JP3362852B2 - 反射要素における変化の測定または識別装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の分野］ 本発明は、反射要素における変化、または反射要素に
よる変化の測定または識別装置であって、該反射要素は
当該装置から所定のビーム（光線）に対して透明な媒体
によって分離されている識別装置に関する。

［従来の技術］ 多くの場合において、反射要素における、例えば表面
の所定の濡れによって引き起こされた変化を識別したい
という願望がある。これはそこから例えば、窓の閉鎖、
または他の窓の開放、または障害となる濡れの除去のた
めの制御命令を導出するためである。反射要素として例
えば、ビーム透過性の板の部分反射または壁（内部反射
または全反射）、ミラーまたはそのほかの場合により散
乱光だけを反射する手段、例えば装置に接近する手など
が問題となる。表面の濡れという概念では、表面を個々
の液体滴により覆うことまたは散水すること、または液
体滴の表面への衝突と理解されたい。この限りにおい
て、表面に施される液体フィルムまたは泡、または表面
に堆積する、所定の層厚の液体層も入る。

反射特性の変化の範囲（量）の識別によって、例えば
位置ないし状態（Lage）の変化または装置の前に可動の
または動いた対象物の発生を検出することができる。変
化が濡れであれば、濡れた表面において例えば単位面積
当たりおよび／または単位時間当たりの濡らす液体の量
を測定することによって、目的とする制御命令を導出す
ることができる。この制御命令によって例えば濡れを制
御し、閉鎖過程を存在する液体量または予期される液体
量に依存して制御し、または濡れを除去するための過程
を濡れの原因の前歴に依存して最適に制御することがで
きる。

［発明の開示］ 本発明の課題は、冒頭の述べた形式の装置を次のよう
に構成することである。すなわち、変化を測定または識
別するための装置の環境からこの装置に入り込み、装置
のビームに重畳された付加的外部ビームが、変化の測定
または識別自体には重大な影響、障害、誤差を与えない
ようにし、付加的な外部ビームが測定または識別のため
に照射されたビームに対して、実質的成分、またははる
かに優勢な成分となる場合でも、上記のような重大な影
響、障害、誤差を与えないようにすることである。

この課題は、次のようにして解決される。すなわち、 −センサ作用領域が前記媒体に設けられており、 該媒体は、少なくとも２つの測定区間又は区間群を有
し、 前記少なくとも２つの測定区間には、少なくとも１つ
のビーム源またはビーム源群が、所定のビームをビーム
透過性の媒体に照射するために配置されており、 少なくとも１つのビーム受信器またはビーム受信器群
が、ビーム強度特性曲線の最大値ゾーンの重なり領域に
配置されており、 前記特性曲線は、前記センサ作用領域が静止状態にあ
るときに、媒体の反射要素に対向する側から出射した反
射ビームに対する特性曲線であり。

前記反射ビームは、ビーム受信器に配属されたビーム
源（単数または複数）の反射ビームであり、 前記ビーム受信器は、受信されたビームに相応する検
知信号を形成するためのものであり、 −切換装置が設けられており、 該切換装置は、時間区分毎に個々の測定区間の各々を
作用接続し、 当該接続は、所定の切換シーケンス周波数で順次反復
される切換シーケンスで行われ、 −個々のビーム源またはビーム源群のビーム出力を調整
するための調整装置が設けられており、 前記ビーム出力は、センサ作用領域が静止状態にある
とき、ビーム受信器に配属されたビーム源またはビーム
源群の各々が検知信号の一部分を形成するように選定さ
れており、 前記検知信号の平均振幅値は、他のビーム源またはビ
ーム源群に配属された、検知信号の一部分の平均振幅値
と同じであり、 −ビーム受信器（単数または複数）に後置接続されたフ
ィルタ回路が設けられており、 該フィルタ回路は、切換シーケンス周波数の振動（反
復）（Schwingung）に変調された検知信号を評価装置に
伝送し、 該評価装置は、制御信号および／または測定値信号を
検知信号の個々のビーム源またはビーム源群に配属され
ている一部分の差から形成するものであり、かつ前記差
は評価装置で測定または検出されるものである、ことを
特徴とする。

反射要素における変化を測定または識別するためのビ
ーム（光線）は、板または壁の外表面の濡れの場合、板
または壁も、板または壁を濡らす液体も重大な減衰なし
に通過し、板または壁を通る垂直に対して拡散角を以て
壁に照射されるビームの成分（この成分は拡散角が大き
くなるとますます大きくなる）は板または壁の外側表面
の境界面により反射される。この反射は、入射角の臨界
角まで行われ、この臨界角においては、境界面が光学的
に申し分のない場合、照射されたビームの全反射がその
境界面の表面で生じる。

したがって、板または壁をビーム源の箇所において垂
直に貫通する面では、板または壁に結合されるビーム源
のビーム強度の方向特性および板または壁におけるビー
ムフラックス（光線束）の減衰に依存して、ビーム源が
結合される板または壁の内側表面から出射するビームフ
ラックスのビーム強度特性が生じる。このビームフラッ
クス特性は、ビーム源の結合箇所と、臨界角の下で全反
射されるビームの出射領域との間に、通常は幅のある最
大値を有する。これは図１に概略的に示されている。こ
の最大値では次の場合にビーム強度特性の最大変化が予
期される。すなわち、板または壁で伝達されるビームの
反射が、板または壁の濡れ得る表面において、前記最大
値と内部表面におけるビーム源の結合部との間にあるセ
ンサ作用領域（この領域は板または壁の外側表面である
が）で濡れによって変化する場合である。この場合、こ
の最大値の位置も大きさも、センサ作用領域における板
または壁の外側表面の濡れの形式に応じて変化する。前
記センサ作用領域は、濡れていない状態では実質的に、
板または壁の内側表面におけるビーム強度の前記最大値
の形成に寄与する。基本的に、複数の局所的最大値が形
成される。濡れた板または壁も、濡れ性の液体も通過す
るビームとしては、例えば可視領域、紫外線領域、また
は赤外線領域のレーザービーム、超音波ビーム、または
容量性ビームが考えられる。

とりわけビーム透過性媒体は必ずしも板または壁であ
る必要はない。他のビーム透過性媒体中、例えば空気中
でも、当該装置は反射特性の変化を識別することができ
る。これは測定区間を、通常はビーム源とビーム受信器
を有する装置と反射要素、例えばミラーまたは手の間で
のみ形成し得る場合においてそうである。反射される散
乱光だけで、装置は例えば位置もしくは状態（Lage）の
変化（以下「位置変化」で代表させる）または手の接近
を識別することができる。

少なくとも２つの測定区間の構成（２つのビーム源ま
たはビーム源群が１つの受信器に配属されているか、ま
たは複数のビーム受信器が１つのビーム源に配属されて
いるかは関係なく）、そしてそれぞれ板または壁に結合
されるビーム源（単数または複数）の、板または壁の内
側表面から出射する各ビームフラックス（光線束）分布
の最大値ゾーンにおけるそれぞれのビーム受信器の構
成、交互に順次連続する、測定区間の作用切換が所定の
反復（Umlauf）切換シーケンスで行われる構成、ビーム
源またはビーム源群のビーム出力を、ビーム受信器の出
力側での検知信号が反射要素の初期状態ないし静止状態
で、個々のビーム源またはビーム源群の作用切換のため
の切換シーケンスの反復（サイクル）中に変化しないよ
うな値に調整する構成、および個々のビーム源またはビ
ーム源群に配属された、検知信号の部分の差を、反射特
性が例えばセンサ作用領域における濡れによって変化す
る際に利用する仕方は次のような利点をもたらす。すな
わち、当該構成は、例えば板または壁の濡れによる変化
の非常に広い領域を検知すること、並びにビーム受信器
への直接的外部入射ビームが、測定または識別のために
出射する作用ビームの評価にほとんど何の作用も及ぼさ
ないこと、（このことは外部入射ビームの強度が作用ビ
ームの強度よりも実質的に何倍も大きくても当てはま
る）、さらに外部ビームは本発明の装置構成に基づき、
例えば濡れの変化に起因する作用ビームの変化に影響を
及ぼさない、という利点を有する。

変化の検知の確実性は次のようにしてさらに上昇す
る。すなわち、１つのビーム受信器に配属されたビーム
源またはビーム源群の交互の作用切換のための切換シー
ケンスの切換シーケンス周波数を、ビーム受信器に作用
する外部ビーム（光線）の予想最大変化シーケンスより
も実質的に何倍も高い周波数に選択し、かつ変化シーケ
ンスが切換シーケンスと同じシーケンス周波数を有する
検知信号だけを評価するのである。

本発明の更なる有利な構成は従属請求項に記載されて
いる。

［図面の簡単な説明］ 本発明を以下、有利な実施例に基づいて詳細に説明す
る。所属図面には以下が示されている。

図1a 結合された回路（ビーム）源を有するビーム透過
性の板または壁の垂直断面図、 図1b 図1aに示された構成の、反射のビーム強度を示す
特性線図、 図２ 濡れ可能な板または壁を、その内側表面方向に見
た部分図であり、取り付けられたビーム源およびビーム
受信器を有する、 図３ 板または壁のセンサ作用領域の、図２に示された
構成により濡れを測定または検出するための構成のブロ
ック回路図、 図４ ビーム受信器の出力信号および検知信号の時間経
過を示す線図ａ）からｄ）， 図５ 板または壁の濡れを２つの特に結合されたビーム
源と１つの制御装置により測定または検出するための別
の構成のブロック回路図、 図６ 板または壁の内側表面において、２つのビーム源
をこの表面に特に結合した際の反射ビームのビーム強度
特性の経過を示す線図、 図７ 評価装置のブロック回路図、 図８ フロントウィンド（ウィンドブレーカ）の概略
図、 図９ モータ終端スイッチ信号およびモータの時間経
過、濡れが強い場合と弱い場合の信号経過、時定数が変
化する場合の信号経過を示す線図ａ）からｄ）、 図10 別の実施例のブロック回路図、 図11〜13 種々の入力信号の例。

［発明の有利な実施形態］ 濡れを測定および識別するための装置の実施例の説明
を行う。ただし、この装置は他の、濡れによって惹起さ
れるものではない、静止状態または初期状態に対する反
射特性の変化も識別することができる。ここで考慮すべ
きことは、例えば位置（状態）変化の識別、または場合
により散乱光だけを反射する要素（物体）の接近であ
る。これは例えば、手がウィンドウに接近することによ
って所定の応答が発生する場合である。実施例では、ビ
ーム（光）透過性の媒体は板または壁１である。しかし
他の、例えば形のない透過な媒体を使用することもでき
る。これらにおいては変化は、ビーム源の作用（akti
v）ビームを反射する媒体を、測定装置のビーム路へ、
またはビーム路中の運動へ、測定区間の構築を可能にす
るよう挿入することによって引き起こされる。

図1aでは、詳細には図示しない平面に切断された板ま
たは壁１が部分的に示されている。この平面は、板に対
して垂直に延在し、板または壁に結合されるビーム源２
を通る。このビーム源の板へのビームがライン３により
示されている。ビーム源は板１の内側表面４に次のよう
に結合されている。すなわち、ビーム源によって形成さ
れたビーム３が重大な損失なしに入射できるように結合
される。このビームは、光法則に従って、板の内側表面
４に対向する板１の外側表面５にて、入射角ａの増大と
共に外側表面により反射される成分（反射ビーム６）が
増加し、板または壁１の内側表面４にて再び一部が反射
ビーム７として出射する。この反射ビーム７のビーム強
度Ｉの経過は、ビーム源からの距離ｘに依存して図1bに
曲線８として概略的に示されている。この曲線は、ビー
ム源２と、板の内側表面４における第１の全反射の反射
ビームの出射部との間の距離の領域に例えば第１の最大
値10を有する。この最大値は実質的に、板１へのビーム
源２の照射特性に依存している。この限りにおいて、信
号曲線に複数の最大値を検出することができ、評価する
ことができる。この照射特性は図1aに概略的に曲線11と
して示されており、角度に依存する、板内へのビーム源
のビーム強度を概略的に表す。

板または壁の外側表面５の濡れが、ビーム源のある箇
所の板に対して垂直のところ12と、第１の最大値の箇所
xmにおいて板を通って垂直のところ12mとの間の外側表
面の特に感度の高い領域に発生すると、すなわち板また
は壁のセンサ作用（aktiv）領域14（この領域では外側
表面によって最大値10に対する反射ビームが反射され
る）に発生すると（このことは図１にセンサ作用領域14
における水滴13により示されている）、水滴13の付着領
域15における外側表面での光学的反射系が次のように変
化する。すなわち、変化した反射によって反射ビーム７
のビーム強度の曲線形状が、濡れによって変化した曲線
8'に変化し、最大値10の位置xmが変化した曲線8'の最大
値10'の新しい位置xm'に変化する。

反射ビーム７のビーム強度の最大値10の領域、例えば
ビーム源２の結合箇所からの間隔xeにおいて、ビーム受
信器16（これは図1aに破線で示されている）が板または
壁の内側表面４に結合されている。このビーム受信器
は、板のセンサ作用領域14の濡れていない状態の測定区
間を介して、曲線８により定められる反射ビーム７のビ
ーム強度I1を受信する。板のセンサ作用領域が濡れてい
る状態では、濡れによって変化した板の反射ビームのビ
ーム曲線8'のビーム強度I2を受信する。ビーム強度I1か
らI2への変化は、板または壁１のセンサ作用領域14が濡
れたことを表す。

図２には、濡れ可能な板または壁１の一部分が板の内
側表面４への方向で示されている。この部分は３つの群
17、18、19を内側表面に結合されたそれぞれ２つのビー
ム源に対して備えている。すなわち、第１の群17のビー
ム源2.1（17）、2.2（17）、第２の群18のビーム源2.1
（18）と2.2（18）、第３の群19のビーム源2.1（19）,
2.2（19）であり、これらはすべて共通の１つのビーム
受信器16に配属されており、円形に共通のビーム受信器
16を中心にして配置されている。これにより、ビーム受
信器は、個々のビーム源2.1（17）ないし2.2（19）の反
射ビームのビーム強度の最大値10のほぼリング状ゾーン
20上にある。

図示の実施例では、ビーム受信器に対向するそれぞれ
２つのビーム源が２つのビーム源の群を形成している。
もちろん他の構成も考えられる。１つのビーム源にこれ
を円形に取り囲む多数のビーム受信器が配置される場合
である。この構成では、少なくとも２つの測定区間が相
互に依存せずに問い合わされ、これらを制御することが
できる。

図２に示された、ビーム源の３つの群が所属の１つの
ビーム受信器を取り囲む構成の作用を、図３に実施例と
して示された回路装置に基づいて詳細に説明する。図３
には、濡れ可能な板または壁の一部が垂直断面図で概略
図に示されている。ここでは、図２に概略的に示され、
板１の内側表面４に結合された６つのビーム源2.1（1
7）ないし2.2（19）と、所属の同じように内側表面に結
合されたビーム受信器16が設けられている。ビーム源は
図示の実施例では発光ダイオードであり、一方の端子は
電流源21の一方の極と接続されている。電流源の他方の
極は３位置シーケンス（切換）スイッチ23の入力側（端
子）22と接続されている。３位置シーケンススイッチは
信号入力側22を、その制御入力側25の各制御パルス24に
従って後続の信号出力側26.1,26.2または26.3に接続す
る。図示の実施例では信号入力側が信号出力側26.1と接
続されており、信号入力側は次の制御パルスによってこ
れに続く信号出力側26.2に接続される。このようにし
て、シーケンススイッチ23の制御入力側25に接続された
クロック発生器30の切換シーケンス周波数faの切換シー
ケンスにより、ビーム源群17、18および19が交互に順
次、電流源21に接続される。これによって、ビーム源群
17、18および19は交互に順次、次の群が投入接続される
まで接続され、作用する。

ビーム透過性板１における、個々のビーム源群のビー
ムの経過は、図３に異なる形態の線27、28、29により概
略的に示されている。板の外側表面５で反射された成分
は板の内側表面４にて一部が再び反射ビーム７として出
射する。反射ビームのビーム強度の最大値のゾーンで、
板１の内側表面に結合されたビーム受信器16（図示の実
施例では光電素子）は、受信されたビームフラックスを
電気出力信号S16に変換する。この電気信号の時間経過3
1は時間軸ｔの上に図４の線図ａ）に概略的に示されて
おり、反復して交互に並んだ信号部分37、38、39から形
成される。これらの信号部分は切換シーケンスから発生
するものである。これらの信号部分により、ビーム源の
個々の群17、18、19は光ビームを照射するため短時間Ta
の間、投入接続され再び遮断される。この時間Taはシー
ケンススイッチ23を制御するクロック発生器30のクロッ
ク周波数faの期間と等しい。

シーケンススイッチ23の出力側26.1〜26.3の調整素子
32にて、ビーム源の個々の群17、18、19のビーム出力が
次のように調整される。すなわち、ビーム源の各群が、
板または壁１が濡れておらず障害を受けていないときに
それだけでビーム受信器の出力信号S16の同じ平衡値I0
が形成されるように調整される。これは図４の線図ｂ）
に、ビーム受信器16の、障害を受けずに平衡された出力
信号S16の時間経過33として概略的に示されている。板
１のセンサ作用領域14が例えば水滴13によって濡らされ
ると（図３に概略的に示されたように）、ビーム路27、
28、29がこの濡れによって次のように変化する。すなわ
ち、個々のビーム群17、18、19のビームフラックス成分
が出力信号S16の平衡された経路33において次のように
シフトされるよう変化する。すなわち、例えば図４の線
図ｃ）に示された、ビーム受信器16の出力信号S16に時
間的に平坦な経過34が生じるようにシフトされる。この
出力信号S16は増幅器35とハイパスフィルタ36を介し
て、検知信号SDとして評価装置41の信号入力側40に供給
される。ハイパスフィルタ36の遮断周波数fpは次のよう
に選定されている。すなわち、板または壁１の、識別す
べきまたは測定すべき濡れが存在する際のセンサ作用領
域の個々の区間37、38、39から形成される出力信号の経
過34がフィルタからほぼ伝送される反面、ビーム受信器
16に対する外部ビームによる変動（この変動も受信器は
同じように電気信号に変換する）は検知信号SDでは作用
しないように選定されている。ハイパスフィルタ36の出
力側で形成される検知信号SDのこの時間経過は、図４の
線図ｄ）に太い実線の曲線42で概略的に示されている。
図示の実施例では、評価装置41は詳細には示さない閾値
回路である。この閾値回路は、検知信号SDの経過42が所
定の閾値SWを越えるときに評価装置41の出力側41.2に制
御信号S41を形成する。この詳細に図示しない制御信号S
41は、板のセンサ作用領域14における濡れた板１または
壁の濡れを指示し、濡れに依存する過程を制御するため
に使用することができる。

図５には、板１または壁の濡れを測定または検出する
ための装置の別の実施例のブロック回路図が示されてい
る。この実施例は、図３に示された実施例とは実質的
に、板または壁のセンサ作用領域14におけるビーム源の
構成の形式、およびビーム源のビーム出力の平衡制御の
ための付加的制御装置の点で異なる。２つのビーム源2.
1と2.2は板１の内側表面４に次のように結合されてい
る。すなわち、板または壁へのビーム源2.1または2.2の
最大ビーム強度の入射角aEが、板または壁の内側表面か
らの反射ビーム７の最大値10が、ビーム源、および所属
の同様に内側表面に結合されたビーム受信器16のある箇
所において板または壁を垂直に通る平面でその最大に達
するときの角度とほぼ等しくなるように結合されてい
る。これによって、板または壁１の内側表面４からのビ
ーム源の反射ビーム７のビーム強度の曲線8.1または8.2
の明瞭な第１の最大値10.1が達成される。これは図６に
示された、ビーム源2.1および2.2のビーム源の反射ビー
ムに対するビーム強度I1の特性8.1および8.2により示さ
れている。板または壁の内側表面から発生した、ビーム
源のビームフラックスのビーム強度曲線の最大値を明瞭
に形成できればそれだけ、板または壁の濡れを性格かつ
確実に検出および測定することができる。したがって、
ビーム受信器に配属されたビーム源を板または壁の内側
表面に結合することは、たとえ測定が複数の反射の後に
行われるにしても特に有利である。さらに、２つのビー
ム源2.1と2.2を異なる間隔x1とx2を以て所属するビーム
受信器から次のように分離する。すなわち、２つのビー
ム源が平衡した状態において、板または壁が濡れていな
ければビーム受信器16は、第１のビーム源2.1の反射ビ
ーム曲線8.1の第１の最大値10.1の立下がり縁（フラン
ク）43の上にあり、同時に板または壁１の内側表面４か
らの、第２のビーム源2.2による反射ビームの曲線8.2の
第１の最大値の立上がり縁（フランク）44の上にある。
このことは板または壁の塗れの識別および測定の精度お
よび確率を高める。なぜなら、板または壁のセンサ作用
領域の濡れの測定の際には、最大値が高さだけでなく所
属のビーム源からの距離でも変化するからである。この
ようにして最大値の位置（ないし状態）変化により濡れ
の小さな変化でも明瞭に検知することができる。

ビーム源2.1to2.2のこの構成によって、定常的な液体
フィルムまたは液体層45の形態の濡れも（図５の板また
は壁の外側表面５に模式的に示した）、検出または測定
することができる。濡れによって、濡れていない板に対
する反射ビームのビーム強度の２つの曲線8.1と8.2の縁
（フランク）43と44が次のように変形し移動する。すな
わち、ビーム受信器の出力信号S16に対して、２つの曲
線で共通の平衡点（交点）46が、２つの異なる振幅値I
46.1とI 46.2を有する２つの曲線点46.1と46.2に分裂す
るのである。これは図６に示されている。ここから、制
御信号および／または測定信号を形成するために、検知
信号SDの信号差を導出することができる。

図５に示された実施例では、２つのビーム源2.1と2.2
を制御するための回路装置がクロック発生器30である。
このクロック発生器は非反転出力側30.0と反転出力側3
0.1に交互に電流パルスを形成する。この電流パルスは
それぞれ、出力側に接続されたビーム源を電流パルスの
照射を持続時間の間、励起するためのものである。電流
パルス発生器30の出力側は電流値を調整するために電流
調整素子32を有する。この電流調整素子は、その調整入
力側の調整信号Srによって調整することができる。この
２つのビーム源の、ビーム受信器16の結合箇所XE（図
６）における反射ビームは、この受信器によって電気出
力信号S16に変換される。この出力信号は、図３に示さ
れた構成に相応して、増幅器35とハイパスフィルタまた
はバンドパスフィルタ36を介して検知信号SDとしてフィ
ルタ回路36の出力側に達する。フィルタ回路36の出力側
には信号センタリング段ないし中央値設定段（Zentrier
stufe）48が接続されている。この信号センタリング段
は、フィルタ回路36の出力側における検知信号SDの変化
を中央電圧（Mittenspannung）Uzに印加（重畳）する
（aufpraegen）。図示の実施例では、信号センタリング
段48は、２つの復調出力側49.1と49.2を備えた同期復調
器（検出回路）（Synchrondemodulator）49を有する。
これらの出力側はそれぞれ１つのビーム源に配属されて
いる。配属は、電流パルス発生器30の制御クロックS30.
0を介して行われ、この電流パルス発生器はビーム源の
照射も制御する。復調器出力側49.1と49.2には、図示の
実施例では復調値ストア手段（ないしキャパシタ）（Sp
eicher）50.1と50.2が後置接続されている。これらのス
トア手段は、同期復調器49により検出（走査）（abtast
en）され、２つのビーム源に配属された、復調信号SDの
信号部分の平均振幅値を一時ストア（speichern）し、
このようにして包絡曲線復調器を形成する。２つの検知
値ストア手段の瞬時平均振幅値から、後続の演算増幅器
51で差分信号が形成され、平均値に重畳される。このよ
うにして形成され、平滑化された検知信号SDmは評価装
置41にも、大きな制御時定数を有する制御回路52にも供
給される。この検知信号SDmは、フィルタ回路36の出力
側の検知信号SDに対して格段にエラーが少ない。図示の
実施例では、制御回路は、時定数素子53と比較器54を有
する。比較器は、基準信号Srefとの比較によって、電流
調整素子32の調整入力側47に対する調整信号Srを次のよ
うに形成する。すなわち、電流調整素子により制御され
るビーム源2.1のビーム出力が、信号センタリング段48
の出力側における検知信号振幅値の差がゼロになるよう
変化するように形成する。制御速度、すなわち制御回路
52の制御時定数Tvはここでは、これが濡れ過程の検出す
べきもっとも緩慢な変化よりも何倍も大きくなるよう選
定される。評価装置41の入力側は、２つの検知値メモリ
50.1および50.2の出力側と直接接続することもできる。
これは特に、評価装置によって濡れを測定すべき場合で
ある。制御時定数は、切換シーケンス信号の振動（反
復）期間（Schwingungsperiode）よりも何倍も大きい。
この切換シーケンス信号はビーム受信器に配属されたビ
ーム源またはビーム源群を切り替える。これによって、
板または壁のセンサ作用領域における緩慢な変化、また
は無変化（これらは濡れに起因するものではないか、ま
たは濡れに該当しない）が濡れの識別または測定の際に
考慮されなくなり、老化、汚れ、または温度差による影
響を容易に除去することができる。これらは公知の装置
では問題となって生じるものである。

所望の場合には、複数のビーム受信器、例えばホトダ
イオード、と複数のビーム源、例えば発光ダイオードを
直列に接続することができる。これにより測定区間の数
を増やし、測定結果の信頼性を向上させることができ
る。例えば多数の発光ダイオードを次のように配置する
ことができる。すなわち、１つのホトダイオードが四角
形の４角に配置された発光ダイオードの中央と同心にな
るうように配置するのである。これによって４つの相互
に依存しない測定構成が得られる。このラスタを連続す
ることによって、さらに高い確実性の要求が装置構成に
課せられる場合、この数は容易に増大することができ
る。複数のビーム源を１つのビーム受信に配属する構成
は反対の構成（複数の受信器と１つのビーム源）に対し
て、例えば自動車のウィンドワイパーモータの制御の際
に、測定区間の一部だけを損なう外部光の影響をさらに
良好にろ波除去することができるという利点を有する。

装置（ウィンドワイパー、散水装置）が濡れに依存し
て制御されると直ちに、図７の装置112は感度がより不
感性になり、これによりそれ以上の変化が確実に検出さ
れる。ウィンドワイパーが後に残す条痕（これは自然に
乾燥し感度が高い場合には信号を誘起することとなる
が、）についてのみ考えるならば、例えば時定数を少な
くとも測定区間を除去（Beseitigung）装置が拭取り通
過する間、除去装置によって形成される信号が十分抑圧
されるほど小さくすることができる。または評価装置は
ストア（ないしキャパシタ）ユニット（Speichereinhei
t）を有し、このストアユニットは、時定数が長く調整
されている限り発生する信号を記憶し、測定区間を除去
装置が拭取り通過する際に時定数が短いことにより発生
する信号を少なくとも部分的にブロックないし抑圧す
る。

場合により評価装置は、測定区間を除去装置が拭取り
通過している間に検出された信号をその強度に関して評
価し、強度が調整可能な限界値を下回ると直ちに、この
評価装置はストアユニットをディスチャージする。この
ストアユニットの内容に依存して除去装置は制御され
る。これによって装置は迅速かつ柔軟に、例えば車両の
場合にウィンドワイパーが迅速に休止位置に戻らなけれ
ばならないときでも応答することができる。これは例え
ば車両が信号で停止したり、またはトンネルに入るとき
である。この場合、拭取り通過によって引起こされる信
号、すなわち特に水しぶきによって引起こされる信号を
統合ないし積分（aufintegrieren）することができる。
検出された値が限界値よりも下にあれば、復帰が開始さ
れる。

図9aには、図８のウィンドワイパー125によりフロン
トウィンドが拭取り通過された際の拭取り過程の時間経
過が示されている。ここでウィンドワイパーは位置ｘで
装置を拭取り通過する。ウィンドワイパー125の前に押
し寄せた水しぶきによって強いパルスおよび入力信号Es
（Q1）（例えば図9bの水量Q1）が発生する。この信号は
結果を誤らせることがある。しかしこの時点で感度を低
減すると、この信号は負の影響を及ぼさない。調整手段
114または切換（スイッチ）手段121を介して、時定数を
例えばTvからTv2に変更することができる。またはワイ
パーのスタート信号130の後の所定時間t1に、タイマT2
（図9d）を用いて感度の低減を行う。このようにして、
入力信号Es（Q2）が、閾値As（Tv）に対して高められた
閾値As（Tv2）を越えることが極く少なくなる。

ストア（ないしキャパシタ）ユニット115は第１のス
トア手段（ないしキャパシタ）116を有する。このスト
ア手段はこの信号を閾値に依存する減衰素子117を介し
て別のストア手段（ないしキャパシタ）118に出力す
る。（バイパス）橋絡回路122によって強い信号を該別
のストア手段118に直接供給することができる。ストア
（充電）容量に応じて、測定値信号Msは発振器123を介
してウィンドワイパーモータＭに供給される。モータは
終端スイッチ（ないし回路）Ｅ（Endschalter）を介し
て信号を調整手段113、114に出力することができる。し
かし終端スイッチへのこの接続は必ずしも必要ではな
い。信号強度に応じて、ウィンドワイパーは持続動作ま
たはワイパーモータの高速段にも、直接移行することが
できる。

拭取り通過中に検出された値は、乾燥時運転制御に対
する評価のために検出することができる。例えば、車両
が信号で制動しなければならない場合、またはトンネル
に進入する場合は、場合により急激に除去すべき水しぶ
きが減少する。ウィンドワイパー125の領域の水しぶき
は比較的に少なくなる。拭取り通過時に発生する信号を
積分器119により積分すれば、水しぶきに対する尺度が
得られる。測定値が限界値Grefを下回り、例えばフリッ
プフロップ回路124がワイパーの連続運転を通報する
と、スイッチ手段120はストア手段118を放電して制御装
置129に指示する。ワイパーの各新たなスタート信号に
より、フリップフロップ回路が再びリセットされる。乾
燥時運転は回避される。しかしワイパーは安全性の理由
から、場合によって減分計数によって除々にゼロ状態に
戻らなければならない。

ときどき原因もなく、個々の事象が装置をトリガする
こともある。これは例えば、車両に装置が配置されてい
る場合は虫の衝突、または同様に１回限りの現象に関す
る。また運転者において意図しないウィンドワイパーの
トリガにより驚愕の瞬間が発生することもある。装置
は、個々の事象であるのか否かを識別し、評価装置41へ
の信号流を別の信号が発生して初めてイネーブルする。

評価装置41にはこのために、図10に示されたスイッチ
手段160が前置接続され、このスイッチ手段は最初の信
号時に開放される。最初の信号は閾値スイッチ164に供
給され、閾値スイッチはこの信号を基準信号Wrefと比較
する。この信号が基準信号よりも大きければタイマ161
を介してスイッチ手段160が作動され、これによって初
めて装置と評価装置41との間の接続が形成される。次の
入力信号がタイマ161により設定された時間内に発生す
ると、これは評価装置41に直接供給される。しかしこの
信号は閾値スイッチ164も通る。閾値を再び上回ると、
期限付きの接続を形成するタイマ161の計数動作時間が
新たにスタートされる。

図11〜13には種々異なる入力信号が示されている。虫
が衝突したときには入力信号Esが図11に示されているよ
うに時間ｔにわたって生じる。装置は、大きく変調され
た（ausgeregelt）一度だけの変化を識別する。しかし
見極めのつく時間内には更なる信号は発生しないので、
評価装置41には何の影響も及ぼさない。

図12の水滴の場合、装置は変化を大きく変調する。し
かし新たな変化が通報されるので、図11の場合よりも緩
慢な減衰が生じる。相応する信号基準置において、評価
装置は除去装置をスタートさせる。この水滴はその信号
経過の点で明らかに、風の中を移動する図13の水滴とは
異なる。風の中を移動する水滴は多数の信号によって場
合により除去装置をトリガする。

フロントページの続き (31)優先権主張番号 Ｐ４３３９５７４．０ (32)優先日 平成５年11月19日(1993．11．19) (33)優先権主張国 ドイツ（ＤＥ） (31)優先権主張番号 Ｐ４４０３２２１．８ (32)優先日 平成６年２月３日(1994．2．3) (33)優先権主張国 ドイツ（ＤＥ） (56)参考文献 特開 昭62−233743（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−216245（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−157417（ＪＰ，Ａ) 米国特許4871917（ＵＳ，Ａ) 米国特許4973844（ＵＳ，Ａ) 欧州特許出願公開919443（ＥＰ，Ａ １) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 21/00 - 21/01 G01N 21/17 - 21/61 ＷＰＩ／Ｌ（ＱＵＥＳＴＥＬ) 実用ファイル（ＰＡＴＯＬＩＳ) 特許ファイル（ＰＡＴＯＬＩＳ) ＥＵＲＯＰＡＴ（ＱＵＥＳＴＥＬ)

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】反射要素における変化、または反射要素に
   よる変化の測定または識別装置であって、 前記反射要素は当該装置から、所定のビームに対して透
   明な媒体によって分離されている形式の装置において、 −センサ作用領域（14）が前記媒体に設けられており、 該媒体は、少なくとも２つの測定区間又は区間群を有
   し、 前記少なくとも２つの測定区間には、少なくとも１つの
   ビーム源（2.1、2.2）またはビーム源群（17、18、19）
   が、所定のビームをビーム透過性の媒体に照射するため
   に配置されており、 少なくとも１つのビーム受信器（16）またはビーム受信
   器群が、ビーム強度特性曲線（８）の最大値（10）ゾー
   ン（20）の重なり領域に配置されており、 前記特性曲線は、前記センサ作用領域が静止状態にある
   ときに、媒体の反射要素に対向する側から出射した反射
   ビーム（７）に対する特性曲線であり、 前記反射ビームは、ビーム受信器に配属されたビーム源
   （単数または複数）の反射ビームであり、 前記ビーム受信器は、受信されたビームに相応する検知
   信号（SD）を形成するためのものであり、 −切換装置（23、30）が設けられており、 該切換装置は、時間区分毎に個々の測定区間の各々を作
   用接続し、 当該接続は、所定の切換シーケンス周波数（fa）で順次
   反復される切換シーケンスで行われ、 −個々のビーム源またはビーム源群のビーム出力を調整
   するための調整装置（32）が設けられており、 前記ビーム出力は、センサ作用領域が静止状態にあると
   き、ビーム受信器に配属されたビーム源またはビーム源
   群の各々が検知信号の一部分（37）を形成するように選
   定されており、 前記検知信号の平均振幅値は、他のビーム源またはビー
   ム源群に配属された、検知信号の一部分（38、39）の平
   均振幅値と同じであり、 −ビーム受信器（単数または複数）に後置接続されたフ
   ィルタ回路（36）が設けられており、 該フィルタ回路は、切換シーケンス周波数の振動（反
   復）に変調された検知信号（SD）を評価装置（41）に伝
   送し、 該評価装置は、制御信号および／または測定値信号（S4
   1）を検知信号の個々のビーム源またはビーム源群に配
   属されている一部分の差から形成するものであり、かつ
   前記差は評価装置で測定または検出されるものである、
   ことを特徴とする装置。
2. 【請求項２】前記媒体は、所定のビームに対して透過性
   でありかつ当該装置が設けられた板または壁（１）であ
   り、 前記反射要素は、板または壁（１）の濡れ可能な外側表
   面（５）であり、 静止状態で濡れていない、板または壁（１）にあるセン
   サ作用領域に、少なくとも２つの測定区間が延在し、 前記ビーム源は、濡れ可能な外側表面（５）に対向す
   る、板または壁の内側表面（４）に結合されている、請
   求項１記載の装置。
3. 【請求項３】前記測定区間は、少なくとも２つのビーム
   源（2.1,2.2）もしくはビーム源群（17、18、19）が、
   および少なくとも１つのビーム受信器（16）により形成
   されている、請求項１記載の装置。
4. 【請求項４】前記切換装置は、非反転出力側（30.0）と
   反転出力側（30.1）とを有する電流パルス発生器（30）
   であり、 出力側の少なくとも一方（30.1）には電流調整素子（3
   2）が配置されており、 該電流調整素子は、前記出力側（30.1）により接続され
   た所属のビーム源（2.1）またはビーム源群の所定のビ
   ーム出力を調整するためのものである、請求項１記載の
   装置。
5. 【請求項５】フィルタ回路はハイパスフィルタ（36）で
   ある、請求項１記載の装置。
6. 【請求項６】前記媒体の、反射要素に対向する側に２つ
   のビーム源（2.1,2.2）が結合されており、 当該ビーム源のうち第１のビーム源（2.1）は、所属の
   共通のビーム受信器（16）から次のように離れて配置さ
   れており、 すなわち前記ビーム受信器が、第１のビーム源により媒
   体の当該側で、センサ作用領域が静止状態にあるときに
   形成されるビーム強度曲線（8.1）の第１の最大値（10.
   1）の、ビーム源から離れた方の縁９（フランク）（4
   3）にあるように配置されており、 第２のビーム源（2.2）は共通のビーム受信器から次の
   ように離れて配置されており、 すなわちビーム受信器が、第２のビーム源により媒体の
   当該側で、センサ作用領域が静止状態にあるときに形成
   されるビーム強度曲線（8.2）の第１の最大値（10.2）
   の、第２のビーム源に近い方の縁（フランク）（44）に
   あるように配置されている、請求項１記載の装置。
7. 【請求項７】前記フィルタ回路（36）の出力側に、信号
   センタリング段（48）と制御信号発生器（52）を有する
   制御装置が後置接続されており、 前記信号センタリング段（48）は、ビーム受信器（16）
   に配属された各ビーム源（2.1、2.2）またはビーム源群
   毎に検知値ストア手段（50.1,50.2）を有し、 該ストア手段は、ビーム源（例えば2.1）に配属され
   た、検知信号（SD）の信号部分（例えば37）のそれぞれ
   の平均振幅値をストアするためのものであり、 前記信号センタリング段はさらに検出（走査）回路（Ta
   stschaltung）（49）と比較装置（51）を有し、 該検出（走査）回路は、作用接続されるビーム源に配属
   された、検知信号の信号区間の振幅値をサンプリング
   し、かつ当該信号区間の平均振幅値を所属の検知値スト
   ア手段にストアするためのものであり、 前記比較装置（51）は、２つの検知値ストア手段のスト
   アされた振幅値から差分値を形成するためのものであ
   り、 前記制御信号発生器（52）は信号センタリング段に後置
   接続されており、かつ少なくとも１つの電流調整素子
   （32）を有し、 前記電流調整素子（32）は、制御時定数（Tr）を制御信
   号（Sr）に対して調整するもであり、 前記制御時定数は、所定の切換シーケンス周波数（fa）
   の振動（反復）期間に対して何倍も大きなものであり、 前記制御信号（Sr）は、制御信号発生器にて、個々のビ
   ーム源またはビーム源群に配属された、検知信号の信号
   部分の平均振幅値の差から形成されたものであり、 該調整は、検知信号の信号部分の平均振幅値の前記差を
   ゼロとするように制御信号により行われる、請求項１記
   載の装置。
8. 【請求項８】ビーム受信器（16）に配属されたビーム源
   （2.1,2.2）が板または壁（１）の内側表面（４）に結
   合されており、 当該結合は、板または壁へのビーム源（2.1）の最大ビ
   ーム強度（Ｉ）のビームの入射角（aE）が、板または壁
   （１）の内側表面（４）からの反射ビームの第１の最大
   値（10）がビーム源（2.1）の個所および所属のビーム
   受信器（16）の個所で板または壁を垂直に通過する平面
   内でその最大に達する角度と、ほぼ等しくなるようにな
   されている、請求項１記載の装置。
9. 【請求項９】前記評価装置（41）は、測定区間を処理装
   置が拭取り通過する間に検出された信号を、その強度に
   関して評価し、当該強度が調整可能な限界値を下回ると
   直ちに、ストアユニット（115）をディスチャージし、
   当該ストアユニットのストア容量に依存して除去装置を
   制御する、請求項１記載の装置。
10. 【請求項１０】限界値を下回る際、スイッチ手段（12
    0）が除去装置をリセットし、調整手段（114）が時定数
    を時間的に大きな値に調整する、請求項１記載の装置。
11. 【請求項１１】前記評価装置にスイッチ手段（160）が
    前置接続されており、 少なくとも１つの第１の入力信号（Es）が、後続の信号
    に対して評価装置（41）への接続が形成されて初めて抑
    圧される、請求項１記載の装置。
12. 【請求項１２】第１の入力信号（Es）はタイマ（161）
    を作動し、 該タイマ、当該装置（Anordnung）と前記評価装置（4
    1）との間の接続を所定時間の間形成し、 後続の信号は前記所定の時間を新たにスタートさせる、
    請求項11記載の装置。