KR100588798B1 - 윈드실드의 습기를 검출하기 위한 센서 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 윈드실드(14)의 습기를 검출하기 위한 센서 장치에 관한 것이며, 물기에 노출되어 젖을 수 있는 윈드실드 외측(32) 위에 상기 센서의 2개의 측정 구간이 단지 하나의 송신기(6)로 실현될 수 있으며, 상기 송신기 빔(30)을 윈드실드(14) 안으로 수용하는 광도파 본체(10)가 구조체(22)를 가지며, 상기 송신기(6)로부터 방사된 송신기 빔(30)은 상기 구조체에 의해 2개의 다른 방향에서 모아지거나 평행하게 된다.

윈드실드, 습기, 센서 장치, 송신기, 수신기, 광도파 본체, 구조체

Description

윈드실드의 습기를 검출하기 위한 센서 장치{Sensor device for detecting moisture on a window}

본 발명은 독립항 제 1항의 전제부에 따른 윈드실드의 습기를 검출하기 위한 센서 장치에 관한 것이다.

DE 197 01 258 A1에는 윈드실드용 와이퍼 장치의 제어를 위한 센서 장치가 공지되어 있으며, 이 경우 상기 센서 장치는 광전자 원리에 따라 동작한다. 상기 센서 장치는 다수의 송신기와 적어도 하나의 수신기를 가지며, 이들은 결합 수단을 통해 규정된 방사선을 윈드실드내로 도입(injecting)하고 원드실드 밖으로 출력하여, 습기 또는 오물로 인한 윈드실드의 습윤을 측정한다. 상기 방사선은 입사각 때문에 적어도 한 번 윈드실드의 (건조한) 표면에서 전반사(total reflection)되어 결국에는 예정된 지점에서 다시 수신기로 출력된다. 습기(공기, 물, 얼음, 오물, 안개 등)에 의해 윈드실드 표면이 습윤됨으로써 상기 전반사가 방해를 받게 되므로, 예를 들어 물방울로 인해 원래의 빔 경로로부터 상기 방사선의 일부가 출력됨으로써 습윤에 따른 방사선 손실(radiation loss)이 발생하게 된다.

상기 수신기를 통해 검출된 약화된 빔은 센서 신호로서 신호 처리 장치로 출력되고 거기에서 예를 들어 차량의 와이퍼 장치를 제어하기 위해 평가된다. 제어 장치는 평가된 센서 신호에 따라 와이퍼 모터를 연속 와이핑 모드 또는 간헐(interval) 와이핑 모드로 제어한다.

송신기는 DE 197 01 258 A1에 따르면 결합 수단 상의 수신기 주위에 동심으로 배열되거나 또는 부분적으로 동심으로 배열되며, 이 경우 상기 결합 수단은 원형 또는 링형으로 형성된다. 따라서 송신기, 수신기 및 결합 수단(coupling means)에 의해 원형 바닥 면이 고정된다. 그 때문에 상기 센서 또는 센서 하우징은 원형 실린더형으로 형성된다.

상기 센서의 감지 면은 대략 하나의 송신기와 관련 수신기, 즉 방사선을 수신하는 수신기 사이에 위치하는 윈드실드의 측정 영역들의 합에 의해 규정된다. 이 때 측정 영역은 윈드실드의 습윤 가능한 측면의 영역이며, 상기 영역에서 송신기 방사선은 습윤되지 않은 상태에서 전반사되므로, 윈드실드의 습윤으로 인해 상기 송신기 방사선은 상기 측정 영역에서 일부만 출력될 수 있다.

그러나 그 경우의 단점으로는 주어진 수의 측정 영역들 또는 감지 면들을 위해 동일한 수의 송신기가 사용되어야 한다는 것이다. 따라서 많은 수의 송신기 및 수신기가 큰 제조 비용을 초래한다.

그 밖의 단점으로는 많은 수의 송신기 및 상기 송신기의 원형 배열이 센서 및 윈드실드상의 그 접촉면을 비교적 크게 확장시키므로, 상기 센서가 최근의 일반적인 경우처럼 윈드실드 위의 와이핑 영역 내에 설치되면, 상기 센서들이 차량 운전자의 시야를 방해한다는 것이다.

독립항 제 1항의 특징들을 갖는 본 발명에 따른 센서 장치의 장점으로는 상기 송신기 방사선을 윈드실드내로 결합하는 광도파 본체가 적어도 하나의 구조체를 가지며, 상기 구조체에 의해, 상기 송신기로부터 방사된 송신기 방사선이 2개의 다른 방향에서 모아지거나 평행하게 됨으로써, 상기 습윤 가능한 윈드실드 외측상의 센서의 2개의 측정 구간이 단지 하나의 송신기로 실현될 수 있다는 것이다.

청구범위의 종속항에 서술된 특징들을 통해 독립항에 제공된 특징들의 바람직한 실시예 및 개선예가 얻어진다.

윈드실드로부터 상기 송신기 방사선을 내보내는 광도파 본체가 적어도 하나의 구조체를 가지며, 상기 구조체에 의해, 상기 수신기에 의해 검출되는 서로 다른 2개의 방향으로부터의 송신기 방사선아 수신기 상에 포커싱(focusing)되는 것이 특히 바람직하다. 따라서, 상기 광도파 본체의 각각의 구조체와 함께 2개의 송신기와 2개의 수신기를 배열할 때 4개의 측정 구간 또는 감지 영역들을 가지는 센서 장치가 실현될 수 있으며, 또한 상기 광도파 본체는 작은 크기를 가지며, 센서 장치는 윈드실드 위에 대한 작은 접촉면을 갖는다.

또한, 상기 구조체들이 주변 매질과 광도파 본체 사이에 광학 렌즈 또는 광학 면(optical surface)을 가지며, 그의 초점에 송신기 또는 수신기가 위치하는 것이 바람직하다. 따라서, 빔 경로내의 부가의 렌즈 또는 광학 소자가 필요없게 되므로, 상기 광도파 본체의 구조적인 구성이 단순해지고 상기 센서 장치의 크기가 확실히 감소된다.

상기 장치를 최적화시키기 위해 상기 송신기로부터 방출되는 평행화된 2개의 송신기 빔의 각도는 약 100° 내지 120°로 설정하는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 구조체들의 양 광학 면들은 상호중첩 부분 없이 배열될 수 있으므로, 포커싱된 빔의 분해도가 높아진다.

2개의 송신기와 2개의 수신기는, 그들의 이미지가 윈드실드에 대해 평행한 평면에서 평행사변형의 꼭지점을 형성하도록 배열되며, 2개의 상이한 방향으로부터 상기 수신기에 번들링되는(bundled) 송신기 방사선의 빔 각도는 약 60° 내지 80°인 것이 특히 바람직하다. 따라서, 상기 수신기에 포커싱하는 구조체는 2개의 중첩되는 광학 표면들을 가지지만, 이 표면들은 상기 수신기에 빔을 포커싱하는데 어떠한 간섭을 일으키지 않는다.

또한, 상기 광도파 본체의 구조체들의 광축이 윈드실드에 대해 약 45°의 경사각으로 배열되는 것이 바람직하다. 이로인해, 상기 송신기 방사선은 광도파 본체 내에서 다른 편향(deflection) 없이 윈드실드 안으로 도입되므로, 이것은 윈드실드 외측이 건조하고 깨끗한 경우에는 그곳에서 전반사되어 윈드실드내로 전달된다.

윈드실드에 대해 평행한 인쇄 회로 기판에 상기 송신기를 배열하는 경우 약 45°의 경사각은 또한 상기 송신기에서 최적의 발광 효율이 이루어지도록 만드는데, 그 이유는 윈드실드에 평행한, 발광(luminous) 표면을 가지는 칩 또는 발광 다이오드를 송신기로서 사용할 때에, 상기 송신기로부터 입체각으로 방출되는 방사선은 람베르트-코사인 법칙(Lambert's cosine law)을 따르기 때문이다.

평행사변형으로서 2개의 송신기와 2개의 수신기를 바람직하게 배치함으로써 윈드실드에 대한 상기 센서의 접촉면은 바람직하게는 직사각형으로 또는 평행사변형으로 선택될 수 있다. 특히 타원형의 광도파 본체를 가지는 상기 센서의 타원형 접촉면도 가능하다.

본 발명의 실시예들은 도면에 도시되어 있으며 하기의 상세한 설명에 상술되어 있다.

도 1은 센서 장치의 하나의 송신기 및 관련 수신기의 단면도.

도 2는 구조체들을 갖는 본 발명에 따른 광도파 본체의 사시도.

도 3은 도 2에 따른 광도파 본체의 평면도.

도 4a는 광도파 본체의 하나의 송신기 및 하나의 수신기를 도 3의 선 IVa - IVa를 따라 절취한 단면도.

도 4b는 광도파 본체의 하나의 송신기를 도 3의 선 IVb - IVb를 따라 절취한 단면도.

도 5는 광도파 본체의 또다른 실시예를 도시한 도면.

도 1에는 윈드실드(14)의 오물이나 습기에 의한 습윤을 감지하기 위해 윈드실드(14)에 설치된 광전자 센서 장치의 단면도가 도시되어 있다. 상기 센서 장치는 하우징(20)을 가지며, 상기 하우징은 특히 접착 또는 압착을 통해 윈드실드(14)에 고정되어 있다. 2개의 구조체(22)를 가지는 광도파 본체(10) 역시 상기 윈드실드(14)에 직접 접촉되며, 상기 구조체는 상기 광도파 본체(10)의, 상기 센서 내부를 향한 상부면(18)에서 돌출해 있다. 이 광도파 본체(10)는 예를 들어 상기 하우징(20)의 클램핑 스프링에 의해 윈드실드(14)에 압착되거나 또는 상기 윈드실드에 접착된다. 상기 구조체(22)는 렌즈 형상의 광학 표면(24)을 갖는다. 상기 광학 표면(24)의 초점에는 하나의 송신기(6)와 하나의 수신기(8)가 위치한다. 상기 송신기 및 수신기는 인쇄 회로 기판(4)에 대해 평행하게 이것에 고정되어 있으며, 그 인쇄 회로 기판 역시 센서 하우징(20) 내부에서 윈드실드(14)에 대해 평행하게 배열되어 있다.

송신기 방사선(30)의 빔 경로는 상기 광학 표면(24)의 광축(28)을 따라 표시되어 있다. 상기 송신기 방사선(30)은 구조체(22)의, 송신기(6)에 할당된 광학 표면(24)에서 평행하게 정렬되며, 또한 광도파관(26)에서 상기 광도파 본체(10)의 바닥으로 송신된다. 평행하게 정렬된 송신기 방사선(30)의 경로는 먼저 광도파 본체(10)를 통해 윈드실드(14) 안으로 결합되고, 윈드실드(14)의 깨끗하고 젖어있지 않은 외측(32)에서 적어도 전반사되며, 상기 광도파 본체(10), 및 또 다른 구조체(22)의, 상기 수신기(8)에 할당된 굴절 광학 표면(24)에 의해 윈드실드(14)로부터 출력되며 상기 수신기(8)에 포커싱된다.

도 2에는 윈드실드(14)에 대한 직사각형의 접촉면(12)과 주변 웨브(peripheral web)(16)를 구비한 상부면(18)을 가진 광도파 본체(10)의 사시도가 도시되어 있다. 이들 구조체들(22.1, 22.2)은 상기 광도파 본체(10)에 형성되어 있으며, 이들 구조체는 상기 광도파 본체(10)의 상부면(18)으로부터 돌출해 있으며 쌍으로 배열되어 있다. 총 4개의 구조체(22)는 렌즈형으로 휘어진 각각 2개의 광학 표면(24)과 원통형의 각각 2개의 광도파관(26)을 가지고 있으며, 상기 광학 표면(24)은 그 앞에 놓인 광도파 본체(10)의 홈(troughs)(27)까지 연장한다.

상기 광도파 본체(10) 뿐만 아니라 상기 구조체(22) 역시 송신기 방사선에 대해 투명한, 동일한 재료로 이루어진다. 이를 위해서는 예를 들어, 플렉시글래스(plexiglass) 재료가 적합하며, 상기 재료는 사용되는 송신기 방사선(30)(적외선 또는 가시광선)에 상응하게 착색되거나 또는 투명하게 되어 있다. 상기 광도파 본체(10)를 예를 들어 검은 색으로 착색함으로써, 바람직하지 않게 윈드실드(14)를 통해 광도파 본체(10) 안으로 들어오는 간섭광(interfering light) 또는 주위의 빛(34)의 일부가 필터링될 수 있다.

도 2에 사시도로 도시된 광도파 본체(10)는 도 3에서 상부면(18)에 대한 평면도로서 도시되어 있다. 상기 구조체들(22)은 일점쇄선(28a)에 의해 연결되어 있으며, 상기 일점쇄선은 윈드실드(14)에 대해 평행한 상부면(18)에 상기 광학 표면(24)의 광축(28)의 투영에 상응한다. 상기 일점 쇄선(28a)은 평행 사변형을 형성한다. 상기 평행 사변형의 꼭지점에는 각각 송신기(6) 또는 수신기(8)가 배열될 수 있다. 상기 평행사변형의 내각(α, β)은 광축(28) 또는 선(28a)을 따라, 상기 양 송신기(6)중 하나로부터 방출된 2개의 번들링된(bundled) 빔의 개방각(α)에 상응하거나 또는 2개의 상이한 방향으로부터 상기 양 수신기(8)중 하나에서 번들링된 송신기 방사선(30)의 개방각(β)에 상응한다. 상기 송신기(6)의 개방각(α)은 약 110°이며, 상기 수신기(8)의 개방각(β)은 약 70°이다.

또한 도 3에서 알 수 있듯이 상기 구조체(22.1과 22.2)는 상이하다. 상기 송신기(6)의 개방각(α)에 할당된 구조체들(22.1)은 완전히 원형의 광학 표면(24)과 광도파관(26)을 특징으로 한다. 상기 수신기(8)의 개방각(β)에 할당된 구조체들(22.2)은 서로 이어지며, 서로 연결된 광학 표면(24)과 광도파관(26)을 갖는다.

도 4a는 상기 광도파 본체(10)와 2개의 구조체(22.1과 22.2)를 도 3의 선 IVa - IVa를 따라 절취한 단면도이다. 여기에는 상기 광학 표면(24)의 광축들(28) 및 송신기(6)와 수신기(8)가 도시되어 있다. 접촉면(12) 또는 윈드실드 외측(32)에 대한 상기 광축들(28)의 경사각(γ)은 약 45°이며, 따라서 윈드실드 외측(32)에서 입사하는 송신기 방사선(30)의 전반사가 이루어진다.

도 4b는 상기 광도파 본체(10)와, 하나의 송신기(6)에 할당된 구조체(22.1)를 도 3의 선 IVb - IVb을 따라 절취한 단면도이다. 여기에는 상기 구조체(22.1)의 광학 표면(24)의 광축들(28) 및 송신기(6)가 도시되어 있다. 또한, 여기에는 윈드실드(14)에 대해 수직인 단면도에서 2개의 방향(X1, X2)으로 상기 송신기 방사선의 평행화가 도시된다.

도 5에는 다른 실시예가 도시되어 있다. 여기에는 상기 송신기(6)와 수신기(8)의 평행사변형 배열이 도시되어 있다. 상기 구조체들(22)의 도시는 편의상 생략되어 있다. 상기 광도파 본체(10)는 역시 평행 사변형으로 형성되어 있다. 그러나 이것은 그 외에는 도 1 내지 도 4에 따른 제 1 실시예의 상기 광도파 본체(10)와 동일한 특성 및 특징을 갖는다. 상기 양 실시예들에서 공통되는 특징은 윈드실드(14)에 대해 평행한 평면도로 볼 때 일점 쇄선(dash-dot lines)(28a)을 따른 2개의 방향(X1, X2)으로 송신기(6)의 송신기 방사선이 평행하게 되는 것이며, 또한 2개 방향(X1, X2)으로부터 송신기 방사선이 하나의 수신기(8)에 포커싱되는 점이다.

Claims (13)

1. 광을 방출하는 하나 이상의 송신기(6)와, 송신기 방사선(30)을 경사각(γ)으로 윈드실드(14)내로 결합하며, 상기 송신기 빔(30)을 윈드실드(14)로부터 하나 이상의 수신기(8)로 출력하는 광도파 본체(10)를 구비한 유리, 특히 윈드실드(14)의 습윤을 검출하는 센서 장치에 있어서,

   상기 광도파 본체(10)는 하나 이상의 구조체(22.1)를 가지며, 상기 구조체에 의해, 상기 송신기(6)로부터 방출된 송신기 방사선(30)은 2개의 서로 다른 방향(X1, X2)으로 모아져 평행화 되는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 광도파 본체(10)는 하나 이상의 다른 구조체(22.2)를 가지며, 상기 수신기(8)에 의해 검출된 송신기 방사선(30)은 상기 구조체에 의해 2개의 상이한 방향(X1, X2)으로부터 상기 수신기(8)에 포커싱되는(focused) 것을 특징으로 하는 센서 장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 구조체(22)는 상기 송신기(6) 또는 수신기(8)를 향한 광학 활성(active) 표면(24) 또는 렌즈를 가지며, 상기 송신기(6) 또는 수신기(8)는 상기 광학 표면(24) 또는 렌즈의 초점에 배열되는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 구조체(22)는 상기 광도파 본체(10)의, 윈드실드(14)에 대해 평행한 상부면(18)으로부터 돌출하며 원통형의 광도파관(26)을 통해 상기 광학 활성 표면(24)과 연결되는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
5. 제 1항에 있어서, 상기 송신기(6)로부터 방출된, 평행화된 송신기 방사선(30)의 2개의 상이한 방향들(X1, X2)은 약 100 내지 120°의 개방각(α)을 갖는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
6. 제 2항에 있어서, 상기 수신기(8)에 번들링된(bundled) 송신기 방사선(30)의 2개의 상이한 방향(X1, X2)은 약 60 내지 80°의 개방각(β)을 갖는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 윈드실드(14)에 대한 구조체(22)의 광축(28)의 경사각(γ)은 약 45°인 것을 특징으로 하는 센서 장치.
8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 각각 2개의 송신기(6)와 2개의 수신기(8)는, 그 이미지가 상기 윈드실드(14)에 대해, 특히 상기 광도파 본체(10)의 상부면(18)에 대해 평행한 한 평면으로의 투영에 의해 평행사변형의 꼭지점들을 형성하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
9. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 윈드실드(14)에 대한 상기 광도파 본체(10)의 접촉면(12)은 직사각형인 것을 특징으로 하는 센서 장치.
10. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 윈드실드(14)에 대한 상기 광도파 본체(10)의 접촉면(12)은 평행사변형인 것을 특징으로 하는 센서 장치.
11. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 윈드실드(14)에 대한 상기 광도파 본체(10)의 접촉면(12)은 타원형인 것을 특징으로 하는 센서 장치.
12. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 구조체(22), 특히 렌즈 쌍이 각각의 송신기(6)와 수신기(8)에 할당되어 있는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
13. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 광도파 본체(10)는 바람직하게는 검은 색의 착색으로 인해 또는 그의 재료로 인해 주변광(34)을 필터링하는 것을 특징으로 하는 센서 장치.

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