KR100288864B1 - 말단부를 갖는 광파이프를 갖는 창유리 장착 광학 수분 센서 - Google Patents

말단부를 갖는 광파이프를 갖는 창유리 장착 광학 수분 센서 Download PDF

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마이클 비. 퍼비스
라인 에스. 테더
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앨런 제이. 밀러
리베이-오웬즈-포드 컴퍼니
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Abstract

본 발명에 의하면, 센서 하우징은 센서 하우징과 자동차 앞유리의 내부면 사이에 배치된 중간 개재층에 의해 앞유리 또는 다른 자동차 창유리의 표면에 직접 고정된다. 중간 개재층은 바람직하게는 창의 내부면과 센서 하우징의 대향면에 모두 접착되는 양면 접착제를 포함한다. 센서 유닛의 광파이프 또는 로드는 개재층에 광학적으로 연결되고, 개재층은 광파이프 또는 로드를 앞유리 또는 다른 창유리 유닛에 직접 광학적으로 적절히 연결할 수 있는 투명도를 갖는다. 센서는 와이퍼의 작동 제어 회로에 통상적인 방식으로 전기적으로 연결된다.

Description

[발명의 명칭]
말단부를 갖는 광파이프를 갖는 창유리 장착 광학 수분 센서
[발명의 배경]
[발명의 분야]
본 발명은 일반적으로 차량의 앞유리의 외부면 상의 수분의 존재 여부에 응답하여 차량의 앞유리 와이퍼의 작동을 제어하는 광학 센서에 관한 것이고, 더 자세하게는 광학 센서를 앞유리의 내부면 상에 장착하는 것에 관한 것이다.
[종래 기술의 설명]
자동차에는 앞유리를 통한 시야를 향상시키기 위해, 적어도 운전자의 시야내에서 그리고 일반적으로 더 큰 면적에 걸쳐 앞유리의 외부면으로부터 습기를 제거하는 모터 구동 앞유리 와이퍼가 오랫동안 설치되어 왔다. 초기의 자동차는 운전자가 와이퍼의 작동을 조절하는 수동 조작 온·오프 스위치를 포함하였다. 이후의 자동차에는 앞유리 상의 상이한 속도의 강우 또는 수분 축적율을 수용하기 위해 와이퍼를 저속 또는 고속으로 작동할 수 있게 하는 2 위치 스위치가 제공되었다. 더 이후에는, 운전자가 무한하게 가변되지는 않지만 넓은 범위의 속도를 상황에 따라 선택할 수 있도록 다중 위치 또는 가변 속도 스위치가 제공되었다. 더욱 최근에는 와이퍼 제어부가 지연 특성을 가짐으로써 와이퍼가 선택된 지연 간격으로 간헐적으로 작동한다.
전술한 수동 조작 와이퍼 모터 제어부에 대한 개량품이 개발되어 왔는데, 여기에서는 수분이 앞유리의 표면 또는 뒷유리와 같이 와이퍼가 사용될 수 있는 자동차의 다른 창유리의 표면에 축적될 때 모터가 자동적으로 작동된다. 전술한 자동작동을 위한 제어 장치가 예를 들어, 후가쭈(Fukatsu)등에게 허여된 미합중국 특허 제4,476,419호와, 노액(Noack)에게 허여된 미합중국 특허 제4,355,271호와, 블라즈코우스키(Blaszkowski)에게 허여된 미합중국 특허 제4,131,834호와, 깁슨(Gibson)에게 허여된 미합중국 특허 제4,463,294호와, 보에-페터슨(Boegh-Peterson)에게 허여된 미합중국 특허 제4,495,452호에 개시되어 있다. 맥컴버(McCumber) 등에게 허여된 미합중국 특허 제4,620,141호에는 블록형 센서 하우징이 앞유리의 내부면에 장착되고, 앞유리의 외부면 상의 물방울의 존재에 응답하여 와이퍼 블레이드의 이동을 개시시키는 자동 제어 회로가 개시되어 있다. 센서 및 관련 회로의 구성은 상기 특허에 충분히 설명되어 있으며 그 기재 내용은 본 명세서에 참조에 의해 편입된다.
자동 와이퍼 작동용의 다수의 센서 또는 탐지 유닛은 광빔이 앞유리의 외부면상의 수분의 존재에 의해 그 정상적 경로에서 편향되거나 확산되는 원리로 작동한다. 그러한 장치 중 하나에, 상자형 하우징이 앞유리의 내부면 상에 장착될 수 있다. 앞유리의 관련 영역의 면에 대해 소정의 각도로 배치된 제1구멍 세트가 하우징을 관통해 제공된다. 광파이프 또는 로드 및 광 방사 다이오드가 구멍 안에 끼워진다. 대응하는 제2구멍 세트가 제1세트에 대해 각도를 이루어 배치되어, 하우징이 내부면 상에 고정될 때 구멍들의 길이방향 축이 앞유리의 외부면 상의 지점들에서 교차된다. 광 전도 로드 및 감광 장치가 구멍들의 제2세트에 내장된다. 광방사 다이오드로부터 나온 빛은 공기-유리 경계면 즉, 앞유리의 외측면에서 반사되어 광탐지기로 들어간다. 앞유리의 표면상의 수분의 존재는 공기-유리 경계면에서의 빛의 반사에 영향을 미치고, 반사광에서의 이러한 변화는 전자적으로 처리되어 앞유리 와이퍼의 작동 신호로 사용된다.
시스템이 적절히 작동하기 위해서는 센서 하우징이 앞유리 면에 대해 고정된 위치에 유지되어야 하며, 광 파이프 또는 로드는 예를 들어 앞유리의 내부면상의 수분의 응축 또는 먼지의 축적에 의해 야기될 수 있는 앞유리의 내부면으로부터의 빛의 거짓 반사를 방지하기 위해 앞유리에 반드시 광학적으로 연결되어야 한다. 다시 말해서 센서 하우징은 앞유리에 단단히 결합되고, 광학적 관점에서 광 파이프 또는 로드와 유리면 사이의 경계(interface)를 효과적으로 제거하도록 광학적으로 연결되어야 한다. 센서 하우징을 앞유리면과 면 대 면으로 결합하는 기계적 또는 다른 방식의 다양한 장치가 제시되어 왔다. 그러한 장치는 종종 장착하기 어려우며, 외관상 좋지 않으며, 운전자의 시야를 과도하게 방해하는 경향이 있다. 그러므로, 어떤 장치도 센서 하우징을 앞유리에 장착하는데 완전히 만족스러운 것은 아니었다.
[도면의 간단한 설명]
제1도는 본 발명에 따라 자동차의 앞유리 상에 장착된 광학 센서를 도시하는 부분 사시도이다.
제2도는 본 발명의 부품의 배열을 도시한 확대 분해 사시도이다.
제3도는 대체로 제1도의 선3-3을 따라 취한 횡단면도이다.
제4도는 본 발명의 다른 실시예를 도시하고 제3도에 유사한 확대 부분 횡단면도이다.
[발명의 상세한 설명]
본 발명에 의하면, 자동차 앞유리의 외부면 상의 수분의 존재를 탐지하기 위해 상기 앞유리의 내부면 상에 장착된 센서가 제공된다. 상기 센서는 앞유리의 내부면에 면하는 베이스면과, 관련된 광원으로부터 입사하는 광을 앞유리로 전달하는 제1광파이프와, 앞유리로부터의 반사광을 수용하여 관련된 광탐지기로 전달하는 제2광파이프를 그 내부에 갖는 블록과, 상기 베이스면과 상기 앞유리 내부면에 면하는 접착면들을 갖고 베이스면과 앞유리 내부면 사이에 배치되는 광전달 개재층을 포함하고, 개재층은 블록을 앞유리에 접착 고정시키고 상기 제1 및 제2광파이프들을 상기 내부면에 광학적으로 연결한다.
[바람직한 실시예의 설명]
먼저 제1도를 보면, 자동차 앞유리가 장착되는 개구를 한정하는 후드(11)와, 사이드 포스트(12)와 루프(13)를 몰딩하는 부분(10)이 도시되어 있다. 앞유리의 하부 에지를 따르는 정지 위치에 도시되어 있는 앞유리 와이퍼 블레이드(15)는 통상적인 방식으로 원호(16)을 따라 진동하도록 작동 될 수 있어서, 앞유리의 표면에 축적된 수분을 쓸어낸다. 앞유리의 와이퍼가 쓸어내는 영역의 내부면 상에는 앞유리의 대향면 또는 외부면 상의 수분의 존재를 감지하여 앞유리 와이퍼의 작동을 개시시키는 센서 유닛(17)이 장착된다.
제2도 및 제3도에서 가장 잘 도시된 바와 같이, 강우 센서 유닛(17)은 사용될 접착 개재층(아래에서 설명될)과 조화되고 이 개재층에 접착되는 불투명한 재료로된 블록(18)을 포함할 수 있다. 블록은 예를 들어, 금속 또는 적절한 단단한 플라스틱 재료로 만들어질 수 있다. 앞유리에 면하는 블록의 베이스면(21)에 대하여 적절한 각도, 예를 들어 약 45°로 배치된 모따기된 대향면(19, 20)이 블록에 형성될 수 있다. 앞유리는 블록이 장착되는 영역에서 일반적으로 비교적 평평하므로, 베이스면(21)은 평평할 수 있다. 그러나, 상기 면(21)은 곡면인 앞유리면에 상응하는 형상이 되게 할 수 있다.
한쌍의 이격된 구멍(22)이 면(19)으로부터 베이스면(21)에 대해 바람직하게는 약 45°의 각도로 블록(18)을 통해 연장된다. 등록 상표가 루사이트(Lucite등록상표)인 광 파이프(23)들이 구멍들 내에 배치되고 그 하부 또는 말단부(24)는 블록(18)의 베이스면(21)과 동일 평면이 되도록 형성되고 위치된다. 광 방사 다이오드(25)가 구멍(22)에 끼워진다. 제2 이격된 구멍(26)들의 세트(4개 도시되어 있음)가 모따기된 면(20)으로부터 블록을 통해 베이스면(21)에 일반적으로 약 45°인 적절한 각도로 유사하게 연장된다. 구멍(26)내에 배치된 아크릴로 만들어진 투명한 플라스틱 로드 또는 광 파이프(27)는 베이스면(21)과 동일 평면이 되도록 형성되고 위치된 하부 또는 말단부(28)을 갖는다. 광 트랜지스터(29)가 구멍(26)에 끼워져 광 파이프(27)과 연통한다.
구멍(22, 26)은 그 가상 길이방향 축, 즉 그 안의 광파이프(23,27)의 축들이, 센서 유닛(17)이 앞유리의 내부면 상의 작동 위치에 장착될 때, 제3도에 점선으로 도시된 바와 같이 대략 앞유리의 대향면 즉 외부면에서 교차하도록 형성된다. 광 방사 다이오드(25) 및 광 트랜지스터(29)는 제어 시스템 회로에 통상적인 방식으로 전기적으로 연결되고, 그 자세한 사항은 본 발명의 일부를 구성하지 않는다.
본 발명에 따르면, 수분 센서 유닛(17)은 통상적으로 자동차 앞유리에 장착되며, 여기에서는 설명의 목적을 위해 통상적인 적층 앞유리에 고정된 것으로 도시되고 설명된다. 상기 앞유리는 플라스틱 개재층(32)에 각각 적층된 외측 및 내측 유리 시트(30, 31)을 포함한다. 개재층에 시트를 적층함에 의해 광학적 관점에서 그들의 대향 내부면이 효과적으로 제거된다. 그러나, 센서 유닛이 자동차의 뒷유리 및 옆유리에 통상적으로 사용되는 단층 유리 시트에도 고정될 수 있다는 것을 쉽게 알 수 있다. 어느 경우에든 적절한 작동을 위해서는, 센서 유닛이 앞유리(14)나 다른 유리창 유닛의 내부면에 광학적으로 연결되어야 한다. 광파이프(23,27)의 단부와 내측 시트(31)의 대향면 사이에는 공기 틈이나 불연속부가 있어서는 안된다. 이러한 틈은 광 파이프를 통하여 앞유리로 또는 앞유리로부터 전달되는 빛과 간섭된다. 이를 위해, 블록(18)은 이제까지 광파이프의 단부(24,28)가 유리시트의 표면과 직접 접촉된 상태 또는 투명한 스페이서 또는 심(shim)이 유리 표면과 광파이프의 단부 사이에 위치되어 그들과 접촉된 상태로 앞유리에 장착됨으로써, 광파이프를 유리 시트(31)에 광학적으로 연결하였다. 블록은 일반적으로 기계적으로 유리의 표면과의 접촉이 유지되거나, 광학적으로 연결된 배열을 간섭하지 않는 액체 접착제의 얇은 막에 의해 고정되었다.
본 발명에 의하면, 블록(18)을 시트(31)의 표면에 접착 고정시킬 뿐 아니라 광파이프(23, 27)을 유리 시트에 광학적으로 연결시키는 중간 개재층(33)이 제공된다. 상기 개재층은 블록의 베이스면(21)과 광파이프(23,27)의 단부 및 유리 시트(31)의 표면에 각각 견고하게 부착될 수 있는 대향 주 접착면(34, 35)를 갖는다. 개재층은 광학적 품질로 간주되기에 충분할 정도로 투명할 필요는 없으나 다이오드(22)로부터의 입사광을 앞유리(14)에 그리고 외측 시트(30)의 외부면으로부터 반사된 빛을 광 트랜지스터(29)에 충분히 전달하여 제어 시스템 회로를 작동시킬 수 있어야 한다. 바람직하게는 제어 시스템을 작동시키기 위한 적외선 범위의 충분한 빛을 전달 할 수 있고 스스로 접착면이 제공되는 중합체 재료가 채용될 수 있다. 적절한 재료의 예는 아크릴, 폴리우레탄 및 실리콘이다. 개재층은 유리면의 약간의 곡률을 수용하고 블록과 유리 시트 사이에 공기 방울을 포획하지 않고 유리면과 베이스면(21) 사이의 공간을 채우기에 충분한 두께 및 소성을 가져야 한다. 개재층(33)으로 사용하기에 아주 적합한 제품을 미네소타주 미니애폴리스 소재의 쓰리엠 캄파니(3M Company)로부터 제품 번호 4905로 구입할 수 있다. 상기 제품은 약 0,50mm(20 mil)의 두께를 가지며 센서 유닛 및 유리면 모두에 단단히 접착된다. 더 크거나 작은 두께를 갖는 개재층이 채용될 수 있다. 최대의 강도를 제공하기 위해 바람직하게는 개재층 조각(33)은 제2도에 도시된 바와 같이 블록(18)의 베이스면(21)과 같은 넓이이다.
제4도에 도시된 본 발명의 다른 실시예에서는, 광 파이프(23, 27)의 단부가 광학적 연결 영역에서의 공기 방울의 발생을 방지하고 장착 부분에서 앞유리면의 약간의 곡률을 수용하기에 특히 적합하게 된다. 이를 위해, 광파이프(23, 27)의 단부들에는 구멍(22, 26)을 둘러싸는 베이스면(21)의 대응 리세스(38, 39)에 안착 되도록 되어 있는 환형 플랜지(36, 37)가 각각 형성된다. 환형 플랜지는 평평한 베이스면(21) 위로 0.12 내지 0.25mm(0.005 내지 0.010 inch) 정도로 약간 돌출되고, 광파이프(23, 27)의 단부들에는 볼록 곡면 즉, 크라운(crown, 40, 41)이 각각 형성된다. 크라운의 높이는 약 0.12mm(0.005 inch)일 수 있다. 리세스(38, 39)내에 플랜지(36, 37)가 안착되므로, 블록(18)의 장착시 압력의 작용에 의하여 광파이프가 후퇴되는 것이 방지된다. 그러므로 광파이프와 유리면 사이에서 광학적 연결이 필요한 영역에서 광파이프는 약간 상승되고 볼록 곡면이 된다. 제4도에 명확히 도시된 바와 같이, 상기 2가지 요인은 광학적 연결 영역에서의 개재층(33)에 고압 영역을 형성하고, 이것은 그 영역에서의 공기 방울의 발생을 저지한다. 만일 기포와 틈이 형성된다면 거것들은 개재층의 압력이 상기 상승된 영역보다 작은 곳, 즉 상기 상승된 영역에서 멀리 떨어진 곳에 형성될 가능성이 크다. 전술한 바와 같이, 상기 상승된 광학적 연결 영역은 센서 유닛이 이것이 부착되는 다양한 앞유리의 곡률을 더 잘 수용할 수 있게 한다.
앞유리 상에 상기 실시예의 센서 유닛을 조립함에 있어서 개재층 조각(33)은 면(21) 상에 단순히 놓이고, 그후 블록(18)이 앞유리에 위치되고 가압되어 조립이 완결될 수 있다. 또는, 상기 조각을 유리면 상에 위치시킨 다음, 블록을 개재층 조각에 대하여 가압할 수도 있다. 어느 경우에든, 예를 들어 우레탄 프라이머(urethane primer)와 같은 프라이머 재료가 유리면에 통상적인 방식으로 도포되어 개재층 조각의 유리에의 부착성을 향상시킬 수 있다. 블록 및 개재층 조각은 수작업으로 앞유리에 부착될 수도 있고, 조립 작업이 용이하게 자동화 될 수 있다. 어느 경우에든 개재층(33)은 블록(18)을 앞유리에 단단히 고정시키고 광파이프를 앞유리에 효과적으로 광학적으로 연결시킨다.

Claims (11)

  1. 자동차 앞유리의 외부면 상의 수분의 존재를 탐지하기 위해 상기 앞유리의 내부면 상에 장착된 센서로서, 상기 앞유리의 내부면에 면하는 베이스면과, 관련된 광원으로부터 입사하는 빛을 앞유리로 전달하는 제1 광파이프 및 상기 앞유리로부터의 반사광을 수용하여 관련된 광 탐지기로 전달하는 제2광파이프를 그 내부에 갖는 블록과, 상기 베이스면과 상기 앞유리 내부면과 면하는 접착면들을 갖고 베이스면과 앞유리 내부면 사이에 배치되는 광 전달 개재층을 포함하고, 상기 제1 및 제2 광파이프는 상기 내부면에 면하는 말단부를 갖고 상기 개재층은 블록을 앞유리에 접착 고정시키고 상기 말단부에 결합하여 상기 제1 및 제2광파이프들을 상기 내부면에 광학적으로 연결하는 센서에 있어서, 상기 제1 및 제2광 파이프 중 적어도 하나가 상기 블록의 베이스면 위로 돌출하는 말단부를 포함하여 상기 말단부가 상기 개재층 안으로 가압되는 것을 특징으로 하는 센서.
  2. 제1항에 있어서, 상시 적어도 하나의 광파이프의 상기 말단부가 블록의 베이스면 위로 돌출하는 환형 플랜지를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
  3. 제2항에 있어서, 상기 환영 플랜지가 상기 적어도 하나의 광파이프를 둘러싸는 베이스면 내에 한정된 리세스에 안착되는 것을 특징으로 하는 센서.
  4. 제1항에 있어서, 상기 말단부가 블록 크라운을 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
  5. 제1항에 있어서, 상기 광파이프의 각각이 블록의 베이스면 위로 돌출하는 환형 플랜지를 갖는 말단부를 포함하고, 관련된 광파이프의 환형 플랜지가 상기 광파이프의 각각을 둘러싸는 베이스면 내에 한정된 리세스에 안착되고, 각 말단부가 상기 개재층에 면하는 볼록 크라운을 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
  6. 제1항에 있어서, 상기 개재층이 상기 베이스면과 같은 넓이인 것을 특징으로 하는 센서.
  7. 제1항에 있어서, 상기 개재층이 약 0.5mm(20mil)이하의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 센서.
  8. 제1항에 있어서, 상기 블록이 다수의 상기 제1 및 제2 광파이프를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
  9. 제1항에 있어서, 상기 블록이 상기 블록을 통해 베이스면으로 연장되며 각도를 이루어 배치된 구멍들을 포함하고, 상기 광파이프들이 말단부들을 갖고 상기 구멍내에 배치되는 것을 특징으로 하는 센서.
  10. 제9항에 있어서, 구멍 내의 광원이 구멍 내의 관련된 광파이프에 입사광을 지향시키고, 상기 구멍들 중 다른 구멍 내의 광탐지기가 상기 광파이프들 중 관련된 하나의 광파이프로부터의 반사광을 수용하는 것을 특징으로 하는 센서.
  11. 제1항에 있어서, 구멍 내의 광원이 구멍 내의 관련된 광파이프에 입사광을 지향시키고, 상기 구멍들 중 다른 구멍 내의 광탐지기가 상기 광파이프들 중 관련된 하나의 광파이프로부터의 반사광을 수용하는 것을 특징으로 하는 센서.
KR1019940700256A 1992-05-27 1993-05-17 말단부를 갖는 광파이프를 갖는 창유리 장착 광학 수분 센서 KR100288864B1 (ko)

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