(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明な材料表面に於ける湿気の存在を検出し、それに応じて湿気除去システムの動作を制御するための湿気センサであって、前記湿気センサが、
透明な材料の前記表面に於ける湿気の存在によって影響を受けるエミッタ信号を生成するためのエミッタと、
前記エミッタ信号をレシーブし、ディテクタ出力信号の生成に寄与するディテクタと、
前記ディテクタと接続され、また前記ディテクタ出力信号をレシーブするための入力及びプリ復調信号を提供するための出力とを有し、更に前記ディテクタ出力信号より不必要な信号要素をフィルタリングするための前記入力へと接続されたフィルタと、前記プリ復調信号へゲインを提供するための前記フィルタへと接続された増幅器とを有するプリ復調回路と、
前記プリ復調信号をレシーブするために前記プリ復調回路出力へと接続され、前記ディテクタ出力信号を少なくとも部分的にキャンセルするために前記プリ復調回路入力へオートバランス信号を提供するオートバランス回路とを有し、
前記オートバランス回路が前記プリ復調信号をレシーブし、前記プリ復調回路入力へ前記プリ復調信号の平均を提供するための平均化回路を有することを特徴とする湿気センサ。
【請求項２】
前記平均化回路が前記プリ復調信号の平均化のためのローパスフィルタを有することを特徴とする請求項１に記載の湿気センサ。
【請求項３】
前記エミッタ信号及び前記ディテクタ出力信号がパルス状の信号であって、前記ディテクタ出力信号が湿気感知信号部分を有する定期的に繰り返される信号間隔を有することを特徴とする請求項１に記載の湿気センサ。
【請求項４】
前記オートバランス回路が前記平均化回路及び前記プリ復調回路出力との間で接続された第一のスイッチング要素を有し、それによって前記第一のスイッチング要素が前記ディテクタの出力信号の前記湿気感知信号部分の間、前記プリ復調信号を通過させるべく閉じられることを特徴とする請求項３に記載の湿気センサ。
【請求項５】
前記オートバランス回路が前記平均化回路及び前記プリ復調回路入力との間で接続された第二のスイッチング要素を有し、それによって前記第二のスイッチング要素が前記ディテクタの出力信号の前記湿気感知信号部分の間、前記プリ復調信号の前記平均を通過させるべく閉じられることを特徴とする請求項４に記載の湿気センサ。
【請求項６】
前記ディテクタ出力信号及び前記オートバランス信号はパルス状の電流信号であり、またプリ復調信号はパルス状の電圧信号であることを特徴とする請求項５に記載の湿気センサ。
【請求項７】
前記オートバランス回路が、前記プリ復調回路へと前記プリ復調信号電圧の平均を表す電流信号を提供するために、前記第二のスイッチング要素及び前記プリ復調回路との間に接続されたレジスタを有することを特徴とする請求項６に記載の湿気センサ。
【請求項８】
湿気センサのためのオートバランス回路であって、前記湿気センサが、透明な材料の表面に於ける湿気の存在により影響を受けるエミッタ信号を生成するためのエミッタと、前記エミッタ信号をレシーブし、ディテクタ出力信号の生成に貢献するディテクタと、前記ディテクタと接続されまた前記ディテクタ出力信号をレシーブするための入力、及びプリ復調信号を提供するための出力とを有し、更に前記ディテクタ出力信号より不必要な信号要素をフィルタリングするために前記入力へと接続されたフィルタを有し、また前記プリ復調信号へゲインを提供するための前記フィルタへと接続された増幅器とを有するプリ復調回路とを含み、前記オートバランス回路が、
前記プリ復調信号をレシーブし、また前記ディテクタ出力信号の振幅に於ける変化の結果、前記プリ復調回路をクリッピングさせないように前記ディテクタ出力信号を少なくとも部分的にキャンセルする目的でオートバランス信号を前記プリ復調回路入力へと提供するために前記プリ復調回路出力へと接続された平均化回路を有することを特徴とするオートバランス回路。
【請求項９】
前記平均化回路が前記プリ復調信号の平均を前記プリ復調回路入力へと提供することを特徴とする請求項８に記載のオートバランス回路。
【請求項１０】
前記平均化回路が前記プリ復調信号を平均化するためにローパスフィルタを有することを特徴とする請求項９に記載のオートバランス回路。
【請求項１１】
前記エミッタ信号及び前記ディテクタ出力信号がパルス状の信号であり、前記ディテクタ出力信号が湿気感知信号部分を含む規則的に繰り返される信号間隔を有することを特徴とする請求項９に記載のオートバランス回路。
【請求項１２】
前記オートバランス回路が前記平均化回路及び前記プリ復調回路出力との間に接続された第一のスイッチング要素を有し、それによって前記第一のスイッチング要素が前記ディテクタ出力信号の前記湿気感知信号部分の間で前記プリ復調信号を通過させるべく閉じられることを特徴とする請求項１１に記載のオートバランス回路。
【請求項１３】
前記オートバランス回路が前記平均化回路及び前記プリ復調回路入力との間に接続された第二のスイッチング要素を有し、それによって前記第二のスイッチング要素が前記ディテクタ出力信号の前記湿気感知信号部分の間で前記プリ復調信号の前記平均を通過させるべく閉じられることを特徴とする請求項１２に記載のオートバランス回路。
【請求項１４】
前記ディテクタ出力信号及び前記オートバランス信号がパルス状の電流信号であり、前記プリ復調信号がパルス状の電圧用信号であることを特徴とする請求項１３に記載のオートバランス回路。
【請求項１５】
前記オートバランス回路が、前記プリ復調回路へと前記プリ復調信号電圧の平均を表す電流信号を提供するために前記第二のスイッチング要素及び前記プリ復調回路入力との間に接続されたレジスタを有することを特徴とする請求項１４に記載のオートバランス回路。
【請求項１６】
材料の表面上の湿気を検出するための方法であって、
前記材料にマウントされ、前記材料の前記表面上の湿気の存在によって影響を受けるエミッタ信号を生成するためのエミッタと、前記エミッタ信号をレシーブし、またディテクタ出力信号の提供に貢献するディテクタとを有するセンサを提供する過程と、
不必要な信号要素を前記ディテクタ出力信号よりフィルタリングする過程と、
増幅信号を提供するために前記ディテクタ出力信号を増幅する過程と、
前記ディテクタ出力信号を少なくとも部分的にキャンセルすることによって増幅された信号のクリッピングを減少させる過程とを有し、
前記増幅された信号が前記ディテクタ出力信号に対して反転しており、少なくとも部分的にキャンセルする過程が、前記ディテクタ出力信号を少なくとも部分的にキャンセルする目的で、前記ディテクタ出力信号と増幅された信号との混合過程を更に有することを特徴とする方法。
【請求項１７】
前記増幅された信号を更に平均化することで、オートバランス信号を提供することを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記平均化がローパスフィルタによって提供されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記ローパスフィルタへ前記増幅された信号を通過させるための第一のスイッチの提供する過程を更に有することを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記ディテクタ出力信号が湿気感知部分を有し、前記湿度感知部分の間に、前記第一のスイッチが前記ローパスフィルタへと向かい前記増幅された信号を通過させる過程を更に含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記ディテクタ出力信号と組み合わせるために前記オートバランス信号を通過させるための第二のスイッチを提供する過程を更に有することを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記ディテクタ出力信号の前記湿気感知部分の間に、前記ディテクタ出力信号と組み合わせるために前記オートバランス信号を通過させる過程を更に有することを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
材料の表面上の湿気を検出する方法であって、
前記材料にマウントされ、材料の前記表面上の湿気の存在によって影響を受けるエミッタ信号を生成するためのエミッタと、前記エミッタ信号をレシーブし、ディテクタ出力信号の提供に貢献するためのディテクタとを有するセンサを提供する過程と、
プリ復調信号を提供するために前記ディテクタ出力信号をフィルタリングし増幅する過程と、
オートバランス信号を提供するために前記プリ復調信号を平均化する過程と、
前記プリ復調信号の飽和を妨げるために前記ディテクタ出力信号を少なくとも部分的にキャンセルする目的で前記ディテクタ出力信号と共に前記オートバランス信号を混合させる過程とを有する方法。
【請求項２４】
前記オートバランス信号が前記ディテクタ出力信号に対して反転していることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記平均化の過程が更に前記プリ復調信号を平均化するためにローパスフィルタの提供を含むことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記エミッタ信号及び前記ディテクタ出力信号がパルス状の信号であり、前記ディテクタ出力信号が湿気感知信号部分を有する規則的に繰り返される信号間隔を含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
更に前記ディテクタ出力信号の前記湿気感知信号部分の間に、前記プリ復調信号を通過させるための第一のスイッチを更に有することを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記ディテクタ出力信号との混合を目的として前記ディテクタ出力信号の前記湿気感知信号部分の間に、前記オートバランス信号を通過させるための第二のスイッチの提供を更に含む請求項２７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、透明な物質表面に於ける湿気の検出に用いられる光学式湿気センサに関し、特にセンサ増幅器の飽和を防ぐ湿気センサオートバランス回路に関する。
【０００２】
（背景技術）
ガラス若しくはプレキシグラスのような透明な物質表面での湿気の集積は、該物質を介した人間の視界を妨げる。自動車には、フロントガラスの外部表面、少なくとも運転者の視界範囲、また一般的にはより広範囲に渡り、フロントガラスを介した運転者の視界を広げるように、湿気を取り去る目的で電動のフロントガラスワイパーが長い間装備されてきた。
【０００３】
今日の殆どの乗り物に於いて、フロントガラスワイパーシステムは多重位置（multi-position）スイッチ若しくは可変速スイッチを有する。可変速スイッチは、もし際限なく変化しなくとも、運転者に対して状況に応じた広い範囲のスピードを選択させうる。ワイパーの制御装置は手動で操作され典型的には遅延機能を有する。それによってワイパーは選択された時間の遅延間隔で断続的に動作する。
【０００４】
湿気が窓の表面に付着するとき自動的にワイパーモータを活動化させるべく、車の窓の１つにマウントされた湿気センサを含むワイパーコントロールシステムが近年開発されてきた。湿気センサを有するワイパーコントロールシステムは、湿気が取り除かれようとするリアウインド若しくはその他のガラス表面にマウントされても良いが、最も典型的にはフロントガラスにマウントされる。そのようなワイパー制御システムは、ドライビングの状況変化に応じてワイパーのスピードを調整する不自由さからドライバーを開放する。
【０００５】
ワイパーコントロールシステムは自動車が遭遇する湿気状況の感知を目的とし、伝導性センサ、容量性センサ、圧電センサ、及び光学センサを含む複数の異なった技術を用いてきた。光学式センサは次の原理に従って動作する。即ち光のビームがフロントガラスの外部表面に於ける湿気の存在によってその通常の経路より錯乱され変更されるという原理である。光学センサを採用するシステムは、次の特異的な利点を有する。即ち光路上の障害を感知する手段が、ドライバーによって観測される現象と直接的に関係しているということである。（即ち、ドライバーの視界に影響を与える光路上の障害）McCumber等は、窓ガラスの外部表面の水の被着の存在に応じてワイパーブレードの掃き取り（sweep）を開始させる光学湿気センサに関して明らかにしている（米国特許番号第4,620,141号）。
【０００６】
光学湿気センサに於いて、エミッタより得られる光の信号は、フロントガラスへと向けられ、またフロントガラスの外側表面で反射し、ディテクタへと戻る。フロントガラス表面上に於ける湿気の存在が、フロントガラスの外部表面に於ける光の信号の反射に影響を与え、結果としてより低い振幅の反射信号となる。ディテクタは反射信号をレシーブし、反射されたエミッタ信号の振幅に於ける変化を示す出力信号を提供する。ディテクタ出力信号はまた、周辺光や電磁妨害よりもたらされるようなノイズ及びその他の不必要な信号もまた含む。それら不必要な信号の成分は、正確な湿気の読み取りが達成され得る前にディテクタ出力信号より取り除かれるべきである。
【０００７】
ディテクタ信号より不必要な信号要素を取り除くために、ハイパスフィルタ及びローパスフィルタを用いることが知られている。米国特許番号第4,355,271号に於いてNoackは、フィルタへと接続された出力を有するディテクタを備えた湿気センサに関して明らかにしている。フィルタは、ディテクタよりもたらされる信号の低い周波数要素を拒否し、信号に対してゲインを提供する。信号は整流器を用いて連続して復調され、しきい値と比較される。米国特許番号第4,355,271号のフィルタは、復調器がパルス状の（pulsatile）信号を感知された湿気の影響を受けたｄｃ信号へと変換する前に信号中で作用するプリ復調フィルタである。
【０００８】
しかし、プリ復調器のゲインの使用は、振幅の出力がセンサ電力供給の上限または下限に届く、飽和しがちなゲインステージ回路を生み出す傾向にある。例えば、大きな湿気の雫はディテクタより発せられる信号中に於いて大きな変化をもたらす傾向にある。大きな雫より起こる信号がゲインステージ出力をそれら限界点のどちらかに到達させる時、出力はそれ以上大きくならず飽和し得る。そのような条件下で動作する場合、湿気センサシステムはディテクタの出力に於ける更なる変化に対しての感度がなくなり、また正確に湿気を検出する能力を失う。類似の条件下でセンサの動作を維持するためには飽和を妨げることが必要とされる。
【０００９】
ゲインステージ回路の飽和の傾向は、回路が提供し得るゲインの量を限定する。即ち、このことは湿気の小さな液滴を検出する湿気センサの能力を限定してしまう。湿気の小さな液滴は、ディテクタよりもたらされる信号中で非常に小さな変化を導き出すものである。大きな液滴がプリ復調回路の飽和を妨げないようにプリ復調回路のゲインが十分に低く保たれるとしても、そのとき小さな液滴に起因する信号は連続するプロセッシングで検出されるには小さすぎる。そのような訳でシステムのゲインが小さな液滴を十分に検出し得るために、飽和しないことが望まれる。
【００１０】
（発明の開示）
透明な物質表面で湿気を感知する湿気センサの使用の為のオートバランス制御回路であって、湿気センサは透明な材料の前記表面に於ける湿気の存在によって影響を受けるエミッタ信号を生成するための一つ若しくは複数のエミッタと、前記エミッタ信号をレシーブし、ディテクタ出力信号の生成に寄与する一つ若しくは複数のディテクタとを有する。ディテクタは、湿気の存在を決定するためのマイクロコンピュータを含む湿気感知回路によって処理されるディテクタ出力信号を提供する。湿気センサは更に、先のプロセッシングの為に有用な信号要素を増幅する間、ディテクタ出力信号に於ける不必要な信号要素を減衰させるためプリ復調回路を有する。
【００１１】
オートバランス回路は、前記プリ復調信号をレシーブし、前記プリ復調回路へオートバランス信号を提供する。オートバランス回路は、望ましくないディテクタ出力信号振幅と遭遇したときには、プリ復調増幅器の飽和を防ぐために、前記ディテクタ出力信号を少なくとも部分的にキャンセルする。オートバランス回路は、ディテクタ出力信号を少なくとも部分的にキャンセルするプリ復調信号を平均化するための平均化回路を有する。湿気センサの回路の飽和を妨げることで、オートバランス回路は、湿気の大きな液滴の存在下に於いてもセンサが動作し続け、湿気の小さな液滴を検出するのに適したゲインを得ることを許可する。
【００１２】
（発明を実施するための最良の形態）
付属の図面で示され、それに続く明細書に言及された特殊な装置及び過程が、付随する請求項によって定義される発明概念の簡潔な実施例であることがご理解頂けることと思う。これより、特定の寸法や物理的な特徴は本発明を限定するものではないが、特に請求項で限定しない場合は発明を限定すると考えられるべきではない。
【００１３】
ここで図１を参照し、光学電子学湿気センサが１０で示されている。湿気センサは、カプラー１２、電子部品１６をマウントするための回路ボード１４、及び前記回路ボード１４を内部に収容するためにカプラー１２に取り付け可能であるセンサハウジング１８を有する。
【００１４】
カプラー１２は、反対側の透明な材料の第二の表面に付着した湿気２２の光学的な検出のために、透明な材料２０の第一の表面に対して固定される。透明な材料２０は、湿気センサが湿気を検出するために、プリキシガラス、プラスチック、若しくはその他の透明な透明な材料上で用いられ得るが、好適には自動車のフロントガラス若しくは凍結器のドアのようなガラスである。
【００１５】
カプラー１２は、カプラーより延在するコリメーティングボディ２６を有するコリメータ２４を含み、コリメーティングレンズ２８はコリメーティングボディに近接して配置される。コリメーティングレンズ２８は、ガラス２０の内部表面に対して４５度の角度で、コリメーティングボディ２６を介して延びる光軸３０を有する。カプラー１２は更にカプラーより延在する焦点合わせボディ３４を有する焦点合わせ３２を含み、焦点レンズ３６は焦点合わせボディに近接して配置される。焦点レンズ３６は、ガラスの内部表面に対して４５度の角度で、焦点合わせボディ３４を介し延びる光軸３８を有する。
【００１６】
光学電子学信号エミッタ４０は、４２に示される信号を放射するためにコリメータ２４に近接し回路ボード１４上に配置される。信号エミッタ４０は、その他の適切な信号エミッタが用いられるかもしれないが、好適には赤外光放射ダイオードである。放射された信号４２は、他の適切な信号が用いられるかもしれないが、好適には赤外光である赤外線照射信号である。ディテクタ４４は、他の適切なディテクタがエミッタ信号４２をレシーブするために用いられ得るかもしれないが、好適にはフォトダイオードである。
【００１７】
湿気センサの動作中に於いて、エミッタ４０はコリメータ２６の焦点レンズ２８へと向かう赤外線信号４２を放射する。放射信号４２は、光軸３０に沿ってガラスの内部表面に対して４５度の角度でガラス２０へと向かう平行ビームへとコリメートされる。平行信号４２は、湿気の存在が検出され得るセンサ領域２３に於いてガラス２０の外部表面に達する。平行信号４２若しくは前記信号の少なくとも一部分は、その時ガラスに対して４５度の角度で反射され、ガラス２０を介し焦点合わせボディ３４へと向かう。焦点レンズ２８は反射された信号４２をディテクタ４４上で集束させる。
【００１８】
湿気２２がフロントガラス上の前記センサ領域２３に集積した場合、平行ビームの一部が焦点合わせボディ３４へ反射されず、またディテクタ４４が検出されたより少量の光の代わりとなる信号を提供し得る。湿気センサ回路１６はディテクタ信号をレシーブし、また湿気の存在による信号に於ける変化を翻訳し、またそれによってワイパーをコントロールする。
【００１９】
湿気センサの光学的部分の動作及びワイパーコントロールシステムに伴うインタフェースに関連する追加的な詳細は、次の米国特許番号第4,620,141号、第5,059,877号、第5,239,244号、及び第5,568,027号、また米国出願番号08/951,922（1997.10.16）より得られてもよい。本出願の目的のために必要な記述及び説明を完全な物にするのに詳細が必要とされる程度に、これらは引用によって本出願の一部とする。上述の湿気センサが光学電子学湿気センサであるので、どのような適切な湿気センサも、ディテクタによってレシーブされる放射信号が透明な物質の表面に於ける湿気の存在を検出するために用いられ得る。
【００２０】
ここで図２を参照し、湿気センサ１０のブロック図が示される。湿気センサの好適な実施例は上述するように湿気を検出する目的で一対のディテクタ４４と接続された一対のエミッタ４０を有する。エミッタドライバ５６は、エミッタ信号４２の振幅若しくは強度を決定する量の電力（power）をエミッタへ提供するべくエミッタ４０へと接続される。定期的に繰り返されるゲート信号パルス５７が下に示されるようにエミッタドライバ５６へ提供される。
【００２１】
ディテクタ４４はエミッタ信号４２の少なくとも一部分をレシーブするためにエミッタ４０と接続され、またディテクタ信号（図示せず）を提供することでそれに応答する。好適な実施例に於いては、各ディテクタが上述したものと同様の規則で、各々のエミッタ４０よりエミッタ信号４２をレシーブし、透明な材料上で４つのセンサ領域２３を作り出すために光学的に接続されてもよい。しかし幾つかの適切な数のエミッタ４０及びディテクタ４４が、幾つかの必要なセンサ領域２３を作り出すことに用いられてもよい。
【００２２】
ディテクタ４４は、ディテクタ信号を混合しディテクタ出力信号５９を供給する共通のノード５８へと接続される。好適な実施例に於いては、双方のフォトダイオードディテクタ４４は、それらが提供するディテクタ信号が反対の振幅を有し、またディテクタ出力信号５９を生成するべくそれらが混合された時キャンセルする傾向にあるバランスの保たれた構成で接続される。バランスの保たれた構成は、湿気に対する或る程度の追加的な感度、及び改善されたダイナミックレンズを提供する。バランスの取れた構成は、また双方のエミッタ信号４２に於いて共通の周辺光の影響をキャンセルする傾向にあり、それによって周辺光に対する多少のイミュニティーを提供する。しかし、ディテクタ出力信号５９は周辺光及び電磁気的障害によって発生した不必要な信号要素を幾らか含んでいる。
【００２３】
ここでは図３を参照し、エミッタドライバ５６によって開放された周期的に繰り返されるパルスゲート信号５７が示されている。ゲート信号パルス５７は好適には５０マイクロ秒の持続時間を有し、また１２００Ｈｚの周波数で繰り返されるが、その他の適切な持続時間及び周波数が用いられてもよい。エミッタドライバ５６は、好適にはエミッタ４０に対して電流のパルスを供給することによって各ゲート信号パルス５７に応答する電流源である。エミッタ４０は、４２で示されたパルス状のエミッタ信号を提供することにより各々の電流パルスに応答する。
【００２４】
ディテクタ４４は、それらがレシーブする反射されたエミッタ信号４２の強さに比例した量の電流が流れることを許可する。ディテクタの電流（図示せず）は、５９で示されるディテクタ出力信号を供給するためにノード５８で混合される。好適な実施例に於いて、ディテクタ出力信号５９は複数の繰り返し信号間隔Ｉのパルス状の電流信号である。各々の信号間隔Ｉは上述された１２００Ｈｚのゲート信号パルス周波数に基づいておよそ８３３マイクロ秒の持続時間を有する。しかしその他の持続時間が用いられてもよい。各信号間隔Ｉは、ディテクタに障害を与える周辺光の影響は勿論、ディテクタ４４によってレシーブされる反射されたエミッタ信号４２に関する信号情報も含む湿気感知信号部分Mを有する。各信号間隔Ｉはまた、エミッタが動作しない場合の、周辺光の影響を有する光の信号部分Ｌを含む。各湿気感知信号部Ｍの持続時間は、好適にはゲート信号パルス５７の持続時間に相当する５０マイクロ秒である。
【００２５】
ここで再び図２を参照する。ディテクタ出力信号５９は、必要としない信号要素を取り除くために、高いゲインを有し幅広いバンド長を有するプリ復調増幅器及びフィルタ回路６０の入力６０ａへと接続される。プリ復調増幅器及びフィルタ回路６０は、ディテクタ出力信号５９の低周波数の信号要素を拒否することによって周辺光の障害の影響を減少させるハイパスフィルタリング６１を有する。ハイパスフィルタ６１は、ディテクタ出力信号５９の湿気感知部分Ｍの大部分が通過する時、低周波数の障害を鋭く減衰させる１６０Ｈｚのコーナー周波数を有する５番目のフィルタであってもよい。しかし、適切なコーナー周波数を有する、適切な順番の幾つかのハイパスフィルタが用いられてもよい。
【００２６】
プリ復調増幅器及びフィルタ回路６０はまた、フォトダイオード４４に於ける電子や正孔の電磁気的影響及びランダムな再結合のような高い周波数ノイズを拒否するためにローパスフィルタリング６２を有する。ローパスフィルタ６２は、現在のディテクタ出力信号５９のエネルギーの大部分が通過する時、高周波数の障害を減衰させるために、３３ＫＨｚのコーナー周波数を有する２番目のフィルタであってもよい。しかし幾つかの適切なコーナー周波数を有する適切な番号のローパスフィルタが用いられてもよい。プリ復調ゲイン及びフィルタリング回路６０の好適な実施例は、５番目のハイパスフィルタ６１及び２番目のローパスフィルタ６２を成し遂げるべく、２つのバンドパスフィルタ及び３つのハイパスフィルタ（図示せず）を有する多段式のフィルタを用いる。しかし幾つかの適切なフィルタの組合せも用いられ得る。操作可能な増幅器、レジスタ及びコンデンサ（図示せず）は、フィルタ６１及び６２を形成するべく既知の手段を用いて構成される。
【００２７】
プリ復調増幅及びフィルタ回路６０はまた、ディテクタ出力信号５９を増幅させるためのゲインステージ６３を有する。増幅器６３は、好適には既知の手段でバンドパスフィルタの１つへ取り入れられたトランスインピーダンス増幅回路であってよく、しかしその他の既知の信号増幅器も用いられ得る。
【００２８】
プリ復調回路６０は、図３に示すようにパルス状のディテクタ出力電流信号５９を、フィルタされ増幅されたパルス状のプリ復調電圧信号６４へと変換する。プリ復調信号６４は、プリ復調回路の出力６０ｂよりマイクロコンピュータ６５へと送られる。マイクロコンピュータ６５は、好適にはMicrochip Corporation製の製造番号PIC12C672の８ピン装置（8-pin device）であるが、他の好適なマイクロコンピュータが用いられてもよい。
【００２９】
マイクロコンピュータ６５は、アナログ−デジタルコンバータ６６を有し、前記コンバータはアナログプリ復調電圧パルス６４をマイクロプロセッサ６５によって更にプロセッシングするためにデジタル形態へと変換する。このアナログ−デジタルコンバータ６６は、好適には約２０ｍＶの感度限界を有する８ビットのコンバータであればよく、しかしその他の適切な感度限界を有するアナログ−デジタルコンバータが用いられてもよい。
【００３０】
デジタル信号はその時、センサによって検出された湿気を表す振幅を有するｄｃ電圧信号６９を形成する目的でパルス状の信号を復調させる復調ステージ６８に於いて復調される。コンピュータに於けるソフトウェアは迅速なサクセッション内で感知された信号を二回サンプリングする。そのうち一回は、湿気感知信号及び付随する周辺光の障害が存在する場合の信号間隔Ｉの湿気感知部分Ｍに於けるサンプリングであり、もう一回は周辺光のみが存在する場合の信号間隔Ｉの光信号部分Ｌに於けるサンプリングである。周辺光の障害の影響は、タイムシフトされた線微分増幅のソフトウェア的な実現を介して直線的に減少される。それは、米国特許第5,059,877号に於いてTederによってもたらされ、ここに言及したことで本出願の一部とされたい。
【００３１】
復調ステージ６８の出力は、デジタル信号プロセッシング（DSP）ステージ７０へと接続され、そこではソフトウェアが、ハイゲインプリ復調増幅器によって扱いやすいレベルへと誘導されたノイズの低周波数要素及び高周波数要素の両方を拒絶する。その時DSPステージ７０の出力は、全てのノイズ要素を劇的に減衰させ、ほぼ独占的に周辺光にのみ応答する。DSPステージ７０の出力は、Tederによって米国特許第5,568,027号でもたらされ、好適にはガラス表面に於ける湿気の存在を示す出力信号７４を提供するための事象検出ソフトウェアを用いる湿気事象検出ステージ７２へと接続される。
【００３２】
湿気事象検出出力７４は湿気除去コントローラ７６へと接続され、それは自動車のワイパー制御ユニットであってもよい。自動車のワイパー制御ユニットは湿気事象検出信号７４を用いることで、ガラス表面の湿気の存在に応じてフロントガラスのワイパーを制御するマイクロコンピュータを有する。
【００３３】
マイクロコンピュータ６５の内部のアナログデジタルコンバータ６６は、およそ２０ｍVの感度限界を有してもよい。アナログデジタルコンバータ６６の感度限界は、検出可能なプリ復調信号６４に於ける最も少量の変化を決定する。A/Dコンバータは高い感度限界を有し、典型的にはより高価なものである。それ故、復調回路はディテクタ出力信号５９を増幅するためにゲインステージ６３を用い、それによってこの信号に於ける小さな変化が、より低い感度限界を有する安価なアナログデジタルコンバータの使用に耐えるように増加し得る。
【００３４】
しかし、プリ復調回路６０のハイゲインはディテクタ出力信号５９が必要以上に変化する場合に、望まない結果を生み出すことがある。ゲインステージ６３の出力はセンサの電源（図示せず）の上限及び下限の範囲内でのみスイングする。ディテクタ出力信号５９が、ゲインステージ６３の出力をこれらのリミットのどちらかにでも到達させ得る場合、出力はこれ以上進行せず、またクリッピング（clipping）が生じる。これらの条件下では、増幅器６３は飽和され（saturated）、出力信号が入力信号を表す線形の領域に於ける動作をもはや行わない。プリ復調増幅器の飽和が回避され、プリ復調信号が湿気センサの正しい動作を提供するべくディテクタ出力信号を正確に表すことが望ましい。
【００３５】
飽和は、その他のディテクタと比較して、ディテクタ４４の１つがより大きなディテクタ信号を提供する時に起こり、結果として信号の不均衡をもたらす。ディテクタ信号は上述されたバランスの取れた構成に於いて予想されるように互いをキャンセルしあうことはなく、ディテクタ出力信号５９は増加し得る。そのような不均衡がフロントガラス上にセンサ１０をマウントすることによって起こり得るので、センサ領域２３の１つは窓ガラスのシェードバンド（shade band）領域に含まれ、またセンサ領域の１つの上に多量の湿気の存在を伴う。信号の不均衡さは、電気的要素がその期待される仕様をはずれて動作する場合にもまた起こり得る。湿気センサ１０がこれらのどのコンディションの条件下に於いて正確さを失うことは望ましくない。
【００３６】
プリ復調ゲイン若しくはフィルタ回路６０が飽和を引き起こすことによる信号の不均衡を妨げるために、本発明は図２に示すようなオートバランス回路８０を作用する。オートバランス回路８０は第一のスイッチング要素８２を有する。スイッチング要素８２は本技術分野中に於いて知られている工業的な標準型CD4066のようなゲートされた固体状態のスイッチであり、またその他の既知のスイッチング要素が用いられてもよい。スイッチング要素８２はプリ復調ゲイン及びフィルタ回路出力６０ｂと接続された入力８２ａを有し、出力８２ｂを有する。スイッチング要素８２はまたゲート信号５７をレシーブするためにゲート８２ｃを含む。ゲート信号が所定のレベルへ達した時、スイッチ８２が閉じられ、入力８２ａと出力８２ｂとが電気的に接続される。
【００３７】
スイッチ出力８２ｂは平均化回路８６へと接続される。平均化回路８６は好適にはローパスフィルタであるが、入力信号の平均値を提供する幾つかのその他の回路もまた用いられ得る。ローパスフィルタ８６は好適には第一のスイッチング要素出力８２ｂと接続されたレジスタ８８、及びレジスタ８８とグラウンドとの間で接続されたコンデンサ９０とを有する。操作可能な増幅器（図示せず）が既知の方法でローパスフィルタ８６を実現するために用いられてもよい。
【００３８】
入力９２ａを有する第二のスイッチング要素９２はローパスフィルタ８６の出力へと接続されている。第二のスイッチング要素９２は第一のスイッチング要素８２と類似しており、入力９２ａ、出力９２ｂ、及びゲート９２ｃを有する。ゲート信号５７はスイッチ９２を閉じる目的でゲート９２ｃへと提供される。第二のレジスタ９６はスイッチ出力９２ｂと接続されている。オートバランス回路８０ｂの出力は以下に示すようにプリ復調回路６０の入力へオートバランス信号９８を提供する。
【００３９】
ここで図２及び図４を参照し、オートバランス回路８０の動作が示される。時刻Ｔ１に於いて、フォトダイオード４４は上述するように不均衡になり、結果として５９の強力なディテクタ出力電流信号の生成する。強いディテクタ出力信号５９は、プリ復調ゲインステージ６３を飽和させ、それによって図４の６４ａで示されるように、プリ復調信号６４をクリッピングする。ゲート信号５７は第一のスイッチ８２を、各信号間隔Ｉの湿気成分Mがクリッピングされたプリ復調信号６４がローパスフィルタ８６に適応されることを許可する間、閉じる。ローパスフィルタ８６のコンデンサ９０は充電を始め、またローパスフィルタ信号電圧９１はプリ復調信号６４の平均が増加に伴い増加し始める。
【００４０】
第二のスイッチ９２はまた、ゲート信号５７によって閉められ、ローパスフィルタ信号９２がパルスの電圧信号（図示せず）としてスイッチ出力９２ｂより現れる。レジスタ９６はパルス電圧をパルスオートバランス電流信号９８へと変換する。オートバランス信号９８は、平均的に信号電圧９１の増加に伴い振幅を増加させ始める。オートバランス信号９８はプリ復調回路入力６０ａへと接続されている。プリ復調回路の全体のゲインが反転しているので、オートバランス信号電流パルス９８はディテクタ出力電流信号パルス５９に対して逆相をなし、少なくとも部分的にディテクタ出力信号電流パルスをキャンセルする。取消しに伴いプリ復調信号６４は減少し始め、加えて増幅器６３は動作の線形領域へと戻る。グラフの端部へと向かい、出力パルスはオートバランス回路の影響が無い場合の振幅と比較してより低い定常状態の値となっている。レジスタ９６はオートバランス電流パルス９８の強度を決定するために用いられる所定の値を有する。
【００４１】
オートバランス回路は実際の湿気事象の影響をキャンセルするように見える。しかしオートバランス回路のローパスフィルタ８６がゆっくりと反応することで、振幅で減少される前に検出されるべく、十分なパルスがマイクロコンピュータへと向かいプリ復調回路を通過する。オートバランス回路は定常状態の不均衡をキャンセルする同様の方式で動作する。
【００４２】
ディテクタの信号を部分的にキャンセルすることで、オートバランス回路はプリ復調ゲインステージを飽和させないようにする。この機能によりプリ復調回路のゲインは非常に高くなる。それ故、例え非常に小さい液滴であっても、プリ復調回路の出力に於いて大きなエクスカーション（excursion）を引き起こし得る。これらのエクスカーションは一連のプロセッシングによって素早く検出される。
【００４３】
オートバランス回路の結果でも、大きな液滴がプリ復調回路に飽和を引き起こさせることはない。もし大きな液滴がプリ復調回路の出力をクリッピングさせる時、オートバランス回路がディテクタ出力信号の一部分をキャンセルするために適切な信号を素早く提供し得る。この事がプリ復調回路の出力をクリッピングさせないようにし、また湿気を検出し続けるセンサの能力を復活させる。関連の全ての回路がリニア（linear）であるので、センサは小さな水滴の付加を大きな定常状態の信号の存在下であっても検出し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明によるフロントガラス内部表面にマウントされた湿気センサの透視図である。
【図２】  本発明のオートバランス回路を含む図１に示された湿気センサのブロック図である。
【図３】  図２に示された湿気センサのための湿気センサ信号を示したグラフである。
【図４】  本発明の湿気センサ信号及びオートバランス回路信号を示したグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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