KR101254131B1 - 빗방울 감지영역을 넓힌 격자배열 방식 빗방울 감지 센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 격자 형태로 배열된 빗방울 감지 센서를 자동차의 전면 유리창에 부착하여 빗방울이 센서가 부착된 유리창에 떨어질 때 빗방울에서 광원 방향으로 반사되는 광량을 수신하여 빗방울 량을 인식하는 빗방울 감지 센서에 관한 것으로서,

이러한 격자형태의 배열 방식 빗방울 센서는, 개별 단위구역에서는 1개의 수광소자를 4개의 광원이 둘러싸는 구조이나 전체적으로는 수광소자와 광원이 격자 형태로 배열되는 방식으로, 넓은 면적의 빗방울 낙하지점을 여러 구역으로 나누어 감지할 수 있고, 수광소자와 광원이 부착된 판을 비스듬히 부착하여 전면유리창 표면에서 반사되는 광의 영향을 줄일 수 있으며, 센서 내 광원을 특정주파수로 변조하여 주변광의 영향을 최소화하면서, 떨어지는 빗방울 양에 비례하여 전면 유리창 브러쉬 동작빈도를 조정하는 것을 특징으로 한다.

빗방울센서, 광센서, 자동차 유리창 센서

Description

빗방울 감지영역을 넓힌 격자배열 방식 빗방울 감지 센서{Rain sensor in grid structure with improved area detection efficiency}

본 발명은 격자 형태로 배열된 빗방울 감지 센서를 자동차의 전면 유리창에 부착하여 빗방울이 센서가 부착된 유리창에 떨어질 때 빗방울에서 광원 방향으로 반사되는 광량을 수신하여 빗방울 량을 인식하는 빗방울 감지 센서에 관한 것이다.

지금까지의 빗방울 감지 센서는 자동차의 전면 유리창에 신호 광을 주입하여 유리창에 빗방울이 떨어지면 유리창 내부를 따라 도파되던 광이 외부로 빠져나가 반대쪽에 설치된 수광소자에 도달하는 광량이 줄어들어 빗방울 낙하 정도를 판별하는 방식이나, 신호 광을 유리창에 비스듬히 입사시켜 유리창에 빗방울이 떨어지면 반사율에 변화가 일어나 반대쪽에 설치된 수광소자에 도달하는 광량이 변화되어 빗방울 낙하 정도를 판별하는 방식이나, 일렬로 배열된 빗방울 감지 센서를 자동차의 전면 유리창에 부착하여 빗방울이 센서가 부착된 유리창에 떨어질 때 빗방울에서 광원 방향으로 반사되는 광량을 수신하여 빗방울 량을 인식하는 방식을 사용하였 다. 이러한 방식 중 첫 번째 방식은 센서로 사용되는 신호 광을 자동차의 전면 유리창 내부로 도파되도록 입사시킬 때 광결합기를 자동차 전면 유리창과 완전히 밀착시키고 정확한 입사각을 유지시킬 필요가 있어서 광학계가 복잡해지고 설치가 어려운 단점이 있었다. 두 번째 방식은 센서로 사용되는 광원의 반대쪽에 수광소자를 설치하므로 빗방울에 의한 반사뿐만 아니라 자동차의 전면 유리창 표면에서 반사되는 반사광도 수광소자에 입사되어 신호대 잡음비가 저하되는 단점이 있었다, 세 번째 방식은 센서로 사용되는 광원과 수광소자 쌍을 일렬로 배치하므로 넓은 면적에 떨어지는 빗방울을 감지하기 위하여는 많은 수의 광원과 수광소자 쌍이 필요하여 광원 및 수광소자 쌍당 감지 면적이 협소한 단점이 있었다.

결국, 종래 기술에 의한 자동차 전면 유리창 내부 도파현상을 이용한 빗방울 감지 방식은 광학계가 복잡해지고 설치가 어려운 단점이 있었고, 광원과 수광소자를 서로 반대쪽에 위치시켜 빗방울에 의한 반사광을 측정하는 방식은 유리창 표면에서의 반사로 인하여 신호대 잡음비가 저하되는 단점이 있었고, 광원과 수광소자를 일렬로 배치하는 반사형 방식은 빗방울 감지면적이 협소한 단점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 고안된 것으로서, 그 목적은 반사형 빗방울 감지방식에서 적은 수의 광원 및 수광소자를 사용하여 보다 더 넓은 면적에 걸쳐 효율적으로 빗방울을 감지하면서, 동시에 광학계를 간단히 하여 설치가 간편하고 자동차 전면 유리창 표면에서 반사되는 반사광의 영향을 받지 않으면서 변조된 신호 광을 사용하여 주변광의 영향을 최소화 시키고 빗방울 감지면적 측면에서 효율적인 빗방울 감지방식을 구현 하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 구체적으로, 우천시에 내리는 빗물을 감지하는 빗방울 감지 장치에 있어서, 송신기(11)에서 생성된 신호에 따라 신호광을 송출하는 광원(5)과, 단위 감지 구역에서 상기 광원(5)에서 조사된 광이 물방울에 반사되어 돌아오는 방향으로 4개의 광원(5)에 둘러싸여 배치되어 수신하는 수광소자(6)와, 빗방울 감지 센서 케이스(1)의 일측에 형성된 개구부인 슬릿에 장착되는 적외선 필터(3)와, 자동차 전면 유리창(2) 표면에서의 반사에 의한 잡음요소를 배제하면서도 신호광에 포함된 변조주파수 성분만을 추출하여 유리창 표면의 빗방울 존재량을 판단하므로 빗방울에 의한 반사성분이 아닌 외부 광에 의한 영향을 최소화시켜 빗방울 감지 확률을 높여주는 수신기(9)로 구성된 것을 특징으로 하며,

상기 광원(5)에서 조사된 광이 물방울에 반사되어 돌아오는 방향으로 4개의 광원(5)에 둘러싸여 배치되어 수신하는 수광소자(6)로 구성된 단위 감지구역의 좌우 또는 상하로 격자 형태로 2개의 광원(5)과 1개의 수광소자(6)를 각각 추가 배치하여 감지구역을 확장하는 것을 특징으로 하고,

상기 광원(5)은 수광소자(6)와 격자 형태로 배치되며, 적외선 LED인 것을 특징으로 하고,

상기 빗방울 감지 센서 케이스(1)의 내부에 빛을 흡수하는 검은 색과 난반사 처리가 된 것을 특징으로 하며,

상기 송신기(11)는 10kHz ~ 100kHz 대의 구형파를 발진하는 발진기(13)와 발진신호에 따라 적외선 LED 광원(5)을 광 변조시키는 변조기(14)로 구성된 것을 특징으로 하며,

상기 수신기(9)는 수광소자(6)에서 광전변환된 전기신호를 증폭하는 증폭기(15)와, 상시 발진기(13)의 발진주파수와 동일한 주파수 성분만을 걸러내는 대역통과필터(16)로 구성된 것을 특징으로 하며,

상기 수광소자(6) 전면에 장착된 적외선 필터(3)는 신호 광 이외의 가시광선 대역의 외부 광이 수신되는 것을 억제하는 것을 특징으로 하며,

상기 수신기(9)는 신호 광의 크기에 따라 정보를 마이컴(10)에 전달하고, 마이컴(10)은 미리 입력된 대조표(Look-up Table)에 따라 적합한 자동차 유리창 브러시의 작동빈도를 결정하고 빗방울 감지 신호(12)를 출력하는 것을 특징으로 하는 주변 광 영향을 줄인 격자 배열 방식 빗방울 감지 장치로 구성된 것이다.

본 발명의 제 1 특징에 따르면, 빗방울 감지 센서에서 감지오차를 줄이기기 위하여 빗방울이 떨어지는 면적을 보다 더 넓게 감지하여 광원과 수광소자를 격자 형태로 배열하는 방식을 사용하고, 또한 자동차 전면 유리창 표면에서 반사되는 반사광의 영향을 받지 않게 하기 위하여 광원과 수광소자가 격자 형태로 부착된 감지판을 전면 유리창에 비스듬히 부착하는 방식을 사용하였다. 이때 광원에서 발사되는 특정주파수로 변조된 신호광이 빗방울에서 반사되어 격자 내에 위치한 수광소자에 입사되고 이렇게 수신된 광신호는 전기신호로 변환되어 변조할 때 사용된 특정주파수 성분만이 걸러져서 주변광의 영향을 최소화하고 이렇게 복원된 신호는 마이컴에서 미리 입력된 대조표와 비교하여 수신된 신호에 대응한 유리창 브러쉬 작동신호를 발생하게 하였다.

본 발명의 빗방울 감지 방식은 자동차의 유리창을 광도파로로 사용하는 감지 방식이나, 신호 광을 송출하는 광원과 수신하는 수광소자가 마주보도록 배치하는 방식이나, 광원과 수신하는 수광소자를 일렬로 같은 방향에 배치하는 방식과는 달리, 신호 광을 송출하는 광원들이 수신하는 수광소자를 둘러싸는 구조로 배치하여 자동차 유리창 표면에 떨어지는 빗방울을 보다 더 넓은 면적에 걸쳐 감지할 수 있어 빗방울 감지 확률을 높여주어 빗방울 감지 센서가 오동작 될 확률을 줄이는데 적합한 효과가 있다.

이하, 본 발명에 의한 격자 형태로 배열된 빗방울 감지 센서를 이용한 빗방울 감시 방식의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

첨부도면 도 1은 본 발명이 적용된 빗방울 감지 센서의 개념도와 전면 유리창 표면에 광원과 수광소자가 격자 형태로 부착된 감지판을 전면 유리창에 비스듬히 부착하는 방식의 개념도 이고, 도 2는 센서 내 주변광 영향 감소방식의 개념도 이다.

도 1을 참조하면, 참조번호 1은 본 발명에 의한 빗방울 감지센서 외함을 나타내고, 참조번호 2는 자동차 전면 유리창을 나타내고, 참조번호 3은 적외선 통과 필터를 나타내고, 참조번호 4는 광원과 수광소자를 격자 모양으로 배열시켜 부착시키는 격자판을 나타내고, 참조번호 5는 광원으로 사용되는 LED를 나타내고, 참조번호 6은 수신된 광 신호를 전기신호로 바꾸기 위한 수광소자를 나타내고, 참조번호 7은 격자판을 고정시키는 브라켓을 나타내고, 참조번호 8은 유리창 표면에 떨어진 빗방울을 나타낸다.

상기의 구성에서 광원으로 사용되는 LED(5)로부터 출력되는 적외선 신호광은 적외선 통과 필터(3)와 자동차 전면 유리창(2)을 통과하여 유리창 표면에 부착된 빗방울(8)에서 일부가 반사되어 다시 자동차 전면 유리창(2)과 적외선 통과 필터(3)를 통과한 후 LED(5)와 같은 방향에 위치한 수광소자(6)에서 광전변환 된다. 이렇게 광전변환된 전기신호는 수신기에서 신호로 복원된 후 마이컴에 미리 입력된 대조표와 비교하여 수신된 신호에 대응한 유리창 브러쉬 작동신호를 발생하게 된 다. 이때 1 단위감지구역에서는 광원으로 사용되는 4 개의 LED(5)가 1 개의 수광소자(6)를 둘러싸는 구조이므로 1 개의 수광소자(6)로 4 개의 경로를 포함시킬 수 있으므로 수광소자 개수 측면에서 경제적이다. 더욱이 인접 감지구역에서는 2 개의 LED(5)와 1 개의 수광소자(6)를 추가하여도 처음 감지구역에서와 같이 4개의 LED(5)를 사용하는 효과를 거두므로 감지면적은 넓히면서 부품수를 줄일 수 있는 장점이 있다.

한편, 도 2를 참조하면, 참조번호 9는 수신기를 나타내고, 참조번호 10은 마이컴을 나타내고, 참조번호 11은 송신기를 나타내고, 참조번호 12는 유리창 브러쉬를 작동시키는 빗방울 감지신호를 나타내고, 참조번호 13은 광원을 변조시키는 발진주파수를 생성하는 발진기를 나타내고, 참조번호 14는 변조기를 나타내고, 참조번호 15는 수광소자에서 광전변환된 신호를 증폭하는 증폭기를 나타내고, 참조번호 16은 증폭기 출력에 포함된 신호중에서 당초 송신기에 사용된 변조주파수와 같은 주파수 성분만을 추출하는 대역통과필터를 나타낸다.

상기의 구성에서 발진기(13)는 10kHz ~ 100kHz 대의 정현파를 발진하고 이 발진신호에 따라 변조기(14)는 LED(5)를 광변조시킨다. 이렇게 생성된 신호광은 자동차 전면 유리창(2)에 떨어진 빗방울(8)에서 반사되어 자동차 전면 유리창에 부착된 적외선통과필터(3)를 통과한 후 수광소자(6)에 수신된다. 이때 적외선통과필터(3)는 신호광 이외의 가시광선 대역의 외부광이 수신되는 것을 억제하는 효과를 가져온다. 수광소자에서 광전변환된 전기신호는 증폭기(15)에서 증폭된 후 대역통과필터(16)에서 당초 발진기(13)의 발진주파수와 동일한 주파수 성분만을 걸러내게 된다. 이러한 방법으로 신호광 이외의 외부광의 영향을 대부분 차단할 수 있게 된다. 이렇게 생성된 신호광의 크기는 마이컴에서 미리 입력된 대조표(Look-up Table)에 따라 적합한 자동차 유리창 브러쉬의 작동빈도를 결정하고 이를 출력(12)하도록 하였다.

도 1은 본 발명에 의한 빗방울 감지 센서의 개념도,

도 2는 본 발명에 의한 센서 내 주변광 영향 감소방식의 개념도.

Claims (8)

1. 우천시에 내리는 빗물을 감지하는 빗방울 감지장치에 있어서, 송신기(11)에서 생성된 신호에 따라 신호광을 송출하는 광원(5)과, 단위 감지 구역에서 상기 광원(5)에서 조사된 광이 물방울에 반사되어 돌아오는 방향으로 4개의 광원(5)에 둘러싸여 배치되어 수신하는 수광소자(6)와, 빗방울 감지센서 케이스의 일측에 형성된 개구부 인 슬릿에 장착되는 적외선 필터(3)와, 자동차 전면 유리창(2) 표면에서의 반사에 의한 잡음요소를 배제하면서도 신호광에 포함된 변조주파수 성분만을 추출하여 유리창 표면의 빗방울 존재량을 판단하므로 빗방울에 의한 반사성분과 구별되는 외부 광에 의한 영향을 최소화시켜 빗방울 감지 확률을 높여주는 수신기(9)로 구성되고,

   상기 광원(5)에서 조사된 광이 물방울에 반사되어 돌아오는 방향으로 4개의 광원(5)에 둘러싸여 배치되어 수신하는 수광소자(6)로 구성된 단위 감지구역의 좌우 또는 상하로 격자 형태로 2개의 광원(5)과 1개의 수광소자(6)를 각각 추가 배치하여 감지구역을 확장하는 것을 특징으로 하는 주변 광 영향을 줄인 격자 배열 방식 빗방울 감지 장치.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 광원(5)은 수광소자(6)와 격자 형태로 배치되며, 적외선 LED인 것을 특징으로 하는 주변 광 영향을 줄인 격자 배열 방식 빗방울 감지 장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 빗방울 감지 센서 케이스(1)의 내부에 빛을 흡수하는 검은 색과 난반사 처리가 된 것을 특징으로 하는 주변 광 영향을 줄인 격자 배열 방식 빗방울 감지 장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 송신기(11)는 10kHz ~ 100kHz 대의 구형파를 발진하는 발진기(13)와 발진신호에 따라 적외선 LED 광원(5)을 광 변조시키는 변조기(14)로 구성된 것을 특징으로 하는 주변 광 영향을 줄인 격자 배열 방식 빗방울 감지 장치.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 수신기(9)는 수광소자(6)에서 광전변환된 전기신호를 증폭하는 증폭기(15)와, 상시 발진기(13)의 발진주파수와 동일한 주파수 성분만을 걸러내는 대역통과필터(16)로 구성된 것을 특징으로 하는 주변 광 영향을 줄인 격자 배열 방식 빗방울 감지 장치.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 수광소자(6) 전면에 장착된 적외선 필터(3)는 신호 광 이외의 가시광선 대역의 외부 광이 수신되는 것을 억제하는 것을 특징으로 하는 주변 광 영향을 줄인 격자 배열 방식 빗방울 감지 장치.
8. 제 1항 및 제3항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 수신기(9)는 신호 광의 크기에 따라 정보를 마이컴(10)에 전달하고, 마이컴(10)은 미리 입력된 대조표(Look-up Table)에 따라 자동차 유리창 브러시의 작동빈도를 결정하고 빗방울 감지 신호(12)를 출력하는 것을 특징으로 하는 주변 광 영향을 줄인 격자 배열 방식 빗방울 감지 장치.

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