JPH11326186A - レインセンサの温度特性補正方法 - Google Patents

レインセンサの温度特性補正方法

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JPH11326186A
JPH11326186A JP13151798A JP13151798A JPH11326186A JP H11326186 A JPH11326186 A JP H11326186A JP 13151798 A JP13151798 A JP 13151798A JP 13151798 A JP13151798 A JP 13151798A JP H11326186 A JPH11326186 A JP H11326186A
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JP
Japan
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light
window glass
level
rain sensor
ambient temperature
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JP13151798A
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Inventor
Tadashi Koyama
正 小山
Keiji Tsunetomo
啓司 常友
Shuhei Tanaka
修平 田中
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Nippon Sheet Glass Co Ltd
Original Assignee
Nippon Sheet Glass Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 周囲温度が変動してもフロントガラスの表面
側に付着した水滴量の程度と受光手段の出力信号レベル
との対応関係が変動しないようにする。 【解決手段】 ウインドガラスの内面側において全反射
するようにウインドガラス内に光を導く発光手段7と、
ウインドガラス内において反射した光を受光する受光手
段8とからウインドガラスの表面側に付着した水滴量の
程度を検出するレインセンサの温度特性補正方法であっ
て、受光手段8を構成する直流増幅回路19の利得を周
囲温度の変動に応じて変える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、発光素子と受光素
子を用いてウインドガラスなどの透明基板の表面側に付
着した水滴の量を検出するレインセンサの温度特性補正
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、車両のウインドガラスの水滴検出
装置(レインセンサ)としては、特開平2−67945
号公報に記載のように、発光素子などからなる投光手段
と受光素子などからなる検出手段を備え、投光手段より
ウインドガラスに向けて光を照射し、反射光を受けた検
出手段からの出力信号のレベルが水滴のないレベルの所
定範囲内であれば、ウインドガラスの外側面のみに水滴
が付着していると判定し、水滴のないレベルの所定範囲
を超えていれば、ウインドガラスの内側面にも水滴が付
着していると判定するものが知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のレイン
センサにおいては、LED(発光ダイオード)などの発
光素子の発光出力に対する温度補償、PD(ホトダイオ
ード)などの受光素子の出力信号に対する温度補償を行
っていないため、発光素子については発光出力レベルが
周囲温度によって変化し、受光素子については出力信号
レベルが周囲温度によって変化してしまう。
【0004】従って、受光素子の出力信号レベルを複数
レベル(例えば、3段階又は4段階)に設定し、夫々の
出力信号レベルに応じて、例えばワイパを低速で駆動し
たり、間欠で駆動したり、高速で駆動したりする場合
に、受光素子の出力信号レベルが周囲温度によって変動
すると、所望の動作をさせることができないという問題
がある。
【0005】本発明は、従来の技術が有するこのような
問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、周囲温度が変動してもフロントガラスの表面側
に付着した水滴量の程度と受光手段の出力信号レベルと
の対応関係が変動しないレインセンサの温度特性補正方
法を提供しようとするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく請
求項1に係る発明は、ウインドガラスの内面側において
全反射するように前記ウインドガラス内に光を導く発光
手段と、前記ウインドガラス内において反射した光を受
光する受光手段とから前記ウインドガラスの表面側に付
着した水滴量の程度を検出するレインセンサの温度特性
補正方法であって、前記受光手段を構成する増幅回路の
利得を周囲温度の変動に応じて変えるものである。
【0007】請求項2に係る発明は、ウインドガラスの
内面側において全反射するように前記ウインドガラス内
に光を導く発光手段と、前記ウインドガラス内において
反射した光を受光する受光手段とから前記ウインドガラ
スの表面側に付着した水滴量の程度を検出するレインセ
ンサの温度特性補正方法であって、前記受光手段を構成
する校正回路の分圧抵抗の抵抗値を周囲温度の変動に応
じて変えるものである。
【0008】請求項3に係る発明は、ウインドガラスの
内面側において全反射するように前記ウインドガラス内
に光を導く発光手段と、前記ウインドガラス内において
反射した光を受光する受光手段とから前記ウインドガラ
スの表面側に付着した水滴量の程度を検出するレインセ
ンサの温度特性補正方法であって、前記受光手段を構成
する参照電圧発生回路の参照電圧を周囲温度の変動に応
じて変えるものである。
【0009】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。ここで、図1は本発明に係る
レインセンサの温度特性補正方法を適用した自動車前部
の斜視図、図2はレインセンサの構成図、図3は回折格
子の作用説明図、図4は本発明に係るレインセンサの温
度特性補正方法を使用するワイパ制御装置の構成図、図
5は直流増幅器の構成図、図6は校正器の構成図、図7
は参照電圧発生器の構成図である。
【0010】図1に示すように、自動車のフロントガラ
ス1の室内側面で外側面を払拭するワイパ9の払拭領域
内にレインセンサ2を接着剤(接着テープ)3にて取付
けている。接着剤(接着テープ)3は、フロントガラス
1の屈折率(1.48)とほぼ等しい屈折率を有するも
のを選定した。なお、フロントガラス1には、SiO2
を主成分とする5mm厚のソーダライムガラス基板を用
いた。
【0011】レインセンサ2は、図2に示すように、ガ
ラス基板4の表面にレーザ光によって形成した回折格子
5,6を備えている。また、接着剤3はガラス基板4の
全面に塗布することで、レインセンサ2とフロントガラ
ス1とを密着している。
【0012】更に、一方の回折格子5の近傍には、発光
ダイオード(LED)やレーザダイオード(LD)など
の発光素子を備えた発光手段7を配置し、他方の回折格
子6の近傍には、フォトダイオード(PD)などの受光
素子を備えた受光手段8を配置している。これら発光手
段7及び受光手段8は、回折格子5,6に密着するよう
に設けてもよい。
【0013】また、回折格子5,6は、ガラス基板4の
表面にレーザ光を照射することで発生するアブレーショ
ン現象により直接形成するのが好ましい。
【0014】回折格子は、微細な溝がガラスなどの表面
に形成されている光学素子のことである。その溝のピッ
チは、0.4〜3μm程度の範囲で設計されたものが多
く、用途によって使い分けられている。その主な用途は
分光に用いられるが、単色光を光源に用いた場合は、光
の回折効果により、光を分けたり、曲げたりすることが
できる。また、回折格子としては上記の他に、反射型の
回折格子やスリット状の回折格子、更には屈折率が周期
的に変わる回折格子でもよい。
【0015】本発明において利用する効果は、単色光を
回折格子に入射させた場合、回折光がある一定の規則に
基づいて発生する現象を用いている。その回折光は、図
3に示すように、入射光に対して一定の角度で1次回折
光が発生する。なお、高次の回折光も発生するが、光量
が少なくなるので1次回折光を主に用いる。
【0016】入射光が透過する場合、入射光と回折光の
角度の関係は次の数式(1)で表される。すなわち、入
射光の角度をθ0 とし、m次の回折光の角度をθ、入射
光の波長をλ、溝のピッチをd、出射側の屈折率をn、
入射側の媒質の屈折率をn0とすると、以下のように角
度が決定できる。
【0017】 n・sinθ−n0・sinθ0=mλ/d (m=0,±1,±2,・・・)(1)
【0018】入射側が空気で出射側が透明板の場合、n
0=1.0であり、透明板中を進行する光の角度は、回折格
子へ入射させる光の角度を変化させることによって調整
することができる。
【0019】以上の様に、回折格子を用いることによ
り、任意の角度で透明板中に光を導入することができ
る。また適宜、回折格子への入射角度を選択することに
より、導入された光が透明板板中を全反射するように設
定することも可能となる。また、透明板中を全反射して
いる光を同様の原理に基づき、透明板から空気中へ出射
させることも可能である。
【0020】また、空気とガラスの界面で全反射が始ま
るときの入射角、即ち臨界角を求めるには、スネルの法
則を用いて以下の計算を行う。スネルの法則の一般式は
以下に示す数式(2)のようになる。但し、α及びα0
は、屈折率nの物質と屈折率n0の物質との界面の法線
に対する角度である(α:入射角、α0:屈折角)。
【0021】 n0・sinα0=n・sinα (2)
【0022】ガラスの屈折率を前記のようにn=1.4
8とし、空気の屈折率をn0=1とした場合、ガラス板
内部で全反射する条件は、α0=90°なので、数式
(2)よりα=42.5°を得る。従って、入射角αが
この角度(42.5°)以上であれば、ガラス媒質中で
の全反射が起こる。
【0023】一方、水が付着した場合でも、ガラス内部
で全反射が起こるのは、水の屈折率を1.33とし同様
の計算を行うとα=64.0°となる。従って、入射角
αが、42.5°から64.0°の範囲の角度では、水
が付着してないときはガラス内部で全反射し、水が付着
すると全反射しなくなり、ガラス内部の光は水を介して
外部に漏れることになる。
【0024】このような反射を起こすために、回折格子
の入射角度を調整した。ガラス内部反射角度が42.5
°になるための回折格子入射角度を前記数式(1)を用
いて計算した。周期が1020nmのガラス表面に形成
された回折格子で、He−Neレーザの633nmの光
のプラス1次回折光を利用したときは22°となる。
【0025】ガラス内部での反射角度が64.0°にな
るためには、同様の計算より回折格子の入射角度が45
°となることがわかる。本実施例では、回折格子5にお
いて45°で光を入射させた。このとき全反射した光
は、他の回折格子6から出射した。
【0026】更に、その全反射点に水滴Wを付着させた
場合、回折格子6から出射する光は低減し、全反射点全
体に水滴が付着した場合は約1/50に出力光が低減し
た。即ち、ガラス表面上の水の存在を敏感に感知し、出
射光強度として反映させることが確認できた。また、回
折格子5の入射角度を徐々に大きくしていっても同様な
ことが起こった。
【0027】しかし、入射角度が64°程度より大きく
なると、水滴が全反射点に付着しても、出射する光量は
変化しなかった。これは、水が表面に付着しても内部の
全反射の条件が変わらない角度とほぼ一致していた。
【0028】本発明に係るレインセンサの温度特性補正
方法を適用するワイパ制御装置は、図4に示すように、
フロントガラス1の内面側において全反射するようにフ
ロントガラス1内に光を導く発光手段7とフロントガラ
ス1内において反射した光を受光する受光手段8などか
らなるレインセンサ2と、周囲温度を検出して処理する
温度検出手段10と、受光手段8の出力信号によりワイ
パ9を所望の速度で駆動するワイパ駆動装置30を備え
ている。
【0029】発光手段7は、発光ダイオード(LED)
やレーザダイオード(LD)などの発光素子11と、発
光素子11の出力光を所望のレベルに維持する発光出力
制御回路12からなる。
【0030】発光出力制御回路12は、発光素子11か
ら所定周波数で変調した光を出力させるために発光素子
11に駆動電流を供給する駆動回路13と、発光素子1
1の出力レベルをモニタするフォトダイオード(PD)
などの受光素子14と、受光素子14の出力信号から変
調成分に対応する信号を取り出す検出回路15を備え、
検出回路15の出力信号を駆動回路13にするフィード
バックして発光素子11に流す駆動電流を制御してい
る。
【0031】発光手段7では、受光素子14の出力信号
から変調成分に対応する信号を検出回路15により取り
出し、この信号を発光素子11の駆動回路13にフィー
ドバックして発光素子11の発光出力を所望値になるよ
うに制御するので、発光手段7の周囲温度が変化しても
発光素子11の発光出力を所望値に維持することができ
る。
【0032】また、受光手段8は、発光素子11の出力
光を検出するPDなどの受光素子16と、受光素子16
の出力信号から発光素子11の駆動回路13による変調
成分に対応する信号を取り出して増幅する交流増幅器1
7と、交流増幅器17の出力信号を直流化する整流器1
8と、整流器18の出力信号を増幅する直流増幅器19
と、直流増幅器19の出力信号をフロントガラスの汚れ
等を考慮して分圧抵抗により補正する校正器20と、水
滴量に対応した複数の参照電圧を発生する参照電圧発生
器21と、校正器20の出力信号と参照電圧発生器21
の参照電圧を比較してワイパ駆動装置30へ3種の信号
(第1出力信号D1、第2出力信号D2、第3出力信号
D3)を出力する比較器22からなる。
【0033】比較器22では、先ず校正器20の出力信
号Sを予め参照電圧発生器21に設定してある3レベル
の参照電圧(電圧レベルの高い順に第1設定レベルR
1、第2設定レベルR2、第3設定レベルR3とする)
と比較する。
【0034】本発明で用いるレインセンサ2は、前述の
ように、フロントガラス1の表面側に水滴がより多く付
着する程、受光素子16の出力信号レベルは低下するの
で、フロントガラス1の表面側に水滴が付着していない
場合の出力信号Sの電圧レベルが一番高く、水滴が多く
付着している場合の出力信号Sの電圧レベルが一番低く
なる。
【0035】そして、校正器20の出力信号Sが第1設
定レベルR1より小さい場合(S<R1)は、第1出力
信号D1をHレベルにし、出力信号S3が第2設定レベ
ルR2より小さい場合(S3<R2)は、第2出力信号
D2をHレベルにし、更に出力信号S3が第3設定レベ
ルR3より小さい場合(S3<R3)は、第3出力信号
D3をHレベルにする。
【0036】ここで、第1出力信号D1がHレベルの場
合は、霧雨又は小雨の降雨状態、第2出力信号D2がH
レベルの場合は、中程度の降雨状態、第3出力信号D3
がHレベルの場合は、大雨の降雨状態に夫々相当する。
【0037】そして、レインセンサ2の電源投入後、フ
ロントガラス1の表面側に水滴が付着して校正器20の
出力信号D1,D2,D3が全てHレベルになると、ワ
イパ駆動信号がワイパ駆動装置30から出力され、ワイ
パ9が駆動を開始する。この時、ウインドウォシャー液
を所定量だけフロントガラス1に噴出した後、又は噴出
しながらワイパ9の駆動を開始するようにしてもよい。
【0038】その後、第3出力信号D3がLレベルにな
っても、第2出力信号D2がHレベルである限りワイパ
駆動信号WDは出力し続け、第2出力信号D2がLレベ
ルになった時に、ワイパ駆動装置30はワイパ駆動信号
WDの出力を停止する。
【0039】従って、ワイパ制御装置は、第3出力信号
D3がHレベルになるタイミングでワイパ9が駆動を開
始し、第2出力信号D2がLレベルになるタイミングで
ワイパ9が駆動を停止することになる。
【0040】以上のように構成されたレインセンサ2に
関して、本発明に係るレインセンサの温度特性補正方法
の第1の発明の実施の形態は、受光手段8を構成する直
流増幅器19の利得を周囲温度の変動に応じて変えて、
周囲温度の上昇により直流増幅器19の入力電圧が上昇
しても直流増幅器19の出力電圧を所定の電圧レベルに
維持するようにするものである。
【0041】ここで、直流増幅器19は、図5に示すよ
うに、演算増幅器19aを用いて入力抵抗19bとフィ
ードバック抵抗19cから反転増幅回路を構成してい
る。直流増幅器19の利得を周囲温度により変える手段
としては、直流増幅器19のフィードバック抵抗19c
に負性抵抗素子としてのダイオードD1を順方向にして
並列接続する。
【0042】ダイオードD1の負性抵抗特性を利用する
ことにより、周囲温度が上昇しても周囲温度が上昇する
につれて反転増幅回路のフィードバック抵抗(抵抗19
cとダイオードD1の並列接続)の抵抗値が小さくなる
ので、直流増幅器19の利得は低下し、直流増幅器19
の入力電圧が上昇しても直流増幅器19の出力電圧は、
周囲温度に影響さず、所定の電圧レベルを維持する。
【0043】従って、フロントガラス1の表面側に水滴
Wが付着しているにも拘らず、周囲温度が上昇すること
により直流増幅器19の出力電圧が上昇し、水滴Wが付
着していない場合の電圧レベルの信号を比較器22が出
力するという誤動作が生じない。
【0044】また、周囲温度が上昇するに伴って直流増
幅器19の利得を低下させるには、反転増幅回路のフィ
ードバック抵抗の抵抗値を温度上昇に従って小さくする
以外に、直流増幅器19を構成する演算増幅器19aの
利得調整端子19dに温度検出手段10の出力信号Tを
入力して利得調整することもできる。
【0045】本発明に係るレインセンサの温度特性補正
方法の第2の発明の実施の形態は、受光手段8を構成す
る校正回路20の分圧抵抗のうちいずれか一方の分圧抵
抗の抵抗値を周囲温度の変動に応じて変えて、周囲温度
の上昇により校正回路20の入力電圧が上昇しても校正
回路20の出力電圧を所定の電圧レベルに維持するよう
にするものである。
【0046】ここで、校正回路20は、図6(a)に示
すように、抵抗20aと抵抗20bを直列接続し、その
両端に入力電圧を印加し、抵抗20bの両端を出力端子
として分圧した電圧を出力する。校正回路20の一方の
分圧抵抗20bの抵抗値を周囲温度により変える手段と
しては、抵抗20bに負性抵抗素子としてのダイオード
D2を順方向にして並列接続する。なお、20cは、バ
ッファアンプである。
【0047】ダイオードD2の負性抵抗特性を利用する
ことにより、周囲温度が上昇しても分圧抵抗20bの抵
抗値が見掛け上小さくなるので、校正回路20の入力電
圧が上昇しても、分圧比が小さくなり、校正回路20の
出力電圧は上昇せず、所定の電圧レベルを維持する。
【0048】従って、フロントガラス1の表面側に水滴
Wが付着しているにも拘らず、周囲温度が上昇すること
により校正回路20の出力電圧が上昇し、水滴Wが付着
していない場合の電圧レベルの信号を比較器22が出力
するという誤動作が生じない。
【0049】また、校正回路20を、図6(b)に示す
ように、出力抵抗として図6(a)に示す抵抗20bの
替わりに抵抗20d,20f,20hとスイッチ20
e,20g,20iを夫々直列接続したものを並列接続
して構成してもよい。
【0050】この場合に、校正回路20の出力抵抗の抵
抗値を周囲温度により変えるには、スイッチ20e,2
0g,20iをオン・オフ動作させるスイッチ駆動部2
0jに、温度検出手段10の出力信号Tを入力し、周囲
温度に合った抵抗を選択するようスイッチ20e,20
g,20iのうちの該当するスイッチをオン状態にす
る。そうすれば、周囲温度が上昇しても校正回路20の
出力電圧を所定の電圧レベルに維持することができる。
【0051】本発明に係るレインセンサの温度特性補正
方法の第3の発明の実施の形態は、受光手段8を構成す
る参照電圧発生回路21が出力する参照電圧を周囲温度
の変動に応じて変えて、周囲温度が上昇しても参照電圧
発生回路21の出力電圧(参照電圧)を所定の電圧レベ
ルに維持するようにするものである。
【0052】参照電圧発生回路21は、図7に示すよう
に、3レベルの参照電圧(電圧レベルの高い順に第1設
定レベルR1、第2設定レベルR2、第3設定レベルR
3とする)を出力する。第1設定レベルR1を出力する
回路は、2個の抵抗21a,21bと、抵抗21bと並
列接続する負性抵抗素子としてのダイオードD3と、バ
ッファアンプ21cからなる。
【0053】また、第2設定レベルR2を出力する回路
についても、2個の抵抗21d,21eと、抵抗21e
と並列接続する負性抵抗素子としてのダイオードD3
と、バッファアンプ21cからなる。第3設定レベルR
3を出力する回路についても、2個の抵抗21g,21
hと、抵抗21hと並列接続する負性抵抗素子としての
ダイオードD3と、バッファアンプ21cからなる。
【0054】参照電圧発生回路21の各参照電圧(第1
設定レベルR1、第2設定レベルR2、第3設定レベル
R3)は、各抵抗21b,21e,21hに負性抵抗素
子としてのダイオードD3を並列接続したことにより、
周囲温度が上昇しても各抵抗21b,21e,21hの
抵抗値が見掛け上小さくなるので、各参照電圧は上昇せ
ず、所定の電圧レベルを維持する。
【0055】従って、フロントガラス1の表面側に水滴
Wが付着しているにも拘らず、周囲温度が上昇すること
により参照電圧発生回路21の各参照電圧が上昇し、水
滴Wが付着していない場合の電圧レベルの信号を比較器
22が出力するという誤動作が生じない。
【0056】
【発明の効果】以上説明したように請求項1に係る発明
によれば、受光手段を構成する増幅回路の利得を周囲温
度の変動に応じて変えるので、周囲温度が変動してもレ
インセンサの出力電圧レベルを所定の値に維持でき、フ
ロントガラスの表面側に水滴が付着しているにも拘ら
ず、水滴が付着していない場合の電圧レベルの信号を出
力したり、フロントガラスの表面側に水滴が付着してい
ないにも拘らず、水滴が付着している場合の電圧レベル
の信号を出力したりするという誤動作が生じない。
【0057】請求項2に係る発明によれば、受光手段を
構成する校正回路の分圧抵抗の抵抗値を周囲温度の変動
に応じて変えるので、周囲温度が変動してもレインセン
サの出力電圧レベルを所定の値に維持でき、フロントガ
ラスの表面側に水滴が付着しているにも拘らず、水滴が
付着していない場合の電圧レベルの信号を出力したり、
フロントガラスの表面側に水滴が付着していないにも拘
らず、水滴が付着している場合の電圧レベルの信号を出
力したりするという誤動作が生じない。
【0058】請求項3に係る発明によれば、受光手段を
構成する参照電圧発生回路の参照電圧を周囲温度の変動
に応じて変えるので、周囲温度が変動してもレインセン
サの出力電圧レベルを所定の値に維持でき、フロントガ
ラスの表面側に水滴が付着しているにも拘らず、水滴が
付着していない場合の電圧レベルの信号を出力したり、
フロントガラスの表面側に水滴が付着していないにも拘
らず、水滴が付着している場合の電圧レベルの信号を出
力したりするという誤動作が生じない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るレインセンサの温度特性補正方法
を適用した自動車前部の斜視図
【図2】レインセンサの構成図
【図3】回折格子の作用説明図
【図4】本発明に係るレインセンサの温度特性補正方法
を使用するワイパ制御装置の構成図
【図5】直流増幅器の構成図
【図6】校正器の構成図
【図7】参照電圧発生器の構成図
【符号の説明】
1…フロントガラス、2…レインセンサ、3…接着剤、
4…ガラス基板、5,6…回折格子、7…発光手段、8
…受光手段、9…ワイパ、10…温度検出手段、11…
発光素子、12…発光出力制御回路、13…駆動回路、
14,16…受光素子、15…検出回路、17…交流増
幅器、19…直流増幅器、20…校正器、21…参照電
圧発生器、22…比較器、30…ワイパ駆動装置、W…
水滴。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ウインドガラスの内面側において全反射
    するように前記ウインドガラス内に光を導く発光手段
    と、前記ウインドガラス内において反射した光を受光す
    る受光手段とから前記ウインドガラスの表面側に付着し
    た水滴量の程度を検出するレインセンサの温度特性補正
    方法であって、前記受光手段を構成する増幅回路の利得
    を周囲温度の変動に応じて変えることを特徴とするレイ
    ンセンサの温度特性補正方法。
  2. 【請求項2】 ウインドガラスの内面側において全反射
    するように前記ウインドガラス内に光を導く発光手段
    と、前記ウインドガラス内において反射した光を受光す
    る受光手段とから前記ウインドガラスの表面側に付着し
    た水滴量の程度を検出するレインセンサの温度特性補正
    方法であって、前記受光手段を構成する校正回路の分圧
    抵抗の抵抗値を周囲温度の変動に応じて変えることを特
    徴とするレインセンサの温度特性補正方法。
  3. 【請求項3】 ウインドガラスの内面側において全反射
    するように前記ウインドガラス内に光を導く発光手段
    と、前記ウインドガラス内において反射した光を受光す
    る受光手段とから前記ウインドガラスの表面側に付着し
    た水滴量の程度を検出するレインセンサの温度特性補正
    方法であって、前記受光手段を構成する参照電圧発生回
    路の参照電圧を周囲温度の変動に応じて変えることを特
    徴とするレインセンサの温度特性補正方法。
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