(57)【要約】【解決手段】本発明は、ガラス面（２）、特に車両の後方窓に付着した水滴（７）及び砂塵（８）を検出するセンサ（１）に関する。センサ（１）は、ビーム（４）を発生する少なくとも１つのエミッタ（３）と、水滴（７）または砂塵（８）による反射ビーム（９）の少なくとも一部が入射され、反射ビーム（９）に基づいて、受信信号を発生する検出器（１０）と、受信信号を測定する測定手段とを備えている。また、本発明は、上述したようなセンサ（１）の動作方法に関する。本発明の目的は、センサ（１）の製造コストを低くし、センサ（１）の受信信号を、十分に高い分解能及び動的特性でもってデジタル信号とすることである。エミッタ（３）は、異なる強度のビーム（４）を一時的に連続して発生し、それにより、その照度が異なったものとなる。測定手段は、発生されたビーム（４）の照度を受信信号に対応させる。ビーム（４）の照度に基づいて、受信信号が測定される。
2005518519.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス面（２）にビーム（４）を発生する少なくとも１つのエミッタ（３ａ）（３ｂ）と、水滴（７）または砂塵（８）による反射ビーム（９）の少なくとも一部が入射され、反射ビーム（９）に基づいて、受信信号を発生する少なくとも１つの検出器（１０）と、受信信号を測定する測定手段とを有し、車両の後方窓等のガラス面（２）に付着した水滴（７）及び砂塵（８）を検出するセンサにおいて、
エミッタ（３ａ）（３ｂ）は、異なる強度のビーム（４）を連続して発生し、測定手段は、発生されたビーム（４）の強度を受信信号に対応させ、ビーム（４）の強度に基づいて受信信号を測定するようにしたことを特徴とするセンサ。
【請求項２】
エミッタ（３ａ）（３ｂ）は、高強度のビーム（４）と低強度（４）とを交互に発生する、請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】
エミッタ（３ａ）（３ｂ）は、全時間の少なくとも９０％の時間で高強度のビーム（４）を発生する、請求項２に記載のセンサ。
【請求項４】
センサ（１）は、２つのエミッタ（３ａ）（３ｂ）を有し、一方のエミッタ（３ａ）は、水滴（７）または砂塵（８）による反射ビーム（９）が前方散乱して、検出器（１０）に入射するように位置し、他方のエミッタ（３ｂ）は、水滴（７）または砂塵（８）による反射ビーム（９）が後方散乱して、検出器（１０）に入射するように位置している、請求項１〜３のいずれかに記載のセンサ。
【請求項５】
センサ（１）は、検出器（１０）を備えている、請求項１〜４のいずれかに記載のセンサ。
【請求項６】
エミッタ（３ａ）（３ｂ）は、ガラス面（２）の基準線のまわりで、１８０°の角度で対向して位置し、検出器（１０）は、後方散乱するビーム（４）を発生するエミッタ（３ｂ）に対し、ガラス面（２）の基準線を中心として、４５°の角度より小さい角度で回転して位置し、エミッタ（３ａ）（３ｂ）及び検出器（１０）は、同じ検出領域方向を向いている、請求項４または５に記載のセンサ。
【請求項７】
検出器（１０）は、後方散乱するビームを発生するエミッタ（３ｂ）に対し、ガラス面（２）の基準線を中心として、４０°の角度で回転して位置している、請求項６に記載のセンサ。
【請求項８】
エミッタ（３ａ）（３ｂ）及び検出器（１０）は、ガラス面（２）の基準線に対し、４５°の角度より大きい角度で傾斜して位置している、請求項７に記載のセンサ。
【請求項９】
エミッタ（３ａ）（３ｂ）及び検出器（１０）は、ガラス面（２）の基準線に対し、７０°の角度で傾斜して位置している、請求項８に記載に記載のセンサ。
【請求項１０】
エミッタ（３ａ）（３ｂ）は、異なる波長のビームを発生し、測定手段は、発生されたビーム（４）の波長を受信信号に対応させ、波長に基づいて受信信号を測定するようになっている、請求項４〜９のいずれかに記載のセンサ。
【請求項１１】
発生されたビーム（４）の光路を定める第１の光学素子（１５）を、エミッタ（３ａ）（３ｂ）に関連させ、反射ビーム（９）の光路を定める第２の光学素子（１７）を、検出器（１０）に関連させるようにした、請求項１〜１０のいずれかに記載のセンサ。
【請求項１２】
第１の光学素子（１５）は、発生されたビーム（４）を平行とするようになっている、請求項１１に記載のセンサ。
【請求項１３】
第２の光学センサ（１７）は、反射ビーム（９）を、検出器（１０）に集光するようになっている、請求項１１または１２に記載のセンサ。
【請求項１４】
光学素子（１５）（１７）は、光ガイドである、請求項１１〜１３のいずれかに記載のセンサ。
【請求項１５】
第１の光学素子（１５）の入射面（１６）及び第２の光学素子（１７）の射出面（１８）は、非球面である、請求項１４に記載のセンサ。
【請求項１６】
センサ（１）の接触面は、ガラス面（２）の内側に接触しており、軟質の可縮性材料で形成された突出端（６）を有し、センサ（１）をガラス面（２）に押圧するようにした、請求項１〜１５のいずれかに記載のセンサ。
【請求項１７】
センサ（１）を、ばね部材によりガラス面（２）に押圧するようにした、請求項１６に記載のセンサ。
【請求項１８】
センサ（１）は、センサ（１）の接触面、ガラス面（２）の内側及び突出端（６）により形成された検出領域を、センサ（１）の周辺に連結するバッフル孔を有している、請求項１６または１７に記載のセンサ。
【請求項１９】
エミッタ（３ａ）（３ｂ）は、ＬＥＤである、請求項１〜１８のいずれかに記載のセンサ。
【請求項２０】
検出器（１０）は、フォトダイオードである、請求項１〜１９のいずれかに記載のセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の後方窓等のガラス面の水滴や砂塵を検出するセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
上述のようなセンサは、ガラス面にビームを発生する少なくとも１つのエミッタと、水滴や砂塵により反射されたビームの少なくとも一部が入射される少なくとも１つの検出器とを備えている。検出器は、入射されたビームに基づいた受信信号を発生する。また、センサは、受信信号を測定する測定手段を有している。
【０００３】
この種のセンサは、光学的な測定原理に基づいて動作する。車両の後方窓に付着した水滴や砂塵を検出する場合、ワイパーの拭き取り領域内の後方窓の内側に、センサを取り付けるのが好ましく、後方窓上の雨、雪、埃等を検出できるようになっている。
【０００４】
センサ内の各エミッタにより発生されるビームは、後方窓の内側からガラス面を通って外側へ向かう。検出器は、ガラス面の有効反射面を認識する。砂塵や水滴がガラス面の外側に付着すると、ビームは散乱し、少なくともその一部が検出器に反射する。検出器は、反射ビームの照度に基づいて、受信信号を発生する。
【０００５】
例えば、エミッタは、ＬＥＤで構成され、検出器は、反射ビームに基づく光電電流を受信信号として発生するフォトダイオードで構成される。受信信号の経時特性及び振幅を測定することにより、ガラス面の付着物の種類を判別することができる。
【０００６】
受信信号は、経験値に基づいて解析される。例えば、受信信号の振幅値が、長時間（数分）にわたり最大振幅から連続して緩やかに低下する場合には、後方窓に砂塵が堆積していることになる。同様に、受信信号の振幅値が連続して緩やかに上昇する場合には、ガラス面に水滴が付着していることになる。
【０００７】
ガラス面の付着物の種類に基づいて、付着物を除去するべく、適宜の作動がなされる。水滴は、ワイパーにより除去され、砂塵は、ワイパー及び窓ガラスウォッシャー装置により除去される。
【０００８】
マイクロプロセッサにより、受信信号を測定するのが好ましい。従って、受信信号をデジタル信号とする必要がある。そのため、従来は、Ａ/Ｄ変換器が用いられている。しかしながら、安価なＡ/Ｄ変換器は、比較的低い分解能及び動的特性であり、検出の初期段階では向いていない。初期段階で好適な高い分解能及び動的特性のＡ/Ｄコンバータは、かなり高価であるため、水滴や砂塵を検出するセンサは、大幅に高価になってしまう。
【０００９】
初期段階において、受信信号の僅かな変化を検出できるようにするために、比較的高い分解能及び動的特性のＡ/Ｄコンバータを、センサ内に設けることが必要である。検出器により検出された周辺光及び水滴や砂塵による反射ビームは、妨害光として受信信号に影響し、受信信号は大きくずれる。
【００１０】
ガラス面の付着物による受信信号の変化は、受信信号のずれ量に比例してかなり小さい。このことは、特に付着物が水滴の場合に当てはまる。すなわち、水滴による受信信号の変化は、砂塵による受信信号の変化に比べて小である。そのため、センサの受信信号を、高動的特性及び高分解能のデジタル信号とする必要がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、製造コストを増加させることなく、検出の初期段階において、受信信号を、十分な高分解能及び高動的特性のデジタル信号とし、ガラス面上の水滴と砂塵とを確実に検出及び区別化できるようにすることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
そのため、本発明は、水滴や砂塵を検出する初期段階において、エミッタが異なる強度のビームを連続して発生し、測定手段がビームの強度を受信信号に対応させ、ビームの強度に基づいて受信信号を測定するセンサを提案するものである。
【００１３】
異なる強度のビームを発生できるようにするために、エミッタは、異なる電力レベルで駆動される。ビームの強度が高いと、大きな光電電流が流れ、ビームは、検出器により測定される（１９８８年度物理ペーパーバック、第１１版Ｐ３８５〜Ｐ３９４、クヒリンク  ホルスト（Kuchling, Horst）著、ハーリ  ドイチェ（Harri Deutsch）社参照）。
【００１４】
高強度のビームにより、ガラス面に付着した水滴による受信信号の小さな変化を容易に検出することができる。また、低強度のビームにより、ガラス面に堆積した砂塵による受信信号の緩やかな変化を容易に検出することができる。本発明のセンサによると、ガラス面の水滴や砂塵を確実に検出して区別化することができるようになる。
【００１５】
本発明のセンサでは、受信信号をデジタル化するのに必要な分解能及び動的特性は低減し、また、受信信号の使用可能部分、すなわち、ガラス面に付着した水滴や砂塵による受信信号の変化は、受信信号のずれ量に比例して大きくなる。
【００１６】
本発明の他の利点によれば、エミッタは、高強度及び低強度のビームを交互に発生する。それにより、センサの製造コストを抑えつつ、ガラス面に付着した水滴や砂塵を確実に検出して区別化することができるようになる。
【００１７】
高強度のビーム及び低強度のビームを、同じ時間間隔で発生する必要はない。ガラス面の水滴が比較的早く付着し、短時間で検出され、砂塵が長時間にわたってガラス面に緩やかに堆積することが考慮されて、高強度及び低強度のビームの時間的長さが設定される。
【００１８】
そのため、本発明の好ましい一実施例によれば、エミッタは、全時間の少なくとも９０％の時間にわたって、高強度のビームを発生し、残りの１０％の時間にわたって、低強度のビームを発生する。実際の試験により、９５０ミリ秒（全時間の９５％の時間）にわたって高強度のビームを発生し、５０ミリ秒にわたって低強度のビームを発生することにより、付着物の良好な検出及び区別化できることがわかっている。
【００１９】
本発明の他の利点によれば、センサは２つのエミッタを有しており、一方のエミッタは、水滴や砂塵による反射ビームの一部が前方散乱して検出器に到達するように設けられており、他方のエミッタは、水滴や砂塵による反射ビームの一部が後方散乱して検出器に到達するように設けられている。
【００２０】
前方散乱により、受信信号の急激な変化（例えば、ガラス面の水滴による）が認識されて測定される。また、前方散乱及び後方散乱により、受信信号の緩やかな変化が認識されて測定される。
【００２１】
センサは、１つの検出器を有しているのが好ましい。センサが２つ以上のエミッタを有している場合、検出器には、エミッタにより発生され、水滴や砂塵により反射されたビームが入射される。そのため、個々のエミッタにより発生されるビームを、認識可能とする必要がある。時間的にずれたビームを、個々のエミッタに発生させることができる。また、個々のエミッタにより発生されるビームを異なる波長で変調させることもできる。
【００２２】
本発明の好ましい一実施例によれば、エミッタは、ガラス面の基準線まわりで、１８０度の角度対向して位置しており、検出器は、後方散乱するビームを発生するエミッタに対して、ガラス面の基準線を中心として、４５度より小さい角度で回転して位置し、エミッタと検出器とは、同じ測定領域方向を向いている。エミッタにより発生され、水滴や砂塵により反射されたビームが、外部または内部から検出器に到達しないように、エミッタ及び検出器が配置されている。また、正反射しないビームは、測定領域内の面に反射し、検出器は、そのビームを認識するようになっている。
【００２３】
検出器は、後方散乱するビームを発生するエミッタに対して、ガラス面の基準線を中心として、４０度の角度で回転した位置にあるのが好適である。それにより、センサの検出特性及び区別化特性が良好となる。
【００２４】
本発明の他の利点によれば、エミッタ及び検出器は、ガラス面の基準線に対して、４５度より大きい角度、好適には７０度の角度で位置しているのが好ましい。このような構成のセンサは、良好に検出及び区別化することができる。
【００２５】
本発明の他の利点によれば、エミッタは、異なる波長のビームを発生し、測定手段は、ビームの波長を受信信号に対応させて、波長に基づいて受信信号を測定する。可視波長範囲のビームの場合には、異なる波長を有するビームの色が互いに異なる。エミッタにより発生され、水滴や砂塵により反射されたビームが入射されるように検出器が用いられると、入射されたビームを、受信信号の測定値の一部として、個々のエミッタに対応させることができる。
【００２６】
本発明の他の利点によれば、第１の光学素子がビーム路を定めるようにエミッタに関連し、第２の光学素子が反射ビーム路を定めるようにエミッタに関連している。本発明のセンサでは、エミッタ及び検出器をセンサ内に自由に位置させることができる。光学素子により、ビームがエミッタから好適な位置へ射出されて検出器に入射されたり、反射ビームが好適な位置から検出器へ入射されて集光される。
【００２７】
第１の光学素子は、ビームを平行にするのが好ましい。エミッタにより発生された拡散ビームは、第１の光学素子に平行に入射される。第２の光学素子は、検出器にビームを集光させるようになっているのが好ましい。第２の光学素子に入射されたビームは、射出されて検出器の光検出面で集光される。
【００２８】
光学素子は、光ガイドとなっているのが好ましい。第１の光学素子の入射面及び第２の光学素子の射出面は、非球面であるのが好ましい。
【００２９】
本発明の他の利点によれば、センサの接触面は、ガラス面の内側にあり、接触面は、軟質の可縮性材料で形成された突出端を有し、センサは、ガラス面に押圧されている。センサは、ばね部材によりガラス面に押圧されているのが好ましい。センサを、ワイパーのモータモジュール、例えば、第３のブレーキランプに一体化することができる。ばね部材を、モータモジュールや第３のブレーキランプのハウジングに支持させて、センサをガラス面の内側に押圧させることができる。
【００３０】
接触面の可撓性端部により、ガラス面の内側の凸凹を補償でき、ガラス面にセンサを密着させることができる。可撓性端部により区切られ、センサとガラス面の内側との間にある検出領域を、埃や湿気から保護することができる。
【００３１】
センサは、接触面により区切られた検出領域、ガラス面の内側及び可撓性端部を、センサの周辺と連結させるバッフル孔を有しているのが好ましい。湿気や埃が侵入することなく、バッフル孔を介して、検出領域を換気することができる。
【００３２】
本発明の好ましい実施例によれば、エミッタはＬＥＤで構成され、検出器はフォトダイオードで構成されている。フォトダイオードが用いられる場合、受信信号は、光電電流である。
【００３３】
次に、本発明を図面を用いて詳細に説明する。
【００３４】
【発明の実施の形態】
図１において、本発明のセンサ（１）は、車両の後面窓のようなガラス面（２）上の水滴（７）や砂塵（８）を検出するようになっている。センサ（１）の接触面は、ガラス面（２）の内側において、ワイパー（図示しない）のふき取り面上に位置している。接触面には、軟質の可縮性材料で形成された突出端（６）が設けられている。
【００３５】
センサ（１）は、ばね部材（図示しない）により、ガラス面（２）に押圧されており、３番目のブレーキランプや、後方ワイパーのモータモジュールと一体化されている。ばね部材は、ブレーキランプのハウジングやモータモジュールに支持されている。
【００３６】
センサ（１）は、後方のガラス面（２）にビーム（４）を発生する２つのエミッタ（３ａ）（３ｂ）を備えている。エミッタ（３ａ）（３ｂ）は、ＬＥＤである。ビーム（４）は、第１の光学素子（１５）に入射される。第１の光学素子（１５）の入射面（１６）は非球面であるため、ビーム（４）は、第１の光学素子（１５）に平行に入射される。
【００３７】
第１の光学素子（１５）により反射されたビーム（４）は、エアギャップ（５）と交差し、ガラス面（２）の内側から通過する。ガラス面（２）に水滴（７）や砂塵（８）が付着していない場合、ビーム（４）は、ガラス面（２）から外部へ向かう。
【００３８】
しかし、図１に示すように、水滴（７）や砂塵（８）が、ガラス面（２）の外側に付着している場合、エミッタ（３ａ）（３ｂ）により発生されたビーム（４）の少なくとも一部のビーム（９）は、水滴（７）や砂塵（８）により反射または散乱される。この反射ビーム（９）は、まず第２の光学素子（１７）に入射され、ついでセンサ（１）の検出器（１０）へ射出される。検出器（１０）は、フォトダイオードとしてある。
【００３９】
第２の光学素子（１７）の射出面（１８）は、非球面である。従って、ビーム（９）は、第２の光学素子（１７）から検出器（１０）の光電面へ向かって集光する。光学素子（１５）（１７）は、光ガイドであるのが好ましい。
【００４０】
エミッタ（３ａ）（３ｂ）により発生されたビーム（４）は、ガラス面（２）の基準線（１９）に対して、第１の光学素子（１５）から７０°の角度で反射される。同様に、水滴（７）や砂塵（８）による反射ビーム（９）は、ガラス面（２）の基準線（１９）に対して、７０°の角度で第２の光学素子（１７）へ反射される。
【００４１】
２つのエミッタ（３ａ）（３ｂ）は、対向して位置している（図２参照）。一方のエミッタ（３ａ）は、水滴（７）や砂塵（８）による反射ビーム（９）が前方散乱して、検出器（１０）に入射するように位置している。他方のエミッタ（３ｂ）は、水滴（７）や砂塵（８）による反射ビーム（９）が後方散乱して、検出器（１０）に入射するように位置している。
【００４２】
検出器（１０）は、ガラス面（２）の基準線を中心として、後方散乱するビームを発生するエミッタ（３ｂ）から、４０°の角度だけ回転して位置している。
【００４３】
検出器（１０）は、反射ビーム（９）の量及び強度に応じた受信信号を発生する。この受信信号は、光電電流である。受信信号の経時変化及び振幅は、センサ（１）内の測定手段（図示しない）により測定される。センサ（１）は、後方のガラス面（２）上の雨、雪、埃、昆虫等を検出して識別することができる。
【００４４】
後方のガラス面（２）上で検出された水滴（７）や砂塵（８）等の種類に基づいて、それらを除去するのに好適な手段が始動させられる。水滴（７）は、ワイパーにより除去され、砂塵（８）は、ウォッシャー装置及びワイパーにより除去される。
【００４５】
センサ（１）の製造コストを増加させすることなく、センサ（１）が、適度の高い分解能及び動的特性の受信信号をデジタル化して発生させるようにするために、エミッタ（３ａ）（３ｂ）は、強度が異なるビーム（４）を連続して出力する。測定手段は、発生されたビーム（４）の強度を受信信号に対応させる。受信信号は、ビーム（４）の強度変化に基づいて測定される。
【００４６】
エミッタ（３ａ）（３ｂ）は、高強度のビームを９５０ミリ秒、及び低強度のビーム（４）を５０ミリ秒ずつ、交互に発生する。このようにしてあるのは、水滴（７）は、ガラス面（２）に比較的短時間で付着し、一方、砂塵（８）は、ガラス面（２）に比較的長時間で堆積することを考慮に入れてあるためである。
【００４７】
ガラス面（２）に水滴（７）が付着している場合、高強度のビーム（４）により、小さいが急激な受信信号の変化を良好に検出することができる。一方、ガラス面（２）に砂塵（８）が堆積している場合、低強度のビーム（４）により、受信信号の緩やかな変化を良好に検出することができる。
【００４８】
また、エミッタ（３ａ）（３ｂ）に、異なる波長のビーム（４）を発生させることもできる。測定手段は、発生されるビーム（４）の波長を検出器（１０）が発生する受信信号に対応させ、その波長に基づいて受信信号を測定する。ビーム（４）の異なる波長に基づいて、反射ビーム（９）を、受信信号の測定値として、個々のエミッタ（３ａ）（３ｂ）に対応させることができる。
【００４９】
受信信号の使用可能な部分、すなわち、ガラス面（２）に水滴（７）や砂塵（８）が付着したことによる受信信号の変化は、受信信号のずれ量と比例して増幅されるので、センサ（１）は、デジタル化するのに必要な受信信号の分解能及び動的特性を大幅に小さくする。それにより、センサ（１）の検出特性及び区別化特性に影響を与えることなく、センサ（１）の測定手段の受信信号をデジタル化するために、比較的低い分解能及び動的特性である従来のＡ/Ｄコンバータを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
水滴や砂塵を検出するようにした、本発明によるセンサの縦断面図である。
【図２】
センサの底面図である。
【符号の説明】
１      センサ
２      ガラス面
３ａ、３ｂ  エミッタ
４      ビーム
５      エアギャップ
６      突出端
７      水滴
８      砂塵
９      反射ビーム
１０    検出器
１５    第１の光学素子
１６    入射面
１７    第２の光学素子
１８    射出面
１９    基準線
【図１】
2005518519.tif 000003
【図２】
2005518519.tif 000004
【国際調査報告】
2005518519.tif 000005
2005518519.tif 000006
2005518519.tif 000007
2005518519.tif 000008
2005518519.tif 000009
2005518519.tif 000010