PL2109556T3

Rain sensor with selectively reconfigurable fractal based sensors/capacitors

Abstract

A system and/or method for sensing the presence of moisture (e.g., rain) and/or other material(s) on a window such as a vehicle window (e.g., vehicle windshield, sunroof or backlite). In certain example embodiments, a plurality of sensing capacitors are supported by a window such as a vehicle windshield, the capacitors each having a different field and/or pattern. A sensing circuit outputs an analog signal that is based on and/or related to the capacitances of one or more of the sensing capacitors. In certain example embodiments, a switching circuit is provided in order to selectively switch between different sensing capacitors or combinations thereof (or even possibly antennas and/or bands), in order to change the sensing field being analyzed and/or change the feature being searched for. For example, in certain example embodiments, the switching circuit may selectively switch between: (a) capacitor(s) for detecting rain on an exterior surface of the window, and (b) capacitor(s) for detecting one or more of ice on an exterior surface of the window, mist on an exterior surface of the window, and/or moisture on an interior surface of the window.

Term

1.3 yearsto projected expiry

Projected expiry 3 January 2028, counted from filing; an application has no term until it is granted.

  1. Priority
  2. Filed
  3. Published
  4. Today
  5. Projected expiry

1 claim: 1 independent, 0 dependent

  1. 1
    Patent claims Zastrzeżenia patentowe 1. Rain sensor containing:1. Czujnik deszczu zawierający: obwód czujnikowy obejmujący wiele kondensatorów czujnikowych (C1 - C4) podtrzymywanych przez okno pojazdu, jeden lub większą liczbę kondensatorów czujnikowych czułych na wilgoć na zewnętrznej powierzchni okna i zawierających pierwsze i drugie oddzielone od siebie elektrody (7, 8) kondensatorów, które są zasadniczo współpłaszczyznowe;oraz obwód przełączający do selektywnego łączenia wielu kondensatorów czujnikowych (C1 - C4) z układem odczytowym czujnika deszczu, znamienny tym, że obwód przełączający zawiera pierwszy i drugi przełącznik (SW1, SW2) powiązane z każdym z wielu kondensatorów czujnikowych (C1 - C4), przy czym wspomniany pierwszy przełącznik służy do selektywnego łączenia powiązanego kondensatora czujnikowego z obwodem odczytowym, a wspomniany drugi przełącznik służy do sensing circuit comprising a plurality of sensing capacitors (C1 - C4) supported by a vehicle window, one or more moisture sensing sensing capacitors on the outer surface of the window and comprising first and second electrodes (7, 8) separated from each other, capacitors that are substantially coplanar;and a switching circuit for selectively connecting multiple sensor capacitors (C1 - C4) with a rain sensor reading system, characterized in that the switching circuit comprises a first and second switch (SW1, SW2) associated with each of a plurality of sensor capacitors (C1 - C4), with what said first switch is for selectively connecting the associated sensor capacitor to the readout circuit, and said second switch is for 53/59P29195PL00 selektywnego łączenia powiązanego kondensatora czujnikowego z uziemieniem. Selectively connect the associated sensing capacitor to ground. 2. The rain sensor according to claim 1, wherein, when a given sensing capacitor (C1-C4) of the plurality of capacitors is connected to a reading circuit, the first switch associated with the given sensing capacitor is closed and the second switch associated with the given sensing capacitor is open such that the capacitor is disconnected from ground when connected to the read circuit. 2. Czujnik deszczu według zastrzeżenia 1, w którym, gdy dany kondensator czujnikowy (C1-C4) spośród wielu kondensatorów jest połączony z obwodem odczytowym, pierwszy przełącznik związany z danym kondensatorem czujnikowym jest zamknięty, a drugi przełącznik związany z danym kondensatorem czujnikowym jest otwarty tak, że dany kondensator jest odłączony od uziemienia podczas połączenia z obwodem odczytowym. 3. The rain sensor according to claim 1, wherein at least part of at least one of the sensor capacitors (C1-C4) has fractal geometry. 3. Czujnik deszczu według zastrzeżenia 1, w którym co najmniej część co najmniej jednego z kondensatorów czujnikowych (C1- C4) posiada geometrię fraktalną. 4. The rain sensor according to claim 3, wherein the fractal geometry is such that at least one sensing capacitor (C1-C4) functions as its own Faraday cage or Faraday quasi-cage so as to reduce the adverse effect of electromagnetic interference. 4. Czujnik deszczu według zastrzeżenia 3, w którym geometria fraktalna jest taka, że co najmniej jeden kondensator czujnikowy (C1- C4) funkcjonuje jako swoja własna klatka Faradaya lub quasi-klatka Faradaya tak, aby zredukować niekorzystny wpływ zakłóceń elektromagnetycznych. 5. The rain sensor according to claim 1, wherein at least of the sensor capacitors (C1 - C4) has a fractal geometry such that the transverse flux caused by the fractal geometry allows the capacitor to be sensitive to moisture on an external surface of the window that is not directly above the first sensor capacitor. 5. Czujnik deszczu według zastrzeżenia 1, w którym co najmniej z kondensatorów czujnikowych (C1 - C4) posiada geometrię fraktalną tak, że poprzeczny strumień spowodowany przez geometrię fraktalną umożliwia kondensatorowi czułość na wilgoć na zewnętrznej powierzchni okna, która nie znajduje się bezpośrednio nad pierwszym kondensatorem czujnikowym. 6. The rain sensor according to claim 1, wherein the window is one of a vehicle windshield, vehicle rear window and / or sunroof. 6. Czujnik deszczu według zastrzeżenia 1, w którym okno stanowi jedną pozycję spośród: przedniej szyby pojazdu, tylnej szyby pojazdu i/lub szyberdachu pojazdu. 7. The rain sensor according to claim 1, further comprising means for performing autocorrelation of co data 7. Czujnik deszczu według zastrzeżenia 1, zawierający ponadto środki do wykonywania autokorelacji danych dotyczących co 53/59P29195PL00 najmniej jednego kondensatora czujnikowego (C1 - C4) i/lub danych z niego pochodzących, w celu otrzymania danych autokorelacji, oraz środki do określania, w oparciu o przynajmniej wspomniane dane autokorelacji, czy wilgoć jest obecna na zewnętrznej powierzchni okna. The at least one sensor capacitor (C1 - C4) and / or data derived therefrom, to obtain autocorrelation data, and means for determining, based on at least said autocorrelation data, whether moisture is present on the outer surface of the window. 8. The rain sensor according to claim 1, wherein the at least one sensor capacitor (C1 - C4) forms part of the sensor circuit, the sensor system further comprising at least one mimic capacitor (Cint) that mimics at least the charging and / or discharge of the first sensor capacitor in which the recording pulse (ClkWr) charges at least the first sensing capacitor, and the reset pulse (ClkEr) substantially discharges each capacitor from: the first sensing capacitor and the mimic capacitor (Cint);where the presence of rain on the outer surface of the window in the sensing area of ​​the first sensing capacitor causes a voltage fluctuation on the output electrode of the mimicking capacitor (Cint) in a manner proportional to the voltage fluctuation on the output electrode of the first sensing capacitor, even if rain is not present in the area mimicking capacitor;and wherein the rain is detected based on the output from the output electrode of the mimic capacitor (Cint), wherein the output is read at least between the end of the write pulse and the beginning of the erase pulse. 8. Czujnik deszczu według zastrzeżenia 1, w którym co najmniej jeden kondensator czujnikowy (C1 - C4) stanowi część obwodu czujnikowego, przy czym układ czujnikowy zawiera ponadto co najmniej jeden kondensator naśladuj ący (Cint), który naśladuje przynajmniej ładowanie i/lub rozładowanie pierwszego kondensatora czujnikowego, w którym impuls zapisuj ący (ClkWr) powoduje naładowanie co najmniej pierwszego kondensatora czujnikowego, a impuls kasuj ący (ClkEr) powoduje zasadniczo rozładowanie każdego kondensatora spośród: pierwszego kondensatora czujnikowego i kondensatora naśladuj ącego (Cint);przy czym obecność deszczu na zewnętrznej powierzchni okna w obszarze czujnikowym pierwszego kondensatora czujnikowego powoduje fluktuacj ę napięcia na elektrodzie wyj ściowej kondensatora naśladuj ącego (Cint) w sposób proporcjonalny do fluktuacji napięcia na elektrodzie wyj ściowej pierwszego kondensatora czujnikowego, nawet jeżeli deszcz nie jest obecny w obszarze kondensatora naśladuj ącego;oraz w którym deszcz jest wykrywany w oparciu o sygnał wyj ściowy z elektrody wyj ściowej kondensatora naśladuj ącego (Cint), przy czym sygnał wyj ściowy jest odczytywany co najmniej między końcem impulsu zapisuj ącego, a początkiem impulsu kasuj ącego. 9. The rain sensor according to claim 1, wherein the first sensing capacitor electrode (C1 - C4) receives a charging signal and the second sensing capacitor electrode is separated from the first capacitor electrode;wherein the second capacitor electrode has transient voltage such that the sensing capacitor is isolated from ground. 9. Czujnik deszczu według zastrzeżenia 1, w którym pierwsza elektroda kondensatora czujnikowego (C1 - C4) odbiera sygnał ładowania, a druga elektroda kondensatora czujnikowego jest oddzielona od pierwszej elektrody kondensatora;przy czym druga elektroda kondensatora ma nieustalone napięcie tak, że kondensator czujnikowy jest izolowany od masy. 53 / 59P29195PL00 53/59P29195PL00 10. Czujnik deszczu według zastrzeżenia 1, zawierający ponadto co najmniej jeden silnik korelujący, który (a) dokonuje autokorelacji informacji z, i/lub dotyczących, co najmniej jednego kondensatora czujnikowego (C1 - C4) w celu określenia, czy deszcz jest obecny na zewnętrznej powierzchni okna, i/lub (b) dokonuje korelacji krzyżowej informacji z, i/lub dotyczących, co najmniej jednego kondensatora czujnikowego w celu określenia jak szybko ma działać co najmniej jedna wycieraczka pojazdu i/lub ilości deszczu na zewnętrznej powierzchni okna. Ten. The rain sensor according to claim 1, further comprising at least one correlating engine that (a) autocorrelates information with, and / or relating to at least one sensor capacitor (C1 - C4) to determine if rain is present on the outer surface of the window , and / or (b) cross-correlates information with, and / or concerning, at least one sensor capacitor to determine how quickly at least one vehicle wiper is to operate and / or the amount of rain on the exterior surface of the window. 11. Electronic device containing: 11. Urządzenie elektroniczne zawierające: a sensing circuit comprising a variety of different fractal structures, and a switching circuit for selectively combining different fractal structures or a combination thereof with a reading circuit;obwód czujnikowy zawierający wiele różnych struktur fraktalowych, oraz obwód przełączający do selektywnego łączenia różnych struktur fraktalowych lub ich kombinacji z obwodem odczytowym;in which the fractal structures comprise capacitive sensors of a rain sensor;w którym struktury fraktalowe zawierają czujniki pojemnościowe czujnika deszczu;characterized in that the switching circuit comprises a first and a second switch (SW1, SW2) associated with each of a plurality of fractal structures, said first switch being used to selectively connect the associated fractal structure to the reading circuit, and the second switch being used to selectively connect the associated fractal structure with grounding. znamienny tym, że obwód przełączający zawiera pierwszy i drugi przełącznik (SW1, SW2) powiązane z każdą z wielu struktur fraktalowych, przy czym wspomniany pierwszy przełącznik służy do selektywnego łączenia powiązanej struktury fraktalowej z obwodem odczytowym, a drugi przełącznik służy do selektywnego łączenia powiązanej struktury fraktalowej z uziemieniem. 12. The electronic device of claim 11, wherein the different fractal structures have different orientations and may or may not have the same design and / or size. 12. Urządzenie elektroniczne według zastrzeżenia 11, w którym różne struktury fraktalowe posiadają różne orientacje i mogą mieć, ale nie muszą, ten sam wzór i/lub rozmiar. Guardian Industries Corp. Pełnomocnik: Guardian Industries Corp. Proxy: 53 / 59P29195PL00 53/59P29195PL00 53 / 59P29195PL00 53/59P29195PL00 Sun Słonce Measuring line Pomiarowa linia -OStrona -OStrona External electric field (ES) with. \ vehicle Zewnętrzna pola elektrycznego (ES) z . \ pojazdu Kropla deszczu Rain drop Kropla deszczu Rain drop Glass substrate Podłoże szklane Moss emission coating (optional) Powłoka mskoemisyjna (opcjonalna) Polimerowa warstwa pośrednia Polymer intermediate layer Glass substrate Podłoże szklane C1, C2, C3 lub C4 C1, C2, C3 or C4 The interior of the vehicle Wnętrze pojazdu Opaque layer Warstwa nieprzezroczysta FIG. Fig. 1B 1B Sun Słońce Measuring electric field limiter (ES) Pomiarowa lima pola elektrycznego (ES) Page Strona External vehicle Zewnętrzna pojazdu Glass substrate. The interior of the vehicle Podłoże szklane . Wnętrze pojazdu C1, C2, C3 lub C4 C1, C2, C3 or C4 Fig. 1C Fig. 1C 53 / 59P29195PL00 53/59P29195PL00 Coating (optional) Powloką mskoemisyjną (opcjonalna) Polimerowa warstwa pośrednia 7—-, > Polymer intermediate layer 7—-,> Glass substrate and opaque layer Podłoże szklane iWarstwa nieprzeźroczysta The interior of the vehicle Wnętrze pojazdu Fig. 1D Fig. 1D Low emission coating (optional) Powłoka niskoemisyjna (opcjonalna) Glass substrate Podłoże szklane Opaque layer Warstwa nieprzezroczysta The interior of the vehicle Wnętrze pojazdu Page Strona External vehicle Zewnętrzna pojazdu Measuring field name Pomiarowa ima pola elektrycznego Measuring electric field line Pomiarowa linia pola elektrycznego Page Strona External vehicle Zewnętrzna pojazdu Glass substrate Podłoże szklane Polimerowa warstwa pośrednia Polymer intermediate layer Glass substrate Podłoże szklane Fig. 1E Fig. 1E 53 / 59P29195PL00 53/59P29195PL00 53 / 59P29195PL00 53/59P29195PL00 E E E co E what Silver engraving, width = 1 mm Srebrna f ryta, szerokość = 1 mm ABOUT CD O CD Ξ3 p Ξ3 s Black Frit Czarna fryta 53 / 59P29195PL00 53/59P29195PL00 External line width = 2 mm Zewnętrzna szerokość linii = 2 mm Fig. 2B Fig. 2B 53 / 59P29195PL00 53/59P29195PL00 53 / 59P29195PL00 53/59P29195PL00 53 / 59P29195PL00 53/59P29195PL00 53 / 59P29195PL00 53/59P29195PL00 53 / 59P29195PL00 53/59P29195PL00 53 / 59P29195PL00 53/59P29195PL00 - '' '' All '' conditions met -"'"'Wszystkie'' arunki spełnion L <t min? L< t min? Tak Yes Tak Yes Tak Yes Nie max? Not max? S822 ' Fig. 8 S822 'Fig. 8 S806 S806 S814 S814 S818 S818 Home / lmcjalizacia Start/lmcjalizacia S800 S800 Clear sigma-delta modulation buffer Czysc bufor modulacja sigma-delta S808 S808 Czytaj wejścia wielu Read many entries 5802 channels Cl, C2, ..Ck 5802 kanałów Cl, C2, ..Ck I I StOJZ II STAND Park the thorns Parkuj cieraczki S804 S804 Autocorrelation engine (to identify rain based on other disturbances) conditions Silnik Autokorelacj (w celu identyfikacji deszczu na podstawie innych zaburzeń) warunki Rxx does not contain negative values Rxx nie zawiera wartości ujemnych B. Gradient jest większy od 1 B. The gradient is greater than 1 Kształt krzywej Rxxjest rożny od danych z bazy danych (znormalizowana mezaburzona autokorelacja) The shape of the Rxx curve is different from the data from the database (normalized meso-disturbed autocorrelation) S810 S810 Tak Yes Windshield wipers at the smallest speed Wycieraczki z szybkością najmniejsz S812 S812 Cross-correlation engine (to determine precipitation levels) Silnik korelacji krzyżowej (w celu określenia poziomow opadu) Compare both sides of the cross-correlation curve Porównaj obydwie strony krzywej korelacji krzyżowej Determine the level of symmetry: L. Wyznacz poziom symetrii: L S824- ^: S824-^ : Największa szybkość szybkość #N The fastest speed #N S820-a S820-and Speed ​​# 2 Szybkość #2 S316- ,. S316-,. Najmniejsza szybkość szybkość #1 The slowest speed is # 1 53 / 59P29195PL00 53/59P29195PL00 Time Time 53 / 59P29195PL00 53/59P29195PL00 Autocorrelation (not normalized) ω Autokorelacja (nie znormalizowana) ω ω £ = 'Ν [Λ ro ΰ ω £= 'Ν [Λ ro ΰ OJ OJ Fig. 10 Fig. 10 53 / 59P29195PL00 53/59P29195PL00 Fig. 11A Fig. 11C Fig. 11A Fig. 11C 53 / 59P29195PL00 53/59P29195PL00 CQ CQ CM τ— • S> CM τ— •S> LU LU -5> -5> LL LL 53 / 59P29195PL00 53/59P29195PL00 Autocorrelation example time Przykład autokorelacji czas 53 / 59P29195PL00 53/59P29195PL00 53 / 59P29195PL00 53/59P29195PL00 53 / 59P29195PL00 53/59P29195PL00 3. (S3 & S2) 3. (S3 & S2) Cross-correlation values ​​in 'Cross-correlation values Wartości korelacji krzyżowej w ' Wartości korelacji krzyżowej Target water present on both capacitors C1 and C2 Woda na celu obecna na obydwu kondensatorach C1 i C2 Fig. 18 Fig. 18 53 / 59P29195PL00 53/59P29195PL00 53 / 59P29195PL00 53/59P29195PL00 53 / 59P29195PL00 53/59P29195PL00 Signal Sygnał Fig. 25 Fig. 25 53 / 59P29195PL00 53/59P29195PL00 Fig. 26 Fig. 26 53 / 59P29195PL00 53/59P29195PL00 0 0 Fig. 27 Fig. 27 53 / 59P29195PL00 53/59P29195PL00 1 1 Obiekt zewnętrzny Outdoor object OO OO CM > CM> Fig. 28B Fig. 28B 53 / 59P29195PL00 53/59P29195PL00 2 2 53 / 59P29195PL00 53/59P29195PL00 3 3 CTRL2 CTRL2 RFC RFC ABOUT O CTRL1 CTRL1 C1 and / or C1 i/lub Customizable switch Konfigurowalny przełącznik BAND 1 PASMO 1 SW1 cP. about SW1 cP. o SW2 SW2 C2 and / or C2 i/lub BAND 2 PASMO 2 GND GND J J SW4 SW4 SW3 SW3 C3 and / or C3 i/lub BAND 3 PASMO 3 GND GND SW6 SW6 SW5 SW5 C4 and / or aSMO 4 C4 i/lub aSMO 4 GND GND SW7 SW7 SW8 SW8 GND GND IV2 IV2 Fig 31 Fig. 31