JP4531265B2

JP4531265B2 - 自動エミッタ強度制御装置を有する水分センサ

Info

Publication number: JP4531265B2
Application number: JP2000592603A
Authority: JP
Inventors: テダー、レイン・エス
Original assignee: Libbey Owens Ford Co
Current assignee: Pilkington North America Inc
Priority date: 1998-12-31
Filing date: 1999-12-14
Publication date: 2010-08-25
Anticipated expiration: 2019-12-14
Also published as: EP1153273A1; AU2051900A; KR100609802B1; JP2003502619A; EP1153273A4; WO2000040934A1; EP1153273B1; BR9915696A; KR20010100014A; ATE511083T1; US6262407B1

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は透明な材料の表面上の水分を検出するための光学的水分センサに関し、更に詳しくは異なる透過率を有する、異なった透明な物質と共に用いるための水分センサの自己調整のためのサーボ回路に関する。
【０００２】
（背景技術）
ガラス若しくはプレキシグラスのような透明な物質表面での水分の集積は、該物質を介した人間の視界を妨げる。自動車には、フロントガラスの外部表面、少なくとも運転者の視界範囲、また一般的にはより広範囲に渡り、フロントガラスを介した運転者の視界を広げるように、水分を取り去る目的で電動のフロントガラスワイパーが長い間装備されてきた。
【０００３】
今日の殆どの乗り物に於いて、フロントガラスワイパーシステムは多重位置（multi-position）スイッチ若しくは可変速スイッチを有する。可変速スイッチは、もし際限なく変化しなくとも、運転者に対して状況に応じた広い範囲のスピードを選択させうる。ワイパーの制御装置は手動で操作され典型的には遅延機能を有する。それによってワイパーは選択された時間の遅延間隔で断続的に動作する。
【０００４】
水分が窓の表面に付着するとき自動的にワイパーモータを活動化させるべく、車の窓の１つにマウントされた水分センサを含むワイパー制御システムが近年開発されてきた。水分センサを有するワイパー制御システムは、水分が取り除かれようとするリアウインド若しくはその他のガラス表面にマウントされても良いが、最も典型的にはフロントガラスにマウントされる。そのようなワイパー制御システムは、ドライビングの状況変化に応じてワイパーのスピードを調整する不自由さからドライバーを開放する。
【０００５】
ワイパー制御システムは自動車が遭遇する水分状況の感知を目的とし、伝導性センサ、容量性センサ、圧電センサ、及び光学センサを含む複数の異なった技術を用いてきた。光学式センサは次の原理に従って動作する。即ち光のビームがフロントガラスの外部表面に於ける水分の存在によってその通常の経路より錯乱され変更されるという原理である。光学センサを採用するシステムは、次の特異的な利点を有する。即ち光路上の障害を感知する手段が、ドライバーによって観測される現象と直接的に関係しているということである。（即ち、ドライバーの視界に影響を与える光路上の障害）McCumber等は、窓ガラスの外部表面の水の被着の存在に応じてワイパーブレードの掃き取り（sweep）を開始させる光学水分センサに関して明らかにしている（米国特許番号第4,620,141号）。
【０００６】
典型的な光学水分センサでは、エミッタよりもたらされる光の信号は、車の窓ガラスに対して約４５度の角度で向けられる。光の信号はその時窓ガラスの外部表面で約４５度の角度で反射され、反射された信号はディテクタへと向かう。フロントガラスの表面に於ける水分の存在は、フロントガラスの外部表面に於ける光の信号の反射に影響を与え、反射されたシグナルが低い振幅を有するという結果を生じる。ディテクタは反射された信号をレシーブし、反射されたエミッタ信号の振幅に於ける変化を示す出力信号を提供する。ディテクタ出力信号は水分センサによって電子的に処理され、水分センサは窓ガラスのワイパーをいつ作動させるかを決定する。
【０００７】
特に自動車に於いてこのように用いられる水分センサは、典型的には電子の構成要素の電気的な値に影響を与え得るような、広範囲の温度条件下で動作する。加えて、電気的な値は電磁要素の寿命（electronic components age）によって変化し得る。電気的要素の値に於けるこれらの変化は、エミッタ信号の強度に影響を与え得る。そのことはディテクタの出力を変化させ、また最終的に水分センサの性能に影響を与える。水分センサが構成要素の値に於けるこれらの変化を補正し、また望ましい仕様で作動し続けることが願わしい。
【０００８】
加えて、水分センサは異なったガラス透過率を有する、異なった自動車に於いて用いられ得る。ガラスの透過率は、ガラスを通過し得る光の量を決定する。それ故、ガラスの透過率はディテクタへと到達する反射されたエミッタ信号の強度に影響を与える。例えばLibbey-Owens-Ford Co.よりEZ-KOOLの商標で市販されているフロントガラスのような最新のソーラー制御フロントガラスは、大量の赤外線を吸収し、多くの光学式水分センサは反射されたエミッタ信号の強度を激しく減少させられる。ガラスの透過率に関係ない所定の振幅を有する反射信号を成し遂げるために、ガラスの透過率に応じてエミッタ信号の強度を調整することが望ましい。
【０００９】
水分センサのための自動強度制御の提供が知られている（Mangler等米国特許第5,436,541号）。Teder（米国特許第5,059,877号）は、アナログリニアサーボを用いる自動強度制御回路を教授している。Tederの米国特許第5,059,877号は、ディテクタ出力信号の振幅がしきい値信号に匹敵するべくエミッタ信号の強度を調節するための、アナログ積分装置の使用について教授している。回路はリニアな回路であり、またエミッタ信号の強度はディテクタ出力信号としきい値の振幅の違いに比例する量で変化する。
【００１０】
アナログ自動強度制御は、Mangler等によって米国特許第5,436,541号に於いて考察されている。前記アナログ回路は十分に働いているが、より安価でデジタル制御をより効果的に適用し得るような自動強度制御回路を提供することが望ましい。
【００１１】
Hasch等は（米国特許第5,225,669号）、水分センサのための自動強度制御装置を実現するために、デジタル構成要素を用いる方法を教授している。Haschの装置は、目標となる範囲内でディテクタ出力信号の振幅を保つことを試みている。目標となる範囲には、第一のコンパレータによって定義される上限のしきい値、及び第二のコンパレータによって定義される下限のしきい値が含まれる。エミッタ信号の強度は、ディテクタ出力信号の振幅が目標とする範囲外へ落ちた時に変化する。ディテクタ出力信号の振幅が目標とする範囲内に保たれる時、エミッタ信号の強度は変化しない。Haschによって実践されたように、自動強度制御装置は２つの別個のしきい値を確立するための電気的な構成要素を要求する。更に前記システムは、ディテクタの出力電流がそれを単一の正確な値に維持するより、寧ろ規定された範囲内の何れかに落ちることを許可する。このことはセンサ鋭敏度の変化の可能性を提供する。水分センサの鋭敏度を改善しながらも、自動強度制御装置を実現に必要な構成要素を減少させることが望ましい。
【００１２】
（発明の開示）
透明な物質表面で水分を感知する水分センサの使用の為の自動強度制御装置であって、水分センサは透明な材料の前記表面に於ける水分の存在によって影響を受けるエミッタ信号を生成するための一つ若しくは複数のエミッタと、前記エミッタ信号をレシーブし、前記水分の存在を決定するための水分感知回路を接続された一つ若しくは複数のディテクタとを有する。前記自動強度制御装置は、異なる透過率及び電気的要素に於ける変化を有する透明な材料を適応させるためにエミッタ信号の強度を調整する。自動強度制御ユニットはディテクタによりレシーブされたエミッタ信号の強度と所定の基準信号の強度とを比較するためのコンパレータ、及びカウンタ出力を生成するためにコンパレータと接続されたカウンタとを有する。カウンタ出力の値は好適には所定のレンジに渡りリニアに変化する。
【００１３】
自動強度制御装置はまた、エミッタ信号の強度を制御するためのカウンタと接続されたエミッタ強度制御信号発生器を有する。エミッタ強度制御信号は、ディテクタによってレシーブされたエミッタ信号の強度が所定の基準信号と比較して小さい場合エミッタ信号の強度を増加させ、ディテクタによってレシーブされたエミッタ信号の強度が所定の基準信号と比較して大きい場合エミッタ信号の強度を減少させる。その様な方法で動作することで、制御装置はエミッタ信号の強度をコンスタントに再調整し、それによりレシーブされた強度が所望のレベルのちょうど越える若しくは下回るようにする。設定値を維持する部分での結果的な正確さは、水分センサが異なる条件下でも堅実に機能することを許可する。
【００１４】
自動強度制御装置はまた、エミッタ信号の強度を決定する量でエミッタへと出力を供給するために、エミッタ強度制御信号発生器と接続されたエミッタドライバを有する。エミッタドライバはエミッタへと提供される出力の量が各々指数関数的に増加若しくは減少することによって、直線的に増加若しくは減少するエミッタ強度制御信号に応答する。このような指数関数的反応は、前記システムが広範囲に渡り安定性と精度を持って機能することを許可する。
【００１５】
（発明を実施するための最良の形態）
添付の図面に例示された具体的な装置及びプロセス、並びに以下の詳細な説明は、本請求の範囲で規定された発明の概念の単なる典型的な実施例である。従って、本請求の範囲で規定されていない限り、ここに開示する実施例の具体的な寸法及び他の物理的特性に制限されるものではない。
【００１６】
図１を参照すると、オプトエレクトロニクス水分センサが１０に示されている。水分センサは、カップラー１２と、電子部品１６を取付けるための回路基板１４と、及び前記回路基板１４を密閉するためにカップラー１２に取り付け可能なセンサハウジング１８とを有する。
【００１７】
カップラー１２は、透明な材料２０の第一の表面に固定され、その反対側の第二の表面に付着した水分２２を光学的に検出する。透明な材料２０は、自動車のフロントガラス若しくは凍結器のドアなどのガラスが好ましいが、水分ディテクタは、プレキシグラス、プラスチック、若しくはその他の透明な透明な材料の表面の水分を検出することもできる。
【００１８】
カップラー１２は、カップラーより突き出たコリメート部２６を有するコリメータ２４を含み、コリメートレンズ２８はコリメート部２６に隣接する。コリメートレンズ２８は、ガラス２０の内側表面に対して４５度の角度で、コリメート部２６を通過する光軸３０を有する。カップラー１２は更にカップラーから突き出た収束部３４を有する収束部３２を含み、収束レンズ３６は収束部３４に隣接する。収束レンズ３６は、ガラスの内側表面に対して４５度の角度で、収束部３４を通過する光軸３８を有する。
【００１９】
信号エミッタ４０は、信号４２を放射するためにコリメータ２４に近接して回路基板１４に配置される。信号エミッタ４０には、オプトエレクトロニクスデバイスが好ましいが、その他の好適な信号エミッタを用いることもできる。放射された信号４２には、赤外光である赤外線信号が好ましいが、他の好適な信号を用いることもできる。ディテクタ４４には、フォトダイオードが好ましいが、エミッタ信号４２を受信するために他の好適なディテクタを用いることもできる。
【００２０】
水分センサの動作中に、エミッタ４０から赤外線信号４２が放射され、この赤外線信号４２はコリメータ２６のコリメートレンズ２８を通過する。この放射された信号４２はコリメート光にコリメートされ、光軸３０に沿って、ガラス２０の内側表面に対して４５度の角度で進む。このコリメートされた信号４２は、ガラス２０の外側表面の水分の存在を検出する検出領域２３に衝当する。コリメートされた信号４２或いはその少なくとも一部が、ガラス２０でそのガラスに対して４５度の角度で反射され、収束部３４に進む。この収束部３６は、反射された信号４２をディテクタ４４に収束させる。水分２２が検出領域２３のフロントガラスに付着すると、コリメートされた光束４２のある部分のみが収束部３４に反射され、ディテクタ４４は検出された光の量に対応する信号を生成する。水分検出回路１６はディテクタ信号を受信し、信号の変化を水分の存在と解釈し、それに合わせてワイパを制御する。一つのエミッタ４０及び１つのディテクタ４４が図示されているが、好ましくは複数のエミッタ４０及び複数のディテクタ４４を用いる。また、このディテクタは２つ以上のエミッタからの放射信号を受信することができる。
【００２１】
水分センサの光学部分の動作及びワイパ制御装置とのインターフェイスについての詳細は、米国特許第4,620,141号、第5,059,877号、第5,239,244号、第5,568,027号及び１９９７年１０月１６日に出願された米国特許08/951,922を参照されたい。本発明の目的の説明及び図面を完全にするためにこのような詳細が必要であり、引用することをもって本明細書の一部とする。
【００２２】
上記した水分センサは、オプトエレクトロニクス水分センサであるが、透明材料の表面の水分の存在を検出するためのディテクタによって受信された放射信号の強度が、その透明材料の特性によって変化する任意の好適な水分センサを用いてもよい。
【００２３】
図２を参照すると、水分センサに用いられる自動強度制御装置のブロック図５０が例示されている。水分センサの一組のエミッタ４０が、エミッタ信号４２を介して一組の水分センサディテクタ４４に通じ、上記したようにガラス表面の水分を検出する。エミッタドライバ５６が、エミッタ４０に接続され、エミッタに動力を供給する。エミッタに供給される電力の大きさは、エミッタ信号４２の振幅或いは強さによって決まる。以下に示す好適な実施例では、エミッタドライバ５６が、エミッタ４０に電流を供給する電流源であり、エミッタドライバ５６によって供給される電流の量によって、エミッタ信号４２の強さが決まる。
【００２４】
ディテクタ４４は、上記したようにエミッタと接続され、放射された信号４２の少なくとも一部を受信する。ディテクタ４４はエミッタ信号４２に応答して、受信したエミッタ信号の強さを表すディテクタ信号を出力する。好適な実施例では、このディテクタ４４は、エミッタ信号４２を受信すると、電流が流れるフォトダイオードである。ディテクタによって受信されるエミッタ信号４２の強さによって、フォトダイオードを流れる電流の量が決まる。ディテクタ信号はまた、水分センサ信号処理回路５７に送信され、そこでディテクタ信号が処理されてガラス表面の水分の量が決定される。
【００２５】
自動強度制御装置５０は、ディテクタ信号を処理するデジタルマイクロマイクロコンピュータ５８を含む。ディテクタ信号検出回路６０は、ディテクタ信号を検出するためにディテクタ４４に接続される。このディテクタ信号検出回路６０は、当分野で周知のアナログ-デジタル変換器が好ましい。このアナログ-デジタル変換器は、好ましくはマイクロコンピュータ５８によって実現され、従来の方法でアナログディテクタ信号の振幅或いは強さを表すデジタル信号を生成する。好適な実施例では、アナログ-デジタル変換器は、フォトダイオード４４を流れる電流の量を表すデジタル信号を生成する。別法では、このディテクタ信号検出回路に、ディテクタ信号を検出してディテクタ信号の振幅を表すデジタル信号を更なる処理のためにマイクロコンピュータ５８に供給する任意の既知の回路を用いてもよい。このディテクタ検出回路は、マイクロコンピュータ５８或いはスタンドアロン回路（図示せず）によって実現することが可能である。
【００２６】
ディテクタ信号検出回路６０を含むアナログ-デジタル変換器においては、図２に示すように直列に接続された複数のディテクタ４４からなる回路の両端にそれぞれディテクタ信号検出回路６０が接続され、一方のデジタル出力は、加算器６２の非反転（正相）入力側に、他方のデジタル出力は、加算器６２の反転（逆相）入力側に接続される。この加算器６２は、マイクロコンピュータ５８のソフトウェアによって周知の方法で実現される既知のデジタル加算器が好ましい。これによって、この加算器６２は、両方のディテクタ信号検出回路６０によって検出されるディテクタ信号の正負の振幅の合計を表すデジタル信号を生成し、加算器出力６２aで出力する。
【００２７】
この加算器出力６２aは、コンパレータ６４の入力に接続される。所定の基準レベルを有する基準信号６６も、コンパレータ６４の入力に接続される。コンパレータ６４は、好ましくは周知の方法でマイクロコンピュータ５８によってデジタル方式で実現される。このコンパレータ出力６４aは、アップ/ダウン・カウンタ６８に接続される。このアップ/ダウン・カウンタ６８は、好ましくは周知の方法でマイクロコンピュータの中で具現される。このアップ/ダウン・カウンタ６８は、好ましくはマイクロコンピュータ５８によって生成される規則的に振動するクロックパルス７０によってクロックされる。このアップ/ダウン・カウンタ６８は、０から上限の値（好ましくは１２８）の範囲でカウントするが、任意の好適な上限値を用いてもよい。アップ/ダウン・カウンタ６８による数値の出力は、マイクロコンピュータ５８のレジスタ７２にストアされる。
【００２８】
マイクロコンピュータ５８は、エミッタドライバ５６に強度制御信号を供給するエミッタ強度制御装置７４に接続される。この強度制御信号によって、エミッタ信号４２の強さが決まる。エミッタ強度制御装置７４によって、エミッタドライバ５６に制御電圧が供給されるのが好ましい。制御電圧によって、エミッタ信号４２の強さが制御されるのが好ましい。別法では、エミッタ強度制御装置７４によって、周知の方法でエミッタ信号４２の強さを調節するために、別の任意の好適な信号がエミッタドライバ５６に供給されても良い。
【００２９】
図３を参照すると、エミッタ強度制御装置７４及びエミッタドライバ回路５６の模式的な回路が例示されている。マイクロコンピュータ５８は、抵抗１０２に接続された第１のデジタル入出力ドライバすなわちI/Oピン５８３を含み、抵抗は接地されているコンデンサ１０４に接続される。抵抗１０２とコンデンサとのノード１０５は、ゲート型スイッチ１０６の入力１０６aに接続される。
【００３０】
マイクロコンピュータ５８は、規則的に振動するクロックパルスをゲート型スイッチ１０６のゲート入力１０６bに送信する第２のI/Oピン５８４を含む。比較的高い抵抗を有する抵抗１１０は、スイッチ１０６bの出力とグランドとの間に接続される。このスイッチの出力はまた、制御電圧をエミッタドライバ５６に供給するべく該エミッタドライバ５６の入力に接続される。
【００３１】
エミッタ強度制御装置７４は、エミッタ信号４２の強度を決定するために、好ましくは制御電圧であるエミッタ強度制御信号をエミッタドライバに供給する。エミッタ強度制御信号の電圧の大きさは、アップ/ダウン・カウンタ６８による出力の数値によって決まる。この数値（以降LED_LEVELと呼ぶ）はレジスタ７２にストアさる。上記したように、このLED_LEVELの値は０から１２８の範囲である。このLED_LEVELの値は、LED_LEVELとしてレジスタにストアされる新しい数値が決まるまで、すなわちカウンタの出力が変わるまでレジスタ７２にストアされる。
【００３２】
第１のI/Oピン５８３は、そこに５Vの電圧がかかる「ハイ」状態、接地電圧或いは０Vがかかる「ロー」状態、及び高インピーダンス状態即ち実質的に開いた状態であるトライステートの３状態の内の一つである。
【００３３】
マイクロコンピュータ５８によってゲート型スイッチ１０６がクロックされるときに起こる制御電圧の周期的な調節と調節との間の時間は、第１のI/Oポート５８３がトライステートモードである。この時、コンデンサ１０４の電圧は変化しない。ゲートパルスの直前に、第１のI/Oポート５８３がマイクロコンピュータ５８のソフトウェアによって「ロー」状態に変えられる。第１のI/Oポート５８３は、LED_LEVELの値によって決まる第１の時間間隔の間「ロー」状態に維持される。好ましくは第１のI/Oポート５８３は、（１２８−LED_LEVEL）マイクロ秒の間、「ロー」状態に維持される。第１のI/Oポート５８３が「ロー」状態に維持されている間、コンデンサ１０４が多少放電される。その直後に第１のI/Oポート５８３は、マイクロコンピュータのソフトウェアによって、LED_LEVELマイクロ秒の第２の時間間隔の間、「ハイ」状態に維持される。第２の間隔の間、コンデンサ１０４は多少充電される。抵抗１０２及びコンデンサ１０４によって決まる時定数は、１２８マイクロセカンドより著しく大きいため、１０２と１０４との組み合わせＲＣによって、第１及び第２の時間間隔の間に達する電圧が平均化される。
計算式で表すと、
制御電圧＝5V×（LED_LEVEL/128）
LED_LEVELが０から１２８の範囲であり、スイッチ１０６の入力の制御電圧は、０から5Vの範囲である。上記の計算はマイクロコンピュータ５８によって実行される。
【００３４】
次に、パルスゲート信号が１０６bに送られスイッチ１０６が閉の時、ゲート型スイッチ１０６によって、コンデンサ１０４にかかる直流制御電圧が抵抗１１０にかかる電圧パルスに変換される。抵抗１１０の抵抗が大きいため、スイッチ１０６が開の時は、エミッタ強度制御装置に大きな負荷は表れない。エミッタ強度制御装置７４は、マイクロコンピュータ５８、ソフトウェア及びわずかな電子部品を用いてコストをかけずに具現することが出来る。別法では、エミッタ強度制御装置７４は、デジタル-アナログ変換器、パルス幅変調器、またはエミッタドライバに所定の制御電圧を供給する任意の方法で具現することが出来る。
【００３５】
エミッタドライバ５６は、ベースがゲート型スイッチ１０６の出力に接続された第１のトランジスタQ1を含む。Q1のコレクタは、電源１１２に接続され、エミッタは第２のトランジスタQ2のベースに接続される。Q2のコレクタは、電源１１２に接続された信号エミッタ５２に直列に接続される。
【００３６】
負荷網（load network）１１３は、Q2のエミッタに接続される。負荷網１１３には、Q2のエミッタ及び第１のノード１１５に接続されたダイオード１１４が含まれる。第２のダイオード１１６は、第１のノード１１５と第２のノード１１７との間に接続される。抵抗１１８は、第１のノード１１５と第２のノード１１７との間に第２のダイオード１１６と並列に接続される。抵抗１２０は、第２のトランジスタQ2のエミッタ及び第２のノード１１７に接続される。３つの抵抗１２２、１２４及び１２６から成る一群の抵抗が、第２のノード１１７とグランドとの間に接続される。３つの抵抗１２２、１２４及び１２６のそれぞれの値は、１０Ωである。
【００３７】
トランジスタQ1は単位利得電圧フォロア、トランジスタQ2は電圧-電流変換器の役割を果たす。抵抗１１０にかかるゲート制御スイッチ出力１０６cにおける電圧がQ2のエミッタにかかる。従ってQ1及びQ2の構成によって、エミッタ強度制御装置電圧が負荷網にかかる。
【００３８】
Q2の電流利得即ちβが高いために、Q2のベースに流れる電流は実質的に０になり、負荷網１１３を流れる電流は、水分センサエミッタ４０及びQ2のコレクタを流れる。従って、負荷網１１３の特性によって、電圧-電流変換器の伝達関数が決まる。エミッタドライバ５６にかかる制御電圧の大きさ及び電圧から電流への伝達関数によって、エミッタ４０に流れる電流の量即ちエミッタ信号４２の強さが決まる。
【００３９】
第１のダイオード１１４のカットイン電圧（cut-in voltage）より制御電圧の値が小さいため、ダイオードに流れる電流は小さく、負荷網の有効抵抗は、第２の抵抗器１２０の値に前記した並列な抵抗１２２、１２４及び１２６の組合わせを加えた値、即ち約５０Ωである。電圧-電流変換器の電圧から電流への伝達関数は、これらの低い入力電圧の場合、約（1/50）A/Vの傾きとなる。
【００４０】
第１のダイオード１１４のカットイン電圧を越えるやや高い入力電圧の場合でも、第２のダイオード１１６のカットイン電圧には達しない。従って、たとえそれが開路であっても、第２のダイオード１１６にはほとんど電流が流れない。従って、伝達関数の傾きは抵抗１１８及び１２０によって決まり、（1/15）A/Vの値よりやや大きい。入力電圧が大きくなるとダイオード１１４及び１１６の双方が導通し、抵抗の並列組み合わせによって傾きが（1/3.3）A/Vよりも大きくなる。それぞれのダイオードが、入力電圧が上昇すると徐々に導通し始め、ブレークポイント間の移行をスムーズにする。電圧-電流変換器の電圧から電流への伝達関数の傾きは、入力電圧の上昇と共に指数関数的に増大する。
【００４１】
このように構成されているため、エミッタドライバ５６は、エミッタ強度制御信号に対して指数関数的に応答する。エミッタ強度制御信号が線形で増大すると、エミッタ信号４２の強さが指数関数的に増大し、エミッタ強度制御信号が線形で小さくなると、エミッタ信号の強度が指数関数的に小さくなる。エミッタ強度制御信号に対するエミッタドライバ５６の指数関数的な応答によって、自動強度制御回路１０の応答時間が短縮される。
【００４２】
更に、自動強度制御回路の指数関数的な応答によって、装置が広範なダイナミックレンジを有することが可能となる。これは、赤外線吸ガラス上の降雨センサが一定に動作するために、透明なガラス上のセンサの５０倍を超えて変化する広範な値の出力（ここではエミッタドライバに供給される電流によって決まる）が、エミッタ４０に供給されなければならないために重要である。太陽光調節ガラスに必要な高い電流パルス(0.5A)の生成が可能な装置は、透明なガラスに必要な小さな電流パルス(約8mA)の生成が困難である。従って、通常の制御装置には、ノイズ、安定性及び量子化の問題が生じ得る。電流源は指数関数的に変化するが、カウンタ値が１ビット変化すると、動作範囲全体に亘って、概ね同じ百分率で電流パルスの大きさが変化する。本発明のサーボは、自動車のフロントガラスに用いられる様々な透過率のガラスにおいて適切に機能することが分かった。
【００４３】
図２及び図４を参照すると、自動強度制御装置５０の動作が示されている。水分センサ１０に電源投入時に、基準LED_LEVELの値がマイクロコンピュータ５８によって選択される。エミッタ強度制御信号発生器７４が、図４の上部のグラフに示される基準初期エミッタ強度制御信号電圧２００をエミッタドライバ５６に供給する。この例では、水分センサ１０は、上記した車両のフロントガラスに用いられる赤外線吸収太陽光調節ガラスに使用される。エミッタドライバ５６は、上記したようにクロックされると、初期制御電圧がかりエミッタ信号４２を生成する。しかしながら、弱い初期エミッタ信号４２のほとんどはガラスによって吸収される。フォトダイオード・ディテクタ４４は、上記したように検出電流を生成する反射されたミッタ信号を受信する。
【００４４】
マイクロコンピュータはまた、フォトダイオード上の光の零入力値を読むために、エミッタドライバ電流パルスが存在しない時に各ダイオードの２回目の検出電流値を読む。ディテクタ信号から光の値を線形に減じて得られた信号が、受信したエミッタ信号の大きさを表す。得られたディテクタ信号は、上記したディテクタ検出回路６０によってデジタル化される。デジタル化信号は、デジタル加算器６２によって正負の振幅が合計される。
【００４５】
合計されたフォトダイオードディテクタ電流のデジタル信号は、コンパレータの入力６６に供給される所定の基準レベルと比較される。基準レベル６６の大きさは、水分センサの効率を最適化するために、ディテクタ信号の理想的な大きさと等しく設定する。コンパレータ６４の合計されたディテクタ信号が基準信号より低い場合は、コンパレータ６４の出力が「低」となる。コンパレータの「低」信号は、アップ/ダウン・カウンタ６８によって受信される。カウンタ６８がマイクロコンピュータ７０によってクロックされると、入力信号「低」によって、カウンタ６８が数値を加算する。
【００４６】
上記した方法で、エミッタ強度制御信号電圧が高められ、それによってエミッタドライバ電流も大きくなる。それぞれのクロックパルスで制御電圧２００が線形に上昇し、エミッタドライバ電流が指数関数的に上昇するため、エミッタ信号４２の強さも指数関数的に増大する。T_１の直後に、合計された検出電流２０２が基準レベル６６を越えるため、コンパレータ６４が「高」出力を生成する。カウンタ６８に「高」出力が供給されるため、次のクロックパルス７０でカウンタの数値が減算される。LED_LEVELの値の低下によって、エミッタ強度制御電圧２００が低下し、エミッタドライバ電流が小さくなる。従って、エミッタ信号４２の強さが小さくなり、検出電流２０２が基準レベル６６より低くなるために、次にエミッタ信号の強さが大きくなる。受信するエミッタ信号は、時間T₂で終了するパワーアップ時間の後、基準レベルに対して上下に変動し続ける。
【００４７】
パワーアップ時に、マイクロコンピュータは、エミッタの強さが安定した状態となるように、短い間カウンタに頻繁にクロックパルスを送る。その後は、例えば１０秒毎にカウンタにクロックパルスを送るようになり、エミッタドライバに供給される自動強度制御信号は１０秒毎に１レベル変化する。
【００４８】
自動強度制御信号がレベルを変える度に、水分センサの水分検出回路が、ディテクタ信号の変化を増大させるため、水分の検出と混同する恐れがある。これを防止するために、自動強度制御装置は、水分検出回路にブランキング信号を送信するブランキング信号発生器（図２の５９）を含む。水分検出回路は、ブランキング信号を受信している時は、エミッタ信号の変化による誤った水分の検出を防止するべくディテクタ信号情報を無視する。ブランキング信号は、スタートアップ時にも送信され、ディテクタ信号が基準レベルに達するまで送信される。その後は、カウンタがコンパレータ出力信号を受信するべくクロックされると、ブランキング信号が短い時間（例えば１秒）送信される。即ち、自動強度制御回路は、誤った水分検出情報を生成しないように水分検出回路からの信号が断たれる。
【００４９】
制御電圧は、約１秒のパワーアップ時間の間に速やかに好適な電流の範囲に到達する。その後は、光学系の効率の変化が適度であり、例えば、ガラスの赤外線透過率が変動しない。従って、パワーアップの後、マイクロコンピュータは、１０秒に一度のみカウンタをクロックする。従って、通常の動作では、サーボによって１０秒に１回のみの調節が可能となる。マイクロコンピュータのソフトウェアは、受信する強度の変化を雨と検出する可能性があるため、サーボ調節時の短い時間全ての雨のデータを無視する。
【００５０】
雨センサの自動強度制御装置は、従来の線形の制御装置ではなく、連続して誤差信号を生成しない。そして、制御信号は２つの状態のみであり、エミッタドライバ５６の出力を大きくするか小さくするのみである。従って、この方法では、適切なレベルが存在しないため、水分制御装置５０は、エミッタ信号４２の強さの変更を続ける。その代わり、自動強度制御装置はエミッタを常に調節し、理想的なレベルの一つ上と一つ下との間を行き来する。この方法では、受信信号の強さが常に理想の値に極めて近い。実際のエミッタ強度と基準レベル６６によって示される理想的なエミッタ強度との間には、常に一定の誤差が存在するが、この誤差は極めて小さいため、雨センサにとって不都合とはならない。
【００５１】
パワーアップ時にマイクロコンピュータが頻繁にカウンタをクロックするため、短時間でシステムがパワーアップされ安定化する。パワーアップが終了すると、自動強度制御装置による調節が頻繁でないため、その間、雨や太陽光の信号を受信しない。このように動作が変更されたため、開始時及び安定時にそれぞれ妥協応答時間を選択しなければならない従来の制御装置より有利である。
【００５２】
本発明は、部品をほとんど使用しないため低コストで済む。それでもなお、受信強度は理想レベルに極めて近い。このため、水分センサは様々な適用例でも一貫して動作し、適用する装置による動作の差が極めて少ない。短時間でパワーアップして安定状態に入るため、センサ装置の水分検出回路への悪影響がない。更に、エミッタドライバの指数関数的な特性から、この装置は、すべての車両用フロントガラスにおいて極めて正確かつ安定的に動作する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるフロントガラス内部表面にマウントされた水分センサの透視図である。
【図２】本発明による図１の水分センサに用いる自動強度装置のブロック図である。
【図３】本発明による図２の自動強度制御装置の略図である。
【図４】本発明によるエミッタ強度制御電圧、ディテクタ電流、及びブランキングパルスの時間依存を示したグラフである。

Claims

透明な材料の表面上の水分の存在によって影響を受ける１つ若しくは複数のエミッタ信号を生成するための１つ若しくは複数の信号エミッタ、及び前記１つ若しくは複数のエミッタ信号を受信するための１つ若しくは複数のディテクタを有し、また前記水分の存在量を決定するための水分感知回路と接続された水分センサにおける水分の誤検出を防止するための、水分センサ用の自動強度制御装置であって、前記自動強度制御装置が、
前記１つ若しくは複数のディテクタによってレシーブされた前記１つ若しくは複数のエミッタ信号の強度と所定の基準信号の強度を比較するための前記１つ若しくは複数のディテクタと接続されたコンパレータと、
クロック信号を受け取ったとき、前記１つ若しくは複数のディテクタによってレシーブされた前記１つ若しくは複数のエミッタ信号の強度が前記基準信号と比較して小さい場合１段階増加し、前記１つ若しくは複数のディテクタによってレシーブされた前記１つ若しくは複数のエミッタ信号の強度が前記基準信号と比較して大きい場合１段階減少する、前記コンパレータと接続されたカウンタ出力を有するカウンタと、
前記１つ若しくは複数のエミッタ信号の強度を決定する量で前記１つ若しくは複数のエミッタへ出力を供給するための、１つ若しくは複数のエミッタと接続されたエミッタドライバと、
前記カウンタ出力が増加した場合前記１つ若しくは複数のエミッタ信号の強度を非線形に増加させ、前記カウンタ出力が減少した場合前記１つ若しくは複数のエミッタ信号の強度を非線形に減少させるためのエミッタ強度制御信号を提供することにより、所望のレベルを所定の大きさだけ超える前記一つ若しくは複数のエミッタ信号の強度と、所望のレベルより所定の大きさだけ小さい前記一つ若しくは複数のエミッタ信号の強度との間を連続して交替させる、前記エミッタドライバへと接続されたエミッタ強度制御信号発生器とを有し、
前記エミッタドライバが、前記エミッタ強度制御信号に於ける線形の増加に伴って、前記エミッタ強度を指数関数的に増加させ、前記エミッタ制御信号に於ける線形の減少に伴って、前記エミッタ強度を指数関数的に減少させ、
ることを特徴とする制御装置。
前記エミッタ強度制御信号発生器が、前記１つ若しくは複数のエミッタ信号の強度を増加させる目的で直線的に増加する電圧、及び前記１つ若しくは複数のエミッタ信号の前記強度を減少させる目的で直線的に減少する電圧を提供することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
前記エミッタ強度制御信号発生器がデジタル出力手段及びフィルタ手段とを有することを特徴とする請求項２に記載の制御装置。
前記フィルタ手段が抵抗値及び静電容量値を有するRC回路を含むことを特徴とする請求項３に記載の制御装置。
前記エミッタドライバが前記１つ若しくは複数のエミッタへ電流を提供し、前記電流の量が前記１つ若しくは複数のエミッタ信号の前記強度を決定することを特徴とする請求項４に記載の制御装置。
前記エミッタドライバが前記１つ若しくは複数のエミッタへ前記電流を提供する目的で電圧制御電流源を有することを特徴とする請求項５に記載の制御装置。
前記エミッタドライバ電圧制御電流源が、所定のエミッタ強度制御信号電圧のために前記エミッタへと提供された前記電流の量を決定するべくロード抵抗を有し、前記ロード抵抗が前記エミッタ強度制御信号電圧への直線的な変化に応じて指数関数的に変化し、前記エミッタへと提供される前記電流の量の指数関数的な変化に影響を与えることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
更に、前記水分感知回路に前記ディテクタ信号の情報を無視させるために前記水分感知回路へブランキング信号を提供する目的でブランキング信号発生器を有し、それによって変更されたエミッタ信号に伴って形成される水分の誤った検出を防ぐ請求項１に記載の制御装置。
透明な材料の表面に於ける水分の存在量を検出しそれに続いて水分除去システムの動作を制御するための水分センサであって、
前記水分センサが、
透明な材料の表面上の水分の存在によって影響を受ける１つ若しくは複数のエミッタ信号を生成するための１つ若しくは複数の信号エミッタと、
前記１つ若しくは複数のエミッタ信号を受信するための１つ若しくは複数のディテクタと、
水分の誤検出を防止するために信号強度を自動的に制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、
前記１つ若しくは複数のディテクタによってレシーブされた前記１つ若しくは複数のエミッタ信号の強度と所定の基準信号の強度を比較するための前記１つ若しくは複数のディテクタと接続されたコンパレータと、
クロック信号を受け取ったとき、前記１つ若しくは複数のディテクタによってレシーブされた前記１つ若しくは複数のエミッタ信号の強度が前記基準信号と比較して小さい場合１段階増加し、前記１つ若しくは複数のディテクタによってレシーブされた前記１つ若しくは複数のエミッタ信号の強度が前記基準信号と比較して大きい場合１段階減少する、前記コンパレータと接続されたカウンタ出力を有するカウンタと、
前記１つ若しくは複数のエミッタ信号の強度を決定する量で、前記１つ若しくは複数のエミッタへ出力を提供するための１つ若しくは複数のエミッタと接続されたエミッタドライバと、
前記カウンタ出力が増加する時前記１つ若しくは複数のエミッタ信号の強度を非線形に増加させ、前記カウンタ出力が減少する時前記１つ若しくは複数のエミッタ信号の強度を非線形に減少させることによって、所望のレベルを所定の大きさだけ超える前記一つ若しくは複数のエミッタ信号の強度と、所望のレベルより所定の大きさだけ小さい前記一つ若しくは複数のエミッタ信号の強度とを連続して交替させる、前記エミッタドライバへと接続されたエミッタ強度制御信号発生器とを有し、
前記エミッタドライバが、前記エミッタ強度制御信号に於ける線形の増加に伴って、前記エミッタ強度を指数関数的に増加させ、前記エミッタ制御信号に於ける線形の減少に伴って、前記エミッタ強度を指数関数的に減少させることを特徴とする水分センサ。
前記エミッタ強度制御信号発生器が、前記１つ若しくは複数のエミッタ信号の強度を増加させる目的で直線的に増加する電圧を、また前記１つ若しくは複数のエミッタ信号の前記強度を減少させる目的で直線的に減少する電圧を提供することを特徴とする請求項９に記載の水分センサ。
前記エミッタ強度制御信号発生器が前記カウンタ出力の前記値によって決定されるエミッタ強度制御信号電圧を提供するためのデジタル出力手段及びフィルタを有することを特徴とする請求項１０に記載の水分センサ。
前記エミッタドライバが前記１つ若しくは複数のエミッタへ電流を提供し、前記電流の量が前記１つ若しくは複数のエミッタ信号の強度を決定することを特徴とする請求項１０に記載の水分センサ。
前記エミッタドライバが前記１つ若しくは複数のエミッタへ前記電流を提供する目的で電圧制御電流源を有することを特徴とする請求項１２に記載の水分センサ。
前記エミッタドライバ電圧制御電流源が、所定のエミッタ強度制御信号電圧のために前記エミッタへと提供された前記電流の量を決定するべくロード抵抗を有し、前記ロード抵抗が前記エミッタ強度制御信号電圧への変化に応じて変化することを特徴とする請求項１３に記載の水分センサ。
更に前記水分の存在を決定する１つ若しくは複数のディテクタと接続された水分感知回路と、前記水分感知回路に前記ディテクタ信号の情報を無視させるために前記水分感知回路へブランキング信号を提供する目的でブランキング信号発生器とを有し、それによって変更されたエミッタ信号に伴って形成される水分の誤った検出を防ぐ請求項９に記載の水分センサ。