(57)【要約】      （修正有）【課題】外部調節式電流源を使用した光学式レインセンサ内の発光デバイス電流の実時間微調整方法を提供する。【解決手段】調節式電流源２７０は、外部調節信号に基づいて調整可能な一定の強度を有する出力電流（Ｉｏｕｔ）を供給する可変電流源と、発光デバイスの端子と可変電流源の前記出力端子との間に接続された制御式スイッチとを備えている。制御式スイッチは、発光素子へ供給されるドライバ電流パルスと同期してオン状態とオフ状態とを切り換えて、前記可変電流源を接続および切断し、それによって発光デバイスにおけるドライバ電流パルスに重畳された前記調節電圧（Ｖｒｅｇ）に基づいて補償電流信号（Ｉｃ）を生成し、第１および第２の光パルス間の不均衡を低減させるように適合されている。【選択図】図２
2020190555.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２の光パルスを透明基体（２３０）の内面の方へ放出するように適合された第１の発光素子（２２０）および第２の発光素子（２２５）と、
前記透明基体（２３０）の前記内面によって反射された前記第１および第２の光パルスからの光を検出するように適合された光検出器（２４０）と、
第１のチャネルに第１のドライバ電流パルスを出力し、前記第１の発光素子（２２５）を駆動して前記第１の光パルスを放出させるように適合された第１のドライバ（２５２）、および
第２のチャネルに第２のドライバ電流パルスを出力し、前記第２の発光素子（２２０）を駆動して前記第２の光パルスを放出させるように適合された第２のドライバ（２５４）
を備えるレインセンサコントローラ（２５０）と、
前記レインセンサコントローラ（２５０）の前記第２のチャネルと前記第２の発光素子の端子との間に接続可能な調節式電流源（２７０）とを備え、
前記調節式電流源（２７０）は、前記第２の発光素子（２２０）における全電流を増大または減少させて、前記第１および第２の光パルス間の不均衡を低減させるために、調節信号に基づいて前記第２の発光素子（２２０）の前記端子に補償電流信号を印加するように適合されている、
光学式レインセンサデバイス。
【請求項２】
前記調節信号を出力し、前記調節式電流源（２７０）を制御して所与の振幅を有する前記補償電流信号を出力させるように適合されたマイクロコントローラ（２６０）をさらに備え、
前記調節式電流源（２７０）は、前記補償電流信号（ＩＣ）を前記第２のドライバ電流パルスと同期して印加するように適合され、かつ／または
前記補償電流信号は、前記調節信号に基づいて設定された振幅を有する方形電流パルスであり、前記調節信号は、前記マイクロコントローラ（２６０）のデジタルアナログ変換器出力によって提供されるアナログ調節電圧である、
請求項１に記載の光学式レインセンサデバイス。
【請求項３】
前記調節式電流源（２７０）は、
前記調節信号に基づいて調整可能な一定の強度を有する出力電流（Ｉｏｕｔ）を供給するように適合された可変電流源（２８０）と、
前記第２の発光デバイスの前記端子と前記可変電流源（２８０）の出力端子との間に接続されるように適合された制御式スイッチ（２９０）とを含み、
前記制御式スイッチ（２９０）は、前記第２のドライバ電流パルスと同期してオン状態とオフ状態とを切り換えて、前記可変電流源（２８０）を接続および切断し、それによって前記一定の電流（Ｉｏｕｔ）に基づいて前記補償電流パルス（ＩＣ）を生成するように適合されている、請求項１または２に記載の光学式レインセンサデバイス。
【請求項４】
前記制御式スイッチ（２９０）は、前記第２のドライバ電流パルスが所定の電流閾値条件を上回ったとき、前記オン状態に切り換わるように適合されている、
請求項３に記載の光学式レインセンサデバイス。
【請求項５】
前記制御式スイッチ（２９０）は、スイッチトランジスタ（２９２）と、前記スイッチトランジスタ（２９２）のベース端子とエミッタ端子との間に接続された第１の抵抗素子（Ｒ１）とを備え、
前記スイッチトランジスタ（２９２）の前記エミッタ端子は、前記第２の発光デバイス（２２０）の前記端子に前記補償電流信号を印加し、
前記第１の抵抗素子（Ｒ１）は、前記第２のドライバチャネルと前記第２の発光素子（２２０）の前記端子との間に接続され、前記第２のドライバ電流パルスを感知し、前記第２のドライバ電流パルスが所定の電流閾値より大きいとき、前記第１の抵抗素子（Ｒ１）における電圧差を生じさせ、前記スイッチトランジスタ（２９２）を開く、
請求項３または４に記載の光学式レインセンサデバイス。
【請求項６】
前記可変電流源（２８０）は、前記調節信号に基づいて前記出力電流（Ｉｏｕｔ）を供給するように適合された駆動トランジスタ（２９４）を備え、前記調節信号は、前記駆動トランジスタ（２９４）のベース端子に印加される、
請求項３から５のいずれか一項に記載の光学式レインセンサデバイス。
【請求項７】
前記可変電流源（２８０）は、前記駆動トランジスタ（２９４）のエミッタ端子と基準電位との間に接続された第２の抵抗素子（Ｒ２）を備え、前記第２の抵抗素子（Ｒ２）は、前記調節信号（ＶＲｅｇ）に基づいて前記補償電流パルス（ＩＣ）の振幅の所望の微調整を提供するように選択される、
請求項３から６のいずれか一項に記載の光学式レインセンサデバイス。
【請求項８】
光学式レインセンサ（２１０）の発光デバイス（２２０）へ供給されるドライバ電流パルスの微調整のための調節式電流源（２７０）であって、
外部調節信号に基づいて調整可能な一定の強度を有する出力電流（Ｉｏｕｔ）を供給するように適合された可変電流源（２８０）と、
前記発光デバイス（２２０）の端子と前記可変電流源（２８０）の出力端子との間に接続されるように適合された制御式スイッチ（２９０）とを備え、
前記制御式スイッチ（２９０）は、前記発光デバイス（２２０）へ供給される前記ドライバ電流パルスと同期してオン状態とオフ状態とを切り換えて、前記可変電流源（２８０）を接続および切断し、それによって、前記調節信号に基づいており、かつ、前記発光デバイス（２２０）における前記ドライバ電流パルスに重畳された補償電流信号（ＩＣ）を生成し、前記第１および第２の光パルス間の不均衡を低減させるように適合されている、調節式電流源（２７０）。
【請求項９】
前記制御式スイッチ（２９０）は、前記ドライバ電流パルスが所定の電流閾値条件を上回ったとき、前記オン状態に切り換わるように適合されている、
請求項８に記載の調節式電流源（２７０）。
【請求項１０】
前記制御式スイッチ（２９０）は、スイッチトランジスタ（２９２）と、前記スイッチトランジスタ（２９２）のベース端子とエミッタ端子との間に接続された第１の抵抗素子（Ｒ１）とを備え、
前記スイッチトランジスタ（２９２）の前記エミッタ端子は、前記発光デバイス（２２０）の前記端子に前記補償電流パルス（ＩＣ）を印加し、
前記第１の抵抗素子（Ｒ１）は、前記ドライバ電流パルスを供給するドライバチャネルと前記発光素子の前記端子との間に接続され、前記ドライバ電流パルスを感知し、前記ドライバ電流パルスが所定の電流閾値より大きいとき、電圧差を生じさせ、前記スイッチトランジスタ（２９２）を開くように適合されている、
請求項８または９に記載の調節式電流源（２７０）。
【請求項１１】
前記可変電流源（２８０）は、前記調節信号に基づいて前記出力電流（Ｉｏｕｔ）を供給するように適合された駆動トランジスタ（２９４）を備え、前記調節信号は、前記駆動トランジスタ（２９４）のベース端子に印加される調節電圧（Ｖｒｅｇ）である、
請求項８から１０のいずれか一項に記載の調節式電流源（２７０）。
【請求項１２】
前記可変電流源（２８０）は、前記駆動トランジスタ（２９４）のエミッタ端子と基準電位との間に接続された第２の抵抗素子（Ｒ２）を備え、前記第２の抵抗素子（Ｒ２）は、前記調節信号に基づいて補償電流信号の振幅の所望の微調整を提供するように選択される、
請求項８から１１のいずれか一項に記載の調節式電流源（２７０）。
【請求項１３】
光学式レインセンサの発光素子の駆動電流を微調整する方法であって、前記光学式センサは、第１および第２の光パルスを透明基体（２３０）の内面の方へ放出するように適合された第１の発光素子（２２０）および第２の発光素子（２２５）と、前記透明基体（２３０）の前記内面から反射された前記第１および第２の光パルスを検出するように適合された光検出器（２４０）と、第１のチャネルに第１のドライバ電流パルスを出力し、前記第１の発光素子（２２５）を駆動して前記第１の光パルスを放出させるように適合された第１のドライバ（２５２）、および第２のチャネルに第２のドライバ電流パルスを出力し、前記第２の発光素子（２２０）を駆動して前記第２の光パルスを放出させるように適合された第２のドライバ（２５４）を備えるレインセンサコントローラ（２５０）とを備え、前記方法は、
前記光検出器（２４０）によって検出された、反射された前記第１の光パルス（２３６）および反射された前記第２の光パルス（２３８）それぞれに対応する第１および第２の光検出信号（２４５）の振幅（ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ａ＿ＯＮ、ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ｂ＿ＯＮ）を受け取ることと、
受け取った前記第１および第２の光検出信号の前記振幅（ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ａ＿ＯＮ、ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ｂ＿ＯＮ）の差が、前記第１の光パルス（２３６）と前記第２の光パルス（２３８）との間の不均衡に関連する所与の補償条件を満たすかどうかを決定することと、
前記補償条件が満たされているとき、外部調節式電流源（２７０）によって、前記第２のチャネル（Ｂ）に補償電流信号を印加することとを含み、
前記補償電流信号は、前記第１の光検出信号（２３６）および前記第２の光検出信号（２３８）の前記振幅（ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ａ＿ＯＮ、ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ｂ＿ＯＮ）間の関係に基づいて、前記第２の発光素子（２２０）における全電流を増大または減少させて、前記第１および第２の光検出信号間の不均衡を低減させるように適合される、方法。
【請求項１４】
前記第２の光検出信号の前記振幅（ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ｂ＿ＯＮ）が前記第１の光検出信号の前記振幅（ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ａ＿ＯＮ）より小さいとき、前記方法は、
受け取った前記第１および第２の光検出信号の前記振幅（ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ａ＿ＯＮ、ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ｂ＿ＯＮ）を監視することと、
受け取った前記第１および第２の光検出信号の監視された前記振幅（ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ａ＿ＯＮ、ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ｂ＿ＯＮ）が前記補償条件を満たし、前記補償電流信号の前記振幅が電流範囲の最大値（ＩＣ，ＭＡＸ）を下回ったとき、前記補償電流信号の前記振幅を所与の電流範囲内で漸進的に増大させることと、
前記補償電流信号の前記振幅が前記電流範囲の前記最大値（ＩＣ，ＭＡＸ）に到達したとき、前記補償条件が満たされている場合、第２のドライバ電流（ＩＢ）を１補償段階だけ増大させ、前記補償電流信号の前記振幅を前記電流範囲の最小値（ＩＣ，ＭＩＮ）に設定することとをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２の光検出信号の前記振幅（ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ｂ＿ＯＮ）が前記第１の光検出信号の前記振幅（ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ａ＿ＯＮ）より大きいとき、前記方法は、
前記第２のドライバ電流（ＩＢ）を１補償段階だけ減少させ、前記所与の電流範囲の最大値（ＩＣ，ＭＡＸ）に等しい振幅を有する前記補償電流信号を前記第２のチャネル（Ｂ）に印加することと、
受け取った前記第１および第２の光検出信号の前記振幅（ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ａ＿ＯＮ、ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ｂ＿ＯＮ）を監視することと、
受け取った前記第１および第２の光検出信号の監視された前記振幅（ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ａ＿ＯＮ、ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ｂ＿ＯＮ）が前記補償条件を満たし、前記補償電流信号の前記振幅が前記電流範囲の最小値（ＩＣ，ＭＩＮ）を上回ったとき、前記補償電流信号の前記振幅を前記所与の電流範囲内で漸進的に減少させることと、
前記補償電流信号の前記振幅が前記電流範囲の前記最小値（ＩＣ，ＭＩＮ）に到達したとき、前記補償条件がまだ満たされている場合、前記第２のドライバ電流（ＩＢ）を１補償段階だけ減少させ、前記補償電流信号の前記振幅を前記電流範囲の前記最大値（ＩＣ，ＭＡＸ）に設定することとをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レインセンサに関し、より詳細には、発光デバイスを使用して雨滴および／または水滴を検出する光学式レインセンサ、ならびに発光デバイスの駆動電流に対する電流微調整に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学式レインセンサは一般に、自動車両および灌漑システムなどの広範囲の適用分野で電気デバイスを制御するために雨感知スイッチとして用いられる。光学式レインセンサの検出原理は、１つまたは複数の発光源によって放出される赤外光のうち、フロントガラスなどの透明基体の内面から反射された部分を検出することに基づいている。フロントガラスから反射された光は、光検出器によって検出され、検出された信号を分析して、反射光の強度の変動を判定する。フロントガラスの外面が雨滴または水滴で覆われた場合、入射する赤外光の内部全反射が低減され、したがって光検出器によって検出される反射光が少なくなる。検出された反射光の強度の低下の検出は、フロントガラスの外面に雨滴または水滴が存在することを示し、これを使用して、自動車のワイパのモータなどの電気デバイスの動作を引き起こすことができる。
【０００３】
図１は、一般的なタイプの光学式レインセンサデバイス１００を示す。このセンサ設計は、透明基体１３０（たとえば、フロントガラス）の片側に堆積した雨滴および／または水滴を検出する２つの発光素子（ＬＥＤ１２０およびＬＥＤ１２５）を有する光学式センサ１１０を含む。２つのＬＥＤ素子１２０、１２５は、フロントガラス１３０の反対側に配置され、それぞれの光ビームをフロントガラス１３０の異なる区域にそれぞれの入射角θ１およびθ２（基体１３０に対する垂線に基づく）で入射させるように向けられる。入射角θ１およびθ２は、図１に例示するように、ほぼ対称（たとえば、それぞれ−４５°および＋４５°）とすることができる。放出された光ビームは、フロントガラスから光検出器１４０へ反射され、光検出器１４０は検出信号１４５を出力し、検出信号１４５は集積回路（ＩＣ）１５０によって、液滴の存在を検出するために処理される。
水滴および／または雨滴１３５は通常、濡れた表面に不均一に分散するため、ＬＥＤ１２０およびＬＥＤ１２５から反射される光の強度は、それぞれの光ビームが液滴によって覆われた領域に入射しているか否かに応じて異なる。外面に液滴が存在すると、透明基体１３０および液滴を通る光の屈折によって、内部全反射は低減され、したがってＬＥＤ１２０からの信号がＬＥＤ１２５の信号より弱くなる。検出されるＬＥＤ信号の強度の差の突然の変動は、基体１３０に雨滴または水滴が存在することを示す。
【０００４】
したがって、ＬＥＤ信号が完全に均衡化されていない限り、日光への露出によるレインセンサ光検出器の感度変化が誤検出をもたらす可能性がある。その結果、日光への露出による光検出器の感度変動により、そのような不均衡が増幅し、したがって本当の水滴の検出と混同されうる検出信号署名が生成される可能性がある。
【０００５】
通常、各ＬＥＤからの光の放出は、専用のレインセンサ集積回路（ＩＣ）１５０によって強度および周波数が制御され、レインセンサＩＣ１５０は、それぞれのＬＥＤチャネル（たとえば、ＡおよびＢ）において、これらのチャネルに接続されたＬＥＤで光パルスを生成するのに好適な駆動電流を出力する。レインセンサＩＣ１５０によって出力される駆動電流の振幅および周波数は、デジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）マイクロコントローラ１６０によって制御することができる。レインセンサＬＥＤは、典型的に、振幅２０ｍＡおよび周波数１００ｋＨｚの駆動電流によって制御されるが、既存の集積回路では、そのような駆動電流は約±２．５ｍＡ刻みで粗く調整される可能性がある。しかし、この電流分解能は、ＬＥＤチャネル（ＡまたはＢ）の駆動電流間のより小さい差を補償するには不十分であり、その結果、レインセンサＩＣ１５０のＬＥＤチャネルの電流を調整して誤検出を低減させることによって、ＬＥＤ信号間の不均衡を補正することはできない。
【０００６】
したがって、ＬＥＤチャネル内の不均衡による雨滴および／または水滴の誤検出を低減させ、したがって日光の入射から独立した検出応答をレインセンサの検出器に提供することが可能なレインセンサの解決策が必要とされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、従来技術の短所および欠点を考慮してなされており、その目的は、光学式レインセンサの電流微調整を提供することが可能なレインセンサデバイスおよび調節式電流源、ならびにレインセンサ光検出器の感度の変化によるフロントガラスなどの透明基体上の水滴および／または雨滴の誤検出を低減または軽減することが可能な光学式レインセンサを使用したレインセンサデバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的は、独立請求項の主題によって解決される。本発明の有利な実施形態は、従属請求項の主題である。
【０００９】
本発明によれば、光学式レインセンサデバイスが提供され、光学式レインセンサデバイスは、第１および第２の光パルスを透明基体の内面の方へ放出するように適合された第１および第２の発光素子と、透明基体の内面によって反射された第１および第２の光パルスからの光を検出するように適合された光検出器と、第１のチャネルに第１のドライバ電流パルスを出力し、第１の発光素子を駆動して第１の光パルスを放出させるように適合された第１のドライバ、および第２のチャネルに第２のドライバ電流パルスを出力し、第２の発光素子を駆動して第２の光パルスを放出させるように適合された第２のドライバを備えるレインセンサコントローラと、レインセンサコントローラの第２のチャネルと第２の発光素子の端子との間に接続可能な調節式電流源とを備え、調節式電流源は、第２の発光素子における全電流を増大または減少させて、第１および第２の光パルス間の不均衡を低減させるために、調節信号に基づいて第２の発光素子の前記端子に補償電流信号を印加するように適合されている。
【００１０】
さらなる発展形態によれば、光学式レインセンサデバイスは、前記調節信号を出力し、調節式電流源を制御して所与の振幅を有する補償電流信号を出力させるように適合されたマイクロコントローラをさらに備え、調節式電流源は、前記補償電流信号を第２のドライバ電流パルスと同期して印加するように適合され、かつ／または補償電流信号は、調節信号に基づいて設定された振幅を有する方形電流パルスであり、調節信号は、マイクロコントローラのデジタルアナログ変換器出力によって提供されるアナログ調節電圧である。
【００１１】
さらなる発展形態によれば、調節式電流源は、前記調節信号に基づいて調整可能な一定の強度を有する出力電流（Ｉｏｕｔ）を供給するように適合された可変電流源と、第２の発光デバイスの前記端子と可変電流源の前記出力端子との間に接続されるように適合された制御式スイッチとを含み、制御式スイッチは、第２のドライバ電流パルスと同期してオン状態とオフ状態とを切り換えて、前記可変電流源を接続および切断し、それによって前記一定の電流（Ｉｏｕｔ）に基づいて前記補償電流パルス（ＩＣ）を生成するように適合されている。
【００１２】
さらなる発展形態では、制御式スイッチは、第２のドライバ電流パルスが所定の電流閾値条件を上回ったとき、オン状態に切り換わるように適合されている。
【００１３】
さらなる発展形態では、制御式スイッチは、スイッチトランジスタと、スイッチトランジスタのベース端子とエミッタ端子との間に接続された第１の抵抗素子とを備え、スイッチトランジスタのエミッタ端子は、第２の発光デバイスの前記端子に補償電流パルス（ＩＣ）を印加し、第１の抵抗素子は、第２のドライバチャネルと第２の発光素子の前記端子との間に接続され、第２のドライバパルスを感知し、第２のドライバ電流パルスが所定の電流閾値より大きいとき、第１の抵抗素子における電圧差を生じさせ、スイッチトランジスタを開く。
【００１４】
さらなる発展形態では、可変電流源は、前記調節信号（ＶＲｅｇ）に基づいて前記出力電流（Ｉｏｕｔ）を供給するように適合された駆動トランジスタを備え、調節信号（ＶＲｅｇ）は、駆動トランジスタのベース端子に印加される。
【００１５】
さらなる発展形態では、可変電流源は、駆動トランジスタのエミッタ端子と基準電位との間に接続された第２の抵抗素子を備え、第２の抵抗素子は、前記調節信号（ＶＲｅｇ）に基づいて補償電流パルス（ＩＣ）の振幅の所望の微調整を提供するように選択される。
【００１６】
本発明はまた、光学式レインセンサの発光素子へ供給されるドライバ電流パルスの微調整のための調節式電流源を提供し、調節式電流源は、外部調節信号に基づいて調整可能な一定の強度を有する出力電流（Ｉｏｕｔ）を供給するように適合された可変電流源と、発光デバイスの端子と可変電流源の前記出力端子との間に接続されるように適合された制御式スイッチとを備え、制御式スイッチは、発光デバイスへ供給されるドライバ電流パルスと同期してオン状態とオフ状態とを切り換えて、前記可変電流源を接続および切断し、それによって、調節信号に基づいており、かつ、発光デバイスにおけるドライバ電流パルスに重畳された補償電流信号（ＩＣ）を生成し、第１および第２の光パルス間の不均衡を低減させるように適合されている。
【００１７】
さらなる発展形態では、制御式スイッチは、ドライバ電流パルスが所定の電流閾値条件を上回ったとき、オン状態に切り換わるように適合されている。
【００１８】
さらなる発展形態では、制御式スイッチは、スイッチトランジスタと、スイッチトランジスタのベース端子とエミッタ端子との間に接続された第１の抵抗素子とを備え、スイッチトランジスタのエミッタ端子は、発光デバイスの前記端子に補償電流パルス（ＩＣ）を印加し、第１の抵抗素子は、ドライバ電流パルスを供給するドライバチャネルと発光素子の前記端子との間に接続され、ドライバ電流パルスを感知し、ドライバ電流パルスが所定の電流閾値より大きいとき、電圧差を生じさせ、スイッチトランジスタを開くように適合されている。
【００１９】
さらなる発展形態では、可変電流源は、調節信号（ＶＲｅｇ）に基づいて前記出力電流（Ｉｏｕｔ）を供給するように適合された駆動トランジスタを備え、調節信号（ＶＲｅｇ）は、駆動トランジスタのベース端子に印加される調節電圧である。
【００２０】
さらなる発展形態では、可変電流源は、駆動トランジスタのエミッタ端子と基準電位との間に接続された第２の抵抗素子を備え、第２の抵抗素子は、前記調節信号（ＶＲｅｇ）に基づいて補償電流信号（ＩＣ）の振幅の所望の微調整を提供するように選択される。
【００２１】
本発明はまた、光学式レインセンサの発光素子の駆動電流を微調整する方法を提供し、光学式センサは、第１および第２の光パルスを透明基体の内面の方へ放出するように適合された第１および第２の発光素子と、透明基体の内面から反射された第１および第２の光パルスを検出するように適合された光検出器と、第１のチャネルに第１のドライバ電流パルスを出力し、第１の発光素子を駆動して第１の光パルスを放出させるように適合された第１のドライバ、および第２のチャネルに第２のドライバ電流パルスを出力し、第２の発光素子を駆動して第２の光パルスを放出させるように適合された第２のドライバを備えるレインセンサコントローラとを備え、この方法は、光検出器によって検出された、反射された第１および第２の光パルスそれぞれに対応する第１および第２の光検出信号の振幅を受け取ることと、第１および第２の光検出信号の受け取った振幅の差が、第１および第２の光パルス間の不均衡に関連する所与の補償条件を満たすかどうかを決定することと、前記補償条件が満たされているとき、外部調節式電流源によって第２のチャネルに補償電流信号を印加することとを含み、補償電流信号は、第１および第２の光検出信号の振幅間の関係に基づいて、第２の発光素子における全電流を増大または減少させて、第１および第２の光検出信号間の不均衡を低減させるように適合される。
【００２２】
さらなる発展形態では、第２の光検出信号の振幅が第１の光検出信号の振幅より小さいとき、この方法は、受け取った第１および第２の光検出信号の振幅を監視することと、受け取った第１および第２の光検出信号の監視した振幅が補償条件を満たし、補償電流信号の振幅が電流範囲の最大値を下回ったとき、補償電流信号の振幅を所与の電流範囲内で漸進的に増大させることと、補償電流信号の振幅が電流範囲の最大値に到達したとき、補償条件が依然として満たされている場合、第２のドライバ電流を１補償段階だけ増大させ、補償電流信号の振幅を電流範囲の最小値に設定することとをさらに含む。
【００２３】
さらなる発展形態では、第２の光検出信号の振幅が第１の光検出信号の振幅より大きいとき、この方法は、第２のドライバ電流を１補償段階だけ減少させ、所与の電流範囲の最大値に等しい振幅を有する補償電流信号を第２のチャネル（Ｂ）に印加することと、受け取った第１および第２の光検出信号の振幅を監視することと、受け取った第１および第２の光検出信号の監視した振幅が補償条件を満たし、補償電流信号の振幅が電流範囲の最小値を上回ったとき、補償電流信号の振幅を所与の電流範囲内で漸進的に減少させることと、補償電流信号の振幅が電流範囲の最小値に到達したとき、補償条件がまだ満たされている場合、第２のドライバ電流を１補償段階だけ減少させ、補償電流信号の振幅を電流範囲の最大値に設定することとをさらに含む。
【００２４】
添付の図面は、本発明の原理を説明する目的で、本明細書に組み込まれて、本明細書の一部を形成する。図面は、本発明をどのように形成および使用することができるかに関する図示および記載されている例のみに本発明を限定すると解釈されるべきではない。
【００２５】
さらなる機構および利点は、添付の図面に示す本発明の以下のより詳細な説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】従来の光学式レインセンサデバイスを図示する図である。
【図２】レインセンサ集積回路によってそれぞれのチャネル（チャネルＡおよびＢ）に出力されるドライバ電流パルスによって交互の光パルスを放出するように駆動される少なくとも２つの発光素子を有する一実施形態による光学式レインセンサデバイスを概略的に示し、ドライバチャネルの一方（チャネルＢ）が、放出された交互光パルス間の不均衡を補償するように調節式電流源に結合されている図である。
【図３】図２に示す光学式レインセンサデバイスのチャネルＢにおける発光素子への調節式電流源の接続をより詳細に図示する図である。
【図４Ａ】図２に示すチャネルＡおよびＢに接続された発光素子における駆動電流ＩＬＥＤ＿ＡおよびＩＬＥＤ＿Ｂの振幅値、ならびにドライバチャネルＡおよびＢへ出力されるドライバ電流パルスＩＡおよびＩＢが同じ振幅および周波数を有し、各チャネル上の発光素子が不均衡であるときに光学式レインセンサデバイスの光検出器によって測定される光検出信号ＩＰＤの振幅値を例示する図である。
【図４Ｂ】駆動電流ＩＬＥＤ＿ＡおよびＩＬＥＤ＿Ｂの振幅値、ならびにドライバ電流パルスＩＡがより高い状態（すなわち、図４Ｂの２０ｍＡ）であり、図４Ａに示す不均衡を補償するために、補償電流パルスＩＣがドライバ電流パルスＩＢと同期して調節式電流源によってチャネルＢに印加されるときに測定される光検出信号ＩＰＤのそれぞれの振幅を例示する図である。
【図５】一実施形態による制御式スイッチを有する調節式電流源および可変電流源の実装を図示する図である。
【図６】図５に示す制御式スイッチおよび可変電流源の構成の回路図である。
【図７】図５の光学式レインセンサデバイスの発光素子によって放出される光パルス間の不均衡を補償する補償動作の流れ図である。
【図８】それぞれドライバ電流ＩＡおよびＩＢの振幅が同じである場合に、チャネルＡ（ＬＥＤ  Ａ）上の発光素子によって放出される光パルスが、チャネルＢ（ＬＥＤ  Ｂ）上の発光素子によって放出される光パルスより高強度であるときに実施される補償動作中の図５に示す光学式レインセンサデバイスおよび調節式電流源の様々な信号の振幅の変動を示し、（ａ）補償動作中にそれぞれＬＥＤ  ＢがオンでありかつＬＥＤ  Ａがオンであるときに測定される光検出器信号の振幅ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ｂ＿ＯＮおよびＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ａ＿ＯＮの変動を示し、（ｂ）補償動作中にチャネルＡへ出力されるドライバパルスＩＡの振幅を示し、（ｃ）補償動作中に粗調整を適用することによるドライバパルスＩＢの振幅の増大を示し、（ｄ）電流微調整中に調節式電流源によって出力される補償電流信号ＩＣの振幅の変動を示し、（ｅ）振幅ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿ＡおよびＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ｂが均衡化される時間ｔｃｏｍｐに到達するまでの補償動作中のＬＥＤ  Ｂにおける全電流ＩＬＥＤ＿Ｂの振幅の増大を示す図である。
【図９】それぞれドライバパルスＩＡおよびＩＢの振幅が同じである場合に、ＬＥＤ  Ａによって放出される光信号が、ＬＥＤ  Ｂによって放出される光信号より低強度であるときに実施される補償動作中の図５に示す光学式レインセンサデバイスおよび調節式電流源の信号の振幅の時間の変動を示し、（ａ）補償動作中にそれぞれＬＥＤ  ＢがオンでありかつＬＥＤ  Ａがオンであるときに測定される光検出器信号の振幅ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ｂ＿ＯＮおよびＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ａ＿ＯＮの変動を示し、（ｂ）チャネルＡ上のドライバパルスＩＡの振幅を示し、（ｃ）補償動作中に粗調整を適用することによるドライバパルスＩＢの振幅の減少を示し、（ｄ）調節式電流源によって出力される補償電流信号ＩＣの振幅の変動を示し、（ｅ）振幅ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿ＡおよびＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ｂが均衡化される時間ｔｃｏｍｐに到達するまでの補償動作中のＬＥＤ  Ｂにおける全電流ＩＬＥＤ＿Ｂの振幅の減少を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明について、以下、本発明の例示的な実施形態を示す添付の図面を参照して、次により詳細に説明する。しかし本発明は、多くの異なる形態で実施することができ、本明細書に記載する実施形態に限定されると解釈されるべきではない。逆に、これらの実施形態は、本開示が徹底的かつ完全になり、本発明の範囲を当業者に十分に伝えるように提供される。全体にわたって、同様の符号は同様の要素を指す。
【００２８】
図２は、本発明の一実施形態による光学式レインセンサデバイス２００を図示する。レインセンサデバイス２００は、図１を参照して上述した光学式センサ１１０に類似の光学式センサ２１０と、２つの赤外線ＬＥＤなどの少なくとも２つの発光素子２２０、２２５とを含み、発光素子２２０、２２５は、透明基体２３０の同じ側に配置され、それぞれの放出された光ビームを基体２３０の内面の異なる場所に入射させるように向けられている。図１を参照して説明したように、ＬＥＤ２２０、２２５に対するそれぞれの入射角θ１およびθ２は、対称とすることができる。しかし、入射角θ１およびθ２は、特有のセンサ構成に応じて互いに異なってもよく、図２に示す値とは異なる値（０°以外）を有することもできる。
ＬＥＤ素子２２０、２２５間の中間領域に、各発光素子２２０、２２５の反射された光パルス２３６、２３８を検出し、反射された光パルス２３６、２３８の検出された強度を示す光検出信号２４５を出力するための光検出器２４０が設けられる。光学式センサ２１０は、専用のレインセンサ集積回路２５０によって制御される。レインセンサＩＣ２５０は、それぞれＬＥＤ素子２２５、２２０を駆動する駆動電流をそれぞれのチャネルＡおよびＢで出力する２つの埋込み式のスルーレート制御ＬＥＤドライバ２５２、２５４を含む。第１のドライバ２５２は、第１のチャネル（チャネルＡ）で第１のドライバ電流パルス（ＩＡ）を出力し、発光素子２２５を駆動して所与の強度および周波数を有する光パルスを放出させ、第２のドライバ２５４は、第２のチャネル（チャネルＢ）で第２のドライバ電流パルス（ＩＢ）を出力し、発光素子２２０を駆動して、それぞれの強度および周波数を有する第２の光信号を放出させる。
レインセンサＩＣ２５０はまた、光検出器２４０によって出力される検出信号２４５を受け取って処理し、フロントガラス２３０上の雨滴および水滴２３５の存在を検出する高感度レシーバ２５６を含む。ＩＣ２５０はまた、周囲光測定値の入力などのための追加の入力チャネル、および通信のためのインターフェース（図示せず）を含むことができる。
【００２９】
上述したように、レインセンサＩＣ２５０は、それぞれ所望の振幅および周波数の駆動電流パルスＩＡおよびＩＢをそれぞれのＬＥＤドライバチャネルＡおよびＢで供給することによって、各ＬＥＤ素子２２０、２２５によって放出された光を別個に制御することができる。駆動電流パルスＩＡおよびＩＢの振幅、周波数、および位相は、レインセンサが意図される適用分野および／または周囲光条件に基づいて最初に選択することができ、次いでマイクロコントローラ２６０からの制御信号に応答して動的に調整することができる。典型的に、従来のレインセンサの発光素子は、振幅２０ｍＡおよび周波数１００ｋＨｚの電流パルスによって駆動される。しかし、典型的に約２．５０ｍＡであるレインセンサＩＣの最小電流分解能より小さい量によるチャネルＡおよびＢにおけるＬＥＤドライバ電流の調整を実現することはできない。
ＬＥＤ駆動電流の微調整を提供するために、本発明は、図２に示すように、レインセンサＩＣ２５０のＬＥＤチャネルの一方（たとえば、図２のチャネルＢ）に接続して、それぞれのＬＥＤチャネルに接続されたレインセンサＬＥＤ素子２２０に補償電流ＩＣを印加することができる外部調節式電流源２７０を提供する。
【００３０】
図３は、ＬＥＤチャネルの一方（チャネルＢ）に対する外部調節式電流源２７０の接続およびそれぞれの発光素子２２０における駆動電流ＩＬＥＤ＿Ｂの補償をより詳細に図示する。図３に示すように、調節式電流源２７０は、発光素子２２０の１つの端子（図示の例ではカソード）とレインセンサＩＣ２５０のそれぞれのＬＥＤチャネルの出力との間の電流路に、補償電流ＩＣを印加する。この補償電流ＩＣは、レインセンサＩＣ２５０自体のＬＥＤドライバ２５４によって発光素子２２０へ供給される駆動電流ＩＢに重畳され、したがって発光素子２２０は、全電流ＩＬＥＤ＿Ｂ＝ＩＢ＋ＩＣによって駆動され、レインセンサＩＣ２５０の他方のＬＥＤチャネルに接続された発光素子２２５は、それぞれのＬＥＤドライバ２５２によって提供される電流パルスＩＡに対応する駆動電流ＩＬＥＤ＿Ａによって駆動される。
調節式電流源２７０は、後述するように、マイクロコントローラ２６０のＤＡＣアナログ出力から出力されるアナログ電圧ＶＤＡＣなどの調節信号ＶＲｅｇによって、測定された光検出信号ＩＰＤ間の不均衡に基づいて調整可能な振幅を有する補償電流ＩＣを出力するように制御することができる。したがって、好適なソフトウェアによって、マイクロコントローラＤＡＣ２６０を介して電流微調整を容易に実現することができる。たとえば、この目的で、通常は３μＡの電流調整分解能を提供する標準的な１０ビットＤＡＣを使用することができる。これにより、後述するように、０〜３ｍＡの精密な値を有する補償電流ＩＣを、調節式電流源２７０に接続されたＬＥＤチャネルに重畳することが可能になる。この電流調節は、従来のレインセンサＩＣのＬＥＤドライバによって提供される約２．５０ｍＡの典型的な最小分解能を下回る段階ずつ電流微調整を実現するのに十分である。
【００３１】
図３は、レインセンサＩＣ２５０の各ＬＥＤチャネルＡおよびＢに単一の発光素子２２０または２２５を示すが、光学式センサ２１０は、たとえばより大きい雨検出区域を対象に含めるために、同じＬＥＤチャネルに直列接続された１つまたは複数のＬＥＤを含むこともできることに留意されたい。さらに、光学式センサデバイス２００は、３つ以上のＬＥＤチャネルを含むことができ、複数のチャネルドライバを有するレインセンサＩＣによって制御することができる。光検出器２４０はまた、図３に表すフォトダイオードに限定されるものではなく、同じ目的を果たす他の好適な光検出手段を代わりに使用することもできる。
【００３２】
発光素子２２０、２２５からのＬＥＤ信号２３６、２３８（すなわち、ＬＥＤ  ＡおよびＢによって放出されて透明基体２３０によって反射される光パルス）が十分に均衡化されている場合、光検出器２４０は、基体２３０に雨がなければドライバパルスＩＡおよびＩＢのハイ状態中に類似の光強度を検出し、ほぼ同じ振幅を有する検出信号２４５を出力する。光検出信号２４５は、レインセンサＩＣ２５０によって受け取られて処理される。マイクロコントローラ２６０は、光検出信号２４５の測定された振幅ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ａ＿ＯＮおよびＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ｂ＿ＯＮを分析し、差ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ａ＿ＯＮ−ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ｂ＿ＯＮの突然の変動は、マイクロコントローラ２６０によって、雨滴の検出に対応すると解釈される。しかし、日光に露出されると光検出器の感度が変化するため、発光素子２２０、２２５に供給されるドライバ電流パルスＩＡおよびＩＢは、周囲光を背景としてそれぞれの光パルスが分解されるのに十分な振幅を有していなければならない。
２０ｍＡの典型的なドライバ電流において、異なるＬＥＤは、それぞれのドライバ電流が同じ振幅を有する場合でも、それぞれの特性光と駆動電流との差のために、わずかに異なる強度を有する光パルスを放出することがある。これにより、マイクロコントローラ２６０は、光検出器２４０によって測定されるＬＥＤ信号間の変動を、雨滴の検出に関連すると誤って識別する可能性がある。
【００３３】
図４Ａは、透明基体２３０に水滴が堆積していないが、チャネルＡおよびＢ上のＬＥＤが同じ振幅および周波数の電流パルスＩＡおよびＩＢで駆動されているにもかかわらず、ＬＥＤ  ＡおよびＢによって放出される光パルス間の不均衡（すなわち、ＬＥＤ信号２３６、２３８間の不均衡）により、ＬＥＤ  Ｂがオンの状態で光検出器２４０によって測定される光検出信号ＩＰＤの振幅ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ｂ＿ＯＮが、ＬＥＤ  Ａがオンであるときに測定される振幅ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ａ＿ＯＮより小さい例示的な状況を示す。
【００３４】
それぞれチャネルＡおよびＢ上のＬＥＤドライバ２５２、２５４によって供給されるドライバ信号ＩＡおよびＩＢは、好ましくは振幅２０ｍＡおよび周波数１００ｋＨｚを有する方形波パルスである。しかし、ドライバ信号ＩＡおよびＩＢは、特有の適用分野および動作条件に応じて、示されているもの以外の振幅、周波数、および／または波形を有することもできる。パルス信号ＩＡおよびＩＢは位相がずれており、したがってチャネルＡおよびＢに接続されたＬＥＤは、交互の半周期で光を放出する。したがって、発光素子２２０が同じドライバ電流２０ｍＡでより低い光強度を放出するため、光検出器２４０は、発光素子２２５からの反射ＬＥＤ信号２３６を検出したときは、振幅１．１μＡの光検出信号ＩＰＤを出力し、発光素子２２０からの反射ＬＥＤ信号２３８を検出したときは、より低い振幅１．０μＡを有する光検出信号ＩＰＤを出力する。
【００３５】
図４Ｂは、検出されたＬＥＤ信号２３６、２３８間の不均衡を調整するために、外部調節式電流源２７０によって出力される補償電流信号ＩＣが、チャネルの一方（たとえば、チャネルＢ）でドライバ電流パルスに重畳される状況を示す。好ましくは、補償電流信号ＩＣは、同じ周波数を有する電流パルスであり、本実施形態では、補償すべきチャネル、すなわちチャネルＢ上のドライバ電流パルスと同期される。図４Ｂに示す状況で、光検出器２４０は、発光素子２２５が２０ｍＡで駆動されると、振幅１．１μＡの検出信号ＩＰＤを出力し、発光素子２２０からの反射ＬＥＤ信号２３８を検出すると、類似の強度（１．１μＡ）の検出信号ＩＰＤを出力する。ここで発光素子２２０は、２０ｍＡのドライバ電流ＩＢと、外部調節式電流源２７０によって印加された２ｍＡの補償電流との加算に起因する全電流２２ｍＡによって駆動される。
【００３６】
補償すべきチャネル上のドライバ電流パルスＩＢに対する補償電流信号ＩＣの同期は、レインセンサＩＣ自体の基準クロックを使用して実現することができる。しかし、光学式レインセンサを制御するために一般に使用されるすべてのレインセンサＩＣが、内部基準クロックへの外部アクセスを提供するとは限らない。
【００３７】
図５を参照して説明するように、外部調節式電流源２７０は、補償電流信号ＩＣをドライバ電流信号に同期させることができ、ドライバ電流信号は、このドライバ電流信号自体を使用することによって補償すべきチャネルに印加される。
【００３８】
図５は、ドライバ電流信号ＩＢを使用して補償すべきチャネル（チャネルＢ）上のレインセンサＩＣ２５０のドライバ電流信号ＩＢに同期された補償電流信号ＩＣを提供する調節式電流源２７０を図示する。発光素子２２５、２２０はそれぞれ、それぞれの供給電圧ＶＬＥＤ＿Ａ、ＶＬＥＤ＿Ｂと、レインセンサＩＣ２５０のドライバチャネルＡ、Ｂの出力との間に接続される。調節式電流源２７０は、ドライバ電流ＩＢがハイ状態にあるとき、発光素子２２０における全電流ＩＬＥＤ＿Ｂを増大（または減少）させ、したがって発光素子２２０、２２５によって放出される光パルス間の不均衡を低減させるために、発光デバイス２２０をチャネルＢのドライバ２５４に接続する経路に補償電流パルスＩＣを印加する。
調節式電流源２７０は、ＤＡＣマイクロコントローラ２６０のアナログ出力（ＶＤＡＣ）によって提供されるアナログ電圧信号などの入力調整信（ＶＲｅｇ）に基づいて変動させることができる強度を有するＤＣ電流ＩＯＵＴを提供する可変電流源２８０を含む。たとえば、ＶＤＡＣが２Ｖである場合、振幅２ｍＡを有するＩＯＵＴを実現することができる。
【００３９】
振幅ＩＯＵＴを有し、補償すべきＬＥＤチャネル（チャネルＢ）に印加されたドライバ電流ＩＢと同期された方形パルス信号ＩＣは、可変電流源２８０の出力と補償すべき発光デバイス２２０の端子との間に制御式スイッチ２９０を接続することによって実現される。制御式スイッチ２９０は、可変電流源２８０に直列接続され、チャネルＢ上のドライバ電流パルスＩＢのハイおよびロー状態の切換えと同期してオンおよびオフ状態を切り換えるように動作可能である。より具体的には、制御式スイッチ２９０は、ドライバ電流信号ＩＢが所与の条件を満たすかどうかに基づいて、たとえば電流信号ＩＢが所与の電流閾値を上回ったときに開閉するように動作可能とすることができる。
振幅約２０ｍＡを有するドライバ電流が使用される典型的な適用分野では、ドライバ電流パルスＩＢがロー状態からハイ状態に切り換わり、したがって制御式スイッチ２９０を閉じて、可変電流源２８０によって供給される電流ＩＯＵＴを発光デバイス２２０のカソード端子へ出力したことを検出するには、１ｍＡの電流閾値が好適である。チャネルＢ上のドライバ電流信号ＩＢが所定の電流閾値を下回るとき、制御式スイッチ２９０は、オフ状態に自動的に切り換わり、可変電流源２８０をチャネルＢから切断する。したがって、電流ＩＯＵＴは、制御式スイッチ２９０が閉じているときに調節式電流源２７０によって出力され、このときチャネルＢ上の発光素子２２０へ印加される全電流ＩＬＥＤ＿Ｂは、チャネルＢ上のドライバ２５４によって供給されるドライバ電流信号ＩＢと、可変電流源２８０によって供給される補償電流ＩＣ＝ＩＯＵＴとの和に対応する。
【００４０】
閾値電流制御式スイッチ２９０の例示的な実装が、図６に示されている。簡単にするために、チャネルＡおよびＢに電流パルスＩＡおよびＩＢを印加するレインセンサＬＥＤドライバ２５２、２５４は、理想上の電流源として表されている。制御式スイッチ２９０は、ｐ−ｎ−ｐバイポーラトランジスタ２９２などのスイッチトランジスタＱ１を含む。ｐ−ｎ−ｐバイポーラトランジスタＱ１は、そのベースおよびエミッタ端子における電圧差が、トランジスタＱ１の特性パラメータである閾値電圧Ｖｂｅ，Ｑ１以上であるとき、オンに切り換えられる。スイッチトランジスタＱ１をドライバ電流パルスＩＢと同期して自動的に開閉するための電流閾値条件は、トランジスタＱ１のエミッタ端子とベース端子との間に接続され、発光素子２２０のカソードとＬＥＤドライバ２５４の出力との間に挿入された抵抗Ｒ１によって実施することができる。したがって、ｐ−ｎ−ｐトランジスタＱ１は、抵抗Ｒ１における電流ＩＲ１が以下の条件を満たすとき、オンに切り換えられる。
【００４１】
【数１】
2020190555.tif 000003
【００４２】
スイッチトランジスタＱ１のベース端子における電流が非常に小さいため、電流ＩＲ１は、ＬＥＤチャネルＢ上のドライバ電流ＩＢにほぼ等しくなる。ＬＥＤ素子２２０を駆動するために意図されるドライバ電流ＩＢおよびスイッチトランジスタＱ１の特性閾値電圧Ｖｂｅ，Ｑ１の範囲に応じて抵抗Ｒ１の値を選択することによって、制御式スイッチ２９０を開閉するための所望の電流閾値条件を容易に実施することができる。たとえば、トランジスタＱ１および抵抗Ｒ１＝３３０Ωに対して閾値電圧Ｖｂｅ，Ｑ１＝０．６Ｖである場合、抵抗Ｒ１における電流ＩＲ１が１．８ｍＡより大きくなると、スイッチトランジスタＱ１は自動的にオンに切り換わる。
【００４３】
可変電流源２８０の実装について、図６を参照して次に説明する。図６に示すように、可変電流源２８０は、電圧制御式電流源であり、バイポーラｎ−ｐ−ｎトランジスタ２９４などのトランジスタＱ２と、Ｑ２のエミッタ端子と接地などの基準電位との間に接続された抵抗Ｒ２とを含む。トランジスタＱ２のベース電流Ｉｂがそのコレクタ電流Ｉｃと比較すると概して非常に小さいことを考慮すると、エミッタ電流ＩｅおよびコレクタＩｃは、ほぼ同じ値を有する。エミッタ電流Ｉｅは、抵抗Ｒ２における電流に対応し、以下のように、トランジスタＱ２のベースに印加される電圧ＶＲｅｇ（たとえば、上述した電圧ＶＤＡＣ）、およびトランジスタＱ２の特性閾値電圧Ｖｂｅ，Ｑ２に依存する。
【００４４】
【数２】
2020190555.tif 000004
【００４５】
次いで補償電流パルスＩＣの範囲は、抵抗Ｒ２および閾値電圧Ｖｂｅ，Ｑ２に対して好適な値を選択することによって設定することができる。たとえば、マイクロコントローラ２６０から出力される調節電圧信号ＶＲｅｇが０．６〜３．３Ｖの範囲内で変動することに基づいて、抵抗Ｒ２＝９００Ω、約０．６ＶのＶｂｅ，Ｑ２を有するｎ−ｐ−ｎバイポーラトランジスタＱ２を使用することで、Ｑ２のコレクタ電流Ｉｃ，Ｑ２を０〜３ｍＡで容易に変動させることができる。コレクタ電流Ｉｃ，Ｑ２は、制御式スイッチ２９０のスイッチトランジスタＱ１のコレクタに印加され、したがって電圧制御式電流源２８０によって出力される電流ＩＯＵＴにほぼ対応する。したがって、マイクロコントローラ２６０の電圧信号ＶＤＡＣを調整することによって、補償パルスＩＣの振幅を容易に制御することができる。さらに、上述したチャネルＢ上のドライバ電流パルスに対する制御式スイッチ２９０の同期により、２つのＬＥＤ信号間の不均衡の実時間調整を実現することが可能になる。
【００４６】
ＬＥＤ固有の特性の差および／または日光への露出によって引き起こされる不均衡を補正するために必要な補償の量は、レインセンサＩＣ２５０によって受け取った光検出器信号２４５に基づいて判定することができる。マイクロコントローラ２６０へ出力される光検出器電流ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ａ＿ＯＮおよびＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ｂ＿ＯＮは、ドライバチャネルの一方（たとえば、チャネルＢ）に補償動作を適用するべきかどうかを判定するために使用することができる。レインセンサＩＣ２５０によって出力される光検出器電流ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ａ＿ＯＮおよびＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ｂ＿ＯＮに基づいてマイクロコントローラ２６０によって実行される例示的な補償動作について、図７〜図９を参照して次に説明する。
【００４７】
図７は、マイクロコントローラ２６０によって実行される補償動作の流れ図を示す。光検出信号２４５の測定値ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ａ＿ＯＮおよびＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ｂ＿ＯＮを受け取ったとき、マイクロコントローラ２６０は、振幅ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ａ＿ＯＮおよびＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ｂ＿ＯＮと、ドライバチャネルの一方（たとえば、チャネルＢ）に電流補償を適用するために満たすべき所定の補償条件との関係に基づいて、ＬＥＤ  ＡおよびＢ間の不均衡を補正するための補償動作が必要かどうかを決定する。たとえば、所定の補償条件は、振幅ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ａ＿ＯＮおよびＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ｂ＿ＯＮの差が所与の量より大きいことを含むことができる。
【００４８】
補償条件が満たされている場合、マイクロコントローラ２６０は、測定値ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ａ＿ＯＮおよびＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ｂ＿ＯＮの関係に応じて、すなわちＬＥＤ  Ａがオンである（かつＬＥＤ  Ｂがオフである）ときに測定される光検出電流が、ＬＥＤ  Ｂがオンである（かつＬＥＤ  Ａがオフである）ときに測定される光検出電流より強いか、それとも弱いかに基づいて、適用すべき補償のタイプを決定する。補償が必要とされた場合、マイクロコントローラ２６０は、後述するように、補償動作を実行して、ＬＥＤ  Ｂにおける全電流を増大（または減少）させる。次いでマイクロコントローラ２６０は、引き続き値ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ａ＿ＯＮおよびＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ｂ＿ＯＮを連続して（または所定の時間間隔で）受け取って監視し、受け取った値を比較して、さらなる補償が依然として必要とされているかどうかを実時間で決定することができる。
【００４９】
ＬＥＤ  Ａがオンであるときに光検出器信号２４５の振幅がより強い場合（ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ａ＿ＯＮ＞ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ｂ＿ＯＮ）に、ＬＥＤ  Ｂにおける全電流ＩＬＥＤ＿Ｂを増大させるための補償動作について、図８を参照して次に説明する。
【００５０】
図８は、チャネルＡおよびＢ上の両方のＬＥＤが同じ振幅（たとえば、２０ｍＡ）のドライバ電流パルスＩＢおよびＩＡによって最初に駆動されたが、発光素子２２０によってチャネルＢ（ＬＥＤ  Ｂ）に放出される光信号が、発光素子２２５によってチャネルＡ（ＬＥＤ  Ａ）に放出される光信号より低強度である状況で、マイクロコントローラ２６０によって実施された補償動作の結果を示す。この不均衡のため、光検出器２４０は、ＬＥＤ  Ｂがオンであるときにより少ない反射光を検出し、したがって図８（ａ）に示すように、光検出器信号ＩＰＤの振幅ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ｂ＿ＯＮは最初、ＬＥＤ  Ａがオンである（かつＬＥＤ  Ｂがオフである）ときに測定される振幅ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ａ＿ＯＮより小さい。
【００５１】
この状況で、振幅ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ａ＿ＯＮおよびＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ｂ＿ＯＮの差が所定の補償条件を満たす場合、マイクロコントローラ２６０は、補償が必要とされると判定し、調節信号ＶＲｅｇを出力し、調節式電流源２７０を制御して補償電流ＩＣを出力させる。平滑な補償を実現するために、調節電圧ＶＲｅｇをたとえば０から最大値ＶＲｅｇ，ＭＡＸまでの所与の範囲内で漸進的に増大させることができ、それにより調節式電流源２７０は、補償電流パルスＩＣの振幅を０から最大値ＩＣ，ＭＡＸまで漸進的に増大させることによって、電流微調整を実行することができる。図６の例で、電流微調整中に実現することができる最大電流ＩＣ，ＭＡＸは、最大調節電圧ＶＲｅｇ，ＭＡＸの因数である（ＩＣ，ＭＡＸ＝ＶＲｅｇ，ＭＡＸ／Ｒ２）。補償電流ＩＣが増大する速度は、好ましくは、本当の水滴によって引き起こされる光検出器信号２４５の突然の変動が補償電流ＩＣ自体の漸進的な変動によって取り消されることを回避するために、ＶＲｅｇの変動速度を制限することによって、固定の速度、たとえば０．１ｍＡ／秒以下に制限される。
水滴による光検出器信号２４５の突然の変動は、マイクロコントローラ２６０内の光検出器信号２４５をデジタル高域フィルタによってフィルタリングすることによって、他のタイプの変動とは区別することができる。
【００５２】
調節信号ＶＲｅｇの制御下における電流微調整中、マイクロコントローラ２６０は、光検出器信号２４５の測定値ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ａ＿ＯＮおよびＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ｂ＿ＯＮを連続して監視および比較することができ、差（ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ａ＿ＯＮ−ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ｂ＿ＯＮ）が引き続き補償条件を満たしているとき、または最大補償電流ＩＣ，ＭＡＸ（すなわち、最大調節電圧ＶＲｅｇ，ＭＡＸ）に到達するまで、調節電圧ＶＲｅｇを漸進的に増大させることによって、補償電流ＩＣの振幅の漸進的な増大を維持することができる。測定値ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ｂ＿ＯＮおよびＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ａ＿ＯＮが最大補償電流ＩＣ，ＭＡＸで均衡化されていない場合、すなわち差（ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ａ＿ＯＮ−ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ｂ＿ＯＮ）が依然として補償条件を満たしている場合、マイクロコントローラ２６０は、ドライバ２５４によってチャネルＢに出力されるドライバ電流を所定の値の補償段階だけ増大させるようにレインセンサＩＣ２５０に指示することによって、ドライバ電流ＩＢの粗調整を適用することを決定することができる。
たとえば、補償段階は、平滑な遷移を確実にするために、レインセンサＩＣ２５０によって提供される最小電流分解能として、かつ／または最大補償電流ＩＣ，ＭＡＸ自体（図８の例では２．５ｍＡ）に対応するように選択することができる。次いで調節電圧ＶＲｅｇ、したがって補償電流ＩＣは、ゼロにリセットされる。一方、光検出器信号２４５は引き続き監視され、測定値ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ａ＿ＯＮ、ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ｂ＿ＯＮは、さらなる電流微調整が必要とされるかどうかを判断するために、マイクロコントローラ２６０によって比較される。補償条件が依然として満たされている場合、マイクロコントローラ２６０は、測定値ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ｂ＿ＯＮ、ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ａ＿ＯＮが補償条件を満たさなくなる補償電流ＩＣに対する振幅に到達するまで、または最大補償電流ＩＣ，ＭＡＸに到達するまで、調節電圧ＶＲｅｇを０から漸進的に増大させることによって、さらなる電流微調整を実行することができる。
光検出器電流値ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ａ＿ＯＮおよびＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ｂ＿ＯＮ間の最初の不整合に応じて、いくつかの電流微調整シーケンスを適用し、それに続いて、ＬＥＤ信号２３６、２３８間の所望の均衡に到達し、補償条件が測定光検出器電流ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ａ＿ＯＮおよびＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ｂ＿ＯＮによって満たされなくなる段階に到達するまで、粗調整を行うことが必要になる可能性がある。図８に示す場合、２つの電流微調整シーケンスを行い、それに続いて粗調整が適用された後、測定値ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ａ＿ＯＮおよびＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ｂ＿ＯＮの差が無視できるほどになり、補償条件が満たされなくなる段階（図８のｔ＝ｔｃｏｍｐ）に到達する。この段階後、ＬＥＤ  ＡおよびＬＥＤ  Ｂからの光パルスは補償済みと見なされ、マイクロコントローラ２６０は、図８（ｃ）および図８（ｄ）にｔ＞ｔｃｏｍｐで示すように、時間ｔｃｏｍｐで到達したドライバ電流パルスＩＢおよび補償パルスＩＣの振幅を維持するように、レインセンサＩＣ２５０および調節式電流源２７０の制御を実行する。
【００５３】
図９は、ＬＥＤ  Ｂによって放出された光信号がＬＥＤ  Ａによって放出される光信号より高強度である（ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ａ＿ＯＮ＜ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ｂ＿ＯＮ）のに対して、両方のＬＥＤが同じ値、たとえば２０ｍＡの電流ＩＢおよびＩＡによって駆動されているときに、マイクロコントローラ２６０によって実施される補償動作を示す。この場合、光検出器２４０は、ＬＥＤ  Ｂがオンである（かつＬＥＤ  Ａがオフである）ときにより多くの反射光を検出し、したがって光検出器信号２４５の測定値ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ｂ＿ＯＮは、ＬＥＤ  Ａがオンである（かつＬＥＤ  Ｂがオフである）ときに測定される値ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ａ＿ＯＮより大きくなる。差｜ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ａ＿ＯＮ−ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ｂ＿ＯＮ｜が補償条件を満たす場合、マイクロコントローラ２６０は、ＬＥＤ  Ｂにおける全電流を減少させるための補償動作を適用する。
マイクロコントローラ２６０がＬＥＤ  ＡおよびＢ間の不均衡を補正するためにＬＥＤ  Ｂにおける全電流を減少させるべきであると判定したとき、マイクロコントローラ２６０は、対応する調節電圧ＶＲｅｇを漸進的に減少させることによって、チャネルＢへ現在出力されている可能性のある補償電流ＩＣの振幅を減少させるように、調節式電流源２７０を制御する。調整可能な調節電圧ＶＲｅｇの制御下におけるこの電流微調整中、マイクロコントローラ２６０は、光検出器信号２４５の振幅ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ａ＿ＯＮおよびＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ｂ＿ＯＮを監視および比較することができ、差｜ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ａ＿ＯＮ−ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ｂ＿ＯＮ｜が補償条件を満たす限り、または調節式電流源２７０によって出力することができる最小補償電流ＩＣ，ＭＩＮ（たとえば、ＩＣ，ＭＩＮ＝０）が達成されるまで、引き続き補償電流ＩＣの振幅を漸進的に減少させる。
最小補償電流ＩＣ，ＭＩＮに到達したとき、測定値ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ｂ＿ＯＮおよびＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ａ＿ＯＮが依然として均衡化されていない場合、すなわち差｜ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ａ＿ＯＮ−ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ｂ＿ＯＮ｜が補償を適用するための条件を依然として満たしている場合、マイクロコントローラ２６０は、ドライバ２５４によってチャネルＢに出力されるドライバ電流ＩＢを所定の補償段階に対応する量だけ減少させるようにレインセンサＩＣ２５０に指示することによって、ドライバ電流ＩＢの粗調整を適用することを決定することができる。この補償段階は、図８を参照して説明した粗調整に使用される補償段階と同じ大きさとすることができる。チャネルＢ上のＬＥＤにおける全電流の補償が平滑に進行することを確実にするために、ドライバ電流ＩＢをこの補償段階だけ減分させた後、マイクロコントローラ２６０は、補償段階によって実現されるドライバ電流ＩＢの減分に同等の値ＩＣ，ＭＡＸを有する補償電流ＩＣをチャネルＢに印加するように調節式電流源２７０を制御するのに十分な振幅ＶＲｅｇ，ＭＡＸの調節電圧ＶＲｅｇを同時に出力することができる。
マイクロコントローラ２６０が測定値ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ｂ＿ＯＮおよびＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ａ＿ＯＮ間の不均衡を最初に検出したときに、補償電流ＩＣがすでに最小値ＩＣ，ＭＩＮになっていた場合、マイクロコントローラ２６０は、図９（ｃ）および図９（ｄ）に示すように、ドライバ電流ＩＢを減分し、補償電流を最大値ＩＣ，ＭＡＸに設定することによって、粗調整を直接適用することができる。次いでマイクロコントローラ２６０は、調節式電流源２７０によって出力される補償電流ＩＣの振幅をＩＣ，ＭＡＸから平滑に低減させるように、調節電圧ＶＲｅｇを最大振幅ＶＲｅｇ，ＭＡＸから漸進的に減少させながら、光検出器信号２４５の振幅ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ａ＿ＯＮおよびＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ｂ＿ＯＮを（連続してまたは所定の時間間隔で）比較することによって、電流微調整を適用する。補償電流ＩＣの振幅の漸進的な減少は、ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ａ＿ＯＮおよびＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ｂ＿ＯＮの差が補償条件を満たさなくなるまで、または補償電流ＩＣがゼロに到達するまで進行する。
【００５４】
ＩＣが最小値ＩＣ，ＭＩＮ（たとえば、ゼロ）に到達したときに、測定値ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ａ＿ＯＮおよびＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ｂ＿ＯＮが均衡化されていない場合、マイクロコントローラ２６０はこの場合も、ドライバ２５４によってチャネルＢに出力されるドライバ電流をさらなる補償段階だけ減分するようにレインセンサＩＣ２５０に指示し、調節電圧ＶＲｅｇを再び最大値ＶＲｅｇ，ＭＡＸに設定する。さらなる電流微調整シーケンスに続いて、光検出器振幅ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ａ＿ＯＮおよびＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ｂ＿ＯＮ間の所望の均衡に到達し、補償条件が満たされなくなるまで、粗電流調整を適用することができる。
次の電流微調整シーケンス中に振幅ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ａ＿ＯＮおよびＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ｂ＿ＯＮが均衡化され、補償条件を満たさなくなった場合（図９（ｅ）に示すように、時間ｔｃｏｍｐ）、マイクロコントローラ２６０は、図９（ｃ）および図９（ｄ）にｔ＞ｔｃｏｍｐで示すように、電流微調整動作を中断し、補償電流ＩＣ（すなわち、調節電圧ＶＲｅｇ）およびドライバ電流ＩＢの振幅を、均衡に到達した値で維持する。図８を参照して説明した増分による補償動作と同様に、補償電流ＩＣの減少速度は、好ましくは、たとえば０．１ｍＡ／秒未満に制限される。
【００５５】
調節式電流源２７０を介した電流微調整と、レインセンサＩＣ２５０自体によって提供される粗電流調整との組合せにより、光検出器信号ＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ａ＿ＯＮおよびＩＰＤ＿ＬＥＤ＿Ｂ＿ＯＮ間の均衡に平滑に到達しながら、本当の水滴によって引き起こされる光検出器信号の突然の変動が補償動作によって隠されたり検出されなくなったりしないことを確実にすることが可能になる。
【００５６】
結論として、本発明は、ＬＥＤ信号間の不均衡微調整を実時間で実現することを可能にする外部調節式電流源を提供することによって、既存の光学式レインセンサの主な制限を解決する。さらに、上述した技法は、レインセンサＩＣのＬＥＤドライバの駆動信号に同期することが可能であり、それにより外部電流源の同期を保証するために利用可能な信号がない既存のレインセンサＩＣの欠点を解決する。さらに、本発明の解決策は、少数の構成要素を使用し、低コストであり、頑健である。また本発明の解決策では、ＰＣＢ上の占有面積がわずかであり、光学式レインセンサデバイスに対するＰＣＢ面積は限られているため、これは追加の利点である。
【００５７】
最後に、本発明についてフロントガラスで使用される光学式レインセンサを参照して上述したが、本発明の原理はまた、産業用カメラおよび窓システム、ヘッドライト／ライトの制御で使用される周囲光測定のためのセンサ、ヘッドアップディスプレイ、ならびに空調を含む他の適用分野にも有利に適用することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１００  光学式センサデバイス
１１０  光学式センサ
１２０、１２５  発光素子
１３０  透明基体
１３５  雨滴
１４０  光検出器
１４５  検出信号
１５０  レインセンサＩＣ
１６０  ＤＡＣマイクロコントローラ
Ａ、Ｂ  ＬＥＤチャネル
２００  光学式センサデバイス
２１０  光学式センサ
２２０、２２５  発光素子
２３０  透明基体
２３５  雨滴
２３６、２３８  反射された光パルス
２４０  光検出器
２４５  検出信号
２５０  レインセンサＩＣ
２５２、２５４  レインセンサＩＣのＬＥＤドライバ
２５６  レインセンサＩＣのコントローラ
２６０  ＤＡＣマイクロコントローラ
２７０  外部調節式電流源
２８０  可変電流源
２９０  制御式スイッチ
２９２  スイッチトランジスタ
２９４  駆動トランジスタ
Ａ、Ｂ  ＬＥＤチャネル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【外国語明細書】
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