィルタ機能をオンまたはオフさせる電子スイッチ１５ａ、１５ｂが付設されている。
電子スイッチ１５ａ、１５ｂには制御部３０からの点燈期間信号が入力され、発光素子１１ａ、１１ｂのいずれかがパルス光を出力する期間だけ電子スイッチ１５ａ、１５ｂが同時にオンし、どちらの発光素子１１ａ、１１ｂもパルス光を出力しない間は電子スイッチはオフする。
電流−電圧変換回路１３ａ、１３ｂ以下の回路等は、ケーシング２内に後壁４を実装基板として内蔵することができる。
【００１５】
次に、以上のように構成された雨滴検出装置１の動作について説明する。
まず、制御部３０からの発光素子選択信号と点燈期間信号に基づいて、図４に示すように、発光素子駆動部２０は発光素子１１ａ、１１ｂを交互に点燈駆動することにより、各発光素子が例えばそれぞれ１０ｍｓ間隔の周期でパルス発光する。パルス幅は周期に対して十分短く設定されている。
発光素子１１ａと発光素子１１ｂの発光タイミングは上記周期の半分、すなわち５ｍｓだけオフセットされる。
【００１６】
発光素子１１ａから照射されてウインドシールドＷで反射したパルス光は受光素子１２ａに受光され、発光素子１１ｂから照射されてウインドシールドＷで反射したパルス光は受光素子１２ｂに受光される。各受光素子１２ａ、１２ｂの出力は電流−電圧変換回路１３ａ、１３ｂで電圧に変換される。
発光素子１１ａまたは１１ｂの点燈期間中は低域通過フィルタ１４ａ、１４ｂの電子スイッチ１５ａ、１５ｂがオンされ、受光素子１２ａ、１２ｂのいずれにもにパルス光が入力しない期間では電子スイッチ１５ａ、１５ｂがオフとされる。
【００１７】
電子スイッチ１５ａ、１５ｂがオンされると、低域通過フィルタ１４ａ、１４ｂが機能する。これにより、電流−電圧変換回路１３ａ、１３ｂの帰還回路に周波数特性を持たせたことになり、雨滴検出のためのパルス光に対しては変換利得が高く、外部光の直流成分と低域成分の変換利得は下げられて、パルス光と外部光が重畳しても電流−電圧変換回路１３ａ、１３ｂの出力は飽和しない。
電子スイッチ１５ａ、１５ｂがオフされた状態では低域通過フィルタ１４ａ、１４ｂが機能せず、受光素子１２ａ、１２ｂの出力に対応した電圧が電流−電圧変換回路１３ａ、１３ｂから出力される。
【００１８】
ここで、受光素子１２ａ、１２ｂの光軸は同一方向を向いているので、外部光は均等に両受光素子に入力するから、パルス光が入力していない期間は電流−電圧変換回路の出力はほぼ同レベルである。また、いずれかの受光素子にパルス光が入力しているときは、低域通過フィルタ１４ａ、１４ｂの両方が機能して外部光の成分を均等に低下させるから、この場合も電流−電圧変換回路の出力における外部光の成分は同レベルである。
したがって、差動増幅器１６では、反転入力端子（−）と非反転入力端子（＋）に入力された電流−電圧変換回路１３ａ、１３ｂの出力の双方に含まれている外部光成分やその他の同相ノイズ成分が相殺除去されて、パルス光の入力時にその成分だけが増幅されることになる。
【００１９】
なお、差動増幅器１６の出力では一方のパルス光成分と他方のパルス光成分の極性が反転するため、発光素子１１ａ、１１ｂの駆動のタイミングに同調させて極性反転回路１７で片方を再反転させることにより、極性が統一されて信号処理回路１８へ入力される。
信号処理回路１８では、差動増幅器１６の出力からさらにバンドパスフィルタでノイズ成分の除去を行なうとともに、パルス光成分のピーク値をホールドする。
制御部３０はこのピーク値を所定間隔でサンプリングして、雨滴情報生成部３２で雨滴の有無を検出し、雨滴量等の雨滴情報を生成する。そして、制御部３０は雨滴情報に基づいてワイパーのオン、オフあるいはワイパー速度を制御するワイパー制御信号を出力する。
【００２０】
また、加算増幅器１９では、電流−電圧変換回路１３ａ、１３ｂの両出力を加算することにより、外部光成分のレベルに対応した電圧を出力する。
これにより、制御部３０の環境情報生成部３４は光環境情報として走行環境の明るさを判断する。そして、制御部３０は光環境情報に基づいて、例えば夕暮れになったときや昼間でもトンネルに入った際などには、ライトをオンさせる制御信号等を出力する。
【００２１】
本実施の形態においては、電流−電圧変換回路１３ａが発明における第１の電流−電圧変換回路に該当し、電流−電圧変換回路１３ｂが第２の電流−電圧変換回路に該当する。
極性反転回路１７、信号処理回路１８、および制御部３０における雨滴情報生成部３２が、発明における雨滴検出手段を構成し、また制御部３０における環境情報生成部３４が光環境情報生成手段を構成している。
【００２２】
実施の形態は以上のように構成され、車両のウインドシールドＷに向けてパルス光を照射しその反射光を受光する２組の発光素子１１ａ、１１ｂと受光素子１２ａ、１２ｂを有して、とくに各受光素子の光軸ｄ１、ｄ２を互いに平行に配したうえ、各受光素子に対応した２つの電流−電圧変換回路１３ａ、１３ｂで各受光素子の出力を電圧信号に変換し、差動増幅器１６で電圧信号の差分をとってパルス光の成分を抽出し、信号処理回路１８でホールドしたピーク値を基に制御部３０の雨滴情報生成部３２で雨滴を検出するものとしたので、２つの受光素子１２ａ、１２ｂに入力する外部光成分およびノイズ成分が除去されて、雨滴検出の精度が向上する。
【００２３】
さらに、電流−電圧変換回路１３ａ、１３ｂには、それぞれ低域通過フィルタ１４ａ、１４ｂを付設したので、各受光素子１２ａ、１２ｂに入力した外部光の成分を低減でき、パルス光の成分が加わったときでも電流−電圧変換回路１３ａ、１３ｂの出力が飽和しないから、パルス光の成分が埋もれることなく、雨滴の検出精度を高く維持できる。
【００２４】
また、両方の電流−電圧変換回路１３ａ、１３ｂの出力を加算増幅器１９に入力することにより、制御部３０の環境情報生成部３４で加算増幅器１９の出力を基に車両外部の光環境情報を生成することができる。
そして、低域通過フィルタ１４ａ、１４ｂは、発光素子１１ａ、１１ｂの駆動と同期して発光素子が点燈される期間だけオンさせるので、発光素子１１ａ、１１ｂの点燈時以外は外部光の成分が低減されることなく、容易に光環境情報を求めることができる。
【００２５】
なお、上述の実施の形態では、外部光は主としてプリズム５を通って受光素子１２に洩れ入る光として受光されるが、外部の光環境情報を得るために、より積極的に所望の方向から外部光を取り入れるため、変形例として図５に例示するように、光導体７をプリズム５に隣接して配置するようにしてもよい。
図５の例ではウインドシールドＷを通して車両上方からの外部光が受光素子１２へ導かれることになる。
【００２６】
この場合の発光素子と受光素子の配置は例えば図６の概念図に示すようなものとなる。図のように、発光素子１１ａから受光素子１２ａへの光路と発光素子１１ｂから受光素子１２ｂへの光路とは平行でなくてもよいが、２つの受光素子１２ａ、１２ｂの光軸ｄ１、ｄ２は互いに平行として同一方向に向ける。また、光導体７は２つの受光素子の光軸ｄ１、ｄ２をカバーするように設定する。
なお、特に強い外部光によって受光素子自体の出力が飽和するような場合には、光導体７の材料仕様を調整し、あるいはフィルタ貼付により、光導体７に減光フィルタの機能をもたせることもできる。
【００２７】
実施の形態はあくまでも一例を示したものであり、発光素子の発光周期や、２つの発光素子の発光タイミングのオフセット量は例示のものに限定されず、設置部位や回路仕様に応じて適宜設定することができる。
また、実施の形態では、電子スイッチ１５ａ、１５ｂを設けて発光素子が点燈される期間だけ低域通過フィルタを機能させるものとして、発光素子の非点燈期間には外部光の成分を低減させないで外部の光環境情報も得られるようにしたが、光環境情報の取得が不要で雨滴検出専用とする場合には、低域通過フィルタを常時機能させてもよく、したがって電子スイッチ１５ａ、１５ｂを省くことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施の形態の回路構成を示すブロック図である。
【図２】センサ部の配置構成を示す図である。
【図３】発光素子と受光素子の配置関係を示す概念図である。
【図４】発光素子の点燈態様を示す図である。
【図５】センサ部の変形例を示す図である。
【図６】変形例における発光素子と受光素子の配置関係を示す概念図である。
【符号の説明】
【００２９】
１    雨滴検出装置
２    ケーシング
３    前壁
４    後壁
５    プリズム
６    レンズ部
７    光導体
８    透明接着剤
１１、１１ａ、１１ｂ    発光素子
１２、１２ａ、１２ｂ    受光素子
１３ａ、１３ｂ    電流−電圧変換回路
１４ａ、１４ｂ    低域通過フィルタ
１５ａ、１５ｂ    電子スイッチ
１６    差動増幅器
１７    極性反転回路
１８    信号処理回路
１９    加算増幅器
２０    発光素子駆動部
３０    制御部
３２    雨滴情報生成部
３４    環境情報生成部
Ｗ    ウインドシールド
【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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