KR100558591B1 - 차창의 습윤상태를 검출하기 위한 센서 장치 - Google Patents

차창의 습윤상태를 검출하기 위한 센서 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 센서 장치는 적어도 하나의 송신기(12) 및 상기 송신기(12)에 의해 방출된 광(26)을 수신하는 적어도 하나의 수신기(14)를 구비하며, 차창(22)에서 습윤상태, 특히 빗방울 및 오염물을 검출하기 위한 것이고, 상기 송신기(12) 및 수신기(14)는 가상의 삼각형 또는 평생사변형(16)의 모서리 지점들에 배치된다. 결과적으로, 상기 센서의 외형 치수(b, l)가 감소되며, 상기 센서의 베이스 영역(16)에 대한 감지 영역(20)의 비율이 개선된다.
송신기, 수신기, 차창, 감지 영역, 베이스 영역, 센서 장치

Description

차창의 습윤상태를 검출하기 위한 센서 장치{Sensor device for detecting moisture on a window}
본 발명은 특허청구범위 독립항에 따른 차창의 습윤상태를 검출하기 위한 센서 장치에 관한 것이다.
독일특허출원 DE 197 01 258 A1호에는 자동차 차창용 와이퍼/세척 시스템을 제어하기 위해 광전자 원리에 따라 작동하는 센서 장치가 개시되어 있다. 상기 센서 장치는 습기 또는 오염물로 인한 습윤상태를 측정하는, 규정된 방사선을 커플링 수단을 통해 차창에 대해 송신 및 수신하는 다수의 송신기와 적어도 하나의 수신기를 구비한다. 상기 방사선은 방사 각도로 인해 상기 차창의 (건조한) 표면상에서 상기 차창에서 적어도 한번 완전하게 반사되고, 결국 소정의 위치에서 수신기에 복귀된다. 상기 차창 표면의 습윤상태(공기, 수분, 얼음, 오염물, 먼지 등)에 의해 전체 반사는 방지되며, 그로 인해 원래의 광 경로로부터 상기 방사선의 일부분의 수신으로 인한, 예를 들어 물방울로 인한 습윤-의존성 방사 손실이 초래된다.
상기 수신기에 의해 검출되는 감소된 방사선은 신호 처리 장치에 센서 신호로서 출력되며, 상기 신호 처리 장치에서는 예를 들어, 자동차 차창의 세척 또는 와이퍼 시스템의 제어와 관련하여 상기 신호를 분석한다. 제어기는 상기 분석된 센서 신호의 함수로서 연속 또는 인터벌 와이핑 모드로 와이퍼 모터를 제어한다.
독일특허출원 197 01 258 A1호에 따르면, 상기 송신기들은 상기 커플링 수단상에서 상기 수신기 주위로 동심으로 배치되거나, 또는 부분적으로 동심으로 배치되고, 상기 커플링 수단은 원형 또는 환형 구조를 갖는다. 따라서, 송신기, 수신기 및 커플링 수단에 걸쳐 원형 베이스 영역이 형성된다. 이러한 이유로, 상기 센서, 즉 센서 케이싱은 둥근 원통 형태로 이루어진다.
상기 센서의 감지 영역은 대략적으로 개별적인 수신기, 즉 방사선을 수신하는 수신기와 송신기 사이에 위치된 차창의 측정 범위들의 합으로 규정된다. 상기 측정 범위는 송신기의 방사선이 비습윤상태에서 완전하게 반사되는 상기 차창의 습윤가능한 측부상의 범위로 이해되고, 그에 따라 상기 송신기의 방사선은 상기 차창의 습윤상태로 인해 상기 측정 범위 내에서 어느 정도 출력될 수 있다.
상기 기술에서는, 상기 송신기, 수신기 및 커플링 수단에 의해 규정되는 상기 원형 베이스 영역 및 둥근 원통형 센서 케이싱으로 인해 상기 센서의 범위와 차창에서의 접촉 영역이 상대적으로 커지고, 그에 따라 현존의 차창의 와이핑 영역에 장착될 경우에는 센서가 눈에 띄게 되며 상기 차량의 운전자를 간섭하게 된다는 점이 단점이다.
또한, 상기 센서의 베이스 영역, 즉 접촉 영역에 대한 감지 영역의 비율이 작다는 점도 단점이다. 이는 소정 개수의, 예를 들어 8개의 송신기에 의해, 상기 베이스 영역의 외주부상에 배치되는 송신기들 사이의 비감지 영역이 커지고, 통상은 상기 감지 영역에 비해 매우 커진다는 사실에 기인한다.
상기 감지 영역의 범위를 확대시키기 위해서는, 다수의 송신기가 사용될 수 있다. 그러나, 그와 같은 경우에는 상기 센서의 범위, 즉 접촉 영역의 단점을 배제하지 못하고 고비용이 초래된다.
본 발명에 따른 센서 장치는 상기 차창에 평행한 평면 상으로 투영되는 광학 소자로서의 송신기 및 수신기의 이미지들이 평행사변형 또는 이등변 삼각형의 모서리 지점들을 형성한다는 장점을 갖는다. 이와 같은 광학 소자들의 배치구조에 의해 상기 베이스 영역에 대한 감지 영역의 비율이 증가된다.
상기 베이스 영역의 감소로 인해, 상기 차창상의 센서의 외형 치수 및 그에 따른 접촉 영역도 마찬가지로 감소된다. 특히, 사다리꼴 베이스 영역으로 인해, 상기 센서 케이싱의 직사각형 외형 치수가 선택되므로, 상기 베이스 영역은 접촉 영역을 최적으로 이용할 수 있도록 상기 접촉 영역에 배치될 수 있다는 점이 장점이 된다. 또한, 직사각형 접촉 영역, 즉 케이싱은 제조비용이 저렴하다.
종속청구항에서 실시된 구성을 통해서 독립청구항에서 제시하고 있는 주안점이 개선된다.
상기 송신기 및 수신기의 평행사변형 배치구조는, 두개의 송신기 또는 두개의 수신기가 대향 모서리 지점들에 배치되는 경우에 특히 유리하다. 따라서, 송신기의 광이 일괄 송출되어 두 방향으로 편향되는 송신기를 사용함으로써, 단지 두개의 센서 및 두개의 수신기 만으로 상기 센서의 4개의 측정 구역, 즉 감지 영역이 구현된다. 그에 따라, 상기 차창의 습윤상태를 검출하는 센서의 정밀도가 현저하게 개선된다. 이는 단지 하나의 수신기에 방사선을 송출하는 종래의 송신기들에 비해 감지 영역을 두배로 만든다.
또한, 상기 송신기와 수신기 사이의 거리 및 그에 따른 평행사변형의 측부들이 동일한 길이로 이루어진다는 점이 장점이다. 이로 인해 상기 평행사변형의 마름모꼴로의 변환이 가능해진다. 특히, 상기 거리는 방사선이 수신기에 의해 검출되기 전에 상기 차창에서의 송신기 방사의 전체 편향의 선택에 의해 규정된다. 결과적으로, 상기 거리는 최소로 되며, 그에 따라 상기 베이스 영역의 측부들도 최소로 된다.
상기 베이스 영역의 측부들 사이의 각도가 변경될 수 있고, 그에 따라 상기 베이스 영역이 상기 센서의 외형 치수에 부합될 수 있으며, 그 역의 구성도 가능하다는 점도 장점이 된다. 예를 들어, 차량 제조자의 필요 또는 특정 차량의 용도에 따라 단지 협소한 빗물 센서가 사용될 수 있으면, 상기 베이스 영역의 범위가 상기 센서 케이싱의 외형 치수에 최적으로 통합될 수 있을 때까지 아무런 노력 없이도 보다 작은 예각이 선택될 수 있다.
결과적으로, 상기 센서 장치의 접촉 영역 내에 배치되는 송신기 및 수신기에 대해서는, 상기 베이스 영역에 대한 상기 감지 영역의 비율이 증가되는 동시에 상기 베이스 영역이 상기 접촉 영역에 최적으로 통합되는 것이 특히 유리하다. 이로 인해, 작은 외형 치수를 갖는 저렴한 센서가 산출된다.
본 발명의 실시예는 도면에서 도시되며 하기의 기재에서 상세히 설명하고 있다.
도 1은 본 발명에 따른 센서 장치의 제 1 실시예를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 센서 장치의 단면도.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 센서 장치의 제 2 실시예의 제 1 및 제 2 구성을 도시한 도면.
도 1 및 도 2는 차창(22)상에서 센서 케이싱(24)을 구비하는 센서 장치의 폭(b) 및 길이(l)를 갖는 직사각형 접촉 영역(10)을 도시한다. 상기 접촉 영역(10)은 예를 들어, 차창(22)과 상기 센서의 접촉에 의해 규정된다. 일반적으로, 접촉 영역(10)의 외형 치수는 상기 센서 장치의 외형 치수에 상응한다. 그러나, 상기 접촉 영역(10)은 예를 들어, 차창(22)의 정면에 대한 센서 케이싱(24)의 외형 치수의 투영이다. 그러므로, 대안적으로는, 센서 케이싱(24)은 그 안에 상기 센서의 광학 소자들을 수용하는 차창(22)이 접촉 영역 위로 돌출할 수 있다.
상기 센서 장치는 예를 들어, 차창 와이퍼의 와이핑 영역에서 자동차 차창(22)의 내측상에 장착되거나, 차량 후사경의 기저부에 합체된다. 센서 케이싱(24) 또는 광섬유체의 차창(22)에의 장착은 본원에는 도시되지 않는다.
상기 광섬유체 또는 케이싱(24)은 바람직하게는 접착에 의해 차창(22)에 장착되며, 상기 광섬유체는 송신기(12)에 의해 방출된 광(26)을 차창(22)에 주사하고, 차창(22)으로 안내된 광(26)을 부분 또는 전체 반사에 의해 소정의 다른 위치에 있는 수신기(14)에 출력하는 기능을 갖는다. 이는 광(26)을 원하는 방향으로 일괄 송출하거나, 편향시키거나 또는 전환시키기 위해 굴절 표면 또는 미러가 상기 광섬유체상에 일체로 성형되어 있는 렌즈(28)에서 발생한다.
접촉 영역(10) 위에는, 즉 상기 광섬유체에는, 두개의 광 방출 송신기(12) 및 두개의 광 검출 수신기(14)가 센서 케이싱(24) 내부에서 종래의 장착 디바이스상에 장착된다. 전자 부품 또는 센서 제어부를 지지하는 회로 보드(30)는 송신기(12) 및 수신기(14)를 부착하기 위한 장착 디바이스로서 이용된다. 송신기(12)는 바람직하게는 발광 다이오드(LEDs)이고, 수신기(14)는 수광 다이오드(LRDs)이며, 송신기의 방사선(26)은 바람직하게는 적외선(IR) 범위 또는 가시광선(VIS) 범위로 구성된다.
송신기(12)와 수신기(14)는 본 발명에 따라 측부(a', a")를 갖는 평행사변형 또는 2중 삼각형에 상응하는 베이스 영역(16)(점선으로 도시됨)에 걸쳐있다. 바람직하게는, 상기 베이스 영역(16)의 두 측부들(a', a")은 송신기(12)와 수신기(14)의 조립시의 치수상의 허용오차로 인해 동일하거나 대략적으로 동일한 길이로 이루어진다.
상기 송신기(12)와 수신기(14) 사이의 거리(a', a"), 즉 상기 베이스 영역(16)의 측부는 특히, 송신기(12)의 방출 방사선의 파장, 차창(22) 및 광섬유체의 두께, 차창(22)의 굴절율 및 차창(22) 내로의 방사선(26)의 입사 지점 및 입사각에 의해 규정되므로, 상기 차창(22) 내로 주사된 방사선(26)은 차창(22)의 표면에서, 바람직하게는 자동차 차창의 외측에서 단 한번 완전하게 반사된 후에 차창(22)으로부터 수신기(14)로 안내된다.
습윤 가능한 차창(22) 외측에서의 소망 전체 반사는 필요 이상으로 되기 때문에, 그에 따라 송신기(12)와 수신기(14)의 거리(a', a")는 각각 보다 크게 선택된다. 또한, 함께 속하지 않는 송신기(12) 및 수신기(14)로부터의, 즉 송신기(12)가 방출한 방사선이 수신되지 않는 수신기(14)인 경우의 거리(a', a")는 필요에 따라 선택될 수 있다.
본원에 도시된 감지 영역(20)은 차창(22)의 습윤 가능한 측부상의 영역에 상응하고, 차창(22)이 습윤되지 않을 때 방사선(26)의 전체 반사가 발생한다. 상기 감지 영역(20)의 범위는 차창(22)에 대한 송신기(12) 및 수신기(14)의 배치구조, 차창(22)의 두께 및 송신기 방사선(26)의 직경에 따라 변한다.
도 1에 따르면, 거리 a"는 예를 들어, 송신기(12)에 의해 수신기(14)로 방출된 광(26)의 차창(22)에서의 전체 반사에 상응한다. 거리 a' 및 그에 따른 독립적인 송신기(12)와 수신기(14) 사이의 거리는 필요에 따라 선택될 수 있다. 그러므로, 평행사변형 및 그에 따른 베이스 영역(16)의 치수와 접촉 영역(10)의 치수는 본질적으로, 상기 거리 a' 및 각도 α의 선택에 의해 결정된다.
상기 평행사변형의 두 측부 사이의 각도 α, β는 자유로이 선택될 수 있으며, 본원에서 각도 α는 상기 평행사변형의 각각의 보다 좁은 각도 또는 예각을 지시하는 것으로 규정된다. 상기 각도 α는 거의 0° 내지 90°의 각도 범위에 속한다.
각도 선택을 위한 기준은, 예를 들어 센서의 외형 치수, 특히 접촉 영역(10)의 길이(l) 및 폭(b)의 비율과, 송신기(12)와 수신기(14) 사이의 감지 영역(20)의 치수를 포함하므로, 원하지 않는 감지 영역(20)의 중첩 및 그에 따른 센서 감도의 제한은 발생하지 않는다. 또한, 상기 광의 직경과, 송신기(12) 및 수신기(14)의 치수가 고려되어야만 한다. 또한, 상기 송신기(12)와 수신기(14) 사이의 거리 a"와, 그에 따라 차창(22)에서 달성된 전체 반사의 수도 고려되어야만 한다.
예를 들어, 상기 각도 α는 통상적으로, 상기 센서의 접촉 영역(10)이 길고 좁게, 즉 직사각형으로 이루어질 때, 작게 예를 들어 α= 45°로 선택된다. 한편, 각도 α 및 β는 직각을 형성할 수 있으며, 그러한 경우에는 상기 센서는 정사각형 또는 직사각형 구조로 된다. 각도 범위는 65° 내지 70°인 것이 바람직하다.
본 실시예의 개선된 형태에 있어서, 송신기(12)에 의해 방출된 방사선(26)을 렌즈(28) 등을 사용하여 두 방향으로 일괄 송출하고 그것을 두개의 수신기(14)에 편향시킴으로써, 두개의 송신기(12) 및 두개의 수신기(14)를 사용하여 4개의 측정 구역이 구성된다. 따라서, 모든 거리(a', a")는 차창(22)에서 소정의 수의 전체 반사를 산출하도록 선택된다. 바람직하게는, 상기 거리들(a', a")은 동일하다. 따라서, 베이스 영역(16)은 마름모꼴, 즉 두개의 이등변 삼각형으로 구성되는 2중 삼각형이 된다. 따라서, 상기 4개의 측정 구역은 상기 센서의 감지 영역(20)을 두배로 만들기 때문에, 동일한 구조를 사용하여 빗방울의 검출 감도가 개선된다.
도 3a 및 도 3b는 폭(b) 및 길이(l)로 이루어진 접촉 영역(10)을 갖는 센서 장치의 제 2 실시예의 두가지 구성을 도시한다. 광을 방출하는 송신기(12) 및 광을 검출하는 두개의 수신기(14)는 접촉 영역(10) 즉, 광섬유체 위에 배치된다. 본 발명에 따르면, 상기 송신기(12)와 수신기(14)는 점선으로 지시된 측부(a', a")를 갖는 이등변 삼각형에 걸쳐있다. 베이스 영역(16)의 두개의 측부(a")는 바람직하게는, 동일한 길이로 이루어지거나 대략적으로 동일한 길이로 이루어지고, 나머지 측부(a')는 필요에 따라 선택될 수 있다.
송신기(12)와 두개의 수신기(14) 사이의 거리(a")는, 이미 제 1 실시예에서 설명한 바와 같이, 차창(22)에 주사된 방사선(26)이 차창(22)의 표면에서 한번 또는 여러번 완전하게 반사된 후에 차창(22)으로부터 두 수신기(14)에로 안내되도록 구성된다.
첨언하자면, 측부(a")들이 상이한 길이로 이루어지면, 측정 구역으로서의 감지 영역(20)의 신호 처리 배치구조에 의한 개별적인 분석이 필요해지고, 두개의 센서 신호가 두개의 수신기(14)에 의해 출력된다. 특히, 통상적으로 필요한 신호의 증폭은 개별적으로 조절되어야만 한다.
그러므로, 상기 삼각형 및 그에 따른 접촉 영역(10)의 치수는 본질적으로, 거리(a') 및 각도(α)의 선택에 의해 결정된다. 도 3a 및 도 3b는 상이한 각도(α) 및 그에 따른 상기 센서 장치의 접촉 영역(10)의 상이한 치수(b, l)를 도시하고 있다.

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  11. 차창에서의 빗방울 및 오염물 중 적어도 하나를 포함하는 습윤상태를 검출하기 위한 센서 장치로서,
    적어도 하나의 송신기와,
    상기 적어도 하나의 송신기에 의해 방출된 광을 수용하는 적어도 두개의 수신기를 포함하고, 상기 적어도 하나의 송신기 및 상기 적어도 두개의 수신기는 상기 센서 장치의 세개의 광학 소자를 형성하며, 상기 적어도 하나의 송신기 및 상기 적어도 두개의 수신기의 이미지들은 상기 차창에 평행한 평면상에 투영되고, 상기 투영된 이미지는 이등변 삼각형의 모서리 지점들을 형성하며,
    상기 이등변 삼각형의 변들에 의해 형성되는 각도는 90° 미만인 차창의 습윤상태를 검출하기 위한 센서 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 송신기는 상기 적어도 두개의 수신기에 두 방향으로 방사선을 방출하는 차창의 습윤상태를 검출하기 위한 센서 장치.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 송신기와 상기 방출된 광을 수용하는 상기 적어도 두개의 수신기 중 하나와의 사이의 거리는 상기 차창에서 상기 방출된 광의 전체 반사만이 발생하도록 결정되는 차창의 습윤상태를 검출하기 위한 센서 장치.
  14. 차창에서의 빗방울 및 오염물 중 적어도 하나를 포함하는 습윤상태를 검출하기 위한 센서 장치로서,
    적어도 두개의 송신기와,
    상기 적어도 두개의 송신기에 의해 방출된 광을 수용하는 적어도 두개의 수신기를 포함하고, 상기 적어도 두개의 송신기 및 상기 적어도 두개의 수신기는 상기 센서 장치의 네개의 광학 소자를 형성하며, 상기 적어도 두개의 송신기 및 상기 적어도 두개의 수신기의 이미지들은 상기 차창에 평행한 평면상에 투영되고, 상기 투영된 이미지들은 평행사변형의 모서리 지점들을 형성하며, 상기 평행사변형은 두개의 삼각형으로 구성되는 차창의 습윤상태를 검출하기 위한 센서 장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 적어도 두개의 송신기는 상기 적어도 두개의 수신기에 두 방향으로 방사선을 방출하는 차창의 습윤상태를 검출하기 위한 센서 장치.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 센서 장치는 4개의 측정 구역을 구비하는 차창의 습윤상태를 검출하기 위한 센서 장치.
  17. 제 14 항에 있어서, 상기 적어도 두개의 송신기 및 상기 적어도 두개의 수신기 중 한가지는 상기 평행사변형의 대향하는 모서리 지점들에 배치되는 차창의 습윤상태를 검출하기 위한 센서 장치.
  18. 제 14 항에 있어서, 상기 평행사변형은 상기 적어도 두개의 송신기와 상기 적어도 두개의 수신기 사이에 동일한 거리를 갖는 마름모꼴인 차창의 습윤상태를 검출하기 위한 센서 장치.
  19. 제 14 항에 있어서, 상기 평행사변형의 예각은 0°와 90° 사이의 각도인 차창의 습윤상태를 검출하기 위한 센서 장치.
  20. 차창에서의 빗방울 및 오염물 중 적어도 하나를 포함하는 습윤상태를 검출하기 위한 센서 장치로서,
    적어도 하나의 송신기와,
    상기 적어도 하나의 송신기에 의해 방출된 광을 수용하는 적어도 두개의 수신기를 포함하고, 상기 적어도 하나의 송신기 및 상기 적어도 두개의 수신기는 상기 센서 장치의 세개의 광학 소자를 형성하며, 상기 적어도 하나의 송신기 및 상기 적어도 두개의 수신기의 이미지들은 상기 차창에 평행한 평면상에 투영되고, 상기 투영된 이미지들은 이등변 삼각형의 모서리 지점들을 형성하며,
    케이싱의 투영이 상기 차창에 사변형 접촉 영역을 형성하는 케이싱을 또한 포함하고, 상기 적어도 하나의 송신기 및 상기 적어도 두개의 수신기는 상기 사변형 접촉 영역을 실질적으로 최대한 이용하여 상기 사변형 접촉 영역 내부에 배치되는 차창의 습윤상태를 검출하기 위한 센서 장치.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 사변형 접촉 영역은 직사각형 영역인 차창의 습윤상태를 검출하기 위한 센서 장치.
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