JP2007511750A - ガラス、例えば自動車のフロントガラスに対するレインセンサ - Google Patents

Abstract

ガラスにおける水分を検出するためのレインセンサにおいて送射器（２）から出射された放射をガラス内に入力結合するもしくはガラスから出力結合するための結合手段（１，７）が設けられている。放射は複数回全反射しながら放射チャネル（３）に沿ってガラス内を伝搬する。検出のためにだけ役立つのではない少なくとも１つの純伝搬領域（９，１０，１０ａ）およびアクティブな部分反射領域（５，１１）が形成されるように、入力結合された放射の結合変換を行う別の結合手段（６，６ａ）が提案される。

Description

従来の技術
本発明は独立請求項の上位概念に記載のレインセンサに関する。

この形式の、全反射の原理に従って動作するレインセンサ、すなわち自動車におけるワイパー装置を制御するために用いることができるレインセンサは既に、ＤＥ１９７０１２５８Ａ１から公知である。

レインセンサは例えば、雨滴、露のしずく、霧滴、熔けた雪片またはしずくになったあられの粒子を水滴として検出することができる。とりわけ使用により考察の光学的なメソッドとは相異している多数のレインセンサが既に公知である。例えば水分粒子で散乱される光の評価または水分で濡れている、ガラスの外面の写真測量観察が公知である。

今日最も有望なメソッドは全反射の原理を利用しかつガラス内の光チャネルからの光線の水分に依存した部分出力結合に基づいている。その際ガラスの境界面は結合手段、例えばプリズムを用いて、十分に大きな角度でガラスに入ってくる光をまず全反射する。というのは、乾いている境界面での光線角度は十分大きいので反射する光束および透過する光束への分割は妨げられるからである。ところが雨滴が光チャネルを濡らすと、（ガラス−空気からガラス−水へ）変化する媒体移行に対して、４２°から６０°へ拡大される境界角度が成り立つので、光の大部分がこの種の滴を介して出射する。チャネルの低下する導光性は光出力結合部（再びプリズムまたは類似のもの）においてホトダイオードまたはホトトランジスタを用いて測定される。同相の光およびノイズの抑圧のために一般に、送信電力が変調されかつ受信機信号が位相に関して測定される。

全反射の原理に従って動作するレインセンサは、上に挙げた従来技術の他に、とりわけ、ＵＳ５９９８７８２、ＥＰ０８９３３１７Ａ２およびＤＥ１９５３０２８９Ａ１から公知である。その際いずれにせよＤＥ４３２９１８８Ａ１から、通例のように、部分出力結合による光線の減衰ではなくて、ガラスの外部に配置されている散乱放射に対する受射器を用いて、出力結合されかつ滴において部分反射された放射成分を有効信号として評価することも公知である。

これまでのレインセンサではフロントガラスの少なくとも非常に僅かな小さな領域（数センチメートル）だけが水分について検出される。しかしもっと大きいな領域が望ましく、最適にはレインセンサにより雨量に応じてドライブ制御することができるウィンドウワーパーが働いている領域全体を含んでいればなおよい。このことは、ウィンドウの側縁にまたはその近傍に光が入力結合されかつ相対向する側縁で再び出力結合されるようにすることで、視野を殆ど妨害することなく実現することができよう。しかし他方においてこの場合放射チャネルはフロントガラスの外側領域、すなわち払拭領域の外側にも延在することになる。（ワイパーによって捕捉されない）外側領域において普通は、払拭領域が既に十分に乾いているときウィンドウ上に（まだ）汚れまたはくもりも存在しているので、レインセンサは不都合にも水分を検出しかつ場合によっては払拭装置を不必要にも作動させることになる。

これに対して本発明は、独立請求項の特徴部分に記載の構成によれば、放射チャネルに沿って、すなわちガラスの部分に沿って、放射が場合によって生じている濡れに無関係に減衰せず、全反射で伝搬することができる非活性の、純伝搬領域を使用することが提案される。こうしてこの純伝搬領域は、アクティブな部分反射領域に制限されている、放射チャネルもしくはレインセンサの検出ゾーンから取り外される。

詳細には請求項１記載の本発明のレインセンサは、放射チャネルの端部間に少なくとも１つの別の、ガラスにまたはガラス内に配置されている結合手段が設けられており、該結合手段により、入力結合された放射の結合変換が行われる。この結合変換は、放射チャネルの端部間にそれぞれ、少なくとも１つの伝搬領域およびアクティブな部分反射領域が形成されており、ここで放射は前記少なくとも１つの伝搬領域に入力結合または変換結合されて、該放射が湿っているガラスでも全反射をしながら伝搬するようになっており、一方前記放射は前記少なくとも１つの部分反射領域に入力結合または変換結合されて、該放射が乾いているガラスにおいてのみ全反射しながら伝搬するような仕方で行われる。

本発明のこの措置により、大きな検出ゾーンを任意に選択可能なガラス領域において実現する可能性が生じる。

本発明の特別有利な実施例によれば、放射は放射チャネルの一端で第１の伝搬領域に入力結合されかつ放射チャネルの他端で第２の伝搬領域から出力結合され、かつ放射チャネルの両端間に相前後して２つの結合手段が設けられており、該結合手段は放射を結合変換して、２つの外側の伝搬領域間において放射チャネルに内側の、アクティブな部分反射領域が形成されるようになっている。これにより、ガラスは自動車のフロントガラスによって形成することができ、その際放射チャネルは実際にはフロントガラス全体を介してフロントガラスの辺縁の近傍にまで延在している。同時に内側の、アクティブな部分反射領域の拡がりは実質的にフロントガラスのワイパーの払拭領域の側方の拡がりによって決まってくるので、送射器および受射器はフロントガラスの辺縁の領域において相対向して配置することができる。従って一方において全体の払拭領域が検出され、他方において検出はフロントガラスの外側領域における汚れまたは水分による障害となる影響に無関係に行われる。

ガラスの外側における水分を検出するために、ガラスの内側に、少なくとも放射チャネルの領域においてガラスの内側に作用する、凝縮水を除去するための加熱系が設けられていると有利である。その際加熱系は少なくとも放射チャネルの部分に沿って延在している熱線として実現されていると有利である。

有利には本発明は、放射チャネルの端部が入力結合もしくは出力結合箇所において形成されており、該箇所にそれぞれ、相応の結合手段が配置されている実施例に制限されていない。それどころか、放射チャネルの一端が入力結合もしくは出力結合箇所において形成されており、該箇所にそれぞれ、相応の結合手段が配置されており、かつ放射チャネルの他端は反射系または反射するガラス境界部によって形成されていることも同様に可能である。

別の実施形態によれば、ガラスから出力結合された放射に対する受射器が設けられており、かつ付加的に、少なくとも１つのアクティブな部分反射領域においてガラスから出射しかつ水滴でガラス内面に戻り反射される放射成分に対する散乱放射検出器がガラス内面の近傍または内面に配置されて設けられていることも可能である。

次に本発明およびその利点を図面の各図のいくつかの実施例に基づいて詳細に説明する。その際：
図１は略示されている結合光学に基づいた本発明の原理的な作用の仕方を示し、
図２は図１と同じ手法で有利な実施例を示し、
図３ａ）〜ｃ）は本発明で使用される結合手段の変形形態を示し、
図４ａ）〜ｂ）は放射の入力結合箇所および出力結合箇所の配置に関して種々の変形形態を示し、
図５は図２の実施例を自動車のフロントガラスに具体化した例を平面にて略示し、
図６は加熱システムを備えた実施例を平面にて略示している。

図１は、結合手段１が送射器２によって生成された放射を放射チャネル３の始端にある箇所で放射チャネル３に入力結合する実施例を示している。入力結合は、ガラス表面４の法線に対して、放射チャネル３の端部間に配置されている結合手段６まで延在しているアクティブな部分反射領域５が形成されているような角度で行われる。「真ん中に位置している」結合手段６は、放射がより広い距離もしくは光路で放射チャネル３の端部まで続けられるように放射の角度を変える。放射チャネル３の端部で放射は別の結合手段７により受射器８に向けて出力結合され、結合手段６および７により形成されているこの純伝搬領域９において水分滴２４がガラス表面４に存在しているときにも、全反射が維持されて伝搬される。

水分に対する検出ゾーンは図１に図示の例ではアクティブな部分反射領域５によってのみ与えられている。勿論、放射が入力結合後まず、純伝搬領域９を移動しかつ引き続いて、出力結合までアクティブな部分反射領域５を移動するという逆の配置（図示されていない）も可能である。更に複数の部分反射領域５および伝搬領域９を所望の検出ゾーンパターンによって予め定めた手法で検出することも問題なく可能であるが、例えば以下に説明する有利な手法に制限されてはいない。

図２には、放射チャネル３において結合手段１および７に対して付加的に、２つの前後配置されている「真ん中に位置している」結合手段６および６ａが設けられている本発明の有利な実施例が示されている。結合手段１を用いた放射の最初の入力結合はこの実施例ではガラス表面４の法線に対して４０°〜９０°の角度において行われる。これによりその結果として、ガラスの内部で、第１の純伝搬領域１０における表面４の濡れ具合に無関係に全反射伝搬する、すなわち殊に放射が領域１０における伝搬の際に境界面ガラス−水に当たるときでも全反射伝搬する放射が生じる。従って（第１の）伝搬領域１０において図１で説明した伝搬領域９の場合のように、導光体（放射チャネル）から放射成分は出射しない、すなわちそこに水分があったとしてもそれは検出されない。引き続いて放射は結合手段６によって、放射がアクティブな部分反射領域１１において４２°〜６０°の角度において伝搬されるように結合の仕方が変えられる。この新しい角度領域は領域１１における全反射する伝搬と、ガラス−空気境界面の場合にだけ対応し、ガラス−水境界面に対しては対応しない。すなわち部分出力結合はこの（内側だが、必ずしも真ん中でなくてもよい）、放射チャネル３のアクティブな部分反射領域１１においてガラス表面４の対応する部分での乾燥条件下でのみ回避され、一方水分がある場合には放射成分は出力結合される。続いて、本来の放射に対して放射チャネル３に残っている放射の相応の減衰が評価される。

図２に図示の別の結合手段６ａは放射の角度を再び６０°〜９０°の領域に戻して、結合手段６ａから放射をガラスから出力結合する放射チャネル３の端部の別の結合手段７まで第２の伝搬領域１０ａが形成されるようにするものである。

有利には（変換）結合手段６および６ａは殊に、内側の、アクティブな部分反射領域１１が実質的に図５に図示の、ウィンドウワイパー１３の払拭領域１２に一致するように配置されているとよい。その場合「外側の」結合手段１および７もしくは送射器および受射器２および８（両方とも図２〜図６には図示されていない）はフロントガラスの側縁１４およぶ１５（図５参照）の領域において配置されるようにするとよい。しかしその場合放射チャネル３はフロントガラスの、ワイパー１３によって捕捉されない外側領域にまで入り込んでいるが、水分の検出はその拡がりにおいてその都度所望の、整合可能な内側のアクティブな部分反射領域１１に制限されている。従って放射チャネル３において側方に配置されている伝搬領域１０および１０ａ（図２および図５参照）は放射の伝搬が維持されて全反射によりアクティブな検出領域から取り外される。

すべての実施例に言えることだが、送射器（光モジュール）２（および受射器８）は分かり易くする理由から図１にしか図示されていない。その際送射器２は紫外、可視または赤外線領域において動作する光源１６およびコリメート作用する光学素子１７を有している。コヒーレントな放射源１６も、ノンコヒーレントな放射源１６も使用することができる。コリメート作用する光学素子１７は、ガラスプレート、プリズム、レンズ、格子または類似のものを有しかつ放射の波面、強度または位相を変化するために用いることができる。送射器２および殊にコリメート作用する光学素子１７は「外側」の結合素子１および７と緊密に接続されて実現もしくは構成されていることができる。

類似の手法で、受射器８（図１参照）は、放射源１６の作動波長および変調周波数と同期している光学的な検出器１８、例えばホトダイオードと、コリメート作用する光学素子１９とからなっており、ここでコリメート作用する特性は送射器２のコリメート作用する光学素子１７の特性に調整されている。

送射モジュール２および受射モジュール８は共通の装置において、例えばバックミラーの基部に配置されているかまたは別個に設置されていてよい。放射をガラスに入力結合するもしくはガラスから出力結合するための結合手段１および６との協働はそれ自体公知の手法で距離を介する放射の伝搬によりまたは結合手段１および７もしくはガラス表面４またはガラスの縁部における直接的な配置によって行うことができる。

次の図３において、図４に場合と同様に、分かり易くする理由から、本発明の、放射チャネル３への結合変換は図示されていない。

放射を入力結合、出力結合もしくは変換結合するための結合手段１，６，６ａおよび７は、ガラスプレート、プリズム、レンズ、格子または類似のものによってまたは光学的な結合システムによって、すなわち放射の波面、強度また位相の変化のために用いられる、光学素子の組み合わせによっても実現されていてよい。結合手段は、図３ａに示されているように、および冒頭に述べたＤＥ１９７０１２５８Ａ１に詳細に記載されているように、ガラスにプレーナ形に実現されていてよい。例えば別個の結合レンズは相応のセメントを用いてガラス上に固定されてよい。結合手段１，６，６ａおよび７は、図３ｂに示されているように、光学的、電気的、機械的、分子的、原始的または原子核的手法によりウェブガイドするガラスの材料中に組み入れることができる。結合手段１，６，６ａおよび７は更に、図３ｃに示されているように、放射チャネル３に対して垂直に、殊にウェブガイドするガラスの端面に配置されていてよい。図３に図示の、結合手段１，６，６ａおよび７の配置もしくは組み入れ（スーパーストラクチャ）は、送射器２および受射器８と一緒に、要求に応じて相互に組み合わされてもよい。

基本的に送射器２および受射器８および結合手段１，６，６ａおよび７の相対的な配置に応じて、水分を検出するための測定面を変える、すなわち殊に測定面をガラスの外側４または内側４に配向することが可能である。

図４には、放射が放射チャネル３の一方の端部から他方の端部に行き、そこから戻ってくる、すなわち放射は入力結合箇所において再び出力結合される本発明の実施例が示されている。このことは送射器モジュール２および受射器モジュール８の配置もしくは所要スペースに関する利点を可能にする。図から分かるように、放射チャネル３の始端は、結合手段１，７が配置されている入力結合および出力結合箇所によって形成されている。放射チャネル３の終端は反射系（図４ａ参照）または反射するガラス境界部２１（図４ｂ参照）によって形成されている。

図５には、図１および図２と関連して既に説明した、本発明のレインセンサを備えている車両のフロントガラスの全体が略示されている。

図６に略示されているにすぎない本発明の有利な実施例によれば、加熱系、殊に熱線２２を設けて、場合により約２秒〜３秒内に自動車のフロントガラスの内側４の凝結水（曇り）が除去されるようにしてもよい。加熱系はガラスの内側に被着もしくは埋め込んでもよいし、ガラス内に組み込まれるように実現されていてもよい。

本発明の別の実施例によれば、送射器８に対して付加的に、ガラス内側４の近傍または内側に直に配置することができる散乱放射検出器２３（図２参照）を少なくとも１つのアクティブな部分反射領域５，１１においてガラスから出射しかつ水滴２４に当たってガラス内側４にまで反射して戻ってくる放射成分に対して設けることができるようになっている。この散乱放射検出器２３、例えばホトダイオードは送射器２の光源１６と同期しておりかつ濡れ度、すなわちガラス上での雨の強さを測定する。雨の強さを測定することができる択一的な形態は、所属の、同期している受射器を備えている独自の、付加的な光源を設ける点にある。この場合雨の存在およびその強さは互いに独立して測定することができる。定量的な信号は払拭速度の制御のために使用することができる。

基本的には更に、受射器８および散乱放射検出器２３の信号の、加熱系と協働した相応の処理によって、フロントガラスの内側４での凝結の強さを検出しかつ車両に存在しているブロアのドライブ制御のために使用することができる。

略示されている結合光学に基づいた本発明の原理的な作用の仕方の略図 図１と同じ原理の別の実施例の略図 ａ）〜ｃ）は本発明で使用される結合手段の変形形態の略図 ａ）〜ｃ）は放射の入力結合箇所および出力結合箇所の配置に関して種々の変形形態の略図 図２の実施例を自動車のフロントガラスに具体化した例の平面略図 加熱システムを備えた実施例の平面略図

Claims (9)

1. ガラス、例えば自動車のフロントガラスにおける水分を検出するためのレインセンサであって、
   該ガラスにまたはガラス内に配置されている結合手段（１，７）を備え、該結合手段は少なくとも１つの送射器（２）から出射された放射をガラス内に入力結合するもしくはガラスから出力結合して、放射が乾いているガラスではガラス表面（４）で複数回全反射しながら放射チャネル（３）に沿ってガラス内を伝搬するようになっている形式のものにおいて、
   放射チャネル（３）の端部間に少なくとも１つの別の、ガラスにまたはガラス内に配置されている結合手段（６，６ａ）が設けられており、該結合手段により、入力結合された放射の結合変換が次のように行われる、すなわち：
   放射チャネル（３）の端部間にそれぞれ、少なくとも１つの伝搬領域（９，１０，１０ａ）およびアクティブな部分反射領域（５，１１）が形成されており、ここで放射は前記少なくとも１つの伝搬領域（９，１０，１０ａ）に入力結合または変換結合されて、該放射が湿っているガラスでも全反射をしながら伝搬するようになっており、一方前記放射は前記少なくとも１つの部分反射領域（５，１１）に入力結合または変換結合されて、該放射が乾いているガラスにおいてのみ全反射しながら伝搬するようになっている
   ことを特徴とするレインセンサ。
2. 放射は放射チャネル（３）の一端で第１の伝搬領域（１０）に入力結合されかつ放射チャネル（３）の他端で第２の伝搬領域（１０ａ）から出力結合され、かつ
   放射チャネル（３）の両端間に相前後して２つの結合手段（６，６ａ）が設けられており、該結合手段は放射を結合変換して、２つの外側の伝搬領域（１０，１０ａ）間において放射チャネル（３）に内側の、アクティブな部分反射領域（１１）が形成されるようになっている
   請求項１記載のレインセンサ。
3. ガラスの外側（４）の水分が検出され、かつ
   ガラスの内側（４）において内側（４）に少なくとも放射チャネル（３）の領域において作用する、凝縮水を除去するための加熱系が設けられている
   請求項１または２記載のレインセンサ。
4. 加熱系は少なくとも放射チャネル（３）の部分に沿って延在している熱線（２２）として実現されている
   請求項３記載のレインセンサ。
5. 放射チャネル（３）の端部は入力結合もしくは出力結合箇所において形成されており、該箇所にそれぞれ、相応の結合手段（１，７）が配置されている
   請求項１から４までのいずれか１項記載のレインセンサ。
6. 放射チャネル（３）の一端は入力結合もしくは出力結合箇所において形成されており、該箇所にそれぞれ、相応の結合手段（１，７）が配置されており、かつ
   放射チャネル（３）の他端は反射系（２０）または反射性のガラス境界部（２１）によって形成されている
   請求項１から４までのいずれか１項記載のレインセンサ。
7. ガラスから出力結合された放射に対する受射器（８）が設けられており、かつ
   付加的に、少なくとも１つのアクティブな部分反射領域（５，１１）においてガラスから出射しかつ水滴（２４）でガラス内面（４）に戻り反射される放射成分に対するガラス内面（４）の近傍または内面に配置されている散乱放射検出器（２３）が設けられている
   請求項１から６までのいずれか１項記載のレインセンサ。
8. ガラスは自動車のフロントガラスによって形成されており、かつ
   放射チャネル（３）はフロントガラスを介して少なくともフロントガラスの辺縁（１４，１５）の近傍まで延在している
   請求項２から７までのいずれか１項記載のレインセンサ。
9. 送射器（２）および受射器（８）はフロントガラスの辺縁（１４，１５）に相対向して配置されている
   請求項８記載のレインセンサ。

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