(57)【要約】本発明は、自動車ガラスの上の水を検知するための雨滴センサとその使用方法に関する。雨滴センサは光学照射器と、光学照射器と連携する第１の鏡面とを備える。第１の鏡面は光学照射器からの光照射を反射しコリメートするように成形されている。雨滴センサはまた、光学受光器と、光学受光器と連携する第２の鏡面を備える。第２の鏡面はコリメートされた光を光学受光器に集光させるように成形されている。雨滴センサは更に、第１の鏡面及び第２の鏡面と連携する中継反射面を備える。
2004511757.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車用ガラスの上の水の存在を検知し、光学照射器と、光学受光器と、前記光学照射器から照射される光をコリメートし第１の前縁部を有する第１の鏡面と、前記照射光を前記光学受光器に集光し第２の前縁部を有する第２の鏡面と、前記光学照射器及び前記光学受光器と電気的に連絡される電子回路とを備える雨滴センサであって、
前記雨滴センサが中継反射面を備えることを特徴とする雨滴センサ。
【請求項２】
前記中継反射面が更に、前記照射器に隣接した第１の反射領域を備えることを特徴とする請求項１に記載の雨滴センサ。
【請求項３】
前記中継反射面が更に、前記受光器に隣接した第２の反射領域を備えることを特徴とする請求項１に記載の雨滴センサ。
【請求項４】
前記中継反射面が更に前記照射器に隣接する第１の反射領域と、前記受光器に隣接した第２の反射領域を備えることを特徴とする請求項１に記載の雨滴センサ。
【請求項５】
前記第１の反射領域が、全反射を起こさない角度で前記第１の反射領域に入射する光を実質的に透過するように形成されていることを特徴とする請求項２に記載の雨滴センサ。
【請求項６】
前記第２の反射領域が、全反射を起こさない角度で前記第２の反射領域に入射する光を実質的に透過するように形成されていることを特徴とする請求項３に記載の雨滴センサ。
【請求項７】
前記第１の反射領域が、前記自動車用ガラスからの距離が、前記第１の鏡面における前記第１の前縁部の前記自動車用ガラスからの距離以上である第１の平均反射点を有することを特徴とする請求項２に記載の雨滴センサ。
【請求項８】
前記第２の反射領域が、前記自動車用ガラスからの距離が、前記第２の鏡面における前記第２の前縁部の前記自動車用ガラスからの距離以上である第２の平均反射点を有することを特徴とする請求項３に記載の雨滴センサ。
【請求項９】
前記照射器から、前記第１の鏡面、前記第１の反射領域、前記自動車用ガラスの外表面、前記第２の反射領域、前記第２の鏡面、前記照射器へと続く有効な光路を有することを特徴とする請求項１に記載の雨滴センサ。
【請求項１０】
前記有効な光路は実質的に固体光学要素内にあることを特徴とする請求項９に記載の雨滴センサ。
【請求項１１】
前記中継反射面がフィールドレギュレータを備えることを特徴とする請求項１に記載の雨滴センサ。
【請求項１２】
前記第１の反射領域がフィールドレギュレータを含むことを特徴とする請求項２に記載の雨滴センサ。
【請求項１３】
前記第２の反射領域がフィールドレギュレータを含むことを特徴とする請求項３に記載の雨滴センサ。
【請求項１４】
前記フィールドレギュレータが少なくとも１つの円錐を備えることを特徴とする請求項１１に記載の雨滴センサ。
【請求項１５】
前記第１の鏡面、前記第２の鏡面、前記中継反射面のそれぞれが単一の光学ユニットであることを特徴とする請求項１に記載の雨滴センサ。
【請求項１６】
自動車用ガラスの上の水の存在を検知し、光学照射器と、光学受光器と、前記光学照射器から照射される光をコリメートする第１の鏡面と、前記照射光を前記光学受光器に集光する第２の鏡面と、前記光学照射器及び前記光学受光器と電気的に連絡される電子回路とを備える雨滴センサであって、
前記第２の鏡面が不透明であり、かつ前記受光器と、前記第２の鏡面に対して前記自動車用ガラスの反対側にある外光光源との間に配置されることを特徴とする雨滴センサ。
【請求項１７】
前記第１の鏡面が非球面であることを特徴とする請求項１６に記載の雨滴センサ。
【請求項１８】
前記第２の鏡面が非球面であることを特徴とする請求項１６に記載の雨滴センサ。
【請求項１９】
前記第１の鏡が反射フィルムでコーティングされていることを特徴とする請求項１６に記載の雨滴センサ。
【請求項２０】
前記第２の鏡が反射フィルムでコーティングされていることを特徴とする請求項１６に記載の雨滴センサ。
【請求項２１】
前記第１の非球面鏡が双曲面であることを特徴とする請求項１７に記載の雨滴センサ。
【請求項２２】
前記第２の非球面鏡が双曲面であることを特徴とする請求項１８に記載の雨滴センサ。
【請求項２３】
自動車用ガラスの上の水の存在を検知し、光学照射器と、光学受光器と、前記光学照射器から照射される光をコリメートする第１の鏡面と、前記照射光を前記光学受光器に集光する第２の鏡面と、前記光学照射器及び前記光学受光器と電気的に連絡される電子回路とを備える雨滴センサであって、
前記照射器が可視光領域の光を照射することを特徴とする雨滴センサ。
【請求項２４】
前記第２の鏡面が不透明であり、かつ前記受光器と、前記第２の鏡面に対して前記自動車用ガラスの反対側にある外光光源との間に配置されることを特徴とする請求項２３に記載の雨滴センサ。
【請求項２５】
自動車用ガラスの外表面上の水の存在を検知し、光学照射器と、光学受光器と、前記光学照射器から照射される光をコリメートする第１の鏡面と、前記照射光を前記光学受光器に集光する第２の鏡面と、前記光学照射器及び前記光学受光器と電気的に連絡される電子回路とを備える雨滴センサであって、
前記雨滴センサがフィールドレギュレータを備えることを特徴とする雨滴センサ。
【請求項２６】
自動車用ガラスの上の水の存在を検知する雨滴センサであって、
光学照射器と、前記光学照射器と光学的に連絡され、前記光学照射器からの光照射をコリメートする第１の鏡面と、光学受光器と、前記光学受光器と光学的に連絡され、コリメートされた光を前記光学受光器に集光する第２の鏡面と、前記第１の鏡面及び前記第２の鏡面と光学的に連絡される中継反射面と備えることを特徴とする雨滴センサ。
【請求項２７】
前記照射器に隣接する第１の反射領域と、前記受光器に隣接する第２の反射領域とを備えることを特徴とする請求項２６に記載の雨滴センサ。
【請求項２８】
請求項２７に記載された第１の反射領域であって、第１のフィールドレギュレータを備えることを特徴とする。
【請求項２９】
請求項２７に記載された第２の反射領域であって、第２のフィールドレギュレータを備えることを特徴とする。
【請求項３０】
請求項２８に記載された第１のフィールドレギュレータであって、少なくとも１つの円錐を備えることを特徴とする。
【請求項３１】
請求項２９に記載された第２のフィールドレギュレータであって、少なくとも１つの円錐を備えることを特徴とする。
【請求項３２】
前記自動車用ガラスからの距離が、前記第１の鏡面における前記第１の鏡面において前記第１の前縁部の前記自動車用ガラスからの距離以上である第１の平均反射点を有することを特徴とする請求項２７に記載の雨滴センサ。
【請求項３３】
前記自動車用ガラスからの距離が、前記第２の鏡面における前記第２の前縁部の前記自動車用ガラスからの距離以上である第２の平均反射点を有することを特徴とする請求項２７に記載の雨滴センサ。
【請求項３４】
前記第２の鏡面が不透明であり、かつ前記受光器と、前記第２の鏡面に対して前記自動車用ガラスの反対側にある外光光源との間に配置されることを特徴とする請求項２６に記載の雨滴センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の背景）
（発明の分野）
本発明は全体としては、ウィンドウガラスへの降水量をモニタする降雨センサに関する。特に、本発明は、自動車分野の応用に用いられる光学的な降雨センサに関する。具体的には、本発明は、自動車の光学降雨センサに用いられる光学機器とそれらの使用方法に関する。
【０００２】
（従来技術の説明）
自動車の操縦に関連するある特定の機能を手動で行なう煩わしさから自動車を操縦するドライバを解放することは望ましいことである。これらの機能を自動化することにより、快適性と安全性の両者が提供される。自動車のフロントガラスや他のウィンドウガラスのワイパーの操作は自動化されている機能の一つである。
【０００３】
これらワイパーの操作の自動化は、ウィンドウグラスの外表面における水、すなわち降雨の存在を検知することを必要とする。水が検知されると、信号が発生され、電子回路の構成要素がこの信号を処理し、ワイパーが自動的にウィンドウガラスの表面から水を除去するために展開される。幾つかのアプローチが、このウィンドウガラス上の水の検知を行なうために試みられている。これらには、湿気が存在するときの外表面のサンプリング位置における導電率や静電容量の変化を検知するものが含まれる。これらは、自動車の表面を打つ雨垂れにより生成される音響効果を含む（例えば、自動車のウィンドウガラスやその他部分に降る雨）。これらのアプローチはまた、様々な光学的な手法も含む。
【０００４】
光学センサは、光ビームが、ウィンドウの外表面における水の存在により、通常の光路から拡散または偏向されるという原理に基づいて用いられる。光学センサを用いるシステムは、外側の表面に水が存在して、ウィンドウガラスの光透過性を阻害し、ワイパーの操作の必要を惹起する現象と同じあるいは似通った現象を検知しているという点で明確な利点を有する。
【０００５】
一般に、赤外あるいは近赤外領域にある光ビームが、外表面において全反射を起こす角度で自動車の内側からウィンドウガラスに照射される。そして、フォトダイオードやフォトトランジスター等の光電素子は、反射光を受光して対応する電気信号を発生する。光電素子で受光された光は、外表面が乾いているときには一定の特徴を持つ。この特徴は、光ビームが外表面と接する点に達したときに、外表面に水が存在すると変化する。水はガラスに近い屈折率を持つので、その存在は、受光器に反射されるはずの光の大部分を散逸させる。この特徴の変化は、光電素子により生成される電気信号に相応の変化をもたらす。この信号は、ワイパー操作を制御するために電子回路構成により処理される。
【０００６】
テダー（Ｔｅｄｅｒ）の米国特許第５，６６１，３０３号に開示された光学降雨センサを製造するための最近のアプローチでは、多数の発光ダイオード（ＬＥＤ）から照射された赤外光をコリメートするとともに、全反射を起こす角度でウィンドウガラスの外表面に光を向ける照射レンズを使用する。そして、受光レンズは、反射された照射光を受光器に向けて集光するのに用いられる。
【０００７】
最近の別のアプローチは、ラン（Ｌａｎ）等のチェコ共和国特許第ＣＺ２８５，２９１，Ｂ６号に開示されており、多数のＬＥＤからの近赤外光をコリメートするとともに全反射を起こす角度で外表面に向ける回転放物面状の鏡を用いる。そして、反射された照射光は、別の回転放物面状の鏡により受光器に向けられ集光される。
【０００８】
降雨の検出において、光学センサとの関係で問題となるのは、外光による受光器の光電素子の感度低下である。太陽光のような明るい外光は、受光器の光電素子に影響を及ぼし、受光器に伝達された照射光に対する光電素子の感度を相対的に低下させる。多量の外光が受光器に飛び込むと、外表面の水の存在に反応して受光器によって生成される信号は、電子装置が信頼性を持ってワイパーを制御するのに十分な変化をしない可能性がある。
【０００９】
レンズを用いる‘３０３の特許は明らかに、外光の一部が受光器に到達するのを阻止するために、受光レンズの光軸の側面に近接した不透明部材を備える。‘２９１の特許は、外光が受光器に到達するのを阻止するための手段について全く記述も図示もしていない。
【００１０】
ホックスタイン（Ｈｏｃｈｓｔｅｉｎ）の米国特許第４，７９８，９５６号は、外光の問題を克服するために２つの方法を採用した。第１の方法として、外光が受光器に首尾よく到達できる方角を制限するために、受光器は黒い管の底に配置された。赤外照射器の利用は、採用された第２の方法の中心的な部分である。‘９５６の特許は、赤外線は外光の影響を取り除くのに用いられたと明言している。太陽放射エネルギーが略５００ｎｍにピークがあるのに対して、市場で入手できる赤外照射器は、９４０ｎｍにおいてピークエネルギーを放射したと指摘している。そして、管の中には、管の開口と受光器との間に赤外光は通すが、太陽光の波長のピーク５００ｎｍを含む赤外よりも短い波長の光は通さないフィルタが配置された。
【００１１】
明らかに、開示されたアプローチのいずれも、降雨センサが遭遇するであろういかなる光の条件の下でもウィンドウガラスの外表面上における水の適切な検知が保証されるように外光から受光器を適切に保護していない。
【００１２】
更に、自動車の分野で用いられる太陽ガラス（ｓｏｌａｒ ｇｌａｓｓ）すなわち耐熱ガラスの出現は、光学雨滴センサの設計者に新たな挑戦をもたらした。太陽ガラスは、赤外線と近赤外線がガラスを透過するのを阻害する添加物を含む。このようなガラスは、車内をこの波長の光による温度上昇やその他の有害な影響から保護する。しかし、それは照射器からの赤外光が受光器に到達するのを実質的に妨げる。少なくとも幾つかの赤外光学降雨センサは、このようなガラスと組み合わせて使用できないことが知られている。赤外照射器の利用がもはや実施可能な選択肢ではない場合には、従来の設計では明らかに、外光を遮光する問題は更に難しいものとなる。
【００１３】
したがって、特に太陽ガラスすなわち耐熱ガラスと組み合わせて用いられるときに優れた外光遮光性を示す光学降雨センサに対する要求が残されている。
【００１４】
（発明の概要）
本発明は、優れた外光遮光性を備えた光学降雨センサを提供することを目的とする。
【００１５】
本発明は更に、自動車用降雨センサが出くわすであろう最低限の光学的な条件において光学降雨センサが優れた働きをすることを可能にすることを目的とする。
【００１６】
本発明は更に、自動車用の太陽ガラスすなわち耐熱ガラスと組み合わされる光学降雨センサの有効な利用を可能にすることを目的とする。
【００１７】
ここで具体的かつ幅広く説明されるように、本発明の目的に基づいて上記目的および他の目的を達成するために、光学降雨センサとその方法の一例がここで開示される。本発明は、車のガラスの上の水を検知するのに適当な降雨センサとその使用方法に関する。降雨センサは光学照射器と、光学照射器と光学的に連携する第１の鏡面を有する。第１の鏡面は、光学照射器からの光照射を反射し平行にするように構成される。降雨センサは更に、光学受光器と、光学受光器と連携する第２の鏡面を有する。第２の鏡面は、光学受光器にコリメートされた光を集光するように構成される。降雨センサは更に、第１の鏡面および第２の鏡面と連携する中継反射面を有する。
【００１８】
本明細書に組み込まれるとともにその一部を構成し、参照番号等が部品等を指し示す添付図面は、本発明の好ましい実施形態を示し、説明文とともに本発明の原理を説明するために用いられる。
【００１９】
（好ましい実施形態の詳細な説明）
図１を参照すると、ボンネット１２、サイドポスト１４、ルーフ１６により画定され、フロントガラス１８で覆われる開口部を含む自動車２４との関係において、本発明の実施形態としての光学降雨センサ１０が示される。フロントガラスワイパー２０はそれらの静止位置で示され、それらの作動時の掃拭による円弧は円弧２２により示される。光学降雨センサ１０はワイパー２０が作動時に届く範囲内の好ましい位置に描かれている。光学降雨センサの取付けはフロントガラス１８に描かれているが、リアウィンドウや、サイドウィンドウ、サンルーフ、ヘッドライトを含む降雨を検知することが必要である如何なるウィンドウガラスへの取付けも考えられる。
【００２０】
図２、３、４を参照すると、回路基板３０と成形ガラス３８を収めたハウジング２８を有する光学降雨センサ１０が示される。回路基板３０は、電子構成部３２、照射器３４および受光器３６を含む全ての電子回路構成を取り付けるための基板として利用される。これらの電子構成部３２は照射器３４および受光器３６に関わる信号を処理し、従来当業者により知られている方法で自動車２４に電気的なインタフェースを提供するが、ここでは説明されない。
【００２１】
この好ましい実施形態では、成形ガラス３８は単一のガラスであり、照射器３４と受光器３６を除く光学降雨センサ１０の全ての光学部を含み、照射器光学窪み４０、受光器光学窪み４２、中継反射面４４、第１の鏡面５２、及び第２の鏡面５４を有する。図３に見られるように、位置決め支柱６６も成形ガラス３８の一部を構成し、照射器３４と照射器光学窪み４０との適切な配置、及び受光器３６と受光器光学窪み４２との適切な配置を保証するために回路基板３０の穴（図示せず）に嵌合する。
【００２２】
以下で説明されるように、本発明の実施形態の構成は、受光器３６を遮光するのに第２の鏡面を利用することにより、外光の受光器３６への侵入を十分に低減する。とはいえ、成形ガラス３８は、照射器３４により照射された光とは異なる波長である外光６４を濾波するための着色剤を含むことが好ましく、これは更に受光器３６に到達する外光６４を阻止する。透明および着色されたフロントガラス１８の適用において用いられるガラス成分は、照射器３４から照射されるのと同じ波長の光を透過するように構成されることがより好ましい。このようなガラスの濾波特性は、ガラスに以下の着色剤を添加することにより達成される。
・ＣｏＯ　　　（０．０１ｗｔ．％から１．０ｗｔ．％までの範囲において）
・ＣｅＯ２　　（０．０ｗｔ．％から６．０ｗｔ．％までの範囲において）
・ＴｉＯ２　　（０．０ｗｔ．％から１１．０ｗｔ．％までの範囲において）
・ＮｉＯ　　　（０．０ｗｔ．％から０．６ｗｔ．％までの範囲において）
ＣｏＯはガラスの主要な機能を果たす成分であり、他の３つの成分は、可視青色領域の透過性を抑えることにより濾波機能を高める。０．０ｗｔ．％の値は、最後の３つの成分は、可視スペクトルの青色部分の透過が許容できる場合には省くことができることを示すために用いられた。最も好ましい合成は表１に見出される。この合成は、成形ガラス３８を深い青色とする。
【表１】
2004511757.tif 000003
表１
【００２３】
また、照射器光学窪み４０、受光器光学窪み４２、中継反射面４４、第１の鏡面５２、第２の鏡面５４、そして位置決め支柱６６の各構成は、多数の部品を機械的に、あるいは接着により互いに留め付ける構成とされることも考えられる。ハウジング２８は、組み立てを固定し、位置決め支柱６６の回路基板３０の穴との嵌め合い関係を維持するために、回路基板３０と成形ガラス３８に被せてパッチリと嵌められる。光学降雨センサ１０は成形ガラス３８の取付面６８において、透明プラスチック接着テープ５６を介してフロントガラス１８に貼り付けられている。取付面６８は、フロントガラス１８の湾曲に広く一致するように、いくぶん凸形状をなす。この好ましい実施形態では、フロントガラス１８は半径約３２８０ｍｍで湾曲し、厚さは４．７±０．２ｍｍである。
【００２４】
この好ましい実施形態の照射器３４は、ＧａＡｓのＬＥＤであり、ＯＳＲＡＭにより商品名「ＳＦＭ４２０ＴＯＰＬＥＤ」で製造される。それは表２で表わされる相対スペクトルで放射を行なう。その放射特性は、余弦則に従う照射器（ｃｏｓｉｎｅ ｅｍｉｔｔｅｒ）のものであり、アクティブチップ領域（ａｃｔｉｖｅ ｃｈｉｐ ａｒｅａ）：Ａ＝Ｌ×Ｗ＝０．３ｍｍ×０．３ｍｍ＝０．０９ｍｍ２、を有する。同等の特性を持つＬＥＤも利用することができる。
【表２】
2004511757.tif 000004
表２
【００２５】
照射器光学窪み４０は、成形ガラス３８への球形の窪みであり、照射された光５８が、主に照射器光学窪み４０の表面に垂直に到達するように、照射器３４を覆うように配置され、照射器３４から射出される実質的に全方向への照射光５８に対して成り立つ。このような方法で理想的な条件の下では、照射された光５８は照射器光学窪み４０の境界を透過するときに屈折することなく、第１の鏡面５２に向かう直線に沿って進む。
【００２６】
第１の鏡面５２は、それぞれの焦点が４．７ｍｍ、軸“ａ”が６０°の成形ガラス３８上の放物面であり、アルミの金属フィルムで金属化されている。例えば金などアルミの代わりに他の金属を用いることも考えられる。更に、コーティングは、金属被覆法を用いて塗布される必要はなく、また金属である必要さえない。不透明な反射プラスチックや他のコーティングも考えられる。取付底面６８に最も近い金属フィルム部は前縁部である。図４に見られるように、この好ましい実施形態は、３つの照射器３４の上に３つの照射器光学窪み４０と３つの第１の鏡面５２を採用する。これは受光器３６に到達できる照射光５８の量を増大させるために行われる。これは、本発明の一部を構成する遮光手段にも関わらず、受光器３６に到達し得る全て迷光に対して、Ｓ／Ｎ比を向上させる利益をもたらす。更に、照射器３４と、これと連携する光学窪み４０及び第１の鏡面５２の数は、装置の幾何的構造、光電素子の特性、製品としてのセンサの耐久性に依存する受光器の働きを効率的なものとするフィールド強度（ｆｉｅｌｄ ｉｎｔｅｎｓｉｔｉｅｓ）を生成する目的で選択することができる。第１の鏡面５２の形状により、照射光５８は反射され、コリメートされる。
【００２７】
照射光５８は、中継反射面４４の第１の反射領域４６へと進む。第１の反射領域４６照射器光学窪み４０と受光器光学窪み４２との間に描かれる直線から角度“ｃ”で反れる。角度“ｃ”は７．５°に設定される。中継反射面４４は金属化されていてもされていなくても良く、用途に依存する。金属化されていない中継反射面４４は、全反射角度よりも小さい角度で中継反射面４４に入射する外光６４を、中継反射面４４を透過させることにより、付加的に外光６４の排除に利する。第１の反射領域４６と第２の反射領域４８の各々は、それぞれの反射面の取付面６８からの平均距離によって定義される平均反射点を持つ。
【００２８】
本実施形態は、円錐（ｃｏｎｅ）形状で第１の反射領域から頂角９０°で突出するフィールドレギュレータ（ｆｉｅｌｄ ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）５０を備える。フィールドレギュレータ５０は、照射光５８の強度の正規化（ｎｏｒｍａｌｉｚｉｎｇ）、あるいは、照射光５８の幅方向に渡って照射光５８の強度を制御する効果を持つ。図５に示されるように、フィールドレギュレータ５０に入射する照射光５８の多くの部分は反射されず、受光器３６へ向かう有効な光路には僅かな部分である抑制光５９のみが残され、照射光５８の残りの部分はフィールドレギュレータ５０を透過する。フィールドレギュレータ５０は、照射光５８の強度を制限する必要がある位置に配置される。
【００２９】
図６は、照射器３４の位置に関連する照射光５８のフィールド密度のプロットであり、水滴６０が存在しない場合である。左側のプロットはフィールドレギュレータ５０が使用されない場合のフィールド密度を表わす。右側のプロットは、左側のプロットに表わされた最大フィールド密度に対応する第１の反射領域４６の位置に配置されたフィールドレギュレータ５０の効果を示す。フィールドレギュレータ５０の効果は照射器３４を横切ってフィールド密度を正規化することである。この手法は、その後の反射において照射光５８がフロントガラスの外表面２６と当たる範囲、すなわち検知領域におけるフロントガラスの外表面２６上に存在する水滴６０の影響を正規化できるようにする。したがって、もし水滴６０が、フロントガラスの外表面２６上で、検知領域内の様々な位置に着滴したとしても、位置の変化による照射光５８の強度の変化レベルは正規化されている。これは、検知領域内の水滴の位置を考慮しなくても、照射光５８の強度のより一貫した変化をもたらす。
【００３０】
この好ましい実施形態は、第１の反射領域４６に組み入れられたフィールドレギュレータ５０を示す。しかし、フィールドレギュレータ５０を第２の反射領域４８、あるいは、第１の反射領域４６と第２の反射領域４８に組み合わせて配置しても同等の結果が得られるものと期待される。更に、ある応用では、フィールドレギュレータ５０を用いなくとも、本発明の光学降雨センサ１０によって満足な性能が達成される。
【００３１】
第１の反射領域４６から反射された後、照射光５８は透明なプラスチックテープ５６を通って進み、さらにフロントガラス１８に侵入する。透明なプラスチック粘着テープ５６は、フロントガラス１８のガラスに極めて近いの屈折率を持つものが選ばれる。更に、この実施形態では、透明プラスチック粘着テープ５６は１．５±０．２ｍｍの厚さを有する。照射光５８は空気とフロントガラスの外表面２６との境界に全反射を起こす角度で進む。
【００３２】
【外１】
2004511757.tif 000005
全反射の算出式は
【数１】
2004511757.tif 000006
であり、ここで
α＝ガラスから空気に進む光線の角度
β＝ガラスと空気の境界を横切ってからの光線の角度
ｎ１＝ガラスの屈折率（ｎ＝１．５１５）
ｎ２＝空気の屈折率（ｎ＝１）
１＝ガラス
２＝空気
である。全反射の条件は、角度βが９０°のときに成り立つ。
【数２】
2004511757.tif 000007
したがって、入射角度“α”は、フロントガラスの外表面２６の法線から４１．３０°以上でなくてはならない。角度“α”には４５°が選択された。
【００３３】
フロントガラスの外表面２６が乾いていれば、照射光５８は上記全反射の原理にしたがって全て反射する。照射光５８は、その後透明プラスチック粘着テープ５６を通って、中継反射面４４の第２の反射領域４８へと向かい、その後第２の鏡面５４に向かって反射する。第２の鏡面５４は、焦点が６ｍｍ、軸“ｂ”が４５°の成形ガラス３８上の放物面であり、アルミにより金属化されている。第２の鏡面５４は照射光５８を受光器光学窪み４２を通して受光器３６に集光する。受光器光学窪み４２は、成形ガラス３８への球形の窪みであり、第２の鏡面５４から受光器３６へと通過する実質的に全ての方向への照射光５８が、受光器光学窪み４２の表面に主に垂直に到達するように受光器３８の上に配置される。
【００３４】
この好ましい実施形態の受光器３６は、ＶＩＳＨＡＹ　ＴＥＬＥＦＵＮＫＥＮにより製造され、商品名“ＴＥＭＴ４７００”のシリコンＮＰＮフォトトランジスターである。それは、表３で示される相対スペクトルの放射特性を持つ。その相対方向感度（ｒｅｌａｔｉｖｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）は余弦特性（ｃｏｓｉｎｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ）に従い、アクティブチップ領域Ａ＝Ｌ×Ｗ＝０．７４ｍｍ×０．７４ｍｍ＝０．５５ｍｍ２を有する。同等の特性のフォトトランジスターも使用することができる。
【表３】
2004511757.tif 000008
表３
照射器３４と受光器３６を含むダイオード／トランジスター対の相対機能スペクトル窓（ｒｅｌａｔｉｖｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｗｉｎｄｏｗ）が表４に示される。
【表４】
2004511757.tif 000009
表４
【００３５】
図３、４を参照すると、この好ましい実施形態では、それぞれ単一の第２の鏡面５４、受光器光学窪み４２、受光器３６が利用されていることが分かる。フロントガラスの外表面２６上の検知領域を増大させるために、これらを複数採用してもよい。これにより得られるいかなる利益も、光学降雨センサ１０に付加される寸法と複雑さに勝ることはないと考えられている。
【００３６】
水滴６０が存在しない、上述された過程では、照射器３４及び受光器３６を含む電子素子の安定性の限度内において、受光器３６に予測可能なフィールド強度が与えられ、これに起因する信号が受光器３６から生成される。図２に描かれるように、水滴６０が存在すると、ガラスと水の屈折率の近い関係が、光学的にフロントガラスの外表面２６での境界をぼやけたものにし、全反射の条件を乱す。そしてこれは、照射光５８の多くの部分が、散逸光６２としてその境界を通る結果をもたらす。これは、受光器３６でのフィールド密度を変化させ、結果受光器３６により生成される信号に、電子構成部３２においてワイパー２０を作動させるための信号を生成するような変化をもたらす。
【００３７】
上述したように、降雨検知に光学センサを用いることに関連して発生する問題は、外光６４による受光器３６の感度の低下である。受光器３６に影響を及ぼす太陽光などの明るい外光６４は、照射光５８に対して光電素子の感度を相対的に低下させる。多量の外光が受光器３６に飛び込むと、外表面の水の存在に反応して受光器によって生成される信号は、電子構成部３２が信頼性を持ってワイパー２０を制御するのに十分な変化をもたらさない可能性がある。
【００３８】
上述したように、この好ましい実施形態は、照射光５８の波長と外光６４の一部を排除する成形ガラス３６内の濾波性（ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ）との組み合わせを用いる。しかしながら、これ単独では、光学降雨センサ１０の適正な動作を保証するには不十分である。外光６４から更なる保護が必要である。アルミでの金属化による第２の鏡面５４の不透明の性質と、中継反射面４４の存在により容易にされたそれの配置との組み合わせは、外光６４の実質的な部分を効果的に排除し、結果受光器３６を遮光する。
【００３９】
図２に見られるように、アルミによる金属化は、照射光５８がフロントガラスの外表面２６から反射された後、成形ガラス３８に再び入射する位置である前縁部にまで延在させることができる。中継反射面４４はこのような配置を可能にする。これは、外光６４のうち、検知領域を通してフロントガラス内の照射光５８と平行な光路を作る外光光源を除いて殆どの外光光源に対して、第２の鏡面５４が遮蔽物（ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ）となる。更に、上述した平行光路を作るものよりもフロントガラス１８に対する入射角度が大きい外光６４は、中継反射面４４と第２の鏡面５４の組み合わせを介した、受光器３６への直接的な光路を持たない。
【００４０】
この光学的な幾何学的配置は、外光６４を排除するのに大変有効であり、太陽ガラスあるいは耐熱自動車ガラスと呼ばれるガラスを用いる分野において、光学雨滴センサ１０を用いる機会を提供する。このようなガラスは、赤外あるいは近赤外領域の波長の光を吸収する添加物を含む。前述した実施形態の光学雨滴センサ（あるいは赤外や近赤外領域の光を照射する照射器を用いるあらゆる光学雨滴センサ）は、このようなガラスから作られたフロントガラス１８に適用され、このような吸収は受光器３６に到達するフィールド密度を使用できないレベルにまで低下させる。
【００４１】
これは、成形ガラス３８が光を濾波するための着色剤が添加されていない好ましい実施形態を示唆する。更に、照射器３４のＬＥＤとして、太陽ガラスすなわち耐熱ガラスによって著しく吸収されない白色光領域の波長の光を照射するものが選択される。これは別の従来の設計では、受光器が外光に過度に露出されているため可能ではない。
【００４２】
この好ましい実施形態での照射器３４は、ＯＳＲＡＭによって製造される商品名“ＬＡ　Ｅ６７５　Ｐｏｗｅｒ　ＴＯＰＬＥＤ”のＩｎＧａＡＩＰ　ＬＥＤである。それは表５に示される相対スペクトル放射特性を持つ。同等の特性を持つ他のＬＥＤも使用することができる。
【表５】
2004511757.tif 000010
表５
【００４３】
また、この好ましい実施形態での受光器３６は、先の実施形態におけるＶＩＳＨＡＹ　ＴＥＬＥＦＵＮＫＥＮにより製造される商品名“ＴＥＭＴ４７００”のシリコン　ＮＰＮ　フォトトランジスターである。表６は、この実施形態の照射器３４に用いられるＬＥＤに適切な相対スペクトル放射特性である。
【表６】
2004511757.tif 000011
表６
【００４４】
他の全ての点において、この実施形態は、先に詳述された実施形態をなぞる。
【００４５】
本発明についての上記説明及び例示的な実施形態は、図面に示され、様々な部分的な変更と変形実施形態において詳細に説明された。しかし、本発明の上記説明は一例に過ぎず、本発明の範囲は従来技術の観点から理解される請求項によってのみ制限されると理解されなければならない。更に、ここで例示的に開示された本発明は、ここで特に明らかにされない、いかなる要素がなくとも適切に遂行し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】
自動車のフロントガラスに取り付けられた光学雨滴センサを部分的斜視図である。
【図２】
図１の線分２−２に沿った光学雨滴センサとフロントガラスの横断面図である。
【図３】
ガラス成形品の斜視図である。
【図４】
ガラス成形品の斜視図である。
【図５】
フィールドレギュレータの詳細を示す一部断面図である。
【図６】
フィールドレギュレータの効果を示すグラフである。
【国際公開パンフレット】
2004511757.tif 000012
2004511757.tif 000013
2004511757.tif 000014
2004511757.tif 000015
2004511757.tif 000016
2004511757.tif 000017
2004511757.tif 000018
2004511757.tif 000019
2004511757.tif 000020
2004511757.tif 000021
2004511757.tif 000022
2004511757.tif 000023
2004511757.tif 000024
2004511757.tif 000025
2004511757.tif 000026
2004511757.tif 000027
2004511757.tif 000028
2004511757.tif 000029
2004511757.tif 000030
2004511757.tif 000031
2004511757.tif 000032
2004511757.tif 000033
2004511757.tif 000034
2004511757.tif 000035
2004511757.tif 000036
【国際調査報告】
2004511757.tif 000037
2004511757.tif 000038
2004511757.tif 000039