JP2001515584A - ウインドウの容量性湿気センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 自動車のウインドウ（１０）の内側表面に凝縮された湿気を、本質的にウインドウ（１０）の外側表面への降水に対する感応性(sensitivity)なしに感知するための方法および装置。上記方法は、２つの電極（１２、１３）の間の（主に容量性の）インピーダンスに対する湿気の影響を感知することに基づくものである。上記方法は、特にリアウインドウ（１０）への使用を意図したものであり、その場合、感知電極（１２、１３）が、内側表面に印刷された抵抗性ヒータネットワーク（２０）と一体化されることができるとともに、抵抗性ヒータネットワーク（２０）を自動的に作動させることができる。上記方法は、フロントウインドウ（１０）にも使用することができ、その場合、電気または熱風の曇り除去器の動作を自動化することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 ウインドウの容量性湿気センサ 発明の技術分野および背景技術 本発明は、自動車のウインドウの湿気センサに関するものであり、より詳細に は、自動車のウインドウの内側表面の湿気を感知し、ウインドウヒータを自動的 に作動させるのに特に適した湿気センサに関するものである。 ワイパーの動作を自動化するために、自動車のフロントガラスの湿気センサが 提案されている。そのようなタイプの湿気センサの１つは、フロントガラスと空 気との接触面で反射される光線の内面反射の全体的な変化を感知することにより 雨滴を電気光学的に検出することに基づいている。このタイプの典型的な湿気セ ンサが、米国特許４，８５９，８６７号に記載されている。 フロントガラス表面の湿気を感知する別の方法は、水の比誘電率が、比較的大 きく（約８０）、フロントガラス上に蒸着された１組の導電性電極間の静電容量 に影響を与えることを利用している。この方法に基づいた湿気センサは、フロン トガラスと一体化され、潜在的に、光学式湿気センサより安価であり目立ちにく い。２つのそのような湿気センサが、米国特許４，８０５，０７０号および米国 特許４，８３１，４９３号に記載されている。これらの湿気センサでは、フロン トガラスの外側表面が電極で被覆されているが、その電極は、ワイパーの動きと 空気中を浮遊する粒子との協同作用による摩滅に晒された状態のままとなってい る。 この欠点を克服する試みとして、導電性電極をフロントガラスのガラス層間に 蒸着することが提案されている。このタイプの典型的な湿気センサが、米国特許 ３，８２６，９７９号、米国特許４，７０３，２３７号、米国特許４，８２７， １９８号、米国特許４，６１３，８０２号、および米国特許４，５５４，４９３ 号に記載されている。しかしながら、感知電極を水滴から分離する誘電体ガラス 層は、ガラスの温度効果および機械的応力の結果として生じる寄生信号と比較し て非常に小さくなる程度にまで湿気信号を減少させる。この寄生信号が一定であ れば、一定の差し引きセンサ出力誤差をもたらすであろう。ガラスの比誘電率は 温度依存性であり、それゆえ、例えば種々の差し引き誤差(offset error)が生じ るので、寄生効果はできる限り抑制しなければならない。 従来の容量性湿気センサの更なる欠点は、フロントガラスの両側表面の湿気に 対して感応性を持つ、すなわち、フロントガラスの外側表面の湿気とフロントガ ラスの内側表面の湿気とを区別しないことである。 ウインドウヒータや熱風曇り除去器の動作を自動化するために自動車のウイン ドウの内側表面の湿気を感知する容量性湿気センサが他の出願において考えもさ れなかった理由の１つは、おそらく、従来のフロントガラスの湿気の容量的感知 方法が、フロントガラスの外側表面の湿気を感知するための実現可能な解決策を 提供できなかったという事であろう。この出願では、センサは、フロントガラス での摩滅の心配がなく、しかも、電極をウインドウ層の間に埋設することによっ てセンサの感度を落とす必要がないであろう。 本発明の目的は、自動車のウインドウの内側表面の湿気を感知するのに適した 静電容量型湿気センサを提供することにある。 本発明の他の目的は、ウインドウの抵抗性ヒータネットワークと同じ工程で同 時に取り付けることができる静電容量型湿気センサを提供することにある。 本発明のさらに他の目的は、ウインドウにおける感知されない他方の側（第２ の側）の表面上の湿気の存在に対して非感応性(insensitive)であるウインドウ の容量性湿気センサを提供することにある。 本発明のさらに他の目的は、ウインドウヒータまたは曇り除去器を自動的に作 動させるための容量性湿気センサを提供することにある。 発明の概要 本発明は、ウインドウの外側表面への降水に対して本質的に非感応性である、 ウインドウの内側表面上に感知電極を備える自動車のウインドウの容量性湿気セ ンサを提供するものである。上記センサは、リアウインドウへの使用を意図した ものである。上記感知電極は、ウインドウヒータネットワークと一体化されるこ とができ、制御回路を介して自動的にウインドウヒータネットワークを作動させ ることができる。 本発明の内側表面湿気センサは、フロントガラスのような他のウインドウにも 適用することができ、その場合、熱風または電気的加熱による曇り除去を自動化 することができる。 本発明のセンサは、湿気が検出されるべきウインドウ表面に取り付けられる。 それゆえ、本発明のセンサは、ウインドウ表面に露出されているので、従来のセ ンサのような感応性の問題がなく、湿気信号のレベルは、埋設された電極の場合 より高いオーダーとなる。それゆえ、時間および温度によって変化し応力依存性 であるガラス誘電体を通しての寄生結合(parasitic coupling)は、僅かである。 さらに、高い信号レベルのために、寄生容量の問題がなく、しかも、作動入力エ レクトロニクス、あるいは遮蔽のような他の用心が必要ない。チャージアンプ１ ７は、実質的に運転手の視野を不明瞭化しないであろうウインドウの縁の近くの どこかに配置すると都合が良い。また、信号処理エレクトロニクスの残りをチャ ージアンプ１７と同じ小さいモジュール内に配置していてもよい。 図面の簡単な説明 本明細書では、以下の添付図面を参照しながら、限られた例に基づいて本発明 を説明する。 図１は、典型的な容量性センサの上面図である。 図２は、湿気センサシステムの典型的なブロック図を示す。 図３Ａは、湿気センサの側面図である。 図３Ｂは、保護層を持つ湿気センサの側面図である。 図４は、一体化されたセンサおよびヒータを示す。 好ましい実施形態の詳細な説明 図１は、本発明に係る典型的な湿気センサの概略上面図を示す。湿気センサは 、２つの電極１２および１３を備えている。上記の電極１２は、交流電圧源１５ によって、典型的な周波数１０ｋＨｚで励磁される。上記各電極は、ウインドウ １０上に被覆されている。上記各電極は、真空蒸着された薄いフィルムや、シル クスクリーンによって印刷された厚いフィルムなど、いかなる導電性材料からな っていてもよい。上記の信号電極である電極１３は、上記各電極の幾何(geometr y)と、上記ガラスウインドウ１０および空気を含み、場合によって湿気層をさら に含む上記各電極の周囲の媒体とによって決められる容量的に誘導された電流を 集める。 図２は、湿気センサシステムの典型的なブロック図を示す。発振器１５は、相 補的な２つの交番電圧ＱおよびＱ’を生成する。電圧Ｑは、上記の励磁電極１２ に印加され、電圧Ｑ’は、「乾燥」条件での電極１２と電極１３との間の静電容 量Ｃsensorに見かけ上等しい値を持つ固定キャパシタ１６に印加される。上記各 電極が濡れていると、静電容量Ｃsensorは、水の誘電性のために増加する。実際 には、水は、土壌や塩しぶき(salt spray)などのために純粋でないことがあるた め、上記各電極間のインピーダンスは、抵抗成分を含むことがある。この抵抗成 分は、励磁電圧のＤＣ成分と組み合わされてアンプへの過負荷を引き起こすこと がある。この理由で、電極１３は、結合キャパシタ１４を通して上記アンプの入 力に繋がれている。キャパシタ１６はＣsensorに見かけ上等しいので、チャージ アンプ１７の実質的なアース入力に流れ込む正味の電流は、アンプ出力電圧と同 様に、零である。実際は、製造許容のために、乾燥した状態であっても何らかの 固定出力信号を存在させてもよい。この固定出力信号は、製造時に校正によって 除去してもよい。 湿気センサを条件付ける残りの信号は、次の通りである。 復調器１８は、チャージアンプ１７の交番出力信号を単極性電圧に変換する。 該単極性電圧は、ローパスフィルタ１９によって平滑化され、ＤＣ電圧に変換さ れる。上記復調器の動作は、従来公知のものであり、励磁電源１５と同期してそ の利得を−１から＋１まで切り換えることに基づいている。湿気層の厚さに依存 するローパスフィルタ２０の出力は、論理レベルの出力を生成するために、比較 器２０によって予め設定された閾電圧と比較される。上記の論理レベルの出力は 、ウインドウヒータあるいは霜取り装置システムに対するコマンド信号として用 いてもよい。安定した遷移を保証するために、比較器２０は、特定量のヒステリ シスを含むことが好ましい。センサシステムは、タイマー２１も備えている。そ の目的を以下に説明する。 上記ウインドウの第２の側（外側）の表面の雨滴は有効な側（車に対する内側 ）の表面の湿気と同様に上記センサの静電容量に影響を与えるであろうから、理 論的には、センサは、図１に示されるように、ガラスウインドウ１０の両側表面 の湿気に対して感応性であろう。このような感応性は望ましくないが、その感応 性を制御してわずかに小さくする方法があることが見出された。これは、電極１ ２と電極１３との間の横方向の離間距離ｄが、上記ウインドウの内側表面の湿気 に対する望ましい感応性と、上記ウインドウの外側表面の水に対する望ましくな い感応性との両方に影響を与えるという事に基づいている。上記ウインドウの内 側表面の湿気に対する感応性は、上記各電極間の電界強度に比例、すなわち、図 ３Ａの分図で示すように、ほぼ１／ｄに比例する。上記ウインドウの外側表面の 湿気に対する感応性は、上記各電極からの距離Ｄにおける縁取り(fringing)電界 線に依存し、ほぼｄ／Ｄに比例する。これらの力線の密度は、（誘電体）ガラス の短絡(shunting)効果によってさらに低減される。それゆえ、２つの感度の比は 、Ｄ／ｄ²に比例、すなわちｄの二乗に逆比例する。この比は、Ｄ＝５ｍｍかつ ｄ＝１ｍｍである場合に約１／２０であることが見出された。上記各電極の幅は 、上記ウインドウの感知されない表面の湿気に対する感応性を求める上では比較 的重要性が低い。 他の変形例では、図３Ｂに示すように、上記ウインドウの感知されない表面５ ０の湿気に対する完全な非感応性を与えるために、ラミネートされた自動車ウイ ンドウの積層ガラス５１０の内部ラミネート層５２上に保護電極５１を組み込ん でもよい。 図４は、パターニングされたヒータ部材２０と２つのセンサ電極１２および１ ３とを含む、典型的な一体化されたヒータネットワークおよびセンサを示す。上 記の２つのセンサ電極は、隣接する複数のヒータ配線と平行であり、かつ、隣接 する上記各ヒータ配線から等しい距離だけ離間している。これは、上記ウインド ウの内側表面に湿気が存在する状態においては、まず最初に上記ヒータが上記ヒ ータ配線近傍の湿気を蒸発させる一方、最後に乾燥される領域は、上記各ヒータ 配線に平行な上記各ヒータ配線間に位置する複数の線の形状となる。複数の感知 電極をこの領域に配置すれば、各感知電極は、蒸発が完了するまで残留湿気の存 在を感知するであろう。完全な蒸発を保証するために、上記ヒータは、比較器２ ０が低状態に切り換わった後、ある時間の間点灯したままにすることが望ましい 。上記の低状態は、湿気が存在しないことを示す。これは、比較器２０が上記低 状態に移行することによって起動されるタイマー２１によって達成される。上記 の比較器およびタイマーはＯＲ−ゲート２２と結合され、この結合により、完全 な乾燥を保証する追加持続時間を持つ加熱コマンドが出力される。上記の追加持 続時間は、タイマー２０のタイムアウトによって与えられる時間的遅延であり、 それは、ヒータ消灯の遅延を与える。 電極の幾何および電極の数が、本発明の範囲内で変更できることは、当業者に は明らかであろう。 さらに、本発明の内側表面ウインドウ湿気センサは、完全な湿気感知システム を提供するために、他の湿気センサと組み合わせてもよい。例えば、本発明の内 側表面湿気センサは、上述した光学式湿気センサのような従来の湿気センサと共 に使用してもよい。 また、センサエレクトロニクスも、種々の利用に適応させるために必要に応じ て変更してもよい。 本発明について限られた数の実施形態に関して記述したが、本発明に対して多 くの変形、変更、および他の応用をなしうることが分かるであろう。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ， ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ， ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，Ｎ Ｚ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ， ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．誘電体表面の湿気を感知し、該誘電体の感知されない他の側の表面の湿気 の存在に対して非感応性の容量性湿気センサであって、 （ａ）上記誘電体における湿気が感知されるべき表面を覆う少なくとも１対の 容量性電極板と、 （ｂ）上記各電極板間のインピーダンスの抵抗成分をほぼ無視するための電子 回路とを備え、 上記の少なくとも１対の容量性電極板が、励磁容量性電極板および信号容量性 電極板を少なくとも１対備える容量性湿気センサ。 ２．上記各センサ電極間の横方向の離間距離を制御することによって、上記誘 電体の感知されない他の側の表面の湿気に対して非感応性にされている請求の範 囲第１項に記載の湿気センサ。 ３．上記誘電体の感知されない他の側の表面の湿気に対して非感応性の湿気セ ンサであって、上記誘電体が、内部ラミネート層を有する積層ガラスであり、上 記積層ガラスの内部ラミネート層の表面上に導電性の保護層を備える請求の範囲 第１項に記載の湿気センサ。 ４．ウインドウ表面の湿気を感知するための容量性湿気センサを備え、上記ウ インドウの感知されない他の側の表面の湿気の存在に対して該容量性湿気センサ が非感応性であるウインドウ湿気の感知・蒸発システムであって、 上記容量性湿気センサが、 （ａ）上記ウインドウ表面上に設けられた電気ヒータ部材と、 （ｂ）上記ウインドウにおける湿気が感知されるべき表面上に設けられた、励 磁容量性電極板および信号容量性電極板を少なくとも１つずつ含む少なくとも２ つの容量性電極とを備え、 上記容量性湿気センサが上記電気ヒータ部材の制御に利用されるものであるウ インドウ湿気の感知・蒸発システム。 ５．上記容量性電極が、横方向の離間距離ｄを有し、上記湿気センサが、上記 各容量性電極間の横方向の離間距離ｄの二乗ｄ²に対する上記誘電体の厚みＤの 比Ｄ／ｄ²を制御することによって、上記誘電体の感知されない他の側の表面の 湿気に対して非感応性にされている請求の範囲第２項に記載の湿気センサシステ ム。 ６．湿気が感知された時に上記ヒータを作動させるセンサ電子回路をさらに備 え、上記電子回路が、上記の感知された表面の湿気の完全な蒸発を保証する消灯 遅延を含む請求の範囲第５項に記載の湿気センサシステム。 ７．ウインドウ表面の湿気を感知し、その湿気の感知が、上記ウインドウの感 知されない他の側の表面の湿気の存在に対して非感応性の湿気感知装置であって 、 （ａ）上記ウインドウにおける湿気が感知される表面を覆う励磁容量性電極板 および信号容量性電極板を少なくとも１対備える少なくとも１対の容量性電極板 と、 （ｂ）湿気が存在する場合に論理出力を与える、上記湿気センサとともに用い るための信号条件付け電子回路とを備える湿気感知装置。 ８．上記湿気センサが、上記励磁容量性電極板と上記信号容量性電極板との間 の横方向の離間距離を制御することによって、上記ウインドウの感知されない他 の側の表面の湿気に対して非感応性にされている請求の範囲第７項に記載の湿気 感知装置。 ９．ウインドウ表面の湿気を感知する機能を備え、その湿気の感知が、上記ウ インドウの感知されない他の側の表面の湿気の存在に対してほぼ非感応性である 湿気蒸発装置であって、 （ａ）上記ウインドウの湿気が感知される表面を覆う励磁容量性電極板および 信号容量性電極板を少なくとも１対備える少なくとも１対の容量性電極板を備え る湿気センサと、 （ｂ）湿気が存在する場合に論理出力を与える信号条件付け電子回路と、 （ｃ）ウインドウヒータとを備える湿気蒸発装置。 １０．上記湿気センサが、上記各センサ電極間の横方向の離間距離を制御する ことによって、上記ウインドウの感知されない他の側の表面の湿気に対して非感 応性にされている請求の範囲第９項に記載の湿気蒸発装置。 １１．上記センサ条件付け回路が、完全な蒸発を保証するために追加のヒータ 点灯時間を与えるタイマを備える請求の範囲第９項に記載の湿気蒸発装置。 １２．ウインドウ曇り除去器またはウインドウヒータの動作を自動化するため に自動車のフロントウインドウの内側表面に取り付けられた請求の範囲第２項に 記載の湿気センサ。 １３．ウインドウヒータの動作を自動化するために自動車のリアウインドウの 内側表面に取り付けられた請求の範囲第２項に記載の湿気センサ。 １４．上記ウインドウが、内部ラミネート層を有する積層ガラスであり、上記 積層ガラスの内部ラミネート層の表面上に導電性の保護層を備える請求の範囲第 ９項に記載の湿気センサ。 １５．励磁容量性電極板および信号容量性電極板を有する容量性湿気センサで あって、 （ａ）上記励磁容量性電極板に接続された交流励磁電源と、 （ｂ）容量的に誘導された信号を集めるために、上記の容量的に誘導された信 号を増幅した信号を与えるアンプに接続された信号電極板と、 （ｃ）上記の容量的に誘導された信号を増幅した信号を上記交流励磁電源と同 期して復調する、上記信号電極板に接続された同期復調器とをさらに備える請求 の範囲第１項に記載の容量性湿気センサ。 １６．湿気が感知されるべきウインドウ表面の湿気に対する感応性を有し、上 記ウインドウが厚さＤを有する容量性湿気センサであって、 上記励磁容量性電極板と上記信号容量性電極板とを距離ｄだけ離間させ、これ により上記ウインドウの感知されない他の側の表面上の縁取り電界をほぼｄ／Ｄ に比例させ、 それによって、上記ウインドウにおける湿気が感知されるべき表面の湿気に対 する感応性の、上記ウインドウの感知されない他の側の表面の湿気に対する感応 性の比をほぼＤ／ｄ²に比例させている請求の範囲第１５項に記載の容量性湿気 センサ。 １７．上記各電極板間のインピーダンスの抵抗成分をほぼ無視するための上記 電子回路が、同期復調器を備える請求の範囲第１項に記載の容量性湿気センサ。