KR100829409B1 - 윈도우의 습윤 검출용 센서 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 윈도우(13)의 습윤을 검출하기 위한 센서 장치에 관한 것이며 상기 장치는 적어도 하나의 발광 소자(14)와 상기 발광 소자로부터 방출된 광선(17)을 수신하기 위한 적어도 하나의 수광 소자(15)를 포함하고, 발광 소자(14)와 수광 소자(15)는 가상의 사다리꼴의 에지점 상에 배열된다. 센서의 외부 크기가 감소됨으로써, 센서의 감지면(19)과 베이스면(18)의 비율이 개선되고 관련된 감지면이 생기며, 자동 라이트 제어 시스템(ALS)를 위한 수광 소자를 위한 공간이 제공된다.
센서 장치, 윈도우, 발광 소자, 수광 소자, 감지면

Description

윈도우의 습윤 검출용 센서 장치{Sensing device for detecting wetness on a window}
본 발명은 독립항의 전제부에 따라 자동차의 윈도우의 습윤을 검출하기 위한 센서 장치에 관한 것이다.
DE 197 01 258 A1호에는 자동차 윈도우용 세척 장치를 제어하기 위한 센서 장치가 공지되어 있으며 상기 장치는 광전자 원리에 따라 작동한다. 상기 센서 장치는 다수의 발광 소자 및 적어도 하나의 수광 소자를 포함하여, 일정한 광선이 커플링 수단을 거쳐 윈도우에 결합 및 분리됨으로써, 윈도우의 습도 또는 오염물에 의한 습윤이 측정된다. 발광 소자는 수광 소자 둘레에 동심으로 커플링 수단 상에 배열되거나 부분적으로 동심으로 배열되고, 커플링 수단은 원형 또는 링형으로 설계된다. 상기 발광 소자, 수광 소자 및 커플링 수단은 원형의 베이스면에 고정된다. 이런 이유로 발광 소자 또는 센서 하우징은 원통형으로 형성된다.
독립항의 특징을 가진 본 발명에 따른 센서 장치에서는 센서 장치의 반응 특성이 실질적으로 개선된 것이 장점이며, 상기의 개선은 지지면 대 감지면의 비율이 높아짐으로써 나타난다. 이는 발광 소자와 수광 소자의 사다리꼴 배치에 의해 이루어지는데, 그 이유는 길게 연결된 감지면이 생기기 때문이고, 이로써 윈도우에 있는 빗방울이 주행풍으로 인해 감지면으로 쓸려갈(drift) 확률이 높아진다. 이는 반응 특성을 현전히 개선시킨다.
본 발명의 또 다른 장점은 종속항의 특징들에 나타난다.
발광 소자에 대해 다수의 수광 소자를 사용함으로써 측정 경로의 수가 많아지고 이로써 감지면의 수가 많아지고 이는 비용면에서 유리하다. 다수의 발광 소자와 단지 하나의 수광 소자가 사용될 때도 동일한 효과가 발생한다. 2 개의 발광 소자와 2 개의 수광 소자가 사용되면, 4 개의 측정 경로가 발생하고, 이로 인해 4 개의 감지면이 얻어질 수 있다. 상기 2 개의 발광 소자의 간격이 2 개의 수광 소자의 간격의 거의 두 배가 되면, 감지면의 균일한 배치가 발생한다.
또한 발광 소자가 조립 위치에서 사다리꼴의 하부 평행선 상에 배열되고, 수광 소자는 상기 사다리꼴의 상부 평행선 상에 배열되도록 상기 센서 장치를 윈도우에 고정하는 것은 특히 바람직하다. 이로 인해 주로 위쪽 방향에서 오며, 방해 외부 광을 의미하는 일사(solar radiation)는 수광 소자에서 최소화될 수 있다.
개선된 특성에 의해, 특히 감지면과 지지면 사이의 개선된 비율에 의해 센서의 지지면이 축소될 수 있으므로 윈도우에 대한 센서 장치의 외부 크기는 감소된다. 발광 소자 및 수광 소자의 사다리꼴 배치에 의해, 센서 하우징의 외부 크기가 직사각형으로 선택될 수 있으므로, 베이스면은 광학체의 지지면을 최적으로 이용하면서 상기 지지면에 배열될 수 있는 것이 바람직하다. 또한 직사각형의 지지면 또는 하우징은 제조시에 비용이 적게 든다. 또한 광학체의 작은 지지면은 조립시의 장점을 이루는데, 그 이유는 압착력이 일정할 때 압착압이 증가하고 이로써 커플링 매체와 윈도우 사이에 방해가 되는 기포가 형성되는 것이 방지될 수 있기 때문이다.
또한 각각 2 개의 발광 소자 또는 2 개의 수광 소자가, 대향되고 평행한 면 상에 배열되는 것이 바람직하다. 4 개의 측정 경로, 즉 센서의 4 개의 감지면이 단지 각각 2 개의 발광 소자 및 수광 소자에 의해 구현될 수 있기 때문에, 실질적으로 비용면에서 유리하다.
상기 센서 장치의 바람직한 또 다른 실시예는 자동 라이트 제어 시스템(ALS; automatic light control system)에 포함되는 것인데, 예를 들면 DE 196 30 216 C2호에 설명된 바와 같이 자동 라이트 제어 시스템(ALS)이 레인 센서 모듈에 통합된다. 자동 라이트 제어 시스템(ALS)의 수광 렌즈(receiving optic)는 방향 센서 및 글로벌 센서 장치에 의해서 자동차의 주변을 넓게 검출할 수 있다. 따라서 터널 진입은 전방을 향해 있는 방향 센서 장치의 원추형 검출 영역을 통해서 진입하기 전 적시에 검출될 수 있다. 발광 소자 및 수광 소자가 사다리꼴으로 배치됨으로써, 콤팩트한 구성 형태에도 불구하고 센서 장치의 중심에는 수신 렌즈를 위한 충분한 공간이 생긴다. 이를 위해 상기의 사다리꼴은 하나의 큰 평행선과 작은 평행선을 갖는 것이 바람직한데, 이는 수신 렌즈가 센서 장치의 전체 크기를 확장시키지 않으면서, 큰 평행선 방향으로 부가적으로 연장될 수 있기 때문이다.
삭제
도 1은 본 발명에 따른 센서 장치의 광학적 부분의 실시예의 개략적 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 센서 장치의 실시예의 윤곽의 개략도.
도 3은 자동 라이트 제어 시스템을 위한 수광 렌즈를 구비한, 도 1에 따른 본 발명의 센서 장치의 광학체의 사시도.
삭제
본 발명의 실시예는 도 1 내지 도 3 에 도시되어 있다. 본 발명에 따르면, 자동차 윈도우(13)의 습윤을 검출하기 위한 센서 장치로서, 적어도 하나의 발광 소자(14), 상기 발광 소자(14)로부터 방출된 광선을 수신하는 적어도 하나의 수광 소자(15), 및 상기 윈도우(13)와 상기 적어도 하나의 발광소자(14) 및 상기 적어도 하나의 수광 소자(15) 사이에 배치된 광학체(10)를 포함하며, 상기 발광소자(14) 및 상기 수광 소자(15)를 상기 윈도우(13) 상에 투영시킬 때, 사다리꼴의 꼭지점에 위치하도록 상기 발광 소자 및 상기 수광 소자(15)가 배치된 센서 장치에 대하여 개시하고 있다.
하기에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 센서 하우징(11)을 구비하며 단면도로 도시된 센서 장치의 광학체(10)를 보여주고 있다. 상기 광학체(10)의 지지면은 예를 들어 상기 광학체가 커플링 매체(12), 예컨대 실리콘 쿠션에 의해서 윈도우(13)와 접촉함으로써 얻어진다. 일반적으로 광학체(10)의 외부 크기는 대략적으로 센서 장치의 길이 및 폭 치수와 일치하며, 이때 센서 하우징(11)은 광학체(10)의 접촉된 지지면에 의해 윈도우(13) 상에 볼룩하게 돌출할 수 있으며, 그 안에 센서 장치의 다양한 소자들, 특히 발광 소자(14)와 수광 소자(15) 및, 회로기판(24)을 수용할 수 있다.
상기 센서 장치는 예를 들어 윈도우(13)의 내측, 즉, 자동차의 전면 유리의 내측에 고정된다. 센서 하우징(11)과 윈도우(13)와의 고정은 도면에 도시되지 않는다. 바람직하게 광학체(10) 또는 센서 하우징(11)은 압착에 의해 윈도우(13)에 고정되고, 상기 광학체(10)는, 발광 소자(14)로부터 방출된 광선(17)을 윈도우(13)에 결합하며, 상기 윈도우(13)에서 전반사 및 반사됨으로써 방향이 전환된 광선(20)을 지정된 다른 지점 즉, 수광 소자(15)로 전달하는 기능을 한다. 이는 렌즈로서 광학체(10)에 고정된, 바람직하게는 일체로 형성된 광학 소자(16)에서 일어나는 데, 광학 소자(16)는 광선(17, 20)을 원하는 방향으로 집중(focus, concentrate)시키고 편향(deflect)시킨다.
도시된 단면도에서 보이는 바와 같이, 상기 광학체(10)의 상부로 광선을 방출하는 적어도 하나의 발광 소자(14) 및 광선을 검출하는 적어도 하나의 수광 소자(15)가 센서 하우징(11)의 내부에 고정된다. 발광 소자로는 주로 발광 다이오드(LED)가 사용되고, 수광 소자로는 주로 광 검출 다이오드(LRD)가 사용되며, 광선은 적외선(IR) 또는 가시 범위(VIS) 내, 또는 임의의 다른 주파수 범위일 수 있다. 수광 소자로서 광 다이오드의 구성에 상응하는 다른 수광 소자가 사용될 수 있으며, 발광 소자(14)와 수광 소자(15) 사이의 광학적 주파수는 최적으로 일치될 수 있다. 광학체(10)의 재료로는 발광 다이오드(LED)의 송신 주파수에 대해서 투과적이나 방해가 되는 외부 광에 대해서는 불투명한 재료, 여기서는 플라스틱이 선택된다.
도 2에는 발광 소자(14)와 수광 소자(15)의 구성이 도시된다. 상기 센서 장치의 발광 소자(14) 및 수광 소자(15)는 도 1에서 보이는 바와 같이 광학 소자(16)의 근처에 위치한다. 발광 소자(14), 수광 소자(15) 및 각각의 해당 광학 소자(16)는 점선으로 도시된 베이스면(18)을 형성하며 상기 베이스면은 본 발명에 따라 사다리꼴이다.
사다리꼴의 제 1 평행선 상에는 2 개의 광학 소자(16)가 각각의 발광 소자(14) 근처에 배열된다. 상기의 광학 소자(16)는 서로 나란히 배열된 2 개의 렌즈로서 형성됨으로써 각 발광 소자(14)에 대한 2 개의 측정 경로가 두 방향으로 생긴다. 이와 유사하게 수광 소자(15)가 배열된다. 광학 소자(16)는 예를 들어 렌즈 또는 거울로 구성되며, 또한 서로 연결되어 형성될 수 있다. 사다리꼴형 베이스면(18)의 a와 b 사이의 간격을 상응하게 선택함으로써 상응하는 에러각이 작게 유지될 수 있기 때문에 단지 하나의 렌즈로 구성되는 방법도 가능하다.
상기 발광 소자(14)들 및 수광 소자(15)들 사이의 간격(a 또는 b)은 방출된 발광 소자(14)의 광선의 파장, 윈도우(13) 및 광학체(10)의 두께, 윈도우(13)의 굴절율, 발광 소자에서 방출된 광선(17)이 윈도우(13)로 입사하는 각과 입사점에 의해 결정된다. 상기 간격은, 윈도우(13)에 결합된 광선(17)이 측정 경로에 따라 윈도우(13)의 외부 표면에 한 번 전반사된 다음 윈도우(13)로부터 분리되어 수광 소자(15)에까지 유도되도록 선택된다.
도시된 감지면(19)은 윈도우(13)에서 젖을 수 있는 면의 영역에 일치하며, 윈도우가 젖지 않을 경우 광선(17)은 상기 영역에서 전반사된다. 윈도우(13), 윈도우(13)의 두께 및 광학 소자(16)의 형태에 대한 상기 발광 소자(14) 및 수광 소자(15)의 배치에 따라, 발광 소자에서 방출된 광선(17)의 반사면은 일정한 직경을 갖는다. 상기 파라미터는 본 발명에 따라, 개별 반사면으로부터 연결된 감지면(19)이 생기도록 하는 정도의 크기여야 한다. 이는 본 발명에 따라 발광 소자(14)의 원추형 광선(20)의 중심축과 윈도우(13)의 젖을 수 있는 면과의 교차점이 하나의 직선, 즉, 평행선 상에 위치하고 상기 교차점이 대략 동일한 간격을 가짐으로써 달성된다.
윈도우(13)의 젖을 수 있는 외측에서 원하는 전반사가 한번 이상 일어날 경우, 발광 소자(14) 및 수광 소자(15) 또는 각각의 해당 광학 소자(16)의 간격(a 또는 b)은 이에 상응하여 더 크게 선택되고, 커플링 매체(12)는 광선이 윈도우(13)에 결합 및 분리되는 영역에만 제공된다.
도 3에는 본 발명에 따른 도 1의 센서 장치의 광학체(10)가 도시된다. 발광 소자(14)와 수광 소자(16)로 구성된 사다리꼴은 짧고 긴 평행선을 가지는데, 대략 중심으로부터 긴 평행선 방향으로 이동된 위치에, 자동차의 자동 라이트 제어 시스템을 위한 수광 렌즈(21)가 배열된다. 수광 렌즈는 광학체의 중심에 위치할 수 있다. 상기 수광 렌즈(21)는 광투과성 재료로 제조되며, 재료의 투과 범위는 가시 범위에 있다.
상기 광학체(10)와 수광 렌즈(21)는 일부재이며, 예를 들어 다성분 사출 성형 방법으로 제조되나 다수의 개별 부품으로 구성될 수도 있으며 이 경우 수광 렌즈(21)는 광학체(10)의 상응된 리세스 내에 삽입된다.
상기 수광 렌즈(21) 자체는 4 개의, 거의 렌즈 형상으로 형성된 소자(22, 23)를 포함한다. 센서 하우징의 근처에는 도시되지 않은 하나 또는 다수의 일광 센서가 제공되며, 자동차 주변의 휘도 상태는 상기 일광 센서에 의해 방향 감지식으로 검출될 수 있다. 렌즈 형상 소자(22, 23) 중 제 1 소자(23)는, 자동차 주변의 전체 휘도가 방향 감지 없이 검출되도록 형성된다. 나머지 3 개의 렌즈형 제 2 소자(22)는 예를 들어 특히 어떤 시점에서 주행 방향에 정확히 위치하지 않는 터널에 진입하는 것을 일찍 알 수 있도록 좁은 원추형 광 검출 영역을 가지고 자동차 앞의 다른 세 방향을 향한다.
상기 광학체(10)의 재료로는 주로 플렉시 글라스(PMMA)가 사용되는데, 이는 비용이 적게 들고 가공하기에 양호하기 때문이다. 그러나 발광 영역에서만 투과되는 것이 필요하기 때문에 다른 재료들도 고려될 수 있다. 특히 화학적 또는 물리적 방법을 통해, 윈도우(13)를 향한 면이 윈도우(13) 반대편에 놓인 면보다 더 유연하고 탄성적인 특성을 갖는 광학체 재료도 적합하며, 이는 커플링 매체(12)가 절약될 수 있기 때문이다.
상기 광학체(10)의 필터링 특성을 얻기 위해, 광학체(10)의 제조 공정 중에 특정 물질, 특히 카본 블랙 입자가 공간적으로 선택적으로 재료에 첨가될 수 있다. 따라서 작동을 위해 필요한, 발광 광선(17)만이 투과될 수 있다. 유사한 방식이 커플링 매체(12)에 대해서도 적용 가능하다.
또 다른 변형예에서, 사다리꼴의 각 꼭지점에는 발광 소자(14) 및 수광 소자(15)가 위치하거나 또는 전체 사다리꼴에 대해서 단지 하나의 발광 소자(14)만이 사용되며, 이때 광학 소자(16)는 사다리꼴의 다수의 꼭지점에서 방출 광선(17)이 윈도우(13)로 결합될 수 있도록 반사 특성을 갖는다.
상기 수광 렌즈(21)는 다수의 소자(22, 23)를 포함할 수 있으며, 특히 공간적 구조를 고려해서 휘도 분포를 정확하게 평가할 수 있는 파싯(facet) 구조가 가능하다. 이로써 반대편에서 오는 자동차가 인식될 수 있다. 여기서는 물론 광 주파수가 필터링될 수 있다. 정보가 충분하기 때문에, 어퍼 빔(upper beam)과 로우 빔(low beam) 사이에서 자동적 또는 반자동적으로 접속될 수 있다.

Claims (14)

  1. 자동차 윈도우(13)의 습윤을 검출하기 위한 센서 장치로서,
    적어도 하나의 발광 소자(14), 상기 발광 소자(14)로부터 방출된 광선을 수신하는 적어도 하나의 수광 소자(15), 및 상기 윈도우(13)와 상기 적어도 하나의 발광소자(14) 및 상기 적어도 하나의 수광 소자(15) 사이에 배치된 광학체(10)를 포함하며,
    상기 발광소자(14) 및 상기 수광 소자(15)를 상기 윈도우(13) 상에 투영시킬 때, 사다리꼴의 꼭지점에 위치하도록 상기 발광 소자 및 상기 수광 소자(15)가 배치된 것을 특징으로 하는 센서 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광 소자(14) 및 상기 수광 소자(15) 사이에서 상기 광선은 적어도 한 번 상기 윈도우(13)의 면에 반사되고, 상기 발광 소자(14)는 광선을 다양한 방향으로 방출하며, 상기 방출된 광선의 반사면들이 서로 연결되어 감지면(19)을 형성하는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 발광 소자(14)는 광선을 2 개의 수광 소자(15)를 향한 두 방향으로 방출하는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 수광 소자(15)는, 2 개의 상기 발광 소자(14)에 의해 방출되어 두 방향으로 오는 광선을 수신하는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발광 소자(14) 및 상기 수광 소자(15)의 수는 각각 2 개인 것을 특징으로 하는 센서 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 사다리꼴은 등변 사다리꼴이며, 2 개의 발광 소자(14)의 간격과 2개의 수광 소자(15)의 간격이 서로 상이하되, 어느 하나의 간격이 다른 하나의 간격의 두 배인 것을 특징으로 하는 센서 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서 장치는 4 개의 측정 경로를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 발광 소자(14)는 조립 위치에서 사다리꼴 하부의 제 1 평행선 상에 배열되며, 상기 수광 소자(15)는 조립 위치에서 사다리꼴 상부의 제 2 평행선 상에 배열되는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 윈도우 상의 상기 발광 소자(14)의 원추형 광선(20)의 반사면들의 중심들은, 상기 사다리꼴의 양 평행선 사이로 연장되는 하나의 평행선 상에, 서로 동일한 간격으로 배열되는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학체(10), 상기 발광 소자(14), 및 상기 수광 소자(15)는, 상기 발광 소자(14)로부터 방출된 광선이 상기 윈도우(13)에서 단 한번의 전반사가 발생하도록 배치된 것을 특징으로 하는 센서 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학체(10)에는, 상기 발광소자(14) 및 상기 수광 소자(15) 각각을 위한 광학 소자(16)가 배치되되, 각각의 상기 광학소자는 적어도 2개의 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
  12. 삭제
  13. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학체(10)에는, 상기 발광 소자(14) 및 상기 수광 소자(15) 각각을 위한 광학 소자(16)가 배치되되, 각각의 상기 광학 소자는 단지 하나의 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
  14. 제 6 항에 있어서,
    자동 라이트 제어 시스템(ALS)을 위한 수광 렌즈(21)가, 상기 광학체(10)의 중심에 또는 상기 중심에서 상기 사다리꼴의 긴 평행선 쪽으로 치우쳐 배열되는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
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