JP2021519716A - 基材材料上に形成された氷又は曇りに対する除氷又は除曇作用を開始するためのシステム - Google Patents

Abstract

本発明は、基材材料上に形成された氷に対する除氷又は除曇作用を開始するためのシステムであって、（ａ）基材であって、その上に氷又は曇りが形成している基材と、（ｂ）基材の少なくとも一部分を通過する照射光を、照射光によって影響を受ける氷又は曇りの第１の部分が、基材の表面に最も近い界面部分であるように放出するように動作可能な照射光発生デバイスとを含み、デバイスは、基材材料に近接しており、且つ基材の表面に最も近い少なくとも一部の氷の融解を引き起こす照射光を発生するために選択的に活性化される。本発明によると、基材は、７５０〜１６５０ｎｍの波長範囲で１５ｍ−１未満、好ましくは５ｍ−１未満、より好ましくは１ｍ−１未満の吸収係数を有する。【選択図】なし

Description

本発明は、表面から氷又は曇り／水を除氷若しくは徐曇又は放出するために狭帯域赤外線照射光を使用する特定の方法に関する。特に、本発明は、ガラス基材又はプラスチック基材の表面から氷又は水を除氷又は放出するために狭帯域照射光を使用する方法に関する。より特に、本発明は、光センサーの視域（ＦＯＶ）を妨害する氷を表面から除氷又は放出するために狭帯域照射光を使用する特定の方法に関する。

いくつかの従来の除氷又は除曇方法は、自動車分野から周知である。例えば、除氷、除曇が必要とされる／要求される領域に熱線が配置されることができる。自動車グレイジングを除霜するための加熱されたコーティングも知られている。しかし、これらの全ての方法は、欠点を示す。例えば、それらは、望ましい領域で十分に効率的でないことがあり、不均一な加熱を導き、グレイジングの過熱を導くか、又は関係のある表面を通る必要な視界を（部分的であっても）遮蔽することがある。

さらに、自動車ウインドシールドの除氷／除曇は、比較的遅く、且つ非効率的である。使用される方法のいくつかは、エンジンクランクケース熱で開始する多数の非効率的な変換の結果である熱気からの対流によるものである。

車両のリアウインドウは、多くの場合、窓中に埋め込まれた抵抗電線で除霜又は除氷される。この加熱方法は、電線中の電気抵抗により、それらが埋め込まれたグレイジングに熱が導電的に透過するという点でより直接的である。これにより、外部ガラス表面において、氷の融解温度を超えるために十分な熱が最終的に生じる。暖められたウインドシールドは、窓の外側に形成された氷を導電的に加熱する。氷の転移温度に達するために十分なジュールのエネルギーが氷によって吸収された場合、氷は、液体水に変化し始めるであろう。これは、氷を融解及び排除するためにガラスを加温することよりも直接的な方法であるが、この方法では、最終的に氷を融解するであろう温度までガラスを加熱することが依然として必要とされる。

いくつかの自動車製造業者は、フロントウインドシールド中に埋め込まれた抵抗線を組み込むことを試みている。明らかに、運転手の視域又はセンサーの視域において苛立たせ且つ気を散らせる電線のため、かかる手段は消費者によって十分に受け入れられていない。

上記のシステムの全てに共通する１つのことは、それらのいずれも、氷又は水を担持する表面との界面における氷又は曇り／水に熱エネルギーが直接的に貫入しないことである。これは、非効率の主要な原因であり、且つそれは、除氷又は氷若しくは水放出システムの機能を直接的に遅くさせる。

本発明の目的は、基材表面から氷又は水を除氷又は放出する直接的且つ効率的な方法を提供することである。特に、本発明の目的は、センサー、特に７５０〜１６５０ｎｍの波長範囲の赤外線ベースのセンシングデバイス又はカメラが上に与えられた基材の領域の氷又は曇り／水を除氷又は放出する局所的且つ非常に効率的な方法を提供することである。

本発明の別の目的は、氷が形成されることができる要素若しくは化合物又は氷自体の吸収ピークを利用することにより氷を融解することができる狭帯域照射光システム又は方法を提供することである。

本発明の別の目的は、基材表面上の界面の氷を直接光照射することができ、したがって氷を水に変化させて、氷の残りの厚さの割には容易な放出を与える効率的な除氷又は氷放出システム及び方法を提供することである。

本明細書に記載された実施形態の一態様において、システムは、（ａ）基材材料であって、利用されるであろう赤外線照射光波長において高度に透過性であり、且つその上に氷又は曇り／水が形成している基材材料と、（ｂ）基材の少なくとも一部分を通過する照射光を、照射光によって影響を受ける氷の少なくとも一部が、基材の表面に最も近い界面部分であるように放出するように動作可能な照射光発生デバイスとを含み、デバイスは、基材材料に近接しており（ｐｒｏｘｉｍａｔｅ）、且つ基材の表面に最も近い少なくとも一部の氷の融解を引き起こす照射光を発生するために選択的に活性化される。

本発明により、氷で被覆されたグレイジングは、グレイジングを過熱することなく除霜されることができる。除霜される氷のみが加熱される。同様に、グレイジングを過熱することなく、曇り又は水が放出されることができる。

本明細書に記載される実施形態の別の態様において、狭帯域照射光デバイスは、ＬＥＤ、ＬＥＴ及びレーザーダイオードの少なくとも１つである。狭帯域照射光発生デバイスは、氷で被覆された領域への直接的光照射を可能にするデバイスである。したがって、除霜（又は除曇）のために使用されるエネルギーは、除霜される地点に良好に向けられ、且つエネルギーの損失を最小化、さらには完全に排除することによってエネルギーを節約することが可能となる。

本明細書に記載される実施形態の別の態様において、狭帯域照射光デバイスは、平面取付板上に配列して配置される。

本明細書に記載される実施形態の別の態様において、狭帯域照射光は、氷の吸収スペクトルの波長吸収ピークのほぼ中央である。

本明細書に記載される実施形態の別の態様において、主要な狭帯域照射光エネルギーは、４００ｎｍ範囲内に含まれる。

本明細書に記載される実施形態の別の態様において、主要な狭帯域照射光エネルギーは、５０ｎｍ範囲内に含まれる。

本明細書に記載される実施形態の別の態様において、狭帯域照射光デバイスは、レーザーダイオードであり、且つ全幅半値照射光帯域幅は、２０ｎｍ未満である。

本明細書に記載される実施形態の別の態様において、狭帯域照射光デバイスは、レーザーダイオードであり、且つ全幅半値照射光帯域幅は、８ｎｍ未満である。

本明細書に記載される実施形態の別の態様において、狭帯域照射光デバイスは、ＳＥ−ＤＦＢレーザーダイオードから構成され、且つ全幅半値照射光帯域幅は、２ｎｍ未満である。

本明細書に記載される実施形態の別の態様において、平面取付板は、その上に装着された照射光デバイスからの熱を吸熱するように設計される。

本明細書に記載される実施形態の別の態様において、狭帯域照射光発生デバイスは、デジタル半導体デバイスである。

本明細書に記載される実施形態の別の態様において、基材材料は、光パイプとして作用する。

本明細書に記載される実施形態の別の態様において、方法は、（ａ）基材であって、除氷される氷がその上に形成している基材を与えること、（ｂ）狭帯域照射光が、氷に衝突する前に、氷が上に形成している基材を通過するように、狭帯域照射光発生デバイスを配置すること、及び（ｃ）狭帯域照射光エネルギーにより、基材の少なくとも一部分を通して氷の界面層を光照射することを含む。

本明細書に記載される実施形態の別の態様において、狭帯域照射光エネルギーは、赤外線波長域にある。

本明細書に記載される実施形態の別の態様において、狭帯域照射光エネルギーは、氷材料の吸収スペクトルによる局所的な吸収ピーク波長において適用される。

本明細書に記載される実施形態の別の態様において、利用される狭帯域照射光エネルギーは、主として４００ｎｍ帯域幅内に含まれる。

本明細書に記載される実施形態の別の態様において、狭帯域照射光エネルギーは、主として２０ｎｍ全帯域幅内で発生する。

本明細書に記載される実施形態の別の態様において、狭帯域照射光エネルギーは、半導体デバイスの配列によって発生する。

本明細書に記載される実施形態の別の態様において、半導体デバイスは、少なくとも発光ダイオード、発光トランジスタ又はレーザーダイオードから構成される。

本明細書に記載される実施形態の別の態様において、狭帯域照射光エネルギーは、面発光レーザーダイオードデバイスによって発生する。

本明細書に記載される実施形態の別の態様において、利用される狭帯域照射光エネルギーは、１，４５６ｎｍ、１，９５０ｎｍ又は２，４００ｎｍのほぼ１つである。

本明細書に記載される実施形態の別の態様において、照射光は、パルスを含む。

本発明の別の実施形態において、基材を除氷するために使用される波長は、干渉を防ぐためにセンサーが使用している波長と異なる。

本明細書に記載される実施形態の別の態様において、照射光によって液体の発生、熱衝撃又は氷の分解が生じる。

本発明によれば、除霜される基材は、赤外線放射の高い透過性を示す基材に関する。

本発明の好ましい実施形態において、基材は、赤外線放射の高い透過性を示すポリカーボネート又はＰＭＭＡなどのガラスシート又はプラスチックシートである。

単純さのために、以下の記載中のガラスシートのナンバリングは、グレイジングに関して慣習的に使用されるナンバリング命名法を参照する。したがって、車両外部の環境と接触するグレイジングの面は、面１として知られており、内部媒質、すなわち乗客区画と接触する面は、面２と呼ばれる。積層グレイジングに関して、車両の外部環境と接触するガラス又はプラスチックシートは、面１として知られており、内部、すなわち乗客区画と接触する面は、面４と呼ばれる。

疑義の回避のために、「外部」及び「内部」という用語は、車両中での設置中のガラストリム要素の方向を意味する。

また、疑義の回避のために、本発明は、自動車、列車、飛行機などのみならず、ドローンなどの他の車両の全ての輸送手段に関して適用可能である。本発明は、除氷及び／又は除曇されることができる基材の少なくとも一部を通過する照射光を放出するように動作可能な照射光発生デバイスを含む任意の基材、特にガラス又はプラスチック基材にも適用可能である。

したがって、赤外線放射の高い透過性を示す基材の使用により、以下のことが可能となる。
（ｉ）例えば、ＬＥＤによる、赤外線放射に対して透明な基材中への１つ以上の端部から出発する赤外線（ＩＲ）放射の貫入；
（ｉｉ）全内部反射（放射が基材を「出ない」）の光学的現象による、（導波管として機能する）前記基材内での赤外線放射の伝播；
（ｉｉｉ）全方向での放射の分散による局所的摂動をもたらすＩＲが貫入された表面上の氷又は曇りの存在；したがって、偏向した光線の一部は、基材を「出ること」が可能であり、且つ正確に氷を光照射するであろう。

偏向した光線は、氷と接触する外部表面の反対側の基材の下部表面で赤外線光スポットを形成する。

基本的に、ガラスは、その機械的特性、その耐久性、その耐引掻性及びその光学的明澄度の結果として且つそれが化学的又は熱的に強化されることができるために選択される材料である。

したがって、赤外線放射に対して高度に透明なガラスシートは、この表面が大きい場合、全表面上に損なわれていないか又は十分な感応性を保証するために、これに関連して非常に有用である。特に、７５０〜１６５０ｎｍの波長範囲で５ｍ^−１未満の吸収係数を有するガラスシートが理想的である。

したがって、ガラスは、ソーダライム−シリカ型ガラス、アルミノ−シリケート、ボロ−シリケートであることができる。

好ましくは、高レベルの近赤外線放射透過性を有するガラスシートは、エクストラクリアガラス（ｅｘｔｒａ−ｃｌｅａｒ ｇｌａｓｓ）である。

好ましくは、本発明のベースガラス組成物は、ガラスの重量パーセントで表される全含有量において：
ＳｉＯ_２ ５５〜８５％
Ａｌ_２Ｏ_３ ０〜３０％
Ｂ_２Ｏ_３ ０〜２０％
Ｎａ_２Ｏ ０〜２５％
ＣａＯ ０〜２０％
ＭｇＯ ０〜１５％
Ｋ_２Ｏ ０〜２０％
ＢａＯ ０〜２０％
を含む。

より好ましくは、本発明のベースガラス組成物は、ガラスの全重量パーセントとして表される含有量において：
ＳｉＯ_２ ５５〜７８％
Ａｌ_２Ｏ_３ ０〜１８％
Ｂ_２Ｏ_３ ０〜１８％
Ｎａ_２Ｏ ０〜２０％
ＣａＯ ０〜１５％
ＭｇＯ ０〜１３％
Ｋ_２Ｏ ０〜１０％
ＢａＯ ０〜５％
を含む。

より低い生産コストの理由のため、より好ましくは、本発明による少なくとも１つのガラスシートは、ソーダライムガラスから製造される。有利には、本実施形態によると、ベースガラス組成物は、ガラスの全重量パーセントとして表される含有量において：
ＳｉＯ_２ ６０〜７５％
Ａｌ_２Ｏ_３ ０〜６％
Ｂ_２Ｏ_３ ０〜４％
ＣａＯ ０〜１５％
ＭｇＯ ０〜１３％
Ｎａ_２Ｏ ５〜２０％
Ｋ_２Ｏ ０〜１０％
ＢａＯ ０〜５％
を含む。

ベース組成物に加えて、ガラスは、性質及び望ましい効果の量によって適合される他の成分を含むことができる。

ガラスの美しさ又は色に弱い影響を及ぼすか又は影響を及ぼさない、高い赤外線（ＩＲ）において非常に透明なガラスを得るために本発明において提案される解決策は、ガラス組成物において低い鉄の量と特定の含有量の範囲のクロムを組み合わせることである。

したがって、第１の実施形態によれば、ガラスシートは、好ましくは、ガラスの全重量パーセントとして表される含有量において：
全Ｆｅ（Ｆｅ_２Ｏ_３として表される） ０．００２〜０．０６％
Ｃｒ_２Ｏ_３ ０．０００１〜０．０６％
を含む組成を有する。

そのような低濃度の鉄とクロムを組み合わせたガラス組成物は、赤外線反射に関して特に良好な性能を示し、且つ可視において高い透明度を示し、また顕著な色を示さず、「エクストラクリア」と呼ばれるガラスに近い。これらの組成物は、国際出願の国際公開第２０１４１２８０１６Ａ１号パンフレット、国際公開第２０１４１８０６７９Ａ１号パンフレット、国際公開第２０１５０１１０４０Ａ１号パンフレット、国際公開第２０１５０１１０４１Ａ１号パンフレット、国際公開第２０１５０１１０４２Ａ１号パンフレット、国際公開第２０１５０１１０４３Ａ１号パンフレット及び国際公開第２０１５０１１０４４Ａ１号パンフレットに記載されており、これらは、参照により本出願に組み込まれる。この第１の特定の実施形態によれば、組成物は、好ましくは、ガラスの全重量に対して０．００２重量％〜０．０６重量％の（Ｃｒ_２Ｏ_３として表される）クロム含有量を含む。そのようなクロムの含有量により、赤外線反射をさらに改善することが可能となる。

第２の実施形態によれば、ガラスシートは、ガラスの全重量パーセントとして表される含有量において：
全Ｆｅ（Ｆｅ_２Ｏ_３として表される） ０．００２〜０．０６％
Ｃｒ_２Ｏ_３ ０．００１５〜１％
Ｃｏ ０．０００１〜１％
を含む組成を有する。

そのようなクロム及びコバルトベースのガラス組成物は、美しさ／色（青みがかった中性から強度の着色、さらに不透明まで）に関して興味深い可能性を提供しながら、赤外線反射に関して特に良好な性能を示した。そのような組成物は、参照により本明細書に組み込まれる欧州特許出願公開第１３１９８４５４．４号明細書に記載されている。

第３の実施形態によれば、ガラスシートは、ガラスの全重量パーセントとして表される含有量において：
全鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３として表される） ０．０２〜１％
Ｃｒ_２Ｏ_３ ０．００２〜０．５％
Ｃｏ ０．０００１〜０．５％
を含む組成を有する。

好ましくは、本実施形態によれば、組成物は、０．０６％＜全鉄≦１％を含む。

クロム及びコバルトをベースとするそのような組成物は、色及び光透過に関して、市場に出ているブルー及びグリーンガラスに匹敵するが、赤外線透過に関して特に良好な性能を有するブルー−グリーン範囲の着色ガラスシートを得るために使用される。そのような組成物は、参照により本出願に組み込まれる欧州特許出願公開第１５１７２７８０．７号明細書に記載されている。

第４の実施形態によれば、ガラスシートは、ガラスの全重量パーセントとして表される含有量において：
全鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３として表される） ０．００２〜１％
Ｃｒ_２Ｏ_３ ０．００１〜０．５％
Ｃｏ ０．０００１〜０．５％
Ｓｅ ０．０００３〜０．５％
を含む組成を有する。

そのようなクロム、コバルト及びセレンベースのガラス組成物は、美しさ／色（グレー中性からグレー−ブロンズ範囲のわずかな着色強度まで）に関して興味深い可能性を提供しながら、赤外線反射に関して特に良好な性能を示した。そのような組成物は、欧州特許出願公開第１５１７２７７９．９号明細書に記載されており、これは、参照により本出願に組み込まれる。

第１の代替実施形態によれば、ガラスシートは、ガラスの全重量パーセントとして表される含有量において：
全鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３として表される） ０．００２〜０．０６％
ＣｅＯ_２ ０．００１〜１％
を含む組成を有する。

そのような組成物は、参照により本明細書に組み込まれる欧州特許出願公開第１３１９３３４５．９号明細書に記載されている。

別の代替実施形態によれば、ガラスは、ガラスの全重量パーセントとして表される含有量において：
全鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３として表される） ０．００２〜０．０６％、及び
以下の成分の１種：
− ０．０１〜１重量％の範囲の量のマンガン（ＭｎＯとして算出される）；
− ０．０１〜１重量％の範囲の量のアンチモン（Ｓｂ_２Ｏ_３として表される）；
− ０．０１〜１重量％の範囲の量のヒ素（Ａｓ_２Ｏ_３として表される）、又は
− ０．０００２〜０．１重量％の範囲の量の銅（ＣｕＯとして表現される）
を含む組成を有する。

そのような組成物は、参照により本明細書に組み込まれる欧州特許出願公開第１４１６７９４２．３号明細書に記載されている。

本発明の一実施形態によれば、基材は、自動車グレイジングである。グレイジングは、平面シートの形態であるか又は曲線状であることができる。これは、通常、リアウインドウ、サイイドウインドウ若しくはルーフ又は特にウインドシールドなどの自動車グレイジングの場合に当てはまる。

自動車用途において、赤外線において高透過性の基材、特にガラスシートの存在は、車両が日光に曝露されるとき、温熱快適性の維持に貢献しない。したがって、本発明の提案された手段は、高い選択性（ＴＬ／ＴＥ）、好ましくは１より高いか又は１．３より高い選択性を有するグレイジングを提供することである。したがって、エネルギー透過及び温熱快適性を適切な条件下に維持するために、すでに明示された要素を別として、本発明によるグレイジングは、日光放射から選択的に赤外線をフィルターするための手段を備える。

本発明の好ましい実施形態によれば、基材は、少なくとも１つの熱可塑性中間層と一緒に積層された外部及び内部ガラスシートを含む自動車用積層グレイジングであり、外部及び内部ガラスシートは、７５０〜１６５０ｎｍの波長域において５ｍ^−１未満の吸収係数を有する高レベルの近赤外線放射透過ガラスシートである。

本発明の一実施形態によれば、ガラスシート又はより一般的に基材は、赤外線透過率の値よりも低い光透過率の値を有する。特に、本発明の別の実施形態によれば、可視域における光透過率の値は、１０％未満であり、且つ近赤外線透過率の値は、５０％より高い。

本発明によれば、少なくとも１つのセンサーが、ガラスシートの内面の背後に与えられる。

本発明の好ましい実施形態において、７５０〜１６５０ｎｍの波長範囲の赤外線ベースのリモートセンシングデバイスであるセンサーが、ガラスシートの内面の背後に与えられる。

本発明の一実施形態によれば、赤外線ベースのリモートセンシングデバイスは、ＬｉＤＡＲである。ＬｉＤＡＲセンサーは、好ましくは、走査、回転、フラッシュ又は固体状態ＬｉＤＡＲをベースとする新世代ＬｉＤＡＲであり、且つ車両の周囲環境を３Ｄマッピングすることが可能である。したがって、ＩＲベースのセンサーは、車両周囲の正確なマッピングを作成することを可能にし、このマッピングを使用して、正確に自動運転車を運転し、且つ障害物によるいずれの衝撃も防がれる。ＬｉＤＡＲ（Ｌｉｄａｒ、ＬＩＤＡＲ又はＬＡＤＡＲとも記載される）は、レーザー光で標的を光照射することによって距離を測定する技術である。それらは、特に走査、回転、フラッシュ又は固体状態ＬｉＤＡＲである。走査又は回転ＬｉＤＡＲは、移動レーザービームを使用するが、フラッシュ及び固体状態ＬｉＤＡＲは、対象物に反射する光パルスを放出する。

本発明の一実施形態によれば、基材は、背後に位置するセンサーの光学的カバーを構成するガラス小片である。

本発明によれば、基材の少なくとも一部分を通過する照射光を、照射光によって影響を受ける氷の第１の部分が、基材の表面に最も近い界面部分であるように放出するように動作可能な照射光発生デバイスは、基材材料に近接しており、且つ基材の表面に最も近い少なくとも一部の氷の融解を引き起こす照射光を発生するために選択的に活性化される。

本発明の一実施形態によれば、狭帯域照射光デバイスは、ＬＥＤ、ＬＥＴ及びレーザーダイオードの少なくとも１つである。そのようなデバイスは、センサーが配置される領域を効率的且つ迅速な様式で除氷／除霜するためにセンサーの近くに配置されるように十分小さい。例えば、照射光デバイスは、センサーを担持するブラケットに加えられることができるか、又はセンサーの担体中に集積化されることができ、特にＬｉＤＡＲセンサーの担体に集積化されることができる。

したがって、センサーが配置される領域は、センサーが与えられる基材の残りの部分から独立して除氷／除霜されることができる。本発明による狭帯域照射光発生デバイスは、氷で被覆された領域への直接的光照射を可能にするデバイスである。したがって、除霜するために使用されるエネルギーは、除霜される地点に良好に向けられ、且つエネルギーの損失を最小化、さらには完全に排除することによってエネルギーを節約することが可能となる。

さらに、センサーが与えられる領域は、基材の表面の残りの部分に比べてより迅速且つ効率的に除霜又は除氷されることができる。

本明細書に記載される実施形態の別の態様において、本発明は、以下のステップ：
（ａ）基材であって、少なくとも部分的に除氷される氷がその外部表面の上に形成している基材を与えるステップと、ただし前記基材を構成する材料は、利用され且つ全内部反射が可能である照射光波長において高度に透過性である、
（ｂ）狭帯域照射光源を基材材料の少なくとも１つの端部に密結合させ、照射光波長における狭帯域照射光を基材中に効率的に貫入するステップと、
（ｃ）氷の界面表面を光照射することにより、基材からフォトンのみが漏出して氷に漏出のための経路を提供するように、基材の屈折率とより密接に適合して照射光の内部反射を生じるために狭帯域照射光源を活性化するステップと
を含む方法を提案する。

本明細書に記載される実施形態の別の態様において、狭帯域照射光は、赤外線波長域にある。

本明細書に記載される実施形態の別の態様において、狭帯域照射光は、氷材料の吸収スペクトルによる局所的吸収ピーク波長において適用される。

本明細書に記載される実施形態の別の態様において、狭帯域照射光は、主として４００ｎｍ帯域幅内に含まれる。

本明細書に記載される実施形態の別の態様において、狭帯域照射光は、主として２０ｎｍ全帯域幅内で発生する。

本明細書に記載される実施形態の別の態様において、狭帯域照射光は、半導体デバイスの配列によって発生する。

本明細書に記載される実施形態の別の態様において、半導体デバイスは、少なくとも発光ダイオード、発光トランジスタ又はレーザーダイオードから構成される。

本明細書に記載される実施形態の別の態様において、狭帯域照射光は、面発光レーザーダイオードデバイスによって発生する。

本明細書に記載される実施形態の別の態様において、利用される照射光は、１，４５６ｎｍ、１，９５０ｎｍ又は２，４００ｎｍのほぼ１つである。より好ましくは、利用される照射光は、１，４５６ｎｍである。

本明細書に記載される実施形態の別の態様において、活性化は、パルスを含む。

本明細書に記載される実施形態の別の態様において、活性化によって液体の発生、熱衝撃又は氷の分解が生じる。

本明細書に記載される実施形態によれば、システムは、１つの形態において１つ以上の半導体を含む放射源、慎重に選択されたアウトプット波長を有する狭帯域照射光デバイスを含む。アウトプット波長は、それが氷及び／若しくは水（又は別の凍結物質）の吸収ピークの両方並びにその上に氷が形成された基材に対して高度に透過性の波長に対応するか又は適合するように選択される。デバイスの配列は、基本的に、狭帯域アウトプット放射が氷の表面上で容易に吸収するように透過性の支持基材を通して光照射されるように、それが選択的に活性化されることができるように配置される（例えば、デバイスは、適切な位置及び構成で基材に近接している）。したがって、界面の氷（例えば、氷が形成された基材表面の最も近くの氷の部分）は、１つの形態において照射光によって影響を受けた氷の第１の部分であり、且つ滑りやすい液体水に融解する。ホスト基材と氷との間の融解した薄い水層により、氷は、容易にホスト基材材料から分離することが可能となる。多くの記載された様式の１つは、表面から氷を容易に除去することができるため、液体水界面は、潤滑剤として作用する。次いで、重力、風、ワイパー、遠心力及び多くの他の手段は、以前にホスト基材表面に凍結していた氷に作用することができる。同様に、例えば界面において氷が水に融解する場合に潤滑剤作用を強化する材料又はコーティングが基材表面に添加又は適用されることができる。

少なくとも１つの形態において、氷及び／又は水の所望の吸収特徴並びにその上に氷又は水が担持される材料の透過性特徴と適合する所望の照射光の波長を達成するように本発明を実施するために、多くの種類の狭帯域照射光デバイスを利用することができる。少なくともいくつかの形態において、所望の波長域は、赤外線波長域である。例えば、狭帯域照射光デバイスは、上記で示された通り、約１４５６ｎｍ、１９５０ｎｍ又は２４００ｎｍ（例えば、±４０ｎｍ）の波長を利用することができる。本明細書に記載される実施形態による様式で使用可能であるこれらのデバイスの少なくともいくつかは、上記のＤＨＩ技術に関連する以前に出願された特許及び特許出願に記載されている。

実際に、ＬＥＤ、レーザーダイオード、固体状態レーザー、発光トランジスタ（ＬＥＴ）、ガスレーザー、ＳＥ−ＤＦＢ（面発光分布帰還型）デバイスを含む面発光レーザーダイオード及び他の狭帯域照射光源（そのいくつかは、本明細書中で参照される）は、本発明での使用のために可能な照射光デバイスであろう。上記で示された半導体及び固体状態ベースの製品は、典型的に実施がより容易であり、且つよりコンパクトであるが、適用に十分適合する場合、いずれの種類の狭帯域デバイスも使用可能である。同じ概念は、多くの異なる化合物又は要素の氷の融解に適用される。

照射光エネルギーが透過性材料を通過し、且つ氷及び／又は水の表面上で直接吸収されるという事実は、本発明の効率に関して重要である。したがって、氷が形成された基材を加熱することにより、余剰エネルギーが浪費されることがない。むしろ、熱又は放射は、その後、液体水に変化する界面の氷をそのまま融解する。

一例は、長さ及び幅寸法と比較して比較的小さい厚さを有する自動車ウインドシールドであろう。この場合、本発明による狭帯域照射光デバイスを使用することができ、それにより、上記の通り、ウインドシールドの表面上の氷を融解するために大型配列をウインドシールド全体にわたって配置することができる。しかしながら、基材が光パイプである場合、本技術を実施することにより、基材の小さい寸法面の１つ内に直接的に狭帯域照射光デバイスをつなぐことが可能である。

再び、ウインドシールドの形態の基材材料の例を使用して、狭帯域照射光デバイス配列を小さい寸法、例えばウインドシールドの寸法（例えば、厚さ）に連結することができる。配列のアウトプットを生じるように、連結部を通して電源を連結可能である。上記の通り、配列を制御するために制御器（示されていない）も提供されることができる。ウインドシールドを含むガラス８０と、両側面上でウインドシールドに隣接する空気との間での屈折率差分が大きいため、光線７１によって示されるように、ウインドシールド内で生じる反射は、それに含まれるエネルギーを保持する。氷又は水などの別の物質５０がウインドシールド８０の表面上にある場合、ガラス及び水又は氷間の屈折率差分は、互いにより近く、エネルギーは、氷中に出ることができる。この技術は、接触している氷を通してのみエネルギーがウインドシールドを出るように選択的フィルターとして機能する。氷中に出ると、放射は、即座に、その波長において高度に吸収性である氷によって吸収される。次いで、氷と表面との間の界面において氷が水に融解する。

これは、例えば、ウインドシールドの表面全体に大型配列が広がっているよりも、むしろ少数のより小さい点状源の位置から基材中にエネルギーを導入するという非常に効率的な方法であると考えられる。したがって、氷を加熱する機構は、類似であるが、それは、基材を設計された光パイプに変換する追加の複雑化ステップを追加する。

代わりに、狭帯域照射光デバイス配列は、光学プリズム又は導波管などの光学カップリング要素を使用することにより、ウインドシールドの主表面の少なくとも１つに連結可能である。ガラス、プラスチック又はいずれかの適切な材料から製造された光学プリズムは、照射光発生デバイスからガラス又はプラスチック基材に照射光を反射するために、例えばケイ素又はいずれかの適切な材料によるガラスに光学的に連結される。

したがって、プリズムは、ガラス又はプラスチック基材の平面上に配置されて、照射光発生デバイスから放出された照射光の反射の最適化を導くことができる。同様に、基材の少なくとも一部の表面上にプリズムを有することにより、本発明による除氷又は除曇を開始するためのシステムを含む最終製品を設計するためのある程度の柔軟性が可能となる。

本発明の利点は、特定の用途に関して必要とされる特定の氷を標的とするため、極めて選択的であり、且つ目標可能であることができる技術を提供できるということである。本発明の別の利点は、光パイプ技術の全内部反射を利用することにより、より最適化された様式でシステムを配置する能力であり、それにより、照射光エネルギーは、屈折率がより近く適合するため、透明性基材材料から主に氷中に逃れることができる。

本発明の別の利点は、考慮された氷融解及び氷放出システム及び方法の急速な機能性である。

本発明の別の利点は、その波長アウトプットが特定の種類の氷を融解するために最適化された狭帯域半導体放出デバイスを利用する能力である。

本発明の別の利点は、実質的な厚さの透明性基材を使用する能力であり、且つ基材の厚さを加熱することを必要とせず、むしろ基材を通して氷を直接光照射する能力である。

本発明の別の利点は、広帯域照射光に対して透明である基材を使用する能力である。これにより、両方の機能間に干渉を生じることなく、除霜狭帯域照射光波長と異なる特定の波長においてセンサーを動作させることが可能となる。例として、除霜は、約１４５６ｎｍ、１９５０ｎｍ又は２４００ｎｍ（例えば、±４０ｎｍ）で動作可能であったが、基材の背後に位置するＬｉＤＡＲセンサーは、９００〜１１００ｎｍにおいて動作可能であった。

Claims (17)

1. 基材材料上に形成された氷又は曇りに対する除氷又は除曇作用を開始するためのシステムであって、
   （ａ）基材であって、その上に氷が形成している基材と、
   （ｂ）前記基材の少なくとも一部分を通過する照射光を、前記照射光によって影響を受ける前記氷又は曇りの第１の部分が、前記基材の表面に最も近い界面部分であるように放出するように動作可能な照射光発生デバイスと
   を含み、
   前記デバイスは、前記基材材料に近接しており、且つ前記基材の前記表面に最も近い少なくとも一部の氷の融解を引き起こす照射光を発生するために選択的に活性化され、
   前記基材は、７５０〜１６５０ｎｍの波長範囲で１５ｍ^−１未満の吸収係数を有する、システム。
2. 前記基材は、７５０〜１６５０ｎｍの波長範囲で５ｍ^−１未満の吸収係数を有する、請求項１に記載のシステム。
3. 前記基材は、７５０〜１６５０ｎｍの波長範囲で１ｍ^−１未満の吸収係数を有する、請求項１又は２に記載のシステム。
4. 前記基材は、ガラスシート又はプラスチックシートである、請求項１〜３のいずれか一項に記載のシステム。
5. 前記基材は、ガラスシートである、請求項４に記載のシステム。
6. センサーが、前記基材の内面の背後に与えられる、請求項１〜５のいずれか一項に記載のシステム。
7. 前記センサーは、７５０〜１６５０ｎｍの波長範囲の赤外線ベースのリモートセンシングデバイスであり、前記基材の前記内面の背後に配置され、特にＬｉＤＡＲセンサーである、請求項６に記載のシステム。
8. 前記センサーは、広帯域基材透明度のため、狭帯域除氷照射光と異なる波長において動作する赤外線ベースのリモートセンシングデバイスである、請求項１〜７のいずれか一項に記載のシステム。
9. 前記狭帯域照射光発生デバイスは、半導体デバイスである、請求項１〜７のいずれか一項に記載のシステム。
10. 前記狭帯域照射光デバイスは、ＬＥＤ、ＬＥＴ及びレーザーダイオードの少なくとも１つである、請求項８に記載のシステム。
11. 前記狭帯域半導体照射光デバイスは、平面取付板上に配列して装着される、請求項９に記載のシステム。
12. 前記狭帯域半導体照射光デバイスは、前記センサーが装着される領域を除氷又は除曇するために前記センサーの近くに装着される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のシステム。
13. 狭帯域照射光エネルギーが、氷又は水材料の吸収スペクトルによる局所的吸収ピーク波長において適用される、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のシステム。
14. 前記基材材料は、光パイプとして作用する、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のシステム。
15. 除氷又は除曇作用を開始する方法であって、
    （ａ）基材であって、除氷される氷がその上に形成している基材を与えること；
    （ｂ）狭帯域照射光が、前記氷に衝突する前に、前記氷が上に形成している基材を通過するように、狭帯域照射光発生デバイスを配置すること；及び
    （ｃ）狭帯域照射光エネルギーにより、前記基材の少なくとも一部分を通して前記氷の界面層を光照射すること
    を含む方法。
16. 前記狭帯域照射光エネルギーは、赤外線波長域にある、請求項１５に記載の方法。
17. 前記狭帯域照射光エネルギーは、氷又は水材料の吸収スペクトルによる局所的吸収ピーク波長において適用される、請求項１５又は１６に記載の方法。