JP2001521158A - 優れた傾斜光学を用いた効率的な小型水分センサ - Google Patents
優れた傾斜光学を用いた効率的な小型水分センサInfo
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Abstract
Description
連し、より詳細には、ウインドシールドの内側表面に平行な平坦な回路基板の上
に取り付けられる光学素子及び光学エミッタ、検出器を有する小型光水分センサ
に関する。コリメータ及び集束レンズを有するカップラーを用いて、エミッタか
ら出射された光束を屈折させ、ウインドシールドの外側表面に反射させて検出器
に伝達する。
ワイパーを備えている。ワイパーによって少なくともドライバーの視界領域、一
般的にはより広い範囲の水分を取り除き、ウインドシールドの視界が良くなる。
今日の殆どの車両において、ウインドシールド用のワイパー装置は、無段階調節
ではないにしても、ドライバーが条件に合った幅広い範囲のワイパースピードを
選択できるように多段階スイッチ或いは可変スピードスイッチを備える。ワイパ
ーの制御は手動で行われ、通常は選択した時間で間欠的に動作するワイパーの間
欠機能も備える。
ンドウなどのワイパーを取り付けることができる他の車両の窓に水滴がついた時
、ウインドシールドに取り付ける自動的に動作する水分検出器が含まれる。ガラ
ス表面についた雨またはその他の水分を検出することによって、ワイパーをしか
るべく制御することができる。このようなワイパー制御システムを用いると、ド
ライバーは、運転状態が変わるたびにワイパーのスピードを頻繁に調整するとい
う不便さから開放される。光水分センサを備えるワイパー制御システムは、さま
ざまなモデルの乗用車の生産に組み入れられてきた。商業利用を増加するため、
および消費者にワイパー制御システムを受け入れてもらうためには、より小型で
より安価な光水分センサが必要である。
ンサ、容量性センサ、ピエゾ電気センサ、及び光センサを含む多数の異なる技術
を用いられてきた。ウインドシールドの外側表面に水分がつくと、光束が通常の
経路から散乱或いは偏光されるという原理によって、光センサが作動する。光セ
ンサを備えるこのシステム1つの利点は、光路における妨害を検出する方法がド
ライバーが観察できる現象に直接関連する。即ち光路における妨害をドライバー
が確認できる。
れた光学部品を備える光水分センサについては、Noak氏による米国特許第4
,355,271号に開示されている。車両のウインドシールドのワイパーを制
御する水分センサ装置については、McCumber氏他による米国特許第5,
059,877号及びTeder氏による米国特許第5,239,244号に開
示されている。また、ウインドシールドの内側表面に取り付けられた、光学素子
及び電子部品を含む箱形のハウジングについても開示されている。
度の角度でウインドシールドに導かれる。次ぎにその光は約45度の角度でウイ
ンドシールドの外側表面によって反射され、検出器に導かれる。ウインドシール
ドの表面に水分が存在すると、ウインドシールドの外側表面の空気とガラスの境
界面で光の反射に影響がでる。この反射された光の変化を電気的に処理してウイ
ンドシールドのワイパーを作動させる信号として利用する。
を開始させるための自動制御回路は、McCumber氏他による米国特許第4
,620,141号に開示されている。
が損失する。入射角が40度より小さいと、感度が損失され、センサはウインド
シールドの水分を正確に検出できなくなる。従って、エミッタからウインドシー
ルドに入射する光束の入射角は概ね45度でなければならない。
タ及び検出素子)を45度の角度で取り付ける、或いは光束がデバイスとウイン
ドシールドガラスとの間を通る途中でこの光速を偏光することによって達成でき
る。光軸が約45度の角度となる或いはそのように偏光することができるように
ウインドシールドの表面に対して好適な角度で回路基板に取り付けられたオプト
エレクトロニクスデバイスを備える光センサが、Stanton氏による米国特
許第5,414,257号に開示されている。Stanton氏は、可撓性のエ
ポキシ樹脂から成形されたデバイス及び傾斜した取り付けを容易にするためにあ
る角度でデバイスのリード線を曲げる方法を示している。電子デバイスの曲がっ
たリード線の問題点は、回路基板の製造コストをあげる曲がったリード線を備え
る素子を殆どの自動素子挿入装置では挿入できないということである。さらに、
リード線の曲がったデバイスは、性能の面において信頼性に欠ける。
る方法が、Zettler氏による米国特許第5,560,245号に開示され
ている。エミッタ及び検出器が、主回路基板に対して傾斜した小さなサテライト
回路基板に取り付けられている。エミッタと検出素子がウインドシールドに対し
て好適な45度になるようにサテライト回路基板は傾斜している。この取り付け
構造ではリード線を形成する必要はないが、このような小さな回路基板を用いる
ことによって他の問題が発生する。オプトエレクトロニクスデバイスを取り付け
るために使用するこの小さな回路基板は、信号処理回路基板を収容できないため
別の回路基板に取り付けなければならない。多数の回路基板の使用及びセンサの
ハウジング基板における回路基板の配向により、センサのサイズが大きくなりコ
ストが増大する。
設計されている。低コストでセンサが小型になる、ウインドシールドの表面と同
一面に取り付ける1つの回路基板の使用法が、Teder氏による米国特許第5
,661,303号に開示されている。しかしながら、オプトエレクトロニクス
デバイスの光軸に対して概ね平行な光軸を有する光学部品がこの設計に必要とな
る。水分センサのサイズとコストをさらに下げるためには、光学部品のサイズ及
びコストを下げることが望ましい。
法もある。同時に2つ以上のエミッタを検出する1つの検出器の利用法がNoa
k氏によって開示されている。1つの非方向性エミッタから幾つかに導かれる光
束については、Muller氏による米国特許第5,015,931号に開示さ
れている。このような構造により、少ない数の検出器で望ましい検出領域を提供
できる。McCumber氏他による米国特許第4,620,141号によれば
、安定した構造は周囲の光の影響を受けにくい。しかしながら、エミッタの信号
強度の範囲は、典型的には約2対1とばらつきがある。これによって、従来の技
術による光水分センサシステムにおける安定した信号の達成が妨げられている。
Muller氏の米国特許第5,015,931号に示されている光路は等しい
長さではない。従って、それぞれの光路は異なった光学効率であり、十分に安定
したシステムを作るためには利用できない。Teder氏による米国特許第5,
661,303号によれば、4つのエミッタと2つの検出器を用いて等しい長さ
の4つの光路を達成しているが、部品をより少なくして水分センサのサイズとコ
ストを下げることが望ましい。
センサ内に含まれる光学素子をウインドシールドに光学的に連結して、ガラス表
面と光エミッタ及び検出器との間の境界を効果的に排除すべきである。センサハ
ウジング及びその中の光学素子とウインドシールドとを取り付けるための中間に
ある接着性の中間層が、Purvis氏による米国特許第5,262,640号
に開示されている。センサハウジングは、センサハウジングとウインドシールド
の内側表面との間にある中間層によってウインドシールドの表面、或いは他の車
両の窓に直接取り付けられる。
れている或いは車両生産ラインで容易に取り付けることできるセンサを望んでい
る。ウインドシールドの製造者は、ウインドシールドを積み重ねて出荷するため
、センサを取り付けるためのスペースは殆どない。
利用については、Schofieldによる米国特許第4,930,743号に
開示されている。この方法は、水分センサをウインドシールドに光学的に連結す
るために、追加の支持構造体或いは追加のシリコーン片を必要とする。従って、
このブラケット取り付けシステムは追加部品が必要であり、コストの増大につな
がる。
ウインドシールドに恒久的に取り付ける方法が、Bendix氏による米国特許
第5,278,425号及びStanton氏による米国特許第5,414,2
57号に開示されている。Bendix氏によって示されているように、このレ
ンズによって光束が集光される。別法として、Stanton氏によって示され
ているように、このレンズが光束の方向に垂直な平坦な表面を介して光束をウイ
ンドシールドにつなぐことができる。しかしながら、Bendix氏及びSta
nton氏の両者による発明は、ウインドシールドと概ね同じ厚さのレンズを必
要とする。ガラス製造者から車両組立ラインに輸送するためにウインドシールド
を積み重ねる際にレンズのために必要な空間を追加すると、ウインドシールドの
コストに追加の取り扱い量が加算される。輸送の際のウインドシールドの積重ね
を阻害しな厚さのウインドシールドに取り付けられるセンサが望ましい。
るウインドシールドなどの最近の太陽光線を調節するウインドシールドは多くの
光水分センサに使用する赤外線を吸収してしまう。カップリングまたは集光光学
素子を備えないセンサをこのようなウインドシールドに用いるのは効率的ではな
いであろう。Kohler氏他よるドイツの特許第DE 3、314、770号
によれば、カップラーのレンズにより検出領域が広まり水分センサの効率が高ま
る。Watanabe氏による米国特許第4,701,613号に、改良された
効率で光束をウインドシールドの中及び外に連結する一連のV溝が開示されてい
るが、この溝は散乱した光束を集めることができないし検出器上に集光すること
もできないため、この装置はガラスの表面に対して45度の角度で取り付けられ
ている。最近の太陽光線を調節するウインドシールドに用いられる光水分センサ
の効率を改善すると共にオプトエレクトロニクス素子を1つの平坦な回路基板に
取り付けることが望ましい。
ンサを板ガラスの第1表面に取り付けることに関連する。この水分センサには、
光束をガラスの中及び外に連結するために板ガラスの第1表面に取り付けられた
カップラーと、そのカップラーに取外し可能に固定されたハウジングとが含まれ
る。板ガラスの第1表面に概ね平行なデバイス表面を備える1つの平坦な回路基
板がハウジング内に取り付けられる。出射軸付近に光束を出射するエミッタは、
デバイス表面上に取り付けられる。出射軸は、回路基板のデバイス表面に概ね垂
直なエミッタから延びている。エミッタからの光束をコリメートされた光束にす
るコリメータは、物理的な中心とこの物理的な中心から離れた位置にある光心を
有するアパーチャを備える。光軸は光心を通る。この光軸が出射軸に対して第1
の傾斜角をなすようにエミッタとコリメータを配置する。
表面に対して概ね垂直となるように、平坦な回路基板のデバイス表面に取り付け
られる。検出器は、検出面に衝当する光を検出し、検出した光に応じて信号を生
成する。また、カップラーには、コリメートされた光束を検出面に集束させる集
束手段が含まれる。この集束手段は、物理的中心とこの物理的中心から離れて位
置する光心を備えるアパーチャを有する。光軸は光心を通る。光軸が検出軸に対
して第2の傾斜角をなすように集束手段と検出器を配置する。
器光学システムを備えている。一組のエミッタに対して一組の検出器を用いて、
等しい長さの4つの別々の光路及びガラス表面上の4つの検出領域を設ける。ワ
イパーシステムの動作を制御するために、ウインドシールドのワイパーの調節回
路に電気的に接続された安定した電気システムをエミッタ及び検出器で構成する
。
な手段を提供する。本発明では一般的に、ウインドシールドを車両製造工場に出
荷する前に、ガラス製造者がウインドシールドの内側の表面にカップラーを取り
付ける。車両製造者は、車両を組み立てる時に、回路基板を含むセンサハウジン
グをカップラーに容易に取り付けることができる。このカップラーが薄く小さく
比較的安価であるため、ガラス製造者が使用する従来の梱包材料を変えることな
く、ガラス製造者から自動車工場の特定の組立ラインに出荷される全てのウイン
ドシールド上にカップラーを取り付けることができる。ウインドシールドを車両
に取り付けた後、センサハウジングをカップラーに適切に取り付けてセンサの取
り付けが完了する。
取り付けることによってセンサの製造コストを削減できる。回路基板の製造のた
めの表面実装技術及びチップオンボード技術と自動組立技術との組み合わせによ
って、センサの製造効率を高め製造コストを削減できる。本発明の構造では、多
数の回路基板の使用及び光学デバイス上のリード線の形成の必要がない。
い光学効率を実現する。さらに、一組のエミッタ及び一組の検出器を用いて等し
い長さの4つの光路を作り、4つの検出領域を備える安定した光学システムを実
現する。水分センサの効果及び効率を下げることなく、多数のオプトエレクトロ
ニクス部品を減らすことによってセンサのコストを削減する。
発明の上記した利点及びその他の利点が当業者には明らかになるであろう。
ている。この自動車の一部分には、ボンネット12と、内側にウインドシールド
18が取り付けられる開口を画定するフロントピラー14及びルーフ16とが含
まれる。ウインドシールドの下側の縁部に沿った静止位置にあるウインドシール
ドのワイパーブレード20は、ウインドシールド18の表面に付着している水分
をワイパーブレードをアーク状22に動かしてふき取る従来の方法で動作する。
水分センサ10は、ウインドシールドのワイパーブレード20にふき取られる範
囲のウインドシールドに固定される。
り付ける回路基板26と、回路基板26を封入するカップラー24に取り付けで
きるセンサハウジング28とを含む。
出するために、このウインドシールドの内側表面30に固着される取り付け面2
9を含む。水分センサ10は、典型的には内側表面30のルームミラー(図示せ
ず)の付近に取り付けられ、車内のパッセンジャーの視界を遮らないようにする
。ただし、このセンサをウインドシールドの他の部分に取り付けることも可能で
ある。センサ10を取り付けるウインドシールド18の領域は概ね平坦であり、
カップラー24の取り付け面29を平坦にすることが可能である。しかしながら
、カップラー24の取り付け面29を、取り付けに好適なウインドシールドの曲
面に一致する外形にすることも予想される。またセンサ10は、リアウインドウ
を含む他の窓にも取り付けることができる。
ールド18または他の窓に固着する。中間層34は、シリコーン或いは可撓性を
有する他の同様な透明なプラスチック材料からなる。カップラー24は、ウイン
ドシールド18を自動車組立ラインに出荷する前に、ガラス製造者によってウイ
ンドシールド18に固定することができる。長方形のスリーブ36は、カップラ
ー24から取り付け面29の反対側に延び、以下に示すようにカップラーをハウ
ジング28に固定するために保持用の突状部37がスリーブの端部から外向きに
延びている。
ータ本体に近接するコリメートレンズ40を有するコリメータ37を含む。コリ
メートレンズ40は、ウインドシールド30の内側表面に対して45度の角度で
コリメータ本体38を通る光軸41を有する。さらにカップラー24は、カップ
ラーから延びる集束本体43を備える集束手段42と、集束本体に近接する集束
レンズ44とを含む。集束レンズ44は、ウインドシールド30の内側表面に対
して45度の角度で集束本体43を通る光軸45を有する。カップラー24及び
コリメータ本体38、コリメートレンズ40、集束本体43、集束レンズ44は
、一片の材料から一体形成されるのが望ましい。以下に示すように、コリメート
レンズ40はコリメータ本体38の表面から形成され、フォーカスレンズ44は
集束本体43の表面から形成される。別法として、別のコリメートレンズ40を
コリメータ本体38の付近に配置し、別の集束レンズ44を集束本体43の付近
に配置することも可能である。
から形成されるが、自動車の幅広い温度変化に耐え得る任意の好適な材料も使用
可能である。カップラー24によって光束がウインドシールド18の内側及び外
側に光学的に連結されるため、光束がコリメータ本体38からウインドシールド
に透過する時及びウインドシールドから集束本体43に透過する時、光束が散乱
しない。さらにカップラー24は、コリメートレンズ40及び集束レンズ24、
ハウジング28をウインドシールド18に取り付けるための安定したベース部と
なる。
プラー24の厚さは梱包の面から見て重要な点である。輸送中にウインドシール
ドにキズ或いは他の損傷を与えないで輸送効率を高めるために、それぞれのウイ
ンドシールドをできるだけ近接できる特殊なケース及び梱包材料が設計されてい
る。典型的にな自動車のウインドシールドには、ルームミラーを取り付けるため
のウインドシールド上の取り付けボタン(図示せず)が含まれるため、輸送用ケ
ースはこのような取り付けボタンを収容することができるようになっている。本
発明のカップラー24の厚さは5mm以下であり、典型的なルームミラーの取り
付けボタンより薄い。従って、カップラー24が十分に薄いため、ウインドシー
ルドを自動車組立ラインに輸送するための梱包及び材料の取り扱い処理を変える
ことなく、ガラスメーカーがウインドシールドの生産ラインでカップラー24を
取り付けることができる。梱包方法及び梱包材の取り扱いを変えることなくウイ
ンドシールドの製造ラインでカップラーの取り付けができるということは、水分
センサ及びワイパー制御システムを自動車メーカーに広く利用してもらうという
点で重要である。
は他の硬質材料からなり、好ましくない光を遮断するために不透明である。分か
りやすくするために、図3にはコリメータまたは集束手段が示されていないカッ
プラー24が示されている。ハウジング28は、ベース部46及びそのベース部
から延びている4つの側面壁48を含み、好ましくは箱型の空間を形成する。ハ
ウジング28は、カップラーがウインドシールド18に固定される時、カップラ
ー24のスリーブ36に嵌合できるサイズに形成されている。カップラーの突状
部37を受容しカップラー24にハウジング28を取外し可能に保持するよう、
ハウジング壁48の内側に溝50が形成される。カップラー24のスリーブ36
及びハウジング28の側面壁48はそれぞれ僅かに変形できるように作られてい
るため、ハウジングをカップラー上にスナップ止めすることが容易になり、カッ
プラーの突状部37が溝50に入る。所望に応じて、カップラー24のスリーブ
36にノッチを入れて変形しやすくすることもできる。
ると、カップラー24に加わる横方向の力はハウジング壁48によってスリーブ
36に伝達される。ハウジング壁48及びカップラーのスリーブ36は大きな表
面領域を有するため、損壊につながるように力が集中する傾向はない。さらに、
非円形状のカップラーのスリーブ36は、ハウジング28に加わるねじり力を吸
収する。本発明の水分センサは、衝突或いは好奇心の強いパッセンジャーにいじ
られたとしても、ウインドシールドにしっかりと固定されたままである。ハウジ
ング28の側面壁48にノッチ51があるため、コインまたはドライバーを用い
てハウジングを取り外しやすくなる。
にオートクレーブされる。もちろん他の好適な材料も使用可能である。深さが浅
いカップラーを取り付けする方法により、上記したようにウインドシールドの梱
包密度を変えることなく、ウインドシールドメーカーでカップラーが取り付ける
ことができる。車両メーカーは、接着剤或いは他の化学薬品の処理を好まず、水
分センサのカップラーがウインドシールドに取り付けられているものを好む。
。別々の複数のクリップ式或いは他の取り付け手段を備える水分センサ取り付け
方法とは対称的に、本発明の水分センサハウジングは片手でカップラーにスナッ
プ止めすることができる。これによって自動車メーカーが水分センサを取り付け
る時間が省け、システムのコストを低減できる。
き出ている突状部52によってハウジング内に保持される。この回路基板26は
、電子部品27が取り付けられるデバイス表面54を含む。この回路基板26は
、ハウジング28がカップラー24に固定されてこのカップラーがウインドシー
ルドに固定された時に、デバイス表面54がウインドシールド18の内側表面3
0に概ね平行となるようにハウジング28に取り付けられる。電子部品27は、
電子部品の上側の表面がデバイス表面54に対して概ね平行となるように回路基
板26のデバイス表面54に取り付けられる。従来型の表面実装技術を用いて部
品を回路基板26に取り付けることができる。
9とを含む。図には1つのエミッタ56と1つの検出器58が示されているが、
後述するように複数のエミッタと複数の検出器を用いることもできる。エミッタ
56は好ましくは赤外線発光ダイオードであるが、他の好適なエミッタも使用可
能である。また、検出器58は好ましくはフォトダイオードであるが、他の好適
な検出器も使用可能である。エミッタ56及び検出器58は表面実装デバイスで
あって、それぞれSiemens社の部品番号SFH−421及びBPW−34
FASなどである。エミッタ56及び検出器58はまた、チップオンボード技術
を用いてシリコンダイを直接回路基板26に接続して取り付けられることもでき
る。
る。さらに、光遮断手段61を回路基板上に取り付けて周囲の光が検出器58に
到達するのを遮断し、ハウジング28内のエミッタ56と検出器58との不適当
な光学的な通信或いは混信を防止することができる。このエミッタ56及び検出
器58は、信号処理回路に電気的に接続されている。ワイパー制御システム及び
コントローラのインターフェース、信号処理回路の動作に関するさらなる詳細に
ついては、米国特許第4,620,141号、第5,059,877号、第5,
239,244号、第5,568,027号を参照されたい。本明細書の記載及
び説明を完成するために必要な部分は、引用して本明細書の一部とする。
ケース60と、このケースの凹んだ部分に取り付けられた赤外線放出ダイ62と
、透明なエポキシ樹脂で満たされた領域64とで構成される。エミッタ56は、
典型的には880nMの赤外線エネルギーなどの特定の波長からなる光束65を
放出するが、別の周波数も用いることができる。光束65は、回路基板26のデ
バイス表面54に概ね垂直な方向にエミッタから延びる出射軸66に対して対称
な扇状に発散する光を放出する。光束65はエミッタ56から扇状の角度をなし
て放射され、各光束は出射軸66に対して角度θEで進む。エミッタ56から発 散される光束65のそれぞれの強さは、概ねCosθEである。従って、エミッ タ56から発散される光束65の内、出射軸66に沿ったものが最も強い。装置
が動作する近傍の領域において、出射角が50度より大きいθEの光束は、エミ ッタケース60によって遮られ、強度が弱くなる。
検出表面67を含む。検出感度の最も高い検出軸68は、検出表面67及び回路
基板26のデバイス表面54に対して概ね垂直な方向に検出表面67から延びて
いる。検出器58はまた、検出軸68に対して対称に広がる受光角(図示せず)
を有し、その受光角内で検出器に衝当する光束によって検出器58が制御信号を
生成する。エミッタ56から出射される光束の波長を検出器が感知できるような
特定のエミッタ56及び検出器58が選択される。
リメータ本体38及びコリメートレンズ40はエミッタ56の方に向って延び、
集束本体43及び集束レンズ44は検出器の方に向って延びている。エミッタ5
6から放射される光束65の一部は、コリメートレンズ40に衝当し、コリメー
トされて光束72になり、コリメートレンズの光軸41に沿ってコリメータ本体
38を透過する。コリメートレンズ40に衝当する光束は、出射軸66に対して
約10度から50度の範囲が望ましいが、それより小さい角度でも大きい角度で
も受光できるようにレンズを形成することが可能である。コリメートレンズ40
は、光軸41が出射軸66に対して傾斜角69となるようにエミッタ56に対し
て配置される。傾斜角69は、39度から51度の範囲が望ましいが、それより
も小さくても大きくてもよい。コリメートレンズ40の表面は、後述すように、
検出器58が利用可能な信号を生成できるような十分な強さのコリメートされた
光束を作り出せるように形成されなければならない。
傾斜角71をなすように検出器58に対して配置される。傾斜角71は39度か
ら51度の範囲が望ましい。集束レンズ44の表面は、後述するように、コリメ
ートされた光束72を検出器の検出表面に集束するように形成される。コリメー
トされた光束72は、検出面67に十分な強さの扇状に集束する光束に集束され
、検出器が利用可能な信号を生成できる。検出表面に集束する扇状の光束は、検
出軸に対して約10度から約50度の範囲が望ましいが、扇状の光束は検出軸に
対してそれよりも小さくても大きくてもよい。
されて並行な光束72になったエミッタから出射された光束は、光路に沿って内
側の表面30に対して約45度でウインドシールド18に入射する。コリメート
された光束72は、外側表面32の検出領域74に衝当し、光路73に沿って反
射され、ウインドシールドを透過し、内側表面30に対して45度の角度で集束
本体43に入射する。集束レンズ44の光軸45は、カップラー24の表面でコ
リメートレンズ40の光軸41から距離T移動している。この移動に沿って横方
向に進む光束は全くないが、むしろこのシステムの光心がカップラー24の表面
で移動することを示している。集束レンズ44が十分な幅の光束72を集光する
ように距離Tが選択される。コリメート表面40は光軸41に対して回転対称に
表面が切り取られている。光軸41の光軸45への移動Tは、コリメートアパー
チャと集束アパーチャの非対称性による。ガラスの外側表面は、フォールディン
グミラー(folding mirror)として働く。このフォールディンミラーの効果によ
り、出射軸に近い光束は検出軸に対して大きい角度で検出器に衝当する。従って
、コリメータの光心を通過する光束は、検出軸から離れた集束レンズの光心を通
過しない。
て画定される受光アパーチャ82を有する。この外周80は、コリメートレンズ
40の物理的な縁部であり得り、またエミッタ56から直接出射された光を受光
して上記したようにこのような光をコリメートするレンズ表面の領域を画定し得
る。アパーチャ82の外側のレンズ表面に衝当する光束は、コリメートされず、
検出器58に効果的に伝達されない。この受光アパーチャ82は、図示したよう
に幅Wを有し、基準線5−5の方向から測定される。この受光アパーチャ82は
、外周80の中心である物理的中心84を有する。
て、光心を通ってレンズのアパーチャに入射する光軸に沿って進む光束は直線で
あるが、レンズのアパーチャに入射する他の全ての光束は、レンズによって光軸
に沿った平行な光路に偏光される。コリメートレンズ40は、物理的中心84か
ら離間した偏心した光心86を有するため、光学軸41は偏心している。光心8
6は、幅Wの約22%物理的な中心84から変位することが望ましいが、他の適
切な変位でもよい。カップラー24のコリメータ本体38の表面を所望に応じて
不透明な材料で覆い、アパーチャ82に衝当しない光束を排除できる。或いはこ
のような光束は妨害しないでカップラーを透過させてもよい。さらに、アパーチ
ャ82を画定する外周80の外側のコリメートレンズの表面を所望に応じて不透
明な材料で覆い、アパーチャ82に衝当しない光束を排除できる。またこのよう
な光束は、妨害しないでカップラーを通過させることもできる。アパーチャ82
を透過するエミッタ光束のみが雨を検出するのに有効である。
が透過するアパーチャ90を有する。外周88は集束レンズ44の物理的な縁部
であり得り、また検出器58の検出表面67にコリメートされた光束72を集束
するレンズの表面領域を画定し得る。アパーチャ90の外側の集束レンズから出
射する光束は、検出器58上に集束されない。図示するようにアパーチャ90は
幅Wを有する。集束レンズ44は、外周88の中心に位置する物理的な中心92
を有する。レンズ44の光心94が偏心しているため物理的中心92から離間し
、従って集束レンズの光軸45も偏心している。光心94は、物理的中心92か
ら幅Wの約22%変位するのが望ましいが、他の適切な変位でもよい。カップラ
ー24の集束本体43の表面を不透明な材料で覆いアパーチャ90に衝当しない
光束を排除できる。またこのような光束を妨害しないでカップラーを透過させる
こともできる。さらに、アパーチャ90を画定する外周88の外側の集束レンズ
44の表面を所望に応じて半透明な材料で覆い、アパーチャ90に衝当しない光
を排除できる。また、このような光束を妨害しないでカップラーを透過させるこ
とも可能である。
対称に光束65を放射するエミッタ56に信号を送る。コリメートレンズのアパ
ーチャ82に衝当する光束65は、光束72にコリメートされ、コリメートレン
ズの光軸41に平行な光路73に沿って進む。この光束72は、中間層34に光
学的に連結され、光路73に沿ってウインドシールド18に入射する。この光束
72は約45度の角度を持続してウインドシールド18を通過し、ウインドシー
ルド18の外側表面32の検出領域74で反射される。この反射された光束は、
ウインドシールドの表面に対して45度の角度で光路73に沿ってウインドシー
ルド18を透過する。コリメートされた光束72は、集束本体43及び集束レン
ズ44を透過する。この集束レンズは、コリメートされた光束72を検出器58
の表面に集束する。水分76がウインドシールドの検出領域74に堆積すると、
コリメートされた光束72の一部のみが反射して集束本体43に衝当し、この検
出器58が検出された光の量を表示する信号を生成する。光束が回路基板26に
対して垂直である時、検出器は一般に最も高い感度を有するが、検出器58の受
光角内の光束72は検出される。この信号処理回路59は検出信号を受信し、信
号の変化を水分の存在と解釈してしかるべくワイパーを制御する。
十分な量の光束65がコリメートされるようにエミッタ56に対して配置されな
ければならない。図4を再度参照すると、コリメートレンズ40の表面を横切る
線のウインドシールドに対する角度はθXとして示される。θXの値は、コリメー
トレンズの表面によって異なる。上記したように、コリメートされた光束72の
光束は、ウインドシールドの表面30に対して45度の角θGでウインドシール ド18に入射するのが望ましい。コリメートレンズがエミッタからの光束を屈折
して求められる45度の角度にするために、スネルの法則を利用すると、
ネイトから成形され、周波数880nMでn=1.57の屈折指数を有するのが
望ましい。別法として、カップラーはガラス或いはアクリル、または他の透明な
材料から加工することが可能である。この式から、例えばエミッタの角度θEは 10度、コリメートレンズの表面の角度は76度が必要であることが示されてい
る。このような急な角度では、エミッタからの光束の内約半分が、コリメートレ
ンズの表面で反射され、ウインドシールド18に入射しない。さらに出射角が小
さくなると反射率が極端に増加する。従って、出射角とコリメートレンズの表面
角の関係によってコリメートレンズ40と出射軸66との間の距離の下限が決ま
る。同様に、集束レンズ44と検出軸68との間の距離の下限が決まる。検出軸
68に約10度より近く集束レンズ44を透過する光束は、集束レンズ44の内
側表面の内側に反射され、検出表面67に到達する集束される光束の強さを減少
させる。
θEが大きくなると、前述したCosθEによって変化するエミッタの光束の強さ
が傾斜によって弱まる。またθEの値が約50度では、放出された光束はエミッ タケース60によって妨げられる。従ってウインドシールド18に効果的に連結
し得る出射角の範囲は約10度から約50度に限定される。また、より小さい角
度では、コリメートレンズの表面で反射される光束の率が大きくなり過ぎる。よ
り大きな角度では、傾斜によって放出された光の強さが弱められ、また光束はエ
ミッタケースによって妨げられる。この範囲内の出射角では、反射と傾斜の影響
が概ね出ない。従って、放出された光束は、前述した出射角の範囲内であり概ね
一様である。この出射される光束の制限により、カップラーに必要な5mmの高
さに設計上収まるという更なる利点がある。出射される光束の範囲を広くすると
、高さのあるカップラーが必要となる。同様に、検出軸68から約50度を超え
て進む光束は、傾斜が大きいため検出器58には僅かしか受光されない。コリメ
ータ37と同様に、検出器58が集束レンズ44から受光する光束の角度を制限
すると、より浅いカップラー24の設計が可能となる。
、エミッタから出射される光束の大部分をコリメートレンズがコリメートできる
ように形成される。コリメートレンズの表面は、連続した凸状の屈折表面が望ま
しいが、以下に説明するように表面を分割することも可能である。レンズ表面の
適切な形状は、Tucson,AZのFocus Software社によるZ
emaxシステム等の光学デザイン用のソフトウェアシステムを用いて決めるこ
とができる。得られる表面の形状は、複数の非球面によって示されるのが最も好
ましい。サッグ関数によって得られる表面は、光軸からの半径と表面との距離z
に形成される。明示目的のためこの表面を以下のように示すことができる。
である。別法として、半径が3.163mmの球面レンズを用いることができる
が、レンズを透過する光の強さが弱まる光学収差が起こり得る。所定の値は、コ
リメートされた光束の若干の発散が可能であり、エミッタの配置に必要な許容差
が緩和される。
の操作には、1つの光路では検出領域が不十分となる可能性がある。図8を参照
すると、本発明の別の実施例は、多数の光路を備える光学部品からなる異なった
装置を提供する。別の実施例のセンサ100には、前述した方法と同じ方法で回
路基板のデバイス表面(図示せず)に取り付けられた第1のエミッタ156aと
第2のエミッタ156bと、第1の検出器158aと第2の検出器158bとが
含まれる。第1のエミッタ156aは正方形104の第1のコーナー102aの
回路基板(図示せず)上に位置し、第2のエミッタ156bは、第1のコーナー
102aと対向側にある第2のコーナーに102bの回路基板上に位置する。第
1のエミッタ156a及び第2のエミッタ156bには、図4に示されるエミッ
タ56の出射軸69と同様の出射軸(図示せず)が含まれる。第1の検出器15
8aは、正方形104の第3のコーナー102cの回路基板上に位置し、第2の
検出器158bは第3のコーナー102cの対向側の第4のコーナー102bの
回路基板上に位置する。第1の検出器158a及び第2の検出器158bには、
図4に示される検出器56の検出軸68と同様の検出軸(図示せず)が含まれる
。回路基板は、上記した回路基板26と同様の方法で図3に示されるハウジング
28の中に取り付けられる。
ールドに取り付けられる取り付け面(図示せず)が含まれる。ハウジング28は
、上記したカップラー24と同様の方法でカップラー106に取り付けられる。
カップラー106には、ハウジング28がカップラー106に取り付けられると
第1のコーナー102aの第1のエミッタ156aに隣接する第1のコリメータ
108aが含まれる。また、カップラー106には、ハウジング28がカップラ
ー106に取り付けられると第2のコーナー102bの第2のエミッタ156b
に隣接する第2のコリメータ108bが含まれる。それぞれのコリメータ108
a及び108bには、2つのコリメータ本体109及び2つのコリメートレンズ
110が含まれる。2つのコリメートレンズ110は互いに当接しているため、
図8に示されるように見ると、それらの光軸111が概ね90度の角度をなして
いる。コリメートレンズ110は、コリメータ本体109から一体形成されるの
が望ましいが、前述したように別々のレンズを各コリメータ本体近傍に配置する
ことも可能である。
しており、重複を避けるためにここでは説明しない。それぞれのコリメートレン
ズ110は物理的な中心と、光心と、光軸を有するが、それらは図4、図5及び
図6に示されるようにコリメートレンズ40の物理的な中心84、光心86、及
び光軸41に類似している。第1のコリメータ108aのコリメートレンズ11
0は、第1のエミッタ156aの付近に配置されているため、先述したエミッタ
軸に対してそれぞれの光軸が傾斜角をなしている。第2のコリメータ108bの
コリメートレンズ110は、第2のエミッタ156bの付近に位置するため、先
述したエミッタ軸に対してそれぞれの光軸が傾斜角をなしている。コリメートレ
ンズ110の表面は、前述したコリメートレンズ40と同様に形成されるため、
先述した理由により光心は物理的な中心から変位している。
れると第3のコーナー102cの第1の検出器158aに隣接する第1の集束手
段114aが含まれる。さらにカップラー106には、ハウジング28がカップ
ラー106に取り付けられると第4のコーナー102dの第2の検出器158b
に隣接する第2の集束手段114bが含まれる。それぞれの集束手段114a及
び114bには、2つの集束本体115及び2つの集束レンズ116が含まれる
。2つの集束レンズ116は互いに当接しているため、図8のように見ると、そ
れぞれの光軸117が90度の傾斜角をなしている。集束レンズ116は、集束
本体115から一体形成されるのが望ましいが、先述したように別々のレンズを
それぞれの集束本体の近傍に配置することも可能である。それぞれのコリメート
レンズ110及び集束レンズ116の角部は並置できるようにに取り除かれるが
、レンズの性能に悪影響を与える。
複をさけるためにここでは説明を省略する。それぞれの集束レンズ116は、図
2及び図7に示されるように、集束レンズ44の物理的中心92、光心94及び
光軸45と同様の物理的な中心、光心及び光軸を有する。第1の集束手段114
aの集束レンズ116は、第1の検出器158aに隣接しているため、先述した
出射軸に対してそれぞれの光軸がある傾斜角をなしている。第2の集束手段11
4bの集束レンズ116は、第2の検出器158bに隣接しているため、先述し
た出射軸に対してそれぞれの光軸がある傾斜角をなしている。集束レンズ116
の表面は、先述した集束レンズ44と類似に形成されるため、先述の理由により
その光心はその物理的中心から変位している。
第1の光路173aは、第1のエミッタ156aから出て、第1のコリメータ1
08aのコリメートレンズ110及びコリメータ本体109を経て、第1の検出
領域174aの内側表面に対して45度の角度でウインドシールドに入り、ウイ
ンドシールドの内側表面に対して45度の角度でウインドシールドに反射され、
第1の検出器158aの第1の集束手段114aの集束本体115及び集束レン
ズ116を透過する。第2の光路173bは、第2のエミッタ156bから出て
、第2のコリメータ108bのコリメートレンズ110及びコリメータ本体10
9を経て、第2の検出領域174bの内側表面に対して45度の角度でウインド
シールドに入り、ウインドシールドの内側表面に対して45度の角度でウインド
シールドに反射され、第1の検出器158aの第1の集束手段114aの集束本
体115及び集束レンズ116を透過する。
108aのコリメートレンズ110及びコリメータ本体109を経て、第3の検
出領域174cの内側表面に対して45度の角度でウインドシールドに入り、ウ
インドシールドの内側表面に対して45度の角度でウインドシールドに反射され
、第2の検出器158bの第2の集束手段114bの集束本体115及び集束レ
ンズ116を透過する。第4の光路173dは、第2のエミッタ156bから出
て、第2のコリメータ108bのコリメートレンズ110及びコリメータ本体1
09を経て、第4の検出領域174dの内側表面に対して45度の角度でウイン
ドシールドに入り、ウインドシールドの内側表面に対して45度の角度でウイン
ドシールドに反射され、第2の検出器158bの第2の集束手段114bの集束
本体115及び集束レンズ116を透過する。
ため、隣接コリメートレンズ110それぞれは同量の光を受光する。先述したコ
リメートされた光束72同様に、第1のコリメータ108aの2つのコリメータ
本体109及びレンズ110によって、第1及び第2のコリメートされた光束1
72a及び172bが作り出される。第1及び第2のコリメートされた光束17
2aと172bは、図8のように見ると互いに直角をなし、それぞれの光束は第
1及び第3の光路173a及び173cのそれぞれに沿って進む。先述したコリ
メートされた光束72と同様に、第2のコリメータ108bの2つのコリメータ
本体109及びレンズ110によって、第3及び第4のコリメートされた光束7
2c及び72dが作り出される。第3及び第4にコリメートされた光束72cと
72dは互いに直角をなし、それぞれの光束は第2及び第4の光路173b及び
173dのそれぞれに沿って進む。
シールドの外側表面によって反射され、第1の検出器158aの集束本体115
及び集束レンズ116を透過する。ウインドシールドの外側表面の第1の検出領
域に水分が存在すると、コリメートされた光束の一部が反射されず集束手段11
4に達しない。この時第1の検出器158aは、検出された光の変化に対応する
信号を送信する。この信号は、図2に示される信号処理回路59に同様な信号処
理回路(図示せず)によって処理され、それに応じてワイパーが制御される。同
様に、第2及び第3、第4のコリメートされた光束が対応する検出領域で反射さ
れず、第1或いは第2の検出器が受光した光の僅かな変化を検出する。この水分
センサ100は、4つの検出領域を用いることにより改良されたワイパー制御及
び視認性を提供できる。
じ長さ及び及び同じ光学効率を有するため、安定した光学システムを提供するこ
とができる。この配置により、性能がかなりばらつくこ可能性のあるエミッタ5
6間の効率の差を相殺することができる。それぞれの検出器58は、特定のエミ
ッタから等量の光を受光し、両方のエミッタから受光する光量の合計は互いに等
しい。
安定した光学システムと共に使用する安定した電気システム190が示されてい
る。エミッタ156a及び156bはパルス電流源によって作動し、線191に
よって直列に接続されるのが望ましい。光路に沿って進む光束(破線172a及
び172b、172c、172dに示される)によって、各エミッタ156a及
び156bと各検出器158a及び158bとが連結される。それぞれの光路は
等しい長さと類似した光学効率を有する。検出器158a及び158bは電流モ
ードで動作し、一般的な電流加算ノード192で結合されている。ノード192
に接続された信号処理制御回路は、雨の存在を検出する。完全に安定した水分セ
ンサシステムでは、雨が存在する時、ノード192から信号処理制御回路に電流
が流れない。安定した水分センサシステムは、信号処理回路からのダイナミック
レンジをそれほど必要としないで周囲の光を排除する性能を高めることができ、
理想的である。
いるウインドシールドなどの最近の太陽光調節ウインドシールドは、ウインドシ
ールドを透過する赤外線を減少させる。すなわち、このようなウインドシールド
はエミッタから出て検出器に到達する赤外線の光束を減少させるため、このよう
なウインドシールドに用いられる光学水分センサは高効率でなければならない。
先述した水分センサ100は、これらの太陽光調節ウインドシールドと共に使用
可能な高効率のセンサである。このような水分センサは、ポリエステル樹脂成形
からなるカップラーを用いて「EZ−KOOL」ブランドの太陽光調節ウインド
シールド上で検査される。このカップラーは、典型的な信号処理回路には十分で
あるエミッタ電流1アンペアにつき17マイクロアンペアを生成する。この水分
センサは、たった2つのエミッタ及びたった2つの検出器で合計57mm2の検 出領域を提供できるため、生産用のセンサはより広い検出領域を有するであろう
。
たレンズ或いはフレスネルレンズ202を備える別の実施例のコリメートレンズ
が示されている。このフレスネルレンズ202はまた、先述した連続した凸状の
集束レンズ44の代わりに集束レンズとして用いることもできる。先述したコリ
メートレンズと集束レンズは類似しているため、フレスネルレンズコリメータに
ついてのみ説明する。類似のフレスネルレンズを、先述した連続した凸状のレン
ズ集束手段40と類似の性能を有する集束手段として用いることもできる。
水分センサが全体としてより薄く製造可能である。得られたより薄いカップラー
24はいくぶん光学効率が犠牲となり、またカップラー及びレンズ202の形成
にはやや複雑な成形が必要となる。このようなレンズは、図4及び図6のカップ
ラー24の内側表面のコリメータの表面を突出させて作ることができ、深さDま
で延ばす製造方法が可能である。こうして多数の屈折部分204からなるコリメ
ートレンズ202が得られる。フレスネルレンズを一般的な構造と比べると、光
束が投射される面は光軸に対して直角ではないが、先述したガラスの外側表面で
反射するように角度が付けられている。別法として、先述したZemax等の光
学設計プログラムを用いて、目的の投射面を達成するために好適な傾斜コマンド
を使い、目的の表面を直接生成することが可能である。表面を形成するさらなる
別法として、上記のスネルの法則から得られた式を用いて必要な角度を得ること
が可能である。
usion)領域が発生することである。オクルージョン領域100は、利用できな い戻り部分208に光が衝当する時発生する。このような部分は、レンズの形状
を深さDの範囲内で保つために必要である。このオクルージョン領域206は光
を目的の方向に偏光できないためシステムの光学効率が下がる。図8に示される
本発明の多数の光路の構造については変更しない。同様に、取り付け方法につい
ても変更しない。フラスネルの方法は、図に示されるような多数の部分或いは最
低2つの部分を形成することができる。また、カップラーの内側壁の面に投射さ
れ、この投射面が光学デバイスに対して幾分傾斜していることが望ましい。この
ようにすることによって、オクルージョン領域を少なくすることができる。
他のガラス表面にも使用することができる。
図である。
した斜視図である。
。
ある。
グラムである。
施例の横方向の断面図である。
Claims (20)
- 【請求項1】 板ガラスの第2表面上の検出領域の水分を検出するために
前記板ガラスの第1表面上に取付けられる水分センサであって、 a)前記ガラスに入る光及び出る光を光学的に連結するために前記板ガラスの
第1表面に取付けるカップラーと、 b)前記カップラーに固定するハウジングと、 c)前記ハウジングに固定され、前記板ガラスの第1表面に概ね平行に配置さ
れたデバイス表面を有する平坦な回路基板と、 d)前記デバイス表面に取付けられるエミッタであって、このエミッタから前
記デバイス表面に概ね垂直に延びる出射軸の周りに光束を出射する、該エミッタ
と、 e)前記エミッタからの光束をコリメートするために前記カップラーに光学的
に連結されたコリメータであって、物理的中心と光心とを備える光を受光する開
口を有し、光軸が前記光心から延び、前記光心が前記物理的中心から離間し、前
記光軸が前記出射軸に対して第1の傾斜角をなすように配置された、該コリメー
タと、 f)検出面及び前記検出面から延びる検出軸を有し、前記検出軸付近の前記検
出表面に衝当する光を検出すると共に検出した光に対応する信号を生成するため
の検出器であって、前記検出軸が前記デバイス表面に概ね垂直となるように前記
回路基板のデバイス表面に取付けられた、該検出器と、 g)前記検出面上にコリメートされた光を扇状に集束させる前記カップラーに
光学的に連結された集束手段であって、物理的中心と光心とを備える光を透過す
る開口を有し、光軸が前記光心から延び、前記光心が前記物理的中心から離間し
、前記光軸が前記検出軸に対して第2の傾斜角をなすように配置された、該集束
手段とを含むことを特徴とする水分センサ。 - 【請求項2】 前記コリメータがコリメートレンズを含み、前記集束手段
が集束レンズを含むことを特徴とする請求項1に記載の水分センサ。 - 【請求項3】 前記カップラー、前記コリメータ、前記コリメートレンズ
、前記集束手段、前記集束レンズが一片の材料から一体形成されることを特徴と
する請求項2に記載の水分センサ。 - 【請求項4】 前記エミッタによって出射される光を制御するため並びに
前記検出器からの信号を処理するために前記回路基板に取付けられ前記エミッタ
及び前記検出器に接続された1つの信号処理回路をさらに含むことを特徴とする
請求項1に記載の水分センサ。 - 【請求項5】 前記第1の傾斜角が39度と51度の間であり、前記第2
の傾斜角も39度と51度の間であることを特徴とする請求項1に記載の水分セ
ンサ。 - 【請求項6】 前記コリメータの光を受光する開口の光心が、前記光を受
光する開口の前記物理的中心から前記光を受光する開口の幅の少なくとも20%
変位していることを特徴とする請求項1に記載の水分センサ。 - 【請求項7】 前記集束する光が透過する開口の光心が、前記光が透過す
る開口の前記物理的中心から前記光が透過する開口の幅の少なくとも20%変位
していることを特徴とする請求項1に記載の水分センサ。 - 【請求項8】 前記コリメータが前記エミッタから出射される光束をコリ
メートするべく配置され、前記光束の範囲が前記出射軸に対して約10度から約
50度であることを特徴とする請求項1に記載の水分センサ。 - 【請求項9】 前記集束手段が、コリメートされた光束を前記検出面上に
扇状に集束するべく配置され、前記扇状の光束の範囲が前記検出軸に対して約1
0度から約50度であることを特徴とする請求項1に記載の水分センサ。 - 【請求項10】 前記コリメートレンズ及び前記集束レンズが連続した凸
状のレンズであることを特徴とする請求項2に記載の水分センサ。 - 【請求項11】 前記コリメータが分割されたコリメートレンズを含み、
前記集束手段が分割された集束レンズを含むことを特徴とする請求項1に記載の
水分センサ。 - 【請求項12】 さらに前記コリメータが第2のコリメートレンズを含み
、前記集束手段が第2の集束レンズを含み、前記水分センサが前記デバイス表面
に取付けられた第2の検出器と第2のエミッタとを更に含み、第2のコリメータ
が前記カップラーに光学的に連結され、第3及び第4のコリメートレンズを含み
、第2の集束手段が前記カップラーに光学的に連結され、第3及び第4の集束レ
ンズを含み、両方のエミッタからの光束がコリメートされ、次に前記光束が両方
の検出器上に集束されることを特徴とする請求項2に記載の水分センサ。 - 【請求項13】 板ガラスの第2の表面上の複数の検出領域の水分を検出
するために前記板ガラスの第1の表面に取付けられる水分センサであって、 a)ハウジングと、 b)光束を出射するために前記ハウジングに配置された第1及び第2のエミッ
タと、 c)第1の光路及び第2の光路に沿って進む光束を検出するべく前記ハウジン
グに配置された第1の検出器であって、前記第1の光路は前記第1のエミッタか
ら出て、前記検出領域の1つの前記ガラスの第2の表面を経て前記第1の検出器
に至り、前記第2の光路は前記第2のエミッタから出て、前記検出領域の1つの
前記ガラスの第2の表面を経て前記第1の検出器に至り、前記第2の光路の長さ
は前記第1の光路の長さに概ね等しい、該第1の検出器と、 d)第3の光路及び第4の光路に沿って進む光束を検出するための前記ハウジ
ングに配置された第2の検出器であって、前記第3の光路が前記第1のエミッタ
から出て、前記検出領域の1つの前記ガラスの第2の表面を経て前記第2の検出
器に至り、前記第4の光路は前記第2のエミッタから出て、検出領域の1つの前
記ガラスの第2の表面を経て前記第2の検出器に至り、前記第3の光路と前記第
4の光路の長さが前記第1の光路の長さに概ね等しい、該第2の検出器とを含む
ことを特徴とする水分センサ。 - 【請求項14】 前記板ガラスの第1の表面に対して垂直な出射軸の付近
に前記エミッタから出射された光束の一部を、前記光路に沿って進むコリメート
された光束にするためのコリメータと、前記コリメートされた光束を前記板ガラ
スの第1の表面に対して垂直な検出軸を有する前記検出器上に扇状の光束に集束
する集束手段とを有するカップラーを更に含むことを特徴とする請求項13に記
載の水分センサ。 - 【請求項15】 前記コリメータが物理的中心と光心とを備える光を受光
する開口を含み、光軸が前記光心から延び、前記光心が前記物理的中心から離間
し、前記コリメータが前記光軸が前記出射軸に対して第1の傾斜角をなすように
配置され、 前記集束手段が光心と物理的中心とを備える光を透過させる開口を含み、光軸
が前記光心から延び、前記光心が前記物理的中心から離間し、前記集束手段が、
前記光軸が前記検出軸に対して第2の傾斜角をなすように配置されることを特徴
とする請求項14に記載の水分センサ。 - 【請求項16】 板ガラスの第2の表面上の複数の検出領域の水分を検出
するために前記板ガラスの第1の表面に取付けられる水分センサであって、 a)正方形の第1のコーナーに配置された光束を出射するための第1のエミッ
タと、 b)前記第1のコーナーの反対側に位置する前記正方形の第2のコーナーに配
置された光束を出射するための第2のエミッタと、 c)前記第1のエミッタから出射された光束を第1及び第2のコリメートされ
た光束にするための前記第1のエミッタに隣接して配置された第1のコリメータ
と、 d)前記第2のエミッタから出射された光束を第3及び第4のコリメートされ
た光束にするための前記第2のエミッタに隣接して配置された第2のコリメータ
と、 e)前記第1のコリメートされた光束と前記第3のコリメートされた光束とを
検出し、検出した光束に応じて信号を生成するために前記正方形の第3のコーナ
ーに配置された第1の検出器であって、前記第1のコリメートされた光束は前記
第1のエミッタと前記第1の検出器との間の第1の光路に沿って進み、前記第3
のコリメートされた光束は前記第2のエミッタと前記第1の検出器との間の第2
の光路に沿って進み、前記第2の光路と前記第1の光路の長さは概ね等しい、該
第1の検出器と、 f)前記第2のコリメートされた光束と前記第4のコリメートされた光束とを
検出し、検出した光束に応じて信号を生成するための第2の検出器であって、前
記第3のコーナーの反対側に位置する前記正方形の第4のコーナーに配置され、
前記第2のコリメートされた光束は前記第1のエミッタと前記第2の検出器との
間の第3の光路に沿って進み、前記第4のコリメートされた光束は前記第2のエ
ミッタと前記第2の検出器との間の第4の光路に沿って進み、前記第3の光路と
前記第4の光路のそれぞれは第1の光路の長さと概ね等しい、該第2の検出器と
を含むことを特徴とする水分センサ。 - 【請求項17】 板ガラスの第2の表面上の検出領域の水分を検出するた
めに前記板ガラスの第1の表面上に取付けられる水分センサであって、 a)前記ガラスに入る光束及び出る光束を連結する前記板ガラスの第1の表面
上に取付けるための取付け面を有するカップラーと、 b)前記取付け面の反対側の前記カップラーの外周付近に位置する前記カップ
ラーから延びているスリーブと、 c)前記スリーブから外向きに延びる突状部と、 d)ベース部と前記ベース部から延びる側面壁とを有する前記スリーブに嵌合
するハウジングであって、前記側面壁は内側表面に形成された溝を有し、前記ハ
ウジングと前記カップラーとを固定するために前記突状部が前記溝に嵌合して、
前記ハウジングが前記スリーブに着脱可能に取り付けられる、該ハウジングと、 e)前記ハウジングに固定され、電子部品を受容するためのデバイス表面を有
する平坦な外部基板と、 f)出射軸に対して対称に光束を出射するための前記デバイス表面に取付けら
れたエミッタと、 g)前記エミッタから出射された光を検出するための検出面を有し、前記検出
された光に応じて制御信号を生成するために前記デバイス表面に取付けられた検
出器とを含むことを特徴とする水分センサ。 - 【請求項18】 前記取付け面と反対側の前記カップラーの表面から延び
、前記エミッタから出射された光束をコリメートされた光にするためのコリメー
タと、前記取付け面と反対側の前記カップラーの表面から延び、前記コリメート
された光を前記検出面に扇状の光束に集束するための集束手段とを更に含むこと
を特徴とする請求項17に記載の水分センサ。 - 【請求項19】 前記エミッタから延びる前記デバイス表面と概ね垂直な
出射軸を前記エミッタが有し、前記検出面から延びる前記デバイス表面に概ね垂
直な検出軸を前記検出器が有することを特徴とする請求項18に記載の水分セン
サ。 - 【請求項20】 前記コリメータが物理的中心と光心とを備える光を受光
する開口を含み、光軸が前記光心から延び、前記光心が前記物理的中心から離間
し、前記コリメータが、前記光軸が前記出射軸に対して第1の傾斜角をなすよう
に配置され、 前記集束手段が光心と物理的中心とを備える光を透過させる開口を含み、光軸
が前記光心から延び、前記光心が前記物理的中心から離間し、前記集束手段と前
記検出器が、前記光軸が前記検出軸に対して第2の傾斜角をなすように配置され
ることを特徴とする請求項19に記載の水分センサ。
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