(57)【要約】本発明のシステムは、表面の湿気を検出するように構成され、複数のサブウィンドウに分割することができるセンサを含む。サブウィンドウの少なくとも１つは、独立して可変の感度を有する。本システムは、表面の少なくとも一部分からの光線をセンサに配向するように作動する光学システムと、センサと通信して、少なくとも１つのサブウィンドウの感度を独立して調節し、センサからのデータを解析して湿気を検出するように作動する処理システムを更に含むことができる。処理システムは、湿気が検出されるサブウィンドウの数に基づいてフロントガラス・ワイパーを制御することができる。【選択図】図１
2005504964.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面の湿気を検出するシステムであって、
各々が他から独立して可変の感度を有する複数のサブウィンドウに分割されるセンサと、
前記表面の少なくとも一部分からの光線を前記センサに配向するように作動する光学システムと、
前記センサと通信し、前記サブウィンドウの感度を調節し、前記センサからのデータを解析して前記表面の湿気を検出するように作動する処理システムと、
を備えるシステム。
【請求項２】
前記処理システムは、前記センサに入射する光に応答して前記センサが電荷を蓄積する統合期間を調節することによって、前記サブウィンドウの感度を調節することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記処理システムは、前記サブウィンドウを形成する画素の平均グレースケール値を求め、前記平均グレースケール値を目標平均値と比較し、前記比較の結果に応じて前記サブウィンドウの露光時間を調節することによって、前記サブウィンドウの感度を調節することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記処理システムは、湿気が検出されるサブウィンドウの数に基づいてフロントガラス・ワイパーを制御することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記センサにイメージ形成された前記表面の一部分を選択的に照光する補助発光器と、
前記補助発光器が前記表面の一部分を照光しているときに前記センサによって取得される第１のデータセットを記憶し、かつ前記補助発光器が前記表面の一部分を照光していないときに前記センサによって取得される第２のデータセットを記憶するためのメモリと、
を更に備え、
前記処理システムが、前記メモリ、前記補助発光器、及び前記センサと通信しており、前記メモリに記憶された前記第１及び第２のデータセットを比較し、該比較結果を解析して前記表面の湿気を検出するように作動することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
表面の湿気を検出するシステムであって、
少なくとも１つが独立して可変の感度を有する複数のサブウィンドウに分割されるセンサと、
前記表面の少なくとも一部分からの光線を前記センサに配向するように作動する光学システムと、
前記センサと通信して前記少なくとも１つのサブウィンドウの感度を独立して調節し、前記センサからのデータを解析して前記表面の湿気を検出するように作動する処理システムと
を備えるシステム。
【請求項７】
前記処理システムは、前記センサに入射する光に応答して前記センサが電荷を蓄積する統合期間を調節することによって、前記サブウィンドウの感度を調節することを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記処理システムは、前記サブウィンドウを形成する画素の平均グレースケール値を求め、前記平均グレースケール値を目標平均値と比較し、前記比較の結果に応じて前記サブウィンドウの露光時間を調節することによって、前記サブウィンドウの感度を調節することを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項９】
前記処理システムは、湿気が検出されるサブウィンドウの数に基づいてフロントガラス・ワイパーを制御することを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項１０】
前記センサにイメージ形成された前記表面の一部分を選択的に照光する補助発光器と、
前記補助発光器が前記表面の一部分を照光しているときに前記センサによって取得される第１のデータセットを記憶し、かつ前記補助発光器が前記表面の一部分を照光していないときに前記センサによって取得される第２のデータセットを記憶するためのメモリと、
を更に備え、
前記処理システムが、前記メモリ、前記補助発光器、及び前記センサと通信しており、前記メモリに記憶された前記第１及び第２のデータセットを比較し、該比較結果を解析して前記表面の湿気を検出するように作動することを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項１１】
車両用フロントガラス・ワイパー制御システムであって、
複数のサブウィンドウに分割されるセンサと、
前記フロントガラスの表面の少なくとも一部分からの光線を前記センサに配向するように作動する光学システムと、
前記センサと通信して、前記センサからのデータを解析して各サブウィンドウで湿気が検出されているかどうか判断し、湿気が検出されるサブウィンドウの数に基づいて前記フロントガラス・ワイパーを制御するように作動する処理システムと、
を備えるシステム。
【請求項１２】
前記処理システムは、各サブウィンドウ内の対象物のエッジを検出するように構成されることを特徴とする請求項１１に記載のフロントガラス・ワイパー制御システム。
【請求項１３】
前記処理システムは、エッジが検出されるサブウィンドウの数が所定の閾値に達したときに湿気の存在を確定することを特徴とする請求項１２に記載のフロントガラス・ワイパー制御システム。
【請求項１４】
前記処理システムは、サブウィンドウ内の画素のグレースケール値間の変動値を求め、前記サブウィンドウが閾値レベルを超える変動値を有する場合には、前記サブウィンドウを考慮対象から除外することを特徴とする請求項１１に記載のフロントガラス・ワイパー制御システム。
【請求項１５】
前記処理システムは、前記フロントガラス・ワイパーの自動制御を有効又は無効にする少なくとも１つの遠隔装置に応答することを特徴とする請求項１１に記載のフロントガラス・ワイパー制御システム。
【請求項１６】
前記サブウィンドウの少なくとも１つは、独立して可変の感度を有し、前記処理システムは、前記少なくとも１つのサブウィンドウの感度を独立して調節し、前記センサからのデータを解析して湿気を検出するように作動することを特徴とする請求項１１に記載のフロントガラス・ワイパー制御システム。
【請求項１７】
車両用フロントガラス・ワイパー制御システムであって、
センサと、
前記フロントガラスの表面の少なくとも一部分からの光線を前記センサに配向するように作動する光学システムと、
前記センサと通信して、前記センサからのデータを解析して前記フロントガラスの湿気を検出し、湿気が検出されたときに前記フロントガラス・ワイパーを自動的に起動するように作動し、少なくとも１つの遠隔装置に応答して前記フロントガラス・ワイパーの自動制御を有効又は無効にする処理システムと、
を備えるフロントガラス・ワイパー制御システム。
【請求項１８】
前記処理システムがＲＦ受信器に結合され、前記少なくとも１つの遠隔装置がＲＦ送信器であり、これにより前記ＲＦ送信器からの所定の信号が前記ＲＦ受信器によって受信されたときに、前記処理システムが前記フロントガラス・ワイパーの自動起動を有効又は無効にすることを特徴とする請求項１７に記載のフロントガラス・ワイパー制御システム。
【請求項１９】
前記ＲＦ受信器は、遠隔キーレスエントリ受信器であることを特徴とする請求項１８に記載のフロントガラス・ワイパー制御システム。
【請求項２０】
前記処理システムは、複数の衛星を含む前記少なくとも１つの遠隔装置からの信号を受信するマイクロ波受信器に結合され、前記処理システムは、前記マイクロ波受信器からの情報に応答してフロントガラス・ワイパーの自動起動を無効にすることを特徴とする請求項１７に記載のフロントガラス・ワイパー制御システム。
【請求項２１】
前記マイクロ波受信器からの前記情報は、マイクロ波受信器が２つよりも少ない衛星から信号を受信していることである請求項２０に記載のフロントガラス・ワイパー制御システム。
【請求項２２】
前記衛星は、全地球測位システム衛星群の一部であり、前記マイクロ波受信器は、ＧＰＳ受信器であることを特徴とする請求項２１に記載のフロントガラス・ワイパー制御システム。
【請求項２３】
前記処理システムは、ワイパーの手動起動を無効にすることを特徴とする請求項１７に記載のフロントガラス・ワイパー制御システム。
【請求項２４】
表面の湿気を検出するシステムであって、
複数の光センサを含むイメージ・センサアレイと、
前記表面の少なくとも一部分を前記イメージ・センサアレイにイメージ形成するように作動する光学システムと、
前記イメージ・センサアレイにイメージ形成された前記表面の実質的に全ての部分を選択的に照光する補助発光器と、
前記補助発光器が前記表面の一部分を照光しているときに前記イメージ・センサアレイによって取得される第１のイメージを記憶し、かつ前記補助発光器が前記表面の一部分を照光していないときに前記イメージ・センサアレイによって取得される第２のイメージを記憶するためのメモリと、
前記メモリ、前記補助発光器、及び前記イメージ・センサアレイと通信しており、前記メモリ内に記憶された前記第１及び第２のイメージを比較し、該比較結果を解析して前記表面の湿気を検出するように作動する処理システムと、
を備えるシステム。
【請求項２５】
前記光センサは、ＣＯＭＳセンサであることを特徴とする請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
車両ウィンドウの内表面の曇りを検出する曇り検出システムであって、
前記車両ウィンドウの内表面の領域に放射線を選択的に放射するエミッタと、
前記エミッタが放射線を放射したときと前記エミッタが放射線を放射しないときの入射放射線のレベルを感知するために前記エミッタによって放射された前記放射線に感応する、光軸が前記エミッタの光軸と実質的に平行な状態で配置されたセンサと、
前記エミッタを選択的に起動させるために前記エミッタに結合され、入射放射線の前記レベルを表す信号を前記センサから受信するために前記センサに結合された制御回路と、
を備え、
前記エミッタが起動したときと前記エミッタが停止されたときの前記入射放射線のレベルの差異を判断して、該差異を閾値と比較して曇りが存在するか否かを判断し、前記車両ウィンドウ上の曇りの存在を示す信号を生成することを特徴とするシステム。
【請求項２７】
前記制御回路は、曇りが存在するときにデフォッガを起動させる信号を生成することを特徴とする請求項２６に記載の曇り検出システム。
【請求項２８】
前記制御回路は、曇りがもはや検出されないときにデフォッガを停止させる信号を生成することを特徴とする請求項２７に記載の曇り検出システム。
【請求項２９】
前記制御回路は、曇りがもはや検出されないときにデフォッガを停止させる信号を生成することを特徴とする請求項２６に記載の曇り検出システム。
【請求項３０】
エミッタはＬＥＤであることを特徴とする請求項２６に記載の曇り検出システム。
【請求項３１】
前記センサは、フォトダイオードであることを特徴とする請求項２６に記載の曇り検出システム。
【請求項３２】
前記エミッタ及びセンサが支持されるハウジングを更に備えることを特徴とする請求項２６に記載の曇り検出システム。
【請求項３３】
前記制御回路は、前記ハウジングに収納されることを特徴とする請求項３２に記載の曇り検出システム。
【請求項３４】
前記ハウジングは、バックミラー組立体のミラーハウジングであることを特徴とする請求項３２に記載の曇り検出システム。
【請求項３５】
前記ハウジングは、ＣＨＭＳＬ組立体に一体化されることを特徴とする請求項３２に記載の曇り検出システム。
【請求項３６】
前記車両ウィンドウは、リヤウィンドウであり、前記デフォッガは、リヤウィンドウデフォッガであることを特徴とする請求項２６に記載の曇り検出システム。
【請求項３７】
前記制御回路が前記車両ウィンドウに曇りがないと判断したときに、前記制御回路は、前記閾値を較正して再定義することを特徴とする請求項２６に記載の曇り検出システム。
【請求項３８】
前記制御回路は、該制御回路が前記車両ウィンドウに曇りがないと判断することができる空調情報を受け取るように構成されることを特徴とする請求項３７に記載の曇り検出システム。
【請求項３９】
前記空調情報は、内部温度、外部温度、湿度、及びデフォッガ起動状態のいずれか１つ又は組み合わせを含むことを特徴とする請求項３８に記載の曇り検出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両のフロントガラス・ワイパー及び／又はデフロスタ又はデフォッガシステムを自動的に起動させるために、自動車用の車両フロントガラス表面などにおける湿気の存在を自動的に検出するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のフロントガラス・ワイパーシステムでは、フロントガラス・ワイパーは、フロントガラスの外部の湿気レベルではなく、むしろ拭き取り間の経過時間に基づいて起動される。例えば、比較的安定した降雨状態の間、雨が所望の可視レベルの地点まで蓄積する時間量に対応するように時間間隔を調節することができる。残念なことに、降雨の割合は、与えられた時間期間中に激変する可能性がある。更に、交通状態により、トラックの通過の際等、フロントガラスへの降雨量が変化する可能性もある。その結果、このような状態の間、運転者は頻繁にワイパーの時間間隔を調節しなければならなず、これは煩わしいものとなる。
【０００３】
車両フロントガラスの湿気に基づいてフロントガラス・ワイパーの拭き取り間隔を自動的に制御する種々のシステムが知られている。ある既知のシステムでは、種々のコーティングが車両フロントガラスに施される。これらのコーティングの電気的測定は、フロントガラスの湿気含有量を表示するのに使用される。残念ながら、このような方法は、比較的高価な処理を必要とするので、このようなシステムは商業的には実施可能ではない。車両フロントガラスの湿気含有量を自動的に感知する他のシステムも知られている。例えば、乾いたフロントガラスと濡れたフロントガラスの反射光の差異を測定する光学システムが知られている。残念ながら、このような光学システムは、外部の光源からの干渉の影響を受けやすく、その結果、不十分な性能を与える。他の既知のシステムはフロントガラスに接着されなければならず、フロントガラスの交換を複雑にする。このような複雑さの結果、車両に湿気センサが備えられていることはほとんどない。
【０００４】
フロントガラスの湿気含有量を自動的に検出する別のシステムは、特開平７−２８６１３０号で開示されており、これは雨滴を検出するために車両フロントガラスの一部をイメージ形成する電荷結合素子（ＣＣＤ）イメージ・センサの使用を説明している。同特許で説明されているシステムは、各画素と全画素の平均との差異の合計を計算する。残念ながら、対向車両のヘッドランプは、完全にぼかすことが難しく、雨と解釈され易い明るいスポットをイメージ中に生成する。更に、このようなシステムを効果的に作動させるために、イメージ形成された場面内の遠距離の対象物を完全にぼかす必要がある。そうでない場合には、遠距離の対象物に対応してイメージ形成された場面内に明暗領域が存在する。上記公開特許には、この目的を達成するための光学システムは開示されていないが、対向ヘッドランプを完全にぼかす光学システムを開発することは非常に困難である。対向するヘッドランプを完全にぼかすことができなければ、上記の日本公開特許で開示されているシステムが誤起動を起こす恐れがある。
【０００５】
自動降雨検出システムに関する別の問題は、システムがフロントガラス・ワイパーの作動を検出することができないことである。特定の寒い気候条件では、フロントガラス・ワイパーは、フロントガラスに凍結することが知られている。このような状況では、湿気はワイパーによって除去されないので、ワイパーがフロントガラスに凍結しているにも関わらず、自動降雨感知装置は、ワイパーに起動するよう連続的に命令して、フロントガラス・ワイパーシステムを損傷させる可能性がある。
【０００６】
既知のシステムに関する別の問題は、フロントガラスの内部及び外部の曇りを検出することができないことである。上述のように、上記日本公開特許で開示されているような自動湿気検出システムは、フロントガラスの雨滴を検出する能力に基づくものである。均一な曇り又はミストが車両フロントガラスを覆う場合、上記日本公開特許で開示されているシステムは、フロントガラスの外部のこのような湿気を感知することができない。その結果、このような条件の間は、フロントガラス・ワイパーは手動で起動されなければならず、これにより、自動降雨センサ及びフロントガラス・ワイパー制御システムの目的が部分的に損なわれ、この機能は非常に望ましいくないものになる。
【０００７】
他の状況では、曇りは、フロントガラスの外部の湿気含有量に関係なくフロントガラスの内側に発生する。このような状態では、上記日本公開特許で開示されているような自動降雨感知システムは、フロントガラスの内部の曇りが清浄になるまで車両フロントガラスの外部の湿気含有量を検出することはできない。このような状態では、デフロスタ又はデフォッガは、フロントガラスの内部の曇りを除去するために手動で起動しなければならない。自動降雨感知センサは、フロントガラスの内部の曇りが十分清浄になるまで、このような状態の間中、作動不能である。
【０００８】
【特許文献１】
特開平７−２８６１３０号公報
【特許文献２】
米国特許第５，９２３，０２７号公報
【特許文献３】
米国特許第６，０９７，０２４号公報
【特許文献４】
米国特許第６，２６２，４１０号公報
【特許文献５】
米国特許第５，９９０，４６５号公報
【特許文献６】
米国特許第６，００８，４８６号公報
【特許文献７】
米国特許第６，１９３，３７８号公報
【特許文献８】
米国特許第５，９９０，４６９号公報
【特許文献９】
米国特許出願第０９／７９９，３１０号公報
【特許文献１０】
米国特許公開ＵＳ２００２／００３２５１０Ａ１公報
【特許文献１１】
米国特許出願第０９／３０７，１９１号公報
【特許文献１２】
米国特許第５，８３７，９９４号公報
【特許文献１３】
米国特許第６，０４９，１７１号公報
【特許文献１４】
米国特許第６，２５５，６３９号公報
【特許文献１５】
米国特許第６，２８１，６３２号公報
【特許文献１６】
米国特許米国特許出願第０９／９７０，９６２号公報
【非特許文献１】
Ｗａｒｒｅｎ  Ｊ．Ｓｍｉｔｈによる「Ｍｏｄｅｒｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ」（５２ページ）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
発明の譲受人に譲渡された米国特許第５，９２３，０２７号、第６，０９７，０２４号、及び第６，２６２，４１０号では、上述の問題を克服する湿気感知システムが開示されている。それでもなお、フロントガラス・ワイパーの誤起動の原因となる恐れがあるイメージ形成された場面内の光源を区別するため、開示されたシステムの能力を更に改良することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の１つの実施形態によれば、各々が他から独立して可変の感度を有する複数のサブウィンドウに分割されるセンサと、少なくとも表面の一部分からの光線をセンサに配向するように作動する光学システムと、センサと通信し、サブウィンドウの感度を調節し、センサからのデータを解析して表面の湿気を検出するように作動する処理システムとを備える、表面の水分を検出するシステムが提供される。
【００１１】
本発明の別の実施形態によれば、表面の湿気を検出するシステムであって、少なくとも１つが独立して可変の感度を有する複数のサブウィンドウに分割されるセンサと、表面の少なくとも一部分からの光線をセンサに配向するように作動する光学システムと、センサと通信して、少なくとも１つのサブウィンドウの感度を独立して調節し、センサからのデータを解析して表面の湿気を検出するように作動する処理システムとを備えるシステムが提供される。
【００１２】
本発明の別の実施形態によれば、車両用フロントガラス・ワイパー制御システムであって、複数のサブウィンドウに分割されるセンサと、フロントガラスの表面の少なくとも一部分からの光線をセンサに配向するように作動する光学システムと、センサと通信して、センサからのデータを解析して各サブウィンドウで湿気が検出されているかどうかを判断し、湿気が検出されるサブウィンドウの数に基づいてフロントガラス・ワイパーを制御するように作動する処理システムとを備えるシステムが提供される。
【００１３】
本発明の別の実施形態によれば、車両用フロントガラス・ワイパー制御システムであって、センサと、フロントガラスの表面の少なくとも一部分からの光線をセンサに配向するように作動する光学システムと、センサと通信して、センサからのデータを解析してフロントガラスの湿気を検出し、湿気が検出されたときにフロントガラス・ワイパーを自動的に起動するように作動するフロントガラス・ワイパー制御システムが提供される。処理システムは、フロントガラス・ワイパーの自動制御を有効又は無効にする少なくとも１つの遠隔装置に応答する。
【００１４】
本発明の別の実施形態によれば、表面の湿気を検出するシステムであって、複数の光センサを含むイメージ・センサアレイと、表面の少なくとも一部分をイメージ・センサアレイにイメージ形成するように作動する光学システムと、イメージ・センサアレイにイメージ形成された表面の一部分を選択的に照光する補助発光器と、補助発光器が表面の一部分を照光しているときにイメージ・センサアレイによって取得される第１のイメージを記憶し、補助発光器が表面の一部分を照光していないときにイメージ・センサアレイによって取得される第２のイメージを記憶するためのメモリと、メモリ、補助発光器、及びイメージ・センサアレイと通信する処理システムとを備えるシステムが提供される。処理システムは、メモリ内の第１及び第２のイメージを比較し、該比較結果を解析して表面の湿気を検出するように作動する。
【００１５】
本発明の別の実施形態によれば、車両ウィンドウの内表面の曇りを検出する曇り検出システムが提供される。曇り検出システムは、車両ウィンドウの内表面の領域に放射線を選択的に放射するエミッタと、エミッタが放射線を放射したときとエミッタが放射線を放射しないときの入射放射線のレベルを感知するためにエミッタによって放射された放射線に感応する、光軸がエミッタの光軸と実質的に平行な状態で配置されたセンサと、エミッタを選択的に起動させるためにエミッタに結合され、入射放射線のレベルを表す信号をセンサから受信するためにセンサに結合された制御回路とを備える。制御回路は、エミッタが起動したときとエミッタが停止されたときの入射放射線のレベルの差異を判断して、該差異を閾値と比較して曇りが存在するか否かを判断する。曇りが存在するとき、制御回路は車両ウィンドウ上の曇りの存在を示す信号を生成する。
【００１６】
本発明のこれら及び他の特長、利点、及び目的は、以下の明細書、特許請求の範囲、及び添付図面を参照することによって当業者には更に理解され認識されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明による湿気感知システムは、車両のフロントガラスなどの表面の湿気を検出することができる。このようなシステムは、車両のフロントガラス・ワイパー、デフロスタ、及び／又はデフォッガシステムを自動的に制御するのに有用である。車両のフロントガラスの湿気を感知するシステムは、既知の湿気感知システムの性能上の欠陥の多くを排除し、湿気感知システムを商業的に成立し得るコストで提供する。本明細書で使用されるように、用語「湿気」は、降雨、降雪、氷、及び曇り、並びに虫、埃等の車両のフロントガラスに一般的に堆積する他の物質のような、様々な天候状態の間に車両のフロントガラスに見出すことができる種々の形態の湿気及び降水を表すのに用いられる。システムは、氷、曇り、及び降雨、降雪の変化するレベル等の、むしろ一般的な天候状態の間に他の既知のシステムよりも優れた性能をもたらすことができる。
【００１８】
図１を参照すると、本発明の第１の実施形態の湿気感知システムは、全体が参照番号２０で識別される。湿気感知システムは、自動車用バックミラー２４の取り付けブラケット２２に固定して取り付けられるか、又は代替的にバックミラー・ハウジング２４の背面部に取り付けられるのが好ましい。更に、湿気感知システムは、車両の他の場所に取り付けてもよい。例えば、湿気感知システムは、ヘッドライナ、オーバーヘッドコンソール、Ａピラー、インストルメントパネルのダッシュボード、フロントガラス取り付けコンソール、又は他の車両付属品に取り付けることができる。湿気感知システム２０は、例えば、地面に実質的に平行か又は地面に対してわずかに角度が付けられた光軸で車両のフロントガラス２６の５５ｍｍから１０５ｍｍ後に取り付けられたセンサアレイ３２を含むイメージ形成システム３０を含む。最近の乗用車のフロントガラス２６の角度は、モデル毎にかなり異っている。自動車フロントガラスの角度の一例は、約２７°である。トラックのフロントガラスの角度は、大きく異なる可能性がある。このような構成は、イメージ・センサアレイ３２の視野に対して湿気がどこにあるかによって、雨滴及び他の湿気がイメージ・センサアレイ３２から異なった距離にあるものとなる。この問題の補償を支援するために、イメージ・センサ３２の上部がフロントガラス２６に接近して移動するようにイメージ・センサアレイ３２をフロントガラス２６に向けて角度を付けることができる。例えば、フロントガラス角度が約２７°の場合、イメージ・センサ３２をフロントガラス２６に向けて約１２°から１７°の角度を付けることができる。
【００１９】
本発明の第１の実施形態の湿気感知システム２０には４つの構成要素、すなわち、イメージ形成光学システム、１つ又はそれ以上の発光ダイオード、イメージ・センサアレイ、処理システムがある。イメージ形成光学システムは、図２、図３、図５、図６に示され、イメージ・センサアレイは、図２、図５、図７、図８に示されている。
【００２０】
イメージ形成光学システムは、フロントガラス２６から近距離にある対象物はイメージ平面で焦点が合ってより鮮鋭であると共に、遠距離にある対象物は焦点が外れてぼけるように、フロントガラス２６の所定部分をセンサアレイ３２上にイメージ形成するのに使用される。イメージ形成されるフロントガラス２６の領域は、比較的小雨の条件の間で雨滴を受ける可能性がかなり高いように充分に大きくすべきである。更に、フロントガラスのイメージ形成領域もまた、フロントガラス・ワイパーによって拭き取られるフロントガラスの領域でなければならない。
【００２１】
図４Ａ及び図４Ｂは、図２に示すイメージ形成システムの性能のコンピュータ・シミュレーションを示す。特に、図４Ａは、イメージ平面への光軸上の比較的遠距離にある対象物からのほぼ平行な光線のイメージ形成のスポット図である。図４Ｂは、フロントガラスの外面から離れた位置にある光軸上の点のイメージ形成のスポット図である。図４Ａ及び図４Ｂのスポット図を比較すると、光学システムは、遠距離の対象物からの光をぼかし、フロントガラスに近い距離にある対象物からの光を集光することができることは明らかである。
【００２２】
イメージ形成光学システムは、単一の非球面レンズ３３（図２、図５、図６を参照）を含むことが好ましい。レンズは、レンズの真正面の直径約５ｍｍのストップ３６を形成する機械的なレンズマウント３４によって担持することができる。好適な実施形態によれば、レンズ３３は、９ｍｍの直径、縁部厚み０．０４００９ｍｍ、及び中心光軸に沿った厚み３．２９５９８７ｍｍを有する。レンズは、アクリル製であり、屈折率ｎDが１．４９１７６、及びアッベ数ｖDが５５．３１０１９であるのが好ましい。対象物側の面は、７．３７７６０２ｍｍの有効曲率半径、−０．８５９０９１５ｍｍの円錐、０．０３９０の２次項を有する。レンズ３３のイメージ側は、−５．０３９２３４ｍｍの有効曲率半径、１．５０００５２ｍｍの円錐、及び０．０５５６５８５の２次項を有する。しかしながら、異なる構造を有する１つ又はそれ以上のレンズを同様に使用することができ、本発明は上述の特定のレンズに限定されないことは理解されるであろう。
【００２３】
イメージ・センサアレイ３２は、レンズ３３の後ろに配置され、約１２°から１７°だけわずかに角度が付けられている。しかしながら、イメージ・センサアレイ３２が配置される角度はフロントガラスの角度に左右され、従って、イメージ・センサアレイ３２の角度は、様々であることが理解されるであろう。イメージ・センサアレイ３２は、Ｓｃｈｅｉｍｐｆｌｕｇ状条件を満足するようにフロントガラス２６に対して角度が付けられているのが好ましい。Ｓｃｈｅｉｍｐｆｌｕｇ状条件については、Ｗａｒｒｅｎ  Ｊ．Ｓｍｉｔｈによる「Ｍｏｄｅｒｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ」（５２ページ）で論じられている。基本的に、Ｓｃｈｅｉｍｐｆｌｕｇ状条件は、イメージ平面が対象物平面に平行ではない場合、対象物平面とイメージ平面がレンズの平面で互いに交差するときに最適焦点が得られることを示唆している。従って、レンズの平面を上方に延長して、レンズ平面がフロントガラス平面と交差する場所を求めることにより、イメージ平面を交差点から延長するとイメージ・センサアレイ３２の角度を決定することができる。
【００２４】
特に、フロントガラスからの距離がより短いことが所望の特徴である場合には、例えば、付加要素、非球面要素、又はディフラクティブ対象物を有する、より精巧な光学システムを全て使用することができる。しかしながら、収集されるイメージは写真目的ではないことから、このような光学的品質は湿気検出用途には必要ない。
【００２５】
イメージ・センサアレイ３２は、ＣＭＯＳアクティブ画素イメージ・センサであるのが好ましい。ＣＭＯＳアクティブ画素イメージ・センサは、ＣＭＯＳプロセスで製造されたチップ上で低コストで高感度のイメージ形成を提供する。このようなＣＭＯＳアクティブ画素イメージ・センサは、低電力消費の普及しているＣＭＯＳ製造技術、同じチップ上に追加の回路構成を集積するための低コストの能力、可変読み出しウィンドウ、及び可変光統合時間を含む、他のセンサを上回る幾つかの利点を有する。このようなＣＭＯＳアクティブ画素イメージ・センサは、例えば、Ｐｈｏｔｏｂｉｔ部品番号ＰＢ−０１１１を含むカリフォルニア州パサディナ所在のＰｈｏｔｏｂｉｔ  Ｉｎｃ．，から市販されている。好適なシステムは、Ｊｏｎ  Ｈ．  Ｂｅｃｈｔｅｌ他による「ＣＯＮＴＲＯＬ  ＣＩＲＣＵＩＴ  ＦＯＲ  ＩＭＡＧＥ  ＡＲＲＡＹ  ＳＥＮＳＯＲＳ」と題され、発明の譲受人に譲渡された米国特許第５，９９０，４６５号、及びＪｏｓｅｐｈ  Ｓ．  Ｓｔａｍ他による「ＷＩＤＥ  ＤＹＮＡＭＩＣ  ＲＡＮＧＥ  ＯＰＴＩＣＡＬ  ＳＥＮＳＯＲ」と題され、発明の譲受人に譲渡された米国特許第６，００８，４８６号で詳細に説明されている。ＣＭＯＳイメージ・センサの別個のサブウィンドウからイメージを取得する能力により、このシステムはイメージ・センサアレイ３２が「サブウィンドウ」に分割される本発明において特に好適なものとなる。
【００２６】
ＣＭＯＳアクティブ画素イメージ・センサは、実質的な利点を有するが、他のイメージ・センサもまた好適であり、本発明の範囲内であると考えられる。画素のサイズ及び数は、費用効果を維持しながら、小雨を適切に検出するのに十分に大きくかつ十分に詳細にフロントガラスの領域をイメージ形成するように決定される。６４×８０のアクティブ画素アレイを利用することができ、或いは、一次元センサアレイを利用することができる。より好ましい実施例によれば、７．８μｍの画素間隔を有する３５２×２８８アクティブ画素アレイを有するＰｈｏｔｏｂｉｔ  ＰＢ−０１１１共通中間フォーマット（ＣＩＦ）イメージャを用いることができる。
【００２７】
図５は、本発明の第２の実施形態に従って構成された湿気感知システム１００の拡大図を示す。湿気センサシステム１００は、一般に、第１の実施形態のシステム２０の全ての要素を含むが、更に、ＬＥＤ又は他の光源とすることができる補助発光器１０２、任意的に補助発光器レンズ１０４、及びレンズ３３、６８及び１０４の前方に配置されたウィンドウ１０６を含む。ウィンドウ１０６は、該ウィンドウ１０６の外面上に形成される可能性がある水滴又は他の汚染物質が存在する場合であっても、明瞭かつ清浄な面を維持するため外面上に光触媒／親水性コーティング１０８を含むことができる。このような汚染物質には、クリーナー、グリース等が含まれる。好適な光触媒／親水性コーティングの例は、発明の譲受人に譲渡された米国特許第６，１９３，３７８号で開示されている。
【００２８】
図６に示すように、補助発光器１０２と補助発光器レンズ１０４は、レンズ３３及びイメージ・センサアレイ３２によってイメージ形成されるフロントガラス２６の同じ部分に光を照射するように構成される。補助発光器１０２は、曇り検出のためにフロントガラス上に小さなスポットを照射する発光器６６とこの点で異なる。補助照明の有無でイメージが得られるように、補助発光器１０２を周期的に起動することができる。次いで、このようなイメージを比較及び解析してフロントガラスの表面の湿気を検出することができる。比較的暗い状態では、幾つかのイメージ・センサは、適度な時間内に十分な光を集めるて雨滴などの湿気を適切にイメージ形成することができない場合がある。このような状況では、補助発光器１０２は、イメージが取り込まれている間、背後から関心領域を短時間だけ照光することができる。車両のフロントガラスが赤外線をあまり吸収しない場合には、波長がイメージ・センサの検出可能な領域内にあれば、補助発光器１０２は近赤外の発光器であってもよい。赤外線発光器は、人間の目には見えず、従って運転者の気をそらさない利点がある。
【００２９】
また、ウィンドウ１０６は、補助発光器１０２から放射される放射線に対応する赤外線を通過させ、他のほとんどの光を遮断するため、略８５０ｎｍ近傍の狭帯域幅の赤外線カットフィルタを含むことができる。また、フィルタは、狭帯域青色フィルタとすることもできるが、好ましくは、赤外線フィルタであろう。フィルタは、イメージ・センサのダイに直接、又はイメージ・センサのダイに近接して設けることができる。
【００３０】
湿気感知回路のブロック図を図７に示す。上述のように、フロントガラス２６の所定部分は、イメージ・センサアレイ３２にイメージ形成される。イメージ・センサアレイは、センサアレイ３２から得られたデータを更に読み取って処理する処理システム／回路によって制御される。処理システムは、アナログ−デジタル変換器３５、タイミング制御回路３７、及びマイクロコントローラ３８を含む。センサ３２内の各画素のアナログ電圧は、アナログ−デジタル変換器３５によってデジタル化されたグレースケール値に変換される。アナログ−デジタル変換器３５は、タイミング制御回路３７の制御下で作動され、該タイミング制御回路３７はマイクロコントローラ３８によって制御される。タイミング制御回路３７は、Ｊｏｎ  Ｈ．  Ｂｅｃｈｔｅｌ他による、「ＣＯＮＴＲＯＬ  ＣＩＲＣＵＩＴ  ＦＯＲ  ＩＭＡＧＥ  ＡＲＲＡＹ  ＳＥＮＳＯＲＳ」と題された、発明の譲受人に譲渡された米国特許第５，９９０，４６９号で詳細に説明されている。好ましい実施形態において、処理システムは、更に以下で説明する方法でイメージ・センサアレイ３２の様々なサブウィンドウの露光を独立して制御する。
【００３１】
好適なマイクロコントローラ３８は、Ｍｏｔｏｒｏｌａ  ＳＴＡＲ１２（商標）、部品番号ＭＣＳ９１２Ｄ６４である。マイクロコントローラが、イメージ・センサからのイメージ全体を記憶するのに十分なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を収容していない場合には、ＣＭＯＳイメージ形成センサのウィンドウ機能を使用して、マイクロコントローラ３８の実装ＲＡＭにおいて十分に小さなサイズの異なる領域を代替的にイメージ形成及び処理することができる。或いは、Ｊｏｓｅｐｈ  Ｓ．  Ｓｔａｍ他によって２００１年３月５日に出願された、「ＩＭＡＧＥ  ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ  ＳＹＳＴＥＭ  ＴＯ  ＣＯＮＴＲＯＬ  ＶＥＨＩＣＬＥ  ＨＥＡＤＬＡＭＰＳ  ＡＮＤ  ＯＴＨＥＲ  ＶＥＨＩＣＬＥ  ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ」と題された、発明の譲受人に譲渡された米国特許出願第０９／７９９，３１０号で開示されているインライン処理手順を使用して、プロセッサのメモリ要件を低くすることができる。
【００３２】
イメージがイメージ・センサ３２によって収集されると、アナログ電圧によって表される各画素の輝度は、アナログ−デジタル変換器３５よってデジタルグレースケール値に変換される。これらの値は、マイクロコントローラ３８に実装することができるメモリに書き込まれ、マイクロコントローラ３８、或いはデジタル信号プロセッサによって処理される。
【００３３】
更にシステムの精度を高めるために、及びシステムが雨滴とフロントガラスのひび又はフロントガラス上の破片とを区別可能にするために、処理システム３８は、エッジ検出法を用いるのが好ましく、イメージの空間的高周波成分を解析することができる。更に詳細には、雨滴は、フロントガラス上の雨滴の鋭いエッジから結果として生じる不連続部を定量化することによって検出される。これらの鋭いエッジは、小滴又は他の湿気による遠視野の対象物のランダムな光学イメージ形成と共に、雨又は他の水滴の合焦されたイメージによって生じる。イメージ内のエッジを検出するために、ラプラシアンフィルタ、ソーベルフィルタ、又は好ましくはプレビットフィルタを利用することができる。
【００３４】
図８に示すように、イメージ・センサアレイ３２は、複数のサブウィンドウ１１０に効果的に分割することができる。６４個の縦列の画素と８０個の横列の画素を有するイメージ・センサアレイ３２の場合、適切なサブウィンドウ１１０は、イメージアレイセンサ３２を形成する画素の８×８ブロックで形成することができる。このようにして、イメージ・センサアレイ３２は、８×１０のサブウィンドウのアレイに効果的に分割することができる。本明細書で使用するサブウィンドウは、隣接するブロック状画素、単一ライン状画素、交番ライン状画素、又は、アレイの全ての画素のサブセットに対応する他の様々な画素の組み合わせを含むことができる。
【００３５】
処理システムは、雨滴又は他の湿気のエッジ、及び小滴による遠距離にある対象物のランダムな合焦によって生じる鋭い不連続部に対して、イメージ・センサアレイ３２の複数の各サブウィンドウ１１０（図８）からのイメージを解析する。これらの不連続部は、空間的な高周波成分を表す。通常雨は、フロントガラスのイメージ形成された部分全体にわたってはるかに均一に分布しているので、検出されたエッジの空間的分布を利用してフロントガラスの湿気を、虫、破片、或いは対向車両のヘッドランプ又は前方の車両のテールライトなどの他の対象物と区別することができる。検出されたエッジの空間的分布の指標は、エッジが検出されるサブウィンドウ１１０の数である。エッジが検出されるサブウィンドウの数が大きいほど、検出されるエッジの空間的分布、従ってフロントガラス上にある対象物が大きくなる。更に、対象物の空間的分布が大きいほど、湿気の大きさが大きく、従ってフロントガラス・ワイパーの動作を速くすべきである。空間的高周波成分の大きさ及びエッジが検出されるサブウィンドウ１１０の数は、フロントガラス・ワイパーブレードの拭き取り頻度（拭き取りの時間間隔）がフロントガラスの湿気の量の関数として制御されるようにフロントガラス・ワイパーモータ制御４０（図７）を制御するために使用される。或いは、ワイパーは、ウィンドウの湿気の閾値レベル（すなわち、エッジが検出されるサブウィンドウの数）に達する毎に起動することができる。
【００３６】
また、本システムは、変動する光レベルに適応させることができる。特に、選択されたサイクルの間に、イメージの平均グレースケール値を計算することができる。この値が高い場合は光に対して過度露出であることを示しており、イメージ・センサの露光時間を短縮して平均輝度を下げることができる。同様に、光のレベルが低い場合、露光時間を長くすることができる。イメージ・センサの露光時間を調節する具体的な方法については、以下で更に説明する。
【００３７】
イメージ・センサアレイ３２によって得られたイメージがサブウィンドウ１１０に分割されると、サブウィンドウ１１０の各々の感度／露光時間を独立して調節することができる。或いは、イメージ・センサアレイ３２の露光／感度レベルを全体として変えることができる。イメージ・センサアレイの感度を全体として変えると、画素の平均グレースケール値を計算し、感度を調節して（以下で更に説明するように）、平均グレースケール値を所定の限界値内に維持することができる。しかしながら、イメージ・センサアレイ３２の感度を全体として調節すると、対向車両からの光源などの遠視野光源は、内部シーンの大きな照光ばらつきを引き起こす恐れがある。これらの大きなばらつきを考慮しない場合には、イメージの各部分は、過剰露光又は露光不足となる恐れがあり、これによってフロントガラス上の雨によって生じる検出可能なコントラストが小さくなる。従って、サブウィンドウの画素からの平均グレースケール値出力に基づいて、サブウィンドウの感度を互いに独立して調節するのが好ましい。このように、対向車両からの明るいヘッドランプによってイメージ・センサアレイ３２の８０個のサブウィンドウのうち２つだけに大きな明るい点が生成された場合、残りのサブウィンドウの感度を下げることなく、これらのサブウィンドウの露光／感度を残りのサブウィンドウの露光／感度に対して小さくすることができ、その結果、この残りのサブウィンドウの感度及びコントラストを維持することができる。
【００３８】
イメージ・センサアレイ３２のサブウィンドウの感度を独立して制御することによって、地平線より下のイメージの部分をイメージ形成するサブウィンドウに対して、地平線より上のイメージの部分をイメージ形成するサブウィンドウの感度を調節するように本システムを構成することができる。これは、道路及び他の周囲と比較して相対的に空が明るい時間には非常に重要なものとすることができる。
【００３９】
一サブウィンドウ単位で露光調整するか否かに関係なく、マイクロコントローラ３８が実行することができる基本的な自動利得制御（ＡＧＣ）アルゴリズムは同じものである。まず、計算上の要件を小さくするために、ＡＧＣアルゴリズムは、整数演算のみを用いるのが好ましい。アルゴリズムは、まずイメージ・センサアレイ全体か、又は検討するサブウィンドウの画素平均値を計算することによって機能する。この平均値が既に特定の幅内にある場合（イメージは適切に露光済み）、サブウィンドウ／イメージ・センサアレイの次の露光は変更しないままである。さもなければ、アルゴリズムは、引き続き、画素平均目標値を現在の画素平均値と比較する。目標値が現在の平均値を上回る場合、サブウィンドウ又はイメージ・センサアレイ全体の露光を高くするよう調節されることになる。同様に、画素平均値目標値が現在のイメージウィンドウ画素平均値を下回る場合、露光は低く調整される。いずれの場合も、現在画素平均値と目標値との差異が計算される。次に、この差異は、現在の露光値に応じて調節され、新しい露光値を生成するために現在の露光値に応じて適切に加算又は減算される。この差異値の調整は、２の累乗を大きくすることによって露光値を効果的に乗算又は除算する論理左シフト又は論理右シフトで行うことができる。これが好ましいとされる理由は、イメージャの結果は、現在の露光値が小さい場合、露光の小さな絶対的変化に対してずっと敏感であるためである。ＡＧＣアルゴリズムは、浮動小数点演算を用いずに大きな露光値範囲にわたってパーセントで同様の調整を行う。最小及び最大露光値定数を使用して、ＡＧＣアルゴリズムによって発生した全ての露光値を除外することができる。これによって露光範囲が限定され、非常に小さな露光におけるノイズ問題や非常に大きな露光におけるタイミング問題（十分なフレーム率で）が回避される。
【００４０】
上記で論じたＡＧＣアルゴリズムに加えて、ＡＤＣ３５のアナログ−デジタル変換パラメータを変えるか、又はセンサ出力のアナログ利得を調節することによって、アレイの露光レベル、或いはサブウィンドウ又は個々のピクセルの露光レベルも調節することができる。
【００４１】
上述のように、雨のイメージの識別を支援するため、雨の「分布した」特性を利用することが好ましい。降雨時には、一般に雨滴はイメージ全体にわたって幾分均等に広がる傾向がある。しかしながら、遠視野の光は、より局所化された様態で現れる傾向がある。サブウィンドウ内の明るい光を検出するために、画素の変動の平均値が求められる。この画素変動の平均値は、画素値とサブウィンドウ全体にわたる画素グレースケール平均値との間の差の絶対値の平均として定義される。明るい遠視野の光によって、イメージ形成されたサブウィンドウ内に極めて高いコントラストが生じ、また、結果としてサブウィンドウに高い画素変動が生じる。通常の露光による雨滴によって生じる画素変動の方が小さい。従って、サブウィンドウに更なる雨処理を考慮すべきかを判断するために、最大画素変動閾値と対照して各サブウィンドウを試験することができる。サブウィンドウの平均画素変動が最大画素変動閾値を上回る場合、マイクロコントローラ３８は、該マイクロコントローラ３８が雨の有無を判断する基となるサブウィンドウカウンタから、そのサブウィンドウを除外することができる。
【００４２】
好ましい実施形態では、各々が８×８画素の８０個のサブウィンドウを利用することが開示されているが、当業者には、任意の解像度を有する任意の数のサブウィンドウを利用することができることが理解されるであろう。一般に、サブウィンドウの数が大きいほど、明るい遠視野の対象物又は欠陥のある画素を遮断して無視するシステムの能力が大きくなる。しかしながら、サブウィンドウの数を任意に大きくすると、アレイ全体の限られた画素数のために各サブウィンドウの解像度が低下する。サブウィンドウ内の画素数が過度に小さい場合、サブウィンドウについて計算された平均値は大幅に変動し、イメージ・センサアレイ全体にわたって安定性のない結果となる可能性が大きくなる。また、サブウィンドウ間で検出されずにいるエッジが存在する可能性が大きくなる。
【００４３】
本発明での使用に好適なイメージ・センサの実施例は、Ｊｏｓｅｐｈ  Ｓ．  Ｓｔａｍ他による、「ＷＩＤＥ  ＤＹＮＡＭＩＣ  ＲＡＮＧＥ  ＯＰＴＩＣＡＬ  ＳＥＮＳＯＲ」と題された、発明の譲受人に譲渡された米国特許第６，００８，４８６号に開示されている。
【００４４】
センサ回路内の固有メモリを利用することによって、周囲光を差し引くよう相関する２重のサンプルをイメージ・センサから直接獲得することができ、従って、プロセッサ又は関連する外部メモリのメモリ要件が低減される。センサ回路に固有の上述の相関する２重サンプリングを利用しない場合におけるメモリ保持の別の方法は、マイクロコントローラ３８が、最初に照光した状態にし、次に照光しない状態で１度に１列のイメージデータを読み取り、一次元フィルタを利用して互いから照光有無の横列のイメージデータを差し引くことである。次いで、この結果をマイクロコントローラ３８に付随するＲＡＭに記憶することができ、その後、次の横列を照光有無の状態で読み取る。
【００４５】
上述のシステムはまた、フロントガラスのイメージ形成領域を通るワイパーブレードの通過を検出するのに使用することができる。自動車のワイパーがイメージ形成領域を横切る際に絶対に略垂直にならないように設計される場合には、上述のフィルタをこのような構成に適応するように変更することができる。例えば、イメージ処理の技術分野で良く知られた他の様々なエッジ検出方法も使用することができる。更に、車両フロントガラス・ワイパーのワイパー速度が速すぎて、必要な露光時間に対してイメージが若干ぼける場合、現在の画素のすぐ次の画素ではなく、現在の画素の左右の２つの位置にある画素を差し引くように水平フィルタを変更することができる。
【００４６】
ワイパーがイメージ形成領域を清浄にした後、フロントガラスの追加のイメージが取得される。これらのイメージは、次の拭き取りまで、後続の全ての測定値から差し引くことができるゼロ点測定値として使用することができる。このようにして、汚れたフロントガラス、割れ、引っ掻き傷、及び凍結した氷のイメージの長期の高周波空間成分は、検出される雨量には影響がない。
【００４７】
フロントガラス・ワイパーが与えられた時間フレーム内で検出されなかった場合、システムは、フロントガラス・ワイパーがフロントガラスに凍結した結果として生じる可能性のある不具合が発生したものとみなす。このような状況では、氷が解凍することができる期間の間、本発明による湿気センサの動作を一時的に停止することができる。外気温度情報が利用可能である場合、凍結の気象条件を考慮して、ワイパーの故障が機械的な不具合か、或いは氷によるものかを判断することができる。
【００４８】
システムに選択性を与えるために、運転者オン／オフ感度制御回路４４（図７）を設けることができる。間欠ワイパー制御を用いて、システムの感度を調整することができる。この制御回路４４を特別な状況、例えば、車両が自動洗車機に掛けられているときに使用して、システムの誤作動を防ぐことができる。一部の運転者は、自動洗浄機を通り抜けながらフロントガラス・ワイパーを連動させることが多く、これにより、ワイパーが車両からの曲げ又は引き裂きによる損傷を受ける可能性が高くなることから、ワイパー制御システムを遠隔装置からの信号に応答するように構成して、車両が洗浄機を通って移動している間は少なくとも一時的にワイパー動作を無効にするのが望ましいであろう。これは、現在では一般的に車両に備えられているほとんどの遠隔キーレスエントリ受信器（２０２）の周波数帯域内で、自動洗車機の入口で比較的低強度のＩＲ信号又はＲＦ信号を送信する送信器を設けることによって達成することができる。この信号は、標準的なコードで変調して、車両バス経由か又は直接的にマイクロコントローラ３８に向けて送信することができ、該マイクロコントローラはこの信号を認識して、この無効信号の受信後の所定時間の間、又は後続の信号が洗浄機の出口で受信されるまで、車両のフロントワイパーを無効にする信号を生成することにより応答し、この時点でマイクロコントローラ３８は、ワイパー無効フラグを切り換えて、本発明の湿気感知システムの制御によるか、又は手動制御によるワイパー動作を可能にする。このことは、運転者がワイパー制御を自動モードにして自動洗車機に入ったときに特に有利であり、これは車両が洗車機に入ったときに湿気感知システムは湿気を検出した後、無効信号がなければフロントガラス・ワイパーを起動しようとし、その結果、フロントガラス・ワイパーが壊れる危険があるためである。
【００４９】
自動ワイパーシステムの作動を無効にすることができる他の機構は、２００２年３月１４日に出願された、Ｒｏｂｅｒｔ  Ｒ．  Ｔｕｒｎｂｕｌｌ他による、「ＶＥＨＩＣＬＥ  ＲＥＡＲＶＩＥＷ  ＭＩＲＲＯＲ  ＡＳＳＥＭＢＬＹ  ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＩＮＧ  ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ  ＳＹＳＴＥＭ」と題された、発明の譲受人に譲渡された米国特許公開ＵＳ２００２／００３２５１０Ａ１で開示されている。例えば、マイクロコントローラ３８は、ＧＰＳ衛星などの複数の衛星から信号を受信するマイクロ波受信器に結合することができる。その結果、マイクロコントローラ３８は、マイクロ波受信器から得られた情報に応答して、フロントガラス・ワイパーの自動起動を無効又は有効にすることができる。このような情報は、例えば、マイクロ波受信器が所定の数を下回るＧＰＳ衛星から信号を受信していることを示し、その結果、車両が洗車機又は駐車場車庫などの密閉された領域に入ったことを示すことができる。或いは、マイクロコントローラ３８がそれ以外の方法で自動フロントガラス・ワイパーの作動を停止又は起動することができるＧＰＳ情報は、自動洗車機の既知の位置のデータベースと比較することができる車両位置データを含むことができる。
【００５０】
また、本発明のシステムは、フロントガラスの内面又は外面上の曇りを検出するための機構を含むことができる。このような機構は、米国特許第５，９２３，０２７号で開示されている。本発明の湿気感知システムを用いてこのような曇り検出機構を実施するために、ＬＥＤなどの発光器６６が、補助発光器１０２に加えて追加されることになろう。フロントガラスのイメージ形成された領域全体を照光する発光器１０２と異なり、追加の発光器６６は、イメージ・センサアレイの１つ又は両方を使用して感知される合焦された光点をフロントガラス上に照射するように構成されることになる。
【００５１】
本発明の別の実施形態によれば、ウィンドウ２６の内側又は外側に存在する曇りを検出する曇り検出器１６０が設けられる。ウィンドウ２６は、車両のウィンドウのいずれかであってもよく、又は、車両以外のウィンドウであってもよい。曇り検出器１６０は、光軸がほぼ平行に配置されるエミッタ１６４とセンサ１６６とを含む。エミッタ１６４及びセンサ１６６は、非常に接近した状態で取り付けられることが好ましく、互いに接触しない場合には、ハウジング１６２内に配置されるのが好ましい。エミッタの光軸は、ウィンドウに対して、従来技術による湿気センサの一部の形態のようにエミッタから放射される光がウィンドウ内に入って内部反射を生じる角度でウィンドウに入射しないように配向されるのが好ましい。ハウジング１６２は、ウィンドウ２６が車両の前部フロントガラスである場合のバックミラー組立体のハウジングとすることができ、又は、バックミラー組立体のマウントのハウジングとすることができる。或いは、ハウジング１６２は、センター・ハイマウントストップライト（ＣＨＭＳＬ）組立体、又は車両ウィンドウに隣接する他の任意の車両付属品に組み込むことができる。このような車両付属品又は取り付け位置の例には、リアダッシュボード、インストルメント・ダッシュボード、ヘッドライナ、オーバーヘッドコンソール、ウィンドウ取り付けコンソール、Ａピラー、Ｂピラー、Ｃピラー等が含まれる。
【００５２】
エミッタ１６４は、実質的にはどのような光源でもよく、ＬＥＤであるのが好ましい。エミッタ１６４は、ウィンドウ上に可視スポットを投影しないように赤外放射線を放射するのが好ましい。エミッタの光学素子は、エミッタが放射する光がスポットに合焦されるのではなく発散するようなものであるのが好ましい。
【００５３】
センサ１６６は、エミッタ１６４から放射された放射線に感応するどのような形態のセンサであってもよい。センサ１６６の視野は、ウィンドウ２６上のエミッタ１６４の放射角度と本質的に同じであるのが好ましい。センサ１６６は、上で参照した米国特許出願第０９／３０７，１９１号で開示されている形式のＣｄＳセンサ又はＣＭＯＳフォトダイオードとすることができる。曇り検出器１６０がバックミラー組立体で実施され、該バックミラー組立体が自動防眩ミラーを組み込む場合、センサ１６６はまた、出力が自動防眩ミラーの反射レベルを判断する際に利用される前方周囲光センサとして機能することができる。
【００５４】
曇り検出器１６０は更に、アナログとすることができる制御回路１７０を含むか、又はマイクロコントローラを含むことができる。制御回路１７０は、エミッタ１６４及びセンサ１６６と同じハウジング１６２内に収納してもよく、或いは収納しなくてもよい。制御回路１７０は、車両用空調装置１７２と伝達的に結合され、該空調装置は、デフォッガ／デフロスタ１７４に結合される。デフォッガ／デフロスタ１７４は、ウィンドウ２６の内表面に空気を吹き付ける形式とすることができ、又は、リヤウィンドウ上で使用され、リヤウィンドウ２６の内表面を加熱する１つ又はそれ以上の電熱要素を有する形式とすることができる。
【００５５】
一般に、制御回路１７０は、エミッタ１６４を選択的及び周期的に起動すると共に、エミッタ１６４が起動されたとき及び起動されないときのいずれの場合もセンサ１６６の出力を感知する。ウィンドウ２６に曇りがない間に制御回路１７０を較正して、エミッタ１６４が起動されたときと起動されていないときのセンサ１６６が感知する光のレベルの差を求めることができる。次いで、この較正された差を利用して、後で使用中に得られる感知された差を比較するために閾値差を確立することができる。ウィンドウ２６の内側又は外側に曇りがあると、光は拡散してセンサ１６６に向かって反射し、その結果、エミッタ１６４の起動及び停止時にセンサ１６６が感知する光のレベル差が非常に大きなものとなる。この差が閾値レベルに達すると、制御回路１７０は、デフロスタ１７４を起動するために空調システム１７２への信号を生成することができる。制御回路１７０は、離散的なラインで空調装置１７２と接続することができ、或いは、車両バス又は無線リンクを介して空調装置１７２と通信することができる。制御回路１７０は、エミッタ１６４が起動されていない状態での光レベルを感知することによって相対的な周囲光レベルを判断し、検出された周囲光レベルに対してエミッタ１６４が起動されたときに感知される光のレベルを調節することができる。
【００５６】
曇り検出器１６０は、車両製造時に較正されるのが好ましいが、製造後、車両フロントガラスが清浄であるときに自動的に較正してもよい。このような製造後の自動較正は、フロントガラスがその他の方法で汚れるか、又は車内での喫煙によって引き起こされることが多い薄膜を含むことを考えると望ましいものとすることができる。制御回路１７０は、これ以外の場合にウィンドウ２６が清浄であることを判断するために空調装置１７２又は他の情報源からの空調情報を利用することができる。明らかなことであるが、ウィンドウが単に汚れていて、デフォッガ／デフロスタ１７４を起動してもウィンドウ２６の清浄化に役立たない場合には、このようなデフォッガシステム／デフロスタ１７４の起動を回避することが望ましいであろう。制御回路１７０が他の場合にフロントガラスが清浄であるか否かを判断する際に利用することができる情報には、他の目的で車両で使用することができる内部及び外部の温度センサ及び湿度センサから得られるような感知条件を含むことができる。例えば、内部温度と外部温度とを比較すれば、一般的に車両のフロントガラスの曇りの可能性の有無でさえ示される。更に、空調装置は、デフロスタ１７４起動後に経時的にセンサ１６６の出力をモニタすることによって曇り発生の可能性の有無を判断することができる。例えば、フロントガラスの検出された曇りが経時的に減少するにつれて、センサ１６６の出力は、そのフロントガラスの基線を表す一定レベルに近づく。この基線は、フロントガラスが車両内での喫煙に起因する汚れ又は煙の層で覆われる可能性があることから、必ずしも完全に清浄なフロントガラスを表すとは限らない。そこで、この基線を記憶して、デフロスタ１７４を自動的に起動するためのその後の比較で用いることができる。
【００５７】
エミッタ１６４とセンサ１６６の光軸の間隔を最小限に抑えることにより、センサの視野がエミッタ１６４の投射スポットに対応する可能性が高くなり、システムはウィンドウ２６の内面に比較的接近して、すなわち６インチ以内に位置付けることができる。これにより、車両ウィンドウ近傍に設けられる多くの様々な形態の車両付属品に曇り検出器１６０を組み込むことができる。エミッタ１６４とセンサ１６６の間隔を最小限に抑えるために、これら双方を共通のカプセル体に収納することができる。
【００５８】
既知の他の曇り検出システムと異なり、図９に示す曇り検出器１６０は、比較的低コストで実施することができ、その結果、リヤデフロスタを制御する機能を与えるため、車両のリヤガラス近傍のＣＨＭＳＬ組立体又は他の車両付属品に本発明の曇り検出システムを組み込むことが現実的なものとなる。大半のリヤデフロスタは、一般に手動で起動され、リヤウィンドウが既に清浄であるか否かに関係なく、所定の時間の間だけ作動状態を保持する。本発明の曇り検出器を利用することによって、空調システムを過剰に利用することなく、リヤウィンドウ又は他のウィンドウを清浄な状態に維持することができる。
【００５９】
図７に示すように、マイクロコントローラ３８はまた、車両ヘッドランプの状態を制御する車両ヘッドランプ回路２００に接続することができる。マイクロコントローラ３８は、イメージ・センサアレイ３２又は他の方法でマイクロコントローラ３８に接続される追加のイメージ・センサアレイを用いて検出されたイメージに応答して、車両ヘッドランプの状態、すなわちオン／オフモード（ロービーム、ハイビーム、昼間走行灯、輝度、光軸調整など）を制御することができる。同様に、車両ヘッドランプ回路２００を制御することを目的として、イメージ・センサアレイ３２からの情報を読み取るために追加のマイクロコントローラ３８を設けることができる。本発明の湿気感知システムの構成要素をヘッドランプ制御回路と組み合わせることによって、部品の重複を最小限に抑えることができ、その結果、車両における両方の機能を比較的低コストで実施することができる。このようなヘッドランプ減光システムの例は、発明の譲受人に譲渡された米国特許第５，８３７，９９４号、第６，０４９，１７１号、第６，２５５，６３９号、及び第６，２８１，６３２号で開示されている。
【００６０】
また、図９に示すシステム又はその機能的態様をカメラを用いた任意の車載式システム（すなわち、ヘッドランプ減光、適応走行制御、衝突回避、車線逸脱検出、後方視界確保、夜間視界確保等に向けたシステム）と組み合わせることによって、システムのカメラ視界が遮られたか、又はカメラ前方のウィンドウが単に曇っているかを判断することができる。図９に示すシステムは充分に小さく、カメラの視野が損なわれたか否かを判断するためにハウジング内に有することができる任意のウィンドウの背後にあるこのようなカメラの内部に該システムを組み込むことができる。その結果、第２のこのようなシステムを用いて、カメラがイメージを取り込むのに通過する車両ウィンドウが曇っているか否かを検出することができる。従って、カメラ及び関連するシステムの制御をこのような情報に応答して調整又は停止することができる。
【００６１】
場合によっては、車両は、登坂走行時に装置が直接太陽をイメージ形成するような車両位置になることがある。この位置付けによって生じる放射負荷は、イメージ・センサ３２に経時的な損傷を与える可能性がある。このような問題を軽減するために、防眩フィルタを使用してイメージ平面から太陽光のほとんどを一時的に排除することができる。他の光学電子デバイス又は光学機械デバイスもまた、使用することができる。このような動的フィルタは、カメラが使用中でないときには閉じられる効果的なシャッタとして該フィルタが機能することができるように、電源がオフにされると暗い状態になることが望ましいであろう。電源が供給されていない時に暗い状態になるこのような動的フィルタを使用することによって、フィルタは、車両の電源スイッチがオフになったときでも、電力を消費して車両のバッテリを消耗させることなく、カメラに到達するほとんどの光を効果的に遮断する。このようなフィルタの例には、酸化タングステンを採用した防眩フィルタ、一部のＬＣＤ素子、及び懸濁粒子デバイスが含まれる。
【００６２】
本発明は、フロントガラスの一部分の単一イメージを取り込むために二次元アレイのセンサを利用するものとして説明してきたが、Ｈａｒｏｌｄ  Ｃ．  Ｏｃｋｅｒｓｅ他によって２００１年１０月４日に出願された、「ＭＯＩＳＴＵＲＥ  ＳＥＮＳＯＲ  ＵＴＩＬＩＺＩＮＧ  ＳＴＥＲＥＯ  ＩＭＡＧＩＮＧ  ＷＩＴＨ  ＡＮ  ＩＭＡＧＥ  ＳＥＮＳＯＲ」と題された、発明の譲受人に譲渡された米国特許出願第０９／９７０，９６２号で開示されているような、１つ又はそれ以上の一次元センサアレイ、又は２つ以上の二次元センサアレイを用いてもよい。
【００６３】
本発明を特定の好ましい実施形態に従って本明細書で詳細に説明してきたが、当業者であれば本発明の新規教示及び利点から実質的に逸脱することなく、多くの修正及び変更を行うことができる。従って、全てのこのような修正は、特許請求の範囲で定義されるように本発明の範囲内に包含されることを意図しており、従って、添付の特許請求の範囲の範囲によってのみ限定され、本明細書で示した実施形態を説明する詳細及び手段によって限定されるものではないことは、出願人が意図するところである。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明に従って構成された湿気感知システムを組み込むバックミラー組立体を示す側面図である。
【図２】本発明に従って構成された湿気感知システムを示す拡大図である。
【図３】車両フロントガラスに近接した湿気感知システムを示す側面図である。
【図４Ａ】湿度がある状態の本発明による光学システムの性能を示すコンピュータシミュレートされたスポット図である。
【図４Ｂ】湿度のない状態の本発明による光学システムの性能を示すコンピュータシミュレートされたスポット図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に従って構成された湿気感知システムを示す拡大図である。
【図６】車両フロントガラスに対して示す第２の実施形態の湿気感知システムの一部の側面図である。
【図７】本発明に従って構成された湿気感知システムのブロック図である。
【図８】様々なサブウィンドウに分割されたイメージ・センサアレイを示すブロック図である。
【図９】本発明の別の実施形態に従って構成された曇り検出システムを示すブロック形態の部分斜視図及び電気回路図である。
【符号の説明】
【００６５】
２０  湿気感知システム
２６  フロントガラス
３２  センサアレイ
３０  イメージ形成システム
【図７】
2005504964.tif 000003
【図９】
2005504964.tif 000004
【国際公開パンフレット】
2005504964.tif 000005
2005504964.tif 000006
2005504964.tif 000007
2005504964.tif 000008
2005504964.tif 000009
2005504964.tif 000010
2005504964.tif 000011
2005504964.tif 000012
2005504964.tif 000013
2005504964.tif 000014
2005504964.tif 000015
2005504964.tif 000016
2005504964.tif 000017
2005504964.tif 000018
2005504964.tif 000019
2005504964.tif 000020
2005504964.tif 000021
2005504964.tif 000022
2005504964.tif 000023
2005504964.tif 000024
2005504964.tif 000025
2005504964.tif 000026
2005504964.tif 000027
2005504964.tif 000028
2005504964.tif 000029
2005504964.tif 000030
2005504964.tif 000031
2005504964.tif 000032
2005504964.tif 000033
2005504964.tif 000034
2005504964.tif 000035
2005504964.tif 000036
2005504964.tif 000037
2005504964.tif 000038
2005504964.tif 000039
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2005504964.tif 000040
【国際調査報告】
2005504964.tif 000041