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技術 降雨状態検出方法及び降雨状態検出装置

出願人 ナイルス株式会社
発明者 国領一人
出願日 1999年5月21日 (20年7ヶ月経過) 出願番号 1999-141666
公開日 2000年11月30日 (19年0ヶ月経過) 公開番号 2000-329862
状態 特許登録済
技術分野 気象学 ワイパー、車両の清掃
主要キーワード 検出対象面 降雨検出 検出対象範囲 信号処理回路基板 検出作動 内周寄り 自動車制 信号変動
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2000年11月30日)のものです。
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図面 (11)

課題

精度良く降雨の状態を検出できるようにする。

解決手段

雨滴が接触する検出対象面SSの一部に設定された設定検出対象範囲SAに存在する雨水を検出する雨水検出手段と、その雨水検出手段の検出情報に基づいて、降雨の状態を判断する降雨状態判断手段とが設けられた降雨状態検出装置において、前記雨水検出手段は、設定検出対象範囲SAが前記検出対象面SSを拭い操作する払拭手段WPの作動範囲内に位置するように配置され、前記降雨状態判断手段は、設定検出対象範囲SAを払拭手段WPが通過するときの前記雨水検出手段の検出情報に基づいて降雨の状態を判断するように構成されている。

概要

背景

かかる降雨状態検出方法及び降雨状態検出装置は、検出対象面の一部に検出対象範囲を設定して、降雨によりその検出対象範囲に存在する雨水を検出することで、降雨の状態を検出するものである。尚、便宜上検出の対象となるものを降雨の状態と表現しているが、降雪の状態も検出の対象として含まれる。かかる降雨状態検出方法及び降雨状態検出装置としては、従来、自動車に適用される場合を例にとって説明すると、図10に示すように、自動車のフロントガラス100の外面を検出対象面として、その検出対象面の一部に雨水検出手段による検出対象となる検出対象範囲101を設定し、その設定検出対象範囲101に落下した雨滴を検出することにより、降雨の状態を検出していた。

概要

精度良く降雨の状態を検出できるようにする。

雨滴が接触する検出対象面SSの一部に設定された設定検出対象範囲SAに存在する雨水を検出する雨水検出手段と、その雨水検出手段の検出情報に基づいて、降雨の状態を判断する降雨状態判断手段とが設けられた降雨状態検出装置において、前記雨水検出手段は、設定検出対象範囲SAが前記検出対象面SSを拭い操作する払拭手段WPの作動範囲内に位置するように配置され、前記降雨状態判断手段は、設定検出対象範囲SAを払拭手段WPが通過するときの前記雨水検出手段の検出情報に基づいて降雨の状態を判断するように構成されている。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
1件

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請求項1

雨滴が接触する検出対象面の一部に設定された設定検出対象範囲に存在する雨水を検出することにより降雨の状態を検出する降雨状態検出方法であって、前記設定検出対象範囲を、前記検出対象面を拭い操作する範囲内に設定し、前記検出対象範囲を払拭通過するときの雨水の検出情報に基づいて降雨の状態を検出する降雨状態検出方法。

請求項2

雨滴が接触する検出対象面の一部に設定された設定検出対象範囲に存在する雨水を検出する雨水検出手段と、その雨水検出手段の検出情報に基づいて、降雨の状態を判断する降雨状態判断手段とが設けられた降雨状態検出装置であって、前記雨水検出手段は、前記設定検出対象範囲が前記検出対象面を拭い操作する払拭手段の作動範囲内に位置するように配置され、前記降雨状態判断手段は、前記設定検出対象範囲を前記払拭手段が通過するときの前記雨水検出手段の検出情報に基づいて降雨の状態を判断するように構成されている降雨状態検出装置。

請求項3

前記検出対象面が、走行体窓ガラスの外面である請求項2記載の降雨状態検出装置。

請求項4

前記窓ガラスが前記走行体の前進方向側に位置するフロントガラスである請求項3記載の降雨状態検出装置。

請求項5

前記払拭手段は、視界を確保するためのワイパーにて構成されている請求項3又は4に記載の降雨状態検出装置。

請求項6

前記雨水検出手段は、前記設定検出対象範囲を、扇状のワイパーの作動範囲における外周寄りに位置させるように配置されている請求項5記載の降雨状態検出装置。

請求項7

前記雨水検出手段は、前記窓ガラスにおける前記設定検出対象範囲に対応する部分の一端側に光を入射させる発光素子と、前記窓ガラス内を前記窓ガラスの外面側で全反射することにより伝搬して他端側から出射した光を検出する受光素子とが備えられ,前記窓ガラスへの入射光量と前記窓ガラスからの出射光量との変化量に基づいて、雨水の存在を検出するように構成されている請求項3〜6のいずれか1項に記載の降雨状態検出装置。

技術分野

0001

本発明は、雨滴が接触する検出対象面の一部に設定された設定検出対象範囲に存在する雨水を検出することにより降雨の状態を検出する降雨状態検出方法、及び、雨滴が接触する検出対象面の一部に設定された設定検出対象範囲に存在する雨水を検出する雨水検出手段と、その雨水検出手段の検出情報に基づいて、降雨の状態を判断する降雨状態判断手段とが設けられた降雨状態検出装置に関する。

背景技術

0002

かかる降雨状態検出方法及び降雨状態検出装置は、検出対象面の一部に検出対象範囲を設定して、降雨によりその検出対象範囲に存在する雨水を検出することで、降雨の状態を検出するものである。尚、便宜上検出の対象となるものを降雨の状態と表現しているが、降雪の状態も検出の対象として含まれる。かかる降雨状態検出方法及び降雨状態検出装置としては、従来、自動車に適用される場合を例にとって説明すると、図10に示すように、自動車のフロントガラス100の外面を検出対象面として、その検出対象面の一部に雨水検出手段による検出対象となる検出対象範囲101を設定し、その設定検出対象範囲101に落下した雨滴を検出することにより、降雨の状態を検出していた。

発明が解決しようとする課題

0003

しかしながら、上記従来構成では、特に雨量が少ない状態で検出精度が低下しやすい傾向がある。具体的には、図10(イ)に示す降雨の状態と図10(ロ)に示す降雨の状態とで、フロントガラス100に付着した雨滴102の密度が異なる状態を例示しているが、このように密度が異なっても検出対象範囲101に付着する雨滴102の密度が同等となって、同程度の降雨と検出してしまう場合がある。一方、フロントガラス100の全体を検出対象範囲とすれば上述のような問題は生じないが、装置構成が複雑化し現実的ではない。本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、降雨状態検出方法及び降雨状態検出装置の検出精度を向上する点にある。

課題を解決するための手段

0004

上記請求項1記載の構成を備えることにより、設定検出対象範囲を、検出対象面を拭い操作する範囲内に設定し、検出対象範囲を払拭通過するときの雨水の検出情報に基づいて降雨の状態を検出する。すなわち、検出対象面を拭い操作することにより検出対象範囲に集めて来た雨水を検出することで、検出対象範囲を物理的な検出対象範囲から検出対象面を拭い操作する範囲まで実効的に広げることができる。もって、降雨状態検出方法の検出精度を向上できるに至った。

0005

又、上記請求項2記載の構成を備えることにより、雨水検出手段による設定検出対象範囲を、払拭手段にて検出対象面を拭い操作する範囲内に設定し、検出対象範囲を払拭通過するときの雨水の検出情報に基づいて降雨の状態を検出する。すなわち、払拭手段にて検出対象面を拭い操作することにより検出対象範囲に集めて来た雨水を検出することで、検出対象範囲を物理的な検出対象範囲から検出対象面を拭い操作する範囲まで実効的に広げることができる。もって、降雨状態検出装置の検出精度を向上できるに至った。

0006

又、上記請求項3記載の構成を備えることにより、走行体窓ガラスの外面が検出対象面となる。走行体の窓ガラスにおいて視界の妨げとなる雨水を、視界を確保したい部位において検出することで、降雨の状態の検出結果をより精度の良いものとでき、有効に利用することができる。

0007

又、上記請求項4記載の構成を備えることにより、走行体のフロントガラスの外面が検出対象面となる。走行体のフロントガラスは、他の窓ガラスに比べてより降雨の影響を受け、又、より視界の確保が重要となる部分である。従って、上述のような検出精度の向上が極めて有効となる。

0008

又、上記請求項5記載の構成を備えることにより、払拭手段は、視界を確保するためのワイパーにて構成され、降雨状態判断手段は、ワイパーが検出対象範囲を払拭通過するときの雨水検出手段の検出情報に基づいて、降雨の状態を判断する。従って、走行体の窓ガラスに、視界を確保するために本来的に備えられているワイパーを利用して、検出対象面を拭う払拭手段を構成するので、装置構成の簡素化を図ることができる。

0009

又、上記請求項6記載の構成を備えることにより、雨水検出手段の設定検出対象範囲は、扇状のワイパーの作動範囲における外周寄りに位置している。従って、雨水検出手段の検出対象範囲をワイパーの作動範囲の内周寄りに配置する場合に較べて、ワイパーがより大きな面積の雨水を検出対象範囲に集めるので、より一層検出精度の向上を図ることができる。

0010

又、上記請求項7記載の構成を備えることにより、雨水検出手段は、設定検出対象範囲に存在する雨水を光学的に検出する。すなわち、設定検出対象範囲に対応する部分の一端側から光を入射させ、その入射した光が窓ガラス内を窓ガラスの外面側で全反射することにより伝搬して、他端側から出射すると、入射した光と出射した光との変化量に基づいて、雨水の存在を検出することができる。具体的に説明すると、光が窓ガラス内を伝搬するときに、窓ガラスの外面に雨水が存在すると、その雨水によって、窓ガラスの外面側境界で全反射するはずの光の一部が外部に透過してしまい、出射する光の量が減少する。従って、出射光量減衰の程度で雨水の存在を検出できるのである。窓ガラスに存在する雨水の検出は、電気抵抗の変化の検出や窓ガラスに対する雨滴の衝突圧の検出等によって行うことができるが、このような構成に比べて、簡素な構成で、効率良く雨水を検出することができる。

発明を実施するための最良の形態

0011

以下、本発明の降雨検出方法及び降雨状態検出装置の実施の形態を、走行体として自動車を例にとり、自動車の窓ガラスの外面を検出対象面とする場合について、図面に基づいて説明する。降雨状態検出装置RSは、図5に示すように、走行体としての自動車Vの窓ガラスWSのうちの前進方向側に位置するフロントガラスFSの車内側に図示しない接着剤等によって取り付けられている。つまりフロントガラスFSの外面を検出対象面SSとし、その検出対象面SSの一部を検出対象範囲SAとして設定している。

0012

フロントガラスFSにおける降雨状態検出装置RSの取り付け位置は、バックミラー(図示を省略)の裏側に配置されて自動車のドライバーの視界を妨げにくいものとしてある。又、この降雨状態検出装置RSの設置位置は、図1に示すように、フロントガラスFSの外側に視界を確保するために配置されている2本のワイパー1a,1bとの関係では、設定検出対象範囲SAが、2本のワイパー1a,1bのうちの一方のワイパー1bの払拭作動範囲内で且つ他方のワイパー1aの払拭作動範囲外に位置するように配置してある。従って、2本のワイパー1a,1bのうちの一方のワイパー1bは、検出対象面SSを拭い操作する払拭手段WPとして機能する。

0013

降雨状態検出装置RSには、上記設定検出対象範囲SAに雨水が存在することを光学的に検出する雨水検出手段RMと、その雨水検出手段RMの検出情報に基づいて降雨の状態を判断する降雨状態判断手段RDとが備えられている。その雨水検出手段RMによる雨水検出の基本的な原理図9に基づいて概略的に説明する。図9(イ)に示す上記検出対象範囲SAに雨水が存在しない状態では、発光素子2が出射して設定検出対象範囲SAに対応する部分の一端側からフロントガラスFS内に入射した光線は全反射を繰り返してフロントガラスFS内を伝搬して行き、他端側から出射する。

0014

一方、図9(ロ)に示す検出対象範囲SAに雨水が存在する状態では、光線の伝搬角度を適当に設定することで、フロントガラスFSの外面と雨水との境界に入射した光は、雨水の層を通過して外部に発散する。従って、検出対象範囲SAに存在する雨水によって光線の強度が減衰することになり、この減衰の有無を信号検出用受光素子3によって検出することによって、検出対象範囲SAにおける雨水の存在を検出することができる。すなわち、上記フロントガラスFSへの入射光とフロントガラスFSからの出射光との変化量に基づいて、雨水の存在を検出することができる。

0015

上述の原理によって雨水の存在を検出するために、雨水検出手段RMは、図2に示すように、例えば発光ダイオード又は半導体レーザ等の発光素子2と、発光素子2の出射光をフロントガラスFS内に入射させるための回折格子4aを形成した入射側ガラス板4と、入射側ガラス板4にて反射された発光素子2の出射光の一部を検出して発光素子2の出射光強度モニタするためのモニタ用受光素子5と、信号検出用受光素子3と、その信号検出用受光素子3を固着した出射側ガラス板6とをフレーム7に保持させると共に、そのフレーム7の下面に薄いガラス板8とシリコーンシート9とを備えさせて構成され、そのシリコーンシート9をフロントガラスFSの室内側の面に押圧するようにフレーム7が固定される。フレーム7は、フロントガラスFSの室内側の面に接着固定した2つの固定部材10にフレーム7の一部をねじ止めすることにより固定される。

0016

フレーム6に保持される発光素子2、信号検出用受光素子3及びモニタ用受光素子5は、夫々の電極が、信号処理回路基板11に接続されている。この信号処理回路基板11には、図3に概略的に示すように、発光素子2を駆動する駆動回路12と、モニタ用受光素子5の出力を検出するモニタ用検出回路13と、信号検出用受光素子3の出力信号を検出する信号検出回路14と、信号検出回路14の検出情報に基づいて、降雨の状態を判断する制御部15とが設けられている。これら駆動回路12、モニタ用検出回路13及び信号検出回路14も上記雨水検出手段RMの一部を構成し、又、制御部15は上記降雨状態判断手段RDとして機能する。

0017

駆動回路12は、発光素子2の駆動電流設定周波数変調して、発光素子2からその設定周波数で強度変調を受けた光を出射させ、且つ、モニタ用検出回路13から入力されるモニタ用受光素子5の検出信号に基づいて、発光素子2の出射光の平均パワーが一定となるように駆動電流のレベルを制御する。信号検出回路14は、信号検出用受光素子3の出力から、上記設定周波数の信号成分を抽出して、制御部15に出力する。このように発光素子2の変調周波数の成分のみを抽出することで、太陽光等の外乱光の影響を除外することができる。

0018

制御部15は、信号検出回路14の出力信号に基づいて降雨の状態を判断し、その結果を、自動車制御用コンピュータCCに送信する。以下、上記構成の降雨状態検出装置RSの降雨状態の検出作動について概略的に説明する。図2に示すように、発光素子2は、装置の電源投入後、信号処理回路基板11の駆動回路12の駆動によって上記設定周波数で変調された光線を出射し、その出射光は、入射側ガラス板4の回折格子4aに入射する。その入射光は、入射側ガラス板4内で2回全反射した後、入射側ガラス板4とガラス板8との間に位置する入射側シリコーンシート16,ガラス板8及びフロントガラスFSの内面側に接するシリコーンシート9を通過してフロントガラスFS内に入射する。

0019

フロントガラスFS内に入射した光線は、フロントガラスFSの外面側の界面で2回、ガラス板8で1回全反射して、主にフロントガラスFS内を伝搬し、再びシリコーンシート9及びガラス板8を通過し、更に、ガラス板8と出射側ガラス板6との間に位置する出射側シリコーンシート17を通過して、出射側ガラス板6に入射する。その入射光は、出射側ガラス板6内で2回全反射し、信号検出用受光素子3に入射して電気信号に変換される。

0020

信号検出用受光素子3の検出信号は、信号処理回路基板11に備えられた信号検出回路14にて上記設定周波数成分が抽出されて制御部15に送られる。制御部15は、この状態において、図4に概略的に示されるフローチャートに基づく制御判断を実行する。すなわち、制御部15が、自動車制御用コンピュータCCから、ワイパー1a,1bの始動信号を受け取ったとき(ステップ#1)、つまりワイパー1a,1bが下端原点位置から上昇揺動を開始するとき、信号検出回路14の出力信号の取り込みを開始し、制御部15内に備えられているメモリに記憶して行く(ステップ#2)。そして、ワイパー1a,1bが上昇端まで揺動し、その後、再び下端の原点位置まで復帰揺動したことを示す復帰信号を自動車制御用コンピュータCCから受け取ると(ステップ #3)、信号検出回路14の出力信号の記憶を終了する(ステップ#4)。

0021

制御部15は、このようにして信号検出回路14の出力信号を取り込んだ後、その取り込んだ信号に基づいて降雨の状態を判断する(ステップ#5)。信号検出回路14から取り込んだ信号は、具体的には、図6乃至図8に例示するものとなる。図6の信号は、霧雨程度の降雨状態での信号であり、図7の信号は、普通程度の降雨状態での信号であり、図8の信号は、大雨の降雨状態での信号を例示している。図6乃至図8の信号例では、何れも、信号を取り込んだ範囲で2つの深いディップD1,D2が存在し、信号検出用受光素子3の検出信号が著しく低下していることがわかる。この2つのディップD1,D2のうち、最初に現れるディップD1が、ワイパー1bが下端の原点位置から上昇端まで揺動する途中において検出対象範囲SAを通過するときの信号変化であり、次に現れるディップD2が、上昇端から下端の原点位置まで下降揺動する途中において検出対象範囲SAを通過するときの信号変化である。

0022

ワイパー1bが降雨状態検出装置RSの検出対象範囲SAを通過するときには、図1に示すように、ワイパー1bの上昇揺動時は、ワイパー1bがおおよそB0−E0−E1−B1で囲まれる斜線部A1の範囲の雨水を集めて検出対象範囲SAに至り、又、ワイパー1bの下降揺動時は、ワイパー1bがおおよそB2−E2−E1−B1で囲まれる斜線部A2の範囲の雨水を集めて検出対象範囲SAに至るので、霧雨の降雨状態でも大きな信号変動を得ることができ、更に、実質的にB0−E0−E2−B2で囲まれる斜線部A1と斜線部A2とを足し合わせた範囲についての雨水の情報を得ることができるので、得られた情報がばらつきの小さいものとなる。又、設定検出対象範囲SAが扇状のワイパー1bの作動範囲における外周寄りに位置しているので、上記斜線部A1と斜線部A2とを足し合わせた面積も広いものとなっている。

0023

制御部15は、上記図6乃至図8に例示する信号が得られると、信号検出回路14の出力信号を取り込んだ時間幅からワイパー1bが検出対象範囲SAを通過するタイミングを特定し、そのタイミングでのデータに基づいて降雨の状態を判断する。つまり、設定検出対象範囲SAを通過するときの雨水検出手段RDの検出情報に基づいて、降雨の状態を判断する。例えば、上記通過のタイミングでのピーク値(信号変化としてのピーク値)から雨の程度を推定し、あるいは、上記通過のタイミングでの信号波形からワイパー1bの拭き残しが存在するか否かの推定をする等の降雨の状態を判断して、自動車制御用コンピュータCCに送信する。上述の処理は、ワイパー1a,1bが払拭作動しているときは、ワイパー1a,1bが往復移動するたびに実行されるのであるが、別途終了が指令されると(ステップ#6)、終了する。

0024

〔別実施形態〕上記実施の形態では、降雨状態検出装置RSを、自動車のフロントガラスFSを検出対象面SSとして設置した場合を例示しているが、リヤガラス等の他の窓ガラスに設置しても良い。又、航空機の窓に設置したり、あるいは、固定設置して使用する等、種々の形態で利用することができる。上記実施の形態では、降雨状態判断手段RDとして機能する制御部15は、自動車制御用コンピュータCCからのワイパー1a,1bの動作信号を利用して信号検出回路14の出力信号を取り込んでいるが、最も古いデータから順次書き換えながら、常時信号検出回路14の出力信号を取り込むようにしても良い。

0025

上記実施の形態では、信号検出回路14から取り込んだデータの時間幅から、ワイパー1bが設定検出対象範囲SAを通過するときのデータを特定しているが、信号検出回路14の出力信号の信号レベル又は信号の変化率等に基づいて、信号検出回路14の出力信号自体からワイパー1bが設定検出対象範囲SAを通過するときのデータを特定しても良い。更に、ロータリエンコーダ等によりワイパー1bの揺動位置を測定して、その測定情報に基づいて、ワイパー1bが設定検出対象範囲SAを通過するときのデータを特定しても良い。

0026

上記実施の形態では、自動車VのフロントガラスFSに配置されるワイパー1bを利用して払拭手段WPを構成しているが、ワイパー1bとは別個にワイパー1a,1bと同様の形状の払拭手段WPを備えても良い。上記実施の形態では、雨水検出手段RMは、光学的に設定検出対象範囲SAに存在する雨水を検出しているが、窓ガラスWSの外面に表面弾性波を伝搬させて、その伝搬信号減衰量によって雨水を検出する構成等、雨水検出手段RMの具体構成は種々変更可能である。

0027

上記実施の形態では、雨滴が接触する検出対象面SSとして自動車VのフロントガラスFSの外面を例示して、検出対象面SSの全体に雨滴が接触する場合を説明しているが、必ずしも検出対象面SSの全体に雨滴が接触する必要はなく、例えば、設定検出対象範囲SAには雨滴が接触しない場合でも、設定検出対象範囲SAを、払拭手段WPにて拭い操作して集めた雨水が通過することで、雨水を検出することができる。

図面の簡単な説明

0028

図1本発明の実施の形態にかかる検出対象範囲の配置説明図
図2本発明の実施の形態にかかる降雨状態検出装置の断面図
図3本発明の実施の形態にかかるブロック構成
図4本発明の実施の形態にかかるフローチャート
図5本発明の実施の形態にかかる降雨状態検出装置の配置説明図
図6本発明の実施の形態にかかる検出信号の例示図
図7本発明の実施の形態にかかる検出信号の例示図
図8本発明の実施の形態にかかる検出信号の例示図
図9本発明の実施の形態にかかる検出原理の説明図
図10従来技術の説明図

--

0029

FSフロントガラス
RD降雨状態判断手段
RM 雨水検出手段
SA検出対象範囲
SS検出対象面
V走行体
WP払拭手段
WS窓ガラス
1bワイパー
2発光素子
3 受光素子

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