KR100254306B1 - 윈도우, 특히 자동차 전면 유리의 물기 및 오염 정도를 검출하는 센서 디바이스 - Google Patents

윈도우, 특히 자동차 전면 유리의 물기 및 오염 정도를 검출하는 센서 디바이스

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KR100254306B1
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클라우스 포스, 게오르그 뮐러
로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

윈도우, 특히 자동차 전면유리의 물기 및/또는 오염 정도를 검출하기 위해 센서 디바이스가 제안되는데, 상기 센서 디바이스는 윈도우(10)의 내측으로부터 윈도우내로 발광하는 발광원(12)과 외부 표면(17)과 내부 표면(18) 사이에서 윈도우(10)의 전반사에 의해 수회 반사된 발광을 검출하는 발광 측정 디바이스를 갖는다. 가열 디바이 스(33)는 센서 디바이스와 윈도우(10)사이의 적어도 하나의 접촉 표면상에 또는 윈도우(10)내에 배열된다. 그 결과 윈도우(10)의 측면 경로는 낮은 에너지 요구로 표적적으로 가열되므로, 윈도우의 내부 표면(18)상의 응축물의 결과로 인해 염려되는 측정 오류가 없으며 내측상의 거울 반사 표면이 불필요하다.

Description

[발명의 명칭]
윈도우, 특히 자동차 전면 유리의 물기 및 오염 정도를 검출하는 센서 디바이스
[도면의 간단한 설명]
도1는 윈도우의 내측상에 탄성적으로 놓이는 가열판을 갖는 본 발명에 따른 센서 디바이스의 제1실시예의 수직 단면도.
도2는 도1에 따라 윈도우상에 놓이는가열판의 평면도.
도3는 가열 밀봉체의 상세도.
도4는 윈도우상에 놓일 수 있는 가열성 기판을 갖는 센서 디바이스용 하우징을 도시한 도면.
도 5는 도1에 따라 윈도우상에 놓이는 가열판 또는 가열 필름의 구조를 도시하는 평면도.
[발명의 상세한 설명]
[종래 기술]
본 발명은 특허청구의 범위 독립항의 포괄적 형태에 따른 윈도우, 특히 자동차 전면 유리의 물기 및/또는 오염 정도를 검출하는 센서 디바이스에 관한 것이다.
DE-C 38 23 300 및 DE-C 40 06 174는 감쇠된 전반사의 원리에 따라 작동하는 상기 유형의 센서 디바이스를 기술하고 있다. 이러한 목적으로, 발광원(radiation source)에 의해 발산된 발광은 측정 경로를 따라 윈도우 내부 및 외부 표면에서 수회 반사(전반사)되고, 발광 측정 디바이스에 의해 검출된다. 외측상의 먼지 입자 또는 빗방울이 전반사를 방해하므로 윈도우 내부에서 반사를 감쇠시킨다. 이것은 발광 측정 디바이스에 의해 검출될 수 있는 신호를 감쇠시킨다. 미리 결정 가능한 한계값 이하에서, 윈도우 세척 수단은 자동적으로 작동된다.
이러한 형태의 센서 디바이스 경우에, 윈도우 내측과 외측사이의 큰 온도차의 결과로, 응축물이 윈도우 내측상에 즉, 센서 디바이스와 윈도우 사이에 형성된다는 문제가 발생될 수 있다. 이러한 응축물은 또한, 전반사가 윈도우 내측상의 응축물에 기인하여 저감되기 때문에, 측정 결과의 오류를 발생시킨다. 따라서 공지된 센서 디바이스는 공기와 응축물의 침투를 방지하기 위하여 광학 매개체로 밀봉하는 상태로 윈도우 내측에 적용되는 고광택 표면의 반사층을 갖는다. 고광택 표면은 전반사를 보장한다. 그러나, 윈도우 내측에 밀봉 상태로 결합된 반사층의 제조는 매우 복잡하며 센서 디바이스의 제조 비용을 증가시킨다. 또한 이러한 반사층은 외측으로부터 분명히 검출될 수 있으며 관측자의 시야를 방해한다.
또한, 공지된 센서 디바이스는 전체 센서 디바이스를 예컨대 40℃까지 가열시키기 위해 가열 디바이스를 구비한다. 이것은 예컨대 센서 디바이스의 영역내에서 윈도우 외측을 덮고 있는 눈(snow)을 녹이는데 사용되며, 또한 완전 기밀되지 않은 고광택 표면을 갖는 반사층을 보호하기 위해 부분적으로 형성된 응축물을 증발시키는데 사용된다. 가열 디바이스에도 불구하고, 윈도우의 내측에 가능한 한 기밀적으로 적용되는 고광택 표면이 요구된다. 또한, 전체 센서 디바이스의 가열 결과로 비교적 높은 전기 에너지 요구가 증가되고, 가열을 위한 구성요소가 설계되어야 한다.
[발명의 장점]
이에 비해, 본 발명에 따른 센서 디바이스는 응축물의 형성이 측정 경로 범위내에서 윈도우의 내측에 대한 직접 가열에 의해 방지되기 때문에, 윈도우 내측상에 고광택 표면을 갖는 부가의 반사 표면이 완전히 생략될 수 있으므로 윈도우 내측상의 전반사는 보장되는 장점을 갖는다. 매우 작은 영역만이 가열되기 때문에, 요구되는 가열 에너지는 매우 작다. 센서 디바이스 자체는 불필요하게 가열되지 않는다. 또한 거울 반사 표면과 윈도우의 예비 처리의 광학 결합에 대한 비용은 생략될 수 있다. 측정 경로 및 센서 디바이스는 외부에서 거의 볼 수 없으며 광학적 효과가 향상된다.
청구항 제1항에서 구체화된 센서 디바이스의 추가적 개량 및 개선은 종속항에 의해 가능하다. 가열 디바이스는 가열판 또는 가열 필름이 측정 경로 영역에서 윈도우상에 놓이는 가장 단순한 방법으로 설계된다. 이러한 가열판 또는 가열 필름은, 전반사를 방해하지 않으며 다른 한편으로는 윈도우와의 요구된 열 접촉을 생성하는 표면 마무리를 갖는다. 그러나, 윈도우상의 접촉에 대해 특별한 요구가 필요 없으므로 단순하고 비용이 저렴한 장착 및 비용이 저렴한 생산이 가능하다.
양호한 정제는 가열판 또는 가열 필름에 관계된다. 개구, 예컨대 한정된 크기 및 한정된 간격의 구멍(바늘 구멍)은 내부 측정 경로상에 존재하는 응축물을 신속하게 증발시킬 수 있게 한다.
단순하고 양호한 구조는 센서 디바이스 하우징의 윈도우상에 놓이는 베이스의 적어도 일부를 가열판으로 설계함으로써 이루어진다. 이 경우에 센서 디바이스 또는 하우징은 예컨대 스틱킹(sticking)에 의해 윈도우에만 고정될 필요가 있다. 이러한 배열에서, 가열판이 스프링 수단에 의해 윈도우상에 탄성적으로 고정되는 설계가 열적 접촉에 바람직하다. 이러한 배열에서, 두 개의 스프링이 스프링 수단으로 제공될 수 있는데, 동시에 상기 스프링은 가열판을 위한 전류 공급 도선으로 설계될 수 있다.
가열판 또는 가열 필름을 가열시키기 위해, 가열 와이어는 적합하게는 가열판에 일체식으로 결합된다. 그러나, 가열판을 전도성 플라스틱, 특히 PTC 특성을 갖는 전도성 플라스틱으로 제조하여 가열 전류를 직접 공급하는 것도 가능하다. 또한 가열판 상에 PTC 요소, 가열 저항 등과 같은 가열 요소를 배열시키는 것도 가능하다.
또한 가열 디바이스로서 윈도우 내에 또는 윈도우 상에 가열 와이어 배열을 예컨대 공지된 가열 후방 유리의 형태로 장착하는 것도 가능하다. 원칙적으로, 이러한 가열 와이어 배열은 측정 경로 범위 내에만 배열될 필요가 있지만 전체 윈도우에 걸쳐 연장될 수도 있다.
마지막으로, 가열 디바이스의 설계에는 가열 디바이스가 센서 디바이스와 윈도우 사이에서 밀봉되게 가열 와이어로서 배열될 수도 있다.
각각의 내부 또는 외부 온도의 한정된 독립 관계를 이루기 위하여, 가열 디바이스용 온도 센서 및 온도 제어 디바이스가 측정 경로를 일정한 온도로 유지하기 위하여 양호한 방법으로 제공된다.
[양호한 실시예의 상세한 설명]
도면에 도시된, 물기 및/또는 오염 정도를 검출하기 위한 센서 디바이스는, 예컨대 자동차용 전면 유리일 수 있는 유리 윈도우(10)의 내측에 접합된다. 물론, 예컨대 플라스틱 재료로 구성될 수도 있는 다른 윈도우 패인(pane) 또는 투명 윈도우의 경우에도 적용가능하다.
발광 다이오드(12)가 발광원으로서, 윈도우(10)상에 놓일 수 있는 하우징(11)내에 위치된다. 발산된 발광은 하우징 내측상의 제1편향 거울(13)에서 편향되어 제1프리즘(14) 및 윈도우(10)상에 놓이는 하우징 베이스(16)내의 투명 광영역(15)을 통해 윈도우(10)내로 소정 각도로 통과한다. 상기 프리즘(14)에 의해, 발광은 평행하게 정렬된다. 상기 소정 각도는 전반사가 윈도우(10)의 외부 표면(17) 및 내부 표면(18)에서 발생되도록 선택된다. 윈도우(10)의 측정 경로(19) 내에서 여러 번 반사된 후에, 발광은 하우징 베이스(16) 내의 제2투명 광 영역(20)을 통해 빠져나온다. 그 위에 배열된 프리즘(21)에 의해, 발광은, 제2편향 거울(22)에 의한 편향 후 빔 경로의 하류에 접속된 다이어프램(diaphragm; 23)의 평면에서 그 초점을 가지도록 초점이 맞춰진다. 초점의 하류에 배열된 포토다이오드(24)는 발광 측정 디바이스의 필수 부분을 형성하며 입사 발광 강도를 측정한다. 포토다이오드(24)에 입수된 발광의 평가와 발광 다이오드(12)의 제어는 전자 제어 및 측정 회로(25)를 통해 수행된다.
측정 경로(19)의 범위 내에서 윈도우(10)상에 물방울(26) 또는 먼지 입자가 존재하면, 전반사가 방해받아 발광중 일부가 윈도우로부터 빠져나오고, 그 결과 포토다이오드(24)에 수용되는 발광의 강도는 감쇠된다. 이러한 신호 감쇠는 상기 제어 및 측정 회로(25)에서 평가되며, 이때, 고정된 값일 수 있는 강도 한정치 이하에서 스위칭 과정이 수행되어 그 결과, 예컨대 자동차 전면 유리 와이퍼가 작동되거나 연질의 상부 및/또는 측면윈도우가 닫혀질 수 있다. 이를 위한 적합한 평가회로는 예컨대 DE-C 23 54 100호나 서두에 특정된 종래 기술에 개시되어 있다.
하우징(11)은 환상 코드 밀봉부(toroidal cord seal; 27)에 의해 윈도우(10)상에 그 지지면 주위에서 밀봉되어 있다. 또한, 상기 하우징(11)을 보호하기 위해, 보다 큰 보호 하우징(28)이 상기 하우징(11) 위에 설치되며, 립 밀봉부(lipseal; 29)에 의해 윈도우에 대해 밀봉된다. 하우징(11)의 외주부상의 탄성 접속요소(30)는 상기 보호 하우징(28)이 그 위에 설치될 때, 대응 절단부에 걸리는 돌기부(31)를 갖는다.
측정 경로(19)의 영역에서, 하우징 베이스(16)의 절단부(32)내에는, 센서 디바이스가 윈도우(10) 상에 놓일 때 두 스프링(34)에 의해 윈도우(10)에 대향하여 가압되는 가열판(33)이 제공된다. 윈도우(10)와 접촉하는 상기 가열판(33) 표면의 구조는, 한편으로는 전반사가 방해받지 않으며, 다른 한편으로는 윈도우와의 양호한 열접촉이 이루어지도록 마무리된다. 적합한 표면 구조는 예컨대 스페이서(spacer)로 작용하는 작은 돌기를 제공한다. 가열판(33)을 가열하기 위해, 상기 가열판에는 윈도우로부터 떨어져 있는 측면상에 가열 요소(35)가 구비된다. 다수일 수도 있는 상기 가열 요소(35)는 예컨대 가열 저항 또는 PTC 요소이다. 가열 요소(35)를 위한 두 개의 전류 공급 도선은 직접 또는, 제어 및 측정 회로(25)와 스프링(34)을 경유하여 가열 요소(35)에 제공된다. 상기 제어 및 측정 회로(25)에는 또한 가열판(33) 상에 배열된 온도 센서(36)의 신호가 공급된다. 그 결과, 윈도우(10)의 외측 및 내측 온도에 무관하게 약 60℃의 거의 일정한 온도로 가열판(33)의 온도를 제어할 수 이다. 이것은 측정 경로(19) 영역에서 윈도우(10)의 내측상에, 측정 결과의 오류를 일으킬 수 있는 응축물의 형성을 방지한다.
보다 단순한 실시예에 있어서, 상기 온도 센서(36)는 생략될 수 있으며, 상기 가열 요소(35)는 일정하지만 예컨데 외부 온도의 함수로 설정될 수 있는 전류가 공급된다. 응축물의 형성 방지와는 별개로, 이러한 가열판(33)에 의해 윈도우 상의 줄무늬나 수증기도 또한 더욱 신속하게 증발될 수 있다.
도 2는 환상 코드 밀봉부(27)에 의해 둘러싸인 하우징 베이스(16)의 평면도이다. 두 개의 투명 광 영역(15, 20) 사이에는, 그 사이에 배열된 절단부(32) 및 가열판 (41)이 도시되어 있다. 도 1과 달리, 가열판(41)을 가열하기 위한 외부 가열 요소(35)는 제공되지 않고, 대신에 가열판(41)은 전류 공급 도선으로 작용하는 두 스프링(34)에 접속된 가열 와이어(37)를 내부에 갖는다.
도 1 및 도 2에 따른 센서 디바이스의 더욱 단순한 변형에 있어서, 스프링(34)을 생략하여 가열판(33 또는 41)이 하우징 베이스(16)에 강체적으로 배열될 수도 있다.
또한 가열 필름을 하우징 베이스(16)상에서 측정 경로(19)의 영역에 결합하거나, 윈도우(10) 상에서 대응하는 위치에 적용할 수도 있다.
도 3에 따르면, 환형 코드 밀봉부(27)가 또한 가열 와이어(38)를 내포하여 가열될 수 있으며, 이에 의해 둘러싸인 측정 경로(19) 또한 가열된다. 가열된 환형 코드 밀봉부(27)는 부가적인 가열기로 사용될 수 있다.
도 4에 도시된 양호한 실시예에 있어서, 하우징 베이스(40)는 PTC 특성을 갖는 전도성 플라스틱으로 이루어진다. 따라서 별도의 가열판은 생략될 수 있다. 가열 전압이 하우징 베이스(40)에 인가되고 그 결과 하우징 베이스(40)는 소정의 방식으로 가열된다. 또한, 가열 와이어(39)가 도 4에서 윈도우(10) 내에 일체로 결합된다. 이 경우에, 가열 와이어(39) 또는 수개의 가열 와이어는 적어도 측정 경로(19)를 덮으며, 센서 디바이스를 지나 외부로 연장될 수도 있다. 윈도우 내에 일체로 결합된 이러한 가열 와이어는, 예컨대 통상적으로 가열되는 후방 유리에서 실현되고 있다. 가열 와이어(39) 대신에, 대응하는 가열 트랙이 윈도우 상에 증착될 수도 있다. 가열 와이어(39)에 의한 이러한 가열은 측정 경로(19)의 부가적인 가열로 사용될 수 있지만, 이러한 가열 와이어 (39)에 의한 측정 경로(19)의 유일한 가열일 수도 있다. 상기 실시예들을 조합하는 것도 가능하다.
도 5는 도 1에 도시된 가열판/가열 필름(33) 또는 도 2에 도시된 가열판/가열 필름(41)의 양호한 구조는 또는 도 4에서 히터로 설계된 하우징 베이스(40)를 도시하고 있다. 따라서 도 5에서 사용된 참조 부호 33은 참조 부호 41 또는 참조부호 40으로 대체될 수 있다. 두 개의 투명 광 영역(15, 20) 사이에 배열된 가열판/가열 필름(33, 41) 또는 하우징 베이스(40)는 개구(50)를 갖는다. 개구(50)는 예컨대, 한정된 직경 및 적합하게는 서로 한정된 간격을 갖는 천공된 (bored) 구멍이다. 개구(50)는 바늘구멍으로 지칭될 수도 있다. 도 5에 도시된 원형 단면을 갖는천공 된 구멍 대신에, 임의의 적합한 형태도 가능하다. 개구(50)는 내부 윈도우 표면에 대응하는 내부 측정 경로상에 존재하는 임의의 응축물을 신속하게 증발시킬 수 있게 하는 것이어야 한다.

Claims (11)

  1. 윈도우(10)의 내측으로부터 윈도우(10) 내로 광을 발산시키는 발광원(12)과, 윈도우(10)내의 측정경로(19)에서 외측면과 내측면 사이에서 전반사에 의해 반사된 발광을 검출하는 발광 측정 디바이스(24) 및, 가열 디바이스(33, 35; 37, 41)를 갖는, 윈도우(10) 특히 자동차 전면 유리(10)의 물기 및 오염의 정도를 검출하는 센서 디바이스에 있어서, 상기 측정 경로(19)는 윈도우(10)의 센서 디바이스측 면에 있는 또는 윈도우(10)내에 있는 가열 디바이스(33, 35; 37, 41)에 의해 직접 및 표적적으로 가열되는 것을 특징으로 하는 센서 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 윈도우(10)상에 배열되는 상기 가열 디바이스(33, 35; 37, 41)는 가열판 또는 가열 필름으로 설계되는 것을 특징으로 하는 센서 디바이스.
  3. 제2항에 있어서, 상기 가열판 또는 가열 필름은 윈도우(10)상에 놓이는 센서 디바이스 하우징(11) 베이스(16, 40)의 일부로서 설계되는 것을 특징으로 하는 센서 디바이스.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 가열판(33, 35)은 탄성 수단(34)에 의해 상기 윈도우(10)상에 탄성적으로 고정되는 것을 특징으로 하는 센서 디바이스.
  5. 제4항에 있어서, 두 스프링이 탄성 수단(34)으로서 가열판(33, 35)용 전류 공급 도선으로 설계되는 것을 특징으로 하는 센서 디바이스.
  6. 제2항 또는 제3항에 있어서, 가열 와이어(39)가 상기 가열판(37, 41) 또는 가열 필름내에 제공되는 것을 특징으로 하는 센서 디바이스.
  7. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 가열판(40) 또는 가열 필름은 전도성 플라스틱, 특히 PTC 특성을 갖는 전도성 플라스틱으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 센서 디바이스.
  8. 제2항 또는 제3항에 있어서, PTC 요소나 가열 저항과 같은 가열 요소(35)가 상기 가열판(33, 35)에 배열되는 것을 특징으로 하는 센서 디바이스.
  9. 제1항에 있어서, 상기 윈도우(10)내에 또는 윈도우(10)상에 배열된 상기 가열 디바이스(39)는 가열 와이어 배열로서 설계되는 것을 특징으로 하는 센서 디바이스.
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 디바이스(33, 35)용 온도 센서(36)와 온도 제어 디바이스가 제공되는 것을 특징으로 하는 센서 디바이스.
  11. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 가열판 또는 가열 필름(33, 41) 또는 가열판 또는 가열 필름으로 설계된, 상기 윈도우(10)에 놓이는 센서 디바이스 하우징(11) 베이스(40)의 상기 일부는, 개구(50)를, 바람직하게는 한정된 크기 및 한정된 간격을 갖는 구멍을 갖는 것을 특징으로 하는 센서 디바이스.
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