KR101254777B1 - 디지털 지문 방식을 이용하는 레인센서 및 그 레인센서의 빗방울 감지 방법 - Google Patents

디지털 지문 방식을 이용하는 레인센서 및 그 레인센서의 빗방울 감지 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 디지털 지문 방식을 이용하는 레인센서 및 그 레인센서의 빗방울 감지 방법은 특정 코드값을 가지는 디지털 지문 신호를 변조한 후 발광 다이오드를 구동하여 광을 출력하는 광신호 발생부; 윈드실드(windshield)를 통과한 상기 광을 수신하여 디지털 신호로 바꾼 후 이 디지털 신호가 이 상기 디지털 지문 신호와 일치하는 경우에 와이퍼를 구동할 수 있는 신호를 출력하는 광신호 수신부; 및 상기 광신호 발생부에서 출력하는 광이 상기 광신호 수신부에 직접 입력되지 않도록 차단하는 광차단부;를 포함하는 것을 특징으로 하며, 만약 태양광이나 가로등 등의 주변 잡음광이 존재하는 경우에도 디지털 지문과 일치하는 신호가 수신될 때만 빗방울에 의해 산란된 신호광으로 인식하므로 주변 잡음광에 의해 오작동 되는 것을 방지할 수 있다.

Description

디지털 지문 방식을 이용하는 레인센서 및 그 레인센서의 빗방울 감지 방법{Rain sensor using digital identification code and method for detectiing rain using the same}
본 발명은 레인 센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 윈드실드 글래스(windshield glass)에 낙하하는 빗방울이나 안개와 같은 수분의 양을 감지하여 자동차의 와이퍼를 구동할 수 있도록 제어신호를 발생하되, 레인 센서를 구성하는 송신기와 수신기 사이에 전송되는 광신호에 디지털 지문을 사용하고 그 디지털 지문이 사용된 광신호의 변화량을 감지하는 레인 센서와 디지털 지문을 이용한 레인센서에서 빗방울을 검출하는 방법에 관한 것이다.
유리나 플렉시글라스(Plexiglass)와 같은 투명 물질에 습기가 누적되면, 그 물질을 통한 사람의 시야를 방해할 수 있다. 자동차에는 앞유리를 통해 시야를 개선시키도록 적어도 운전자의 시야 범위내에서, 일반적으로 더 넓은 영역에 걸쳐 앞유리의 외부 표면으로부터 습기를 닦아내기 위한 모터-구동형 앞유리 와이퍼(windshield wiper)가 갖추어져 왔다.
오늘날 대부분의 차량에서, 앞유리 와이퍼 시스템은 무한하게 다양한 것은 아니지만, 운전자가 상황에 따라 속도의 범위를 다양하게 선택하도록 허용하는 다중 스위치 또는 가변 속도 스위치를 포함한다.
와이퍼 제어는 수동으로 동작되어, 전형적으로 지연 특성을 포함하고, 그에 의해 와이퍼는 선택된 시간 지연 간격으로 간헐적으로 동작하게 된다.
최근에는 창문 표면에 습기가 생길때 와이퍼 모터를 자동으로 작동시키도록 차량 창문 중 하나에 설치된 습기 센서 또는 레인 센서를 포함하는 와이퍼 제어 시스템이 개발되었다.
습기 센서 또는 레인 센서를 포함하는 와이퍼 제어 시스템은 대부분 전형적으로 앞유리에 장착되지만, 이 시스템은 뒤쪽 창문이나 습기가 제거되도록 의도되는 다른 유리 표면에 장착될 수 있다.
이러한 와이퍼 제어 시스템은 운전자가 운전상황이 변함에 따라 와이퍼 속도를 자주 조절하는 불편함을 없애준다.
와이퍼 제어 시스템은 전도성, 전기용량성, 압전 및 광 센서를 포함하여 자동차가 겪게 되는 습기 상황을 감지하기 위해 다수의 상이한 기술을 사용한다.
광 센서는 광빔이 앞유리의 외부 표면에 습기가 존재하는 경우 그것의 정상적인 경로에서 편향되어 확산된다는 원리에 근거하여 동작한다.
레인 센서를 위하여 여러 가지 방식이 제안되고 있지만 광전자 방식을 제외한 다른 전자식 방법은 간단하지만 크거나 작은 물입자의 다소에 비례하는 전기적 출력을 얻는데 못 미치는 신뢰성으로 보편적이지 않으며 현재 대부분의 자동차에는 광전자 방식이 사용되고 있다. 그러나 광전자 방식에서는 태양광이나 가로등 등의 영향으로 오동작 될 수 있으므로 센서의 신호광을 이러한 주변광들과 구분하여 인식할 필요가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 발광다이오드에서 발산되는 송신광이 자동차 전면 유리창 외부에 존재하는 습기 또는 빗방울에 의하여 반사되어 그 산란광이 수광소자에 수신될 때 태양광이나 가로등 등의 영향으로 오동작 될 수 있으므로 센서의 신호광을 이러한 주변광들과 구분하여 인식할 필요가 있다. 따라서 자동차 전면 유리창에 센서광을 조사하고 이렇게 송신된 광신호를 수광소자에서 수신할 때 빗방울이 존재하면 광신호에 변화가 발생하게 되고 이들 광신호를 태양광이나 가로등 등의 주변 잡음광과 분리하여 인식 검출하여 와이퍼 구동 신호의 기초로 삼는 레인 센서 및 그 레인 센서에 의한 빗방울 검출 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 디지털 지문을 이용한 레인 센서는 특정 코드값을 가지는 디지털 지문 신호를 변조한 후 발광 다이오드를 구동하여 광을 출력하는 광신호 발생부; 윈드실드(windshield)를 통과한 상기 광을 수신하여 디지털 신호로 바꾼 후 이 디지털 신호가 이 상기 디지털 지문 신호와 일치하는 경우에 와이퍼를 구동할 수 있는 신호를 출력하는 광신호 수신부; 및 상기 광신호 발생부에서 출력하는 광이 상기 광신호 수신부에 직접 입력되지 않도록 차단하는 광차단부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 광신호 발생부는 일정한 주파수를 가지는 반송파로서 작동하는 정현파 신호를 출력하는 반송파 발생부; 상기 특정 코드값을 가지는 디지털 지문 신호를 출력하는 디지털 지문 신호 발생부; 및 상기 디지털 지문 신호를 상기 반송파로 변조하여 출력하는 변조부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 반송파 발생부는 상기 반송파의 주파수를 상기 디지털 지문 신호의 주파수보다 적어도 20배 이상으로 하여 상기 반송파를 생성하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 광차단부는 상기 윈드실드에 부착되어 상기 광신호 발생부가 출력하는 광이 상기 광신호 수신부로 직접 전달되지 않도록 불투명체인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 광신호 수신부는 수신되는 광에서 상기 반송파 주파수 성분만을 필터링한 후 복조하여 출력하는 광수신부; 상기 광수신부의 출력신호에서 소정의 임계치 이상의 전압을 가지는 신호는 논리신호 1로 하고, 상기 임계치 미만의 전압을 가지는 신호는 논리신호 0으로 하는 상기 디지털 신호를 출력하는 디지타이징부; 상기 광신호 송신부의 특정 코드값을 가지는 디지털 지문 신호와 동일한 수신 디지털 지문 신호를 생성하여 출력하는 수신 디지털 지문 신호 발생부; 및 상기 수신 디지털 지문 신호와 상기 디지타이징부에서 출력하는 디지털 신호를 비교하여 동일하면 상기 와이퍼를 구동할 수 있는 신호를 출력하는 비교부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 디지털 지문을 이용한 레인 센서의 빗방울 감지 방법은 특정 코드값을 가지는 디지털 지문 신호를 변조한 후 발광 다이오드를 구동하여 광을 출력하는 단계; 및 윈드실드(windshield)를 통과한 상기 광을 수신하여 디지털 신호로 바꾼 후 이 디지털 신호가 이 상기 디지털 지문 신호와 일치하는 경우에 와이퍼를 구동할 수 있는 신호를 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 광을 출력하는 단계는 상기 특정 코드값을 가지는 디지털 지문 신호를 출력하는 단계; 상기 디지털 지문 신호의 주파수보다 적어도 20배 이상의 주파수를 가지는 정현파를 반송파로서 생성하여 출력하는 단계; 및 상기 디지털 지문 신호를 상기 반송파로 변조하여 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 와이퍼를 구동할 수 있는 신호를 출력하는 단계는 수신되는 광에서 상기 반송파 주파수 성분만을 필터링한 후 복조하는 단계; 상기 광수신부의 출력신호에서 소정의 임계치 이상의 전압을 가지는 신호는 논리신호 1로 하고, 상기 임계치 미만의 전압을 가지는 신호는 논리신호 0으로 하는 상기 디지털 신호를 출력하는 단계; 상기 광신호 송신부의 특정 코드값을 가지는 디지털 지문 신호와 동일한 수신 디지털 지문 신호를 생성하여 출력하는 단계; 및 상기 수신 디지털 지문 신호와 상기 디지털 신호를 비교하여 동일하면 상기 와이퍼를 구동할 수 있는 신호를 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 디지털 신호에 포함된 빗방울을 감지한 신호의 개수에 비례하여 와이퍼의 동작속도를 조절하는 신호를 생성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 디지털 지문을 이용한 레인 센서 및 그 레인센서의 빗방울 검출 방법에 의하면, 광신호 송신측에서 생성한 디지털 신호를 기초로 변조된 광신호를 윈드실드 글래스 방향으로 입사시킨 후 윈드실드 유리 상부로 떨어지는 빗방울에 의해 반사되는 산란광을 수신소자가 수신할 때 만약 태양광이나 가로등 등의 주변 잡음광이 존재하는 경우에도 디지털 지문과 일치하는 신호가 수신될 때만 빗방울에 의해 산란된 신호광으로 인식하므로 주변 잡음광에 의해 오작동 되는 것을 방지할 수 있는 점을 이용하여 와이퍼를 유효 적절하게 제어할 수 있으며, 또한 약간의 거리를 두고 떨어져 있는 수광소자에 직접 전달되지 않도록 광차단재를 설치하여 송신측 광신호에 의한 영향을 차단하게 된다.
도 1은 본 발명에 의한 디지털 지문 방식을 이용하는 레인센서의 기본 구성을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명에 의한 디지털 지문 방식을 이용하는 레인센서에서 광신호발생부(110)의 구성을 보다 상세하게 보여주는 블록도이다.
도 3은 본 발명에 의한 디지털 지문 방식을 이용하는 레인센서의 광신호수신부(150)의 구성을 보다 상세하게 보여주는 블록도이다.
도 4는 본 발명에 의한 디지털 지문을 이용한 레인 센서에서 빗방울을 검출하는 과정을 보여주는 흐름도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 따른 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명에 의한 디지털 지문 방식을 이용하는 레인센서의 기본 구성을 보여주는 도면이다. 도 2는 본 발명에 의한 디지털 지문 방식을 이용하는 레인센서에서 광신호발생부(110)의 구성을 보다 상세하게 보여주는 블록도이고, 도 3은 본 발명에 의한 디지털 지문 방식을 이용하는 레인센서의 광신호수신부(150)의 구성을 보다 상세하게 보여주는 블록도이다. 그리고 도 4는 본 발명에 의한 디지털 지문을 이용한 레인 센서에서 빗방울을 검출하는 과정을 보여주는 흐름도이다. 디지털 지문의 검출원리 및 본 발명에 대한 적용예에 대하여 설명하고 본원의 구성, 그리고 보다 구체적인 실시예를 설명하도록 한다.
먼저 도 1을 참조한다. 광신호발생부(110)로부터 방출되는 빛이 윈드실드(windshield) 유리(120)를 통과하여 낙하하는 빗방울(130)에 의해 일부가 산란되어 그 중 일부가 다시 윈드실드 유리(120)를 통과하여 광신호수신부(150)에 수신되어 빗방울(130)이 존재하는 것을 감지하게 된다. 이 때 발광다이오드로부터 방출되는 빛이 광신호수신부(150)내의 수광소자에 직접 전달되지 않도록 빛을 막는 광차단부(140)을 설치한다. 이 광차단부(140)는 불투명체로 된 것으로서 윈드실드(120)에 밀착되는 것이 바람직하다.
이렇게 빗방울(130)에 의해 산란되어 광신호수신부(150)에 수신된 빛의 변화량에 비례하여 광전변환된 전기신호의 변화를 감지하여 와이퍼 구동 신호로 이용하게 된다.
여기에서 광신호발생부(110), 광차단부(140), 그리고 광신호수신부(150)는 하나의 모듈(module)로 구비되는 것이 바람직하다.
이제, 도 2와 도 4를 참조하면서 본 발명에 의한 디지털 지문인식 방법을 이용한 레인 센서의 구성중 광신호 송신부(110)의 상세 기능 및 광신호 발생 방법을 보다 상세하게 설명한다. 설명의 간략화와 이해의 명확성을 위하여 방법과 장치를 같이 설명하도록 한다. 아래에서 본원 발명의 구성 및 바람직한 일 실시예를 설명하면서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 누구라도 이해할 수 있는 내용은 설명을 생략하기로 한다.
먼저 반송파발생부(220)에서 일정한 주파수를 가지는 정현파 전기신호(221)를 발생시키고 디지털 지문 신호발생부(210)에서는 특정한 코드값을 가지는 디지털 신호(211)를 발생시킨다(SS410단계). 그림에서 TF는 한 프레임의 주기이다. 여기서 특정한 코드값은 사용자가 임의로 지정할 수 있는 것이 바람직하다. 전기신호변조부(230)는 정현파 전기신호인 반송파를 디지털 지문 신호발생부(210)에서 고유한 방식으로 코딩된 전기신호(211)로 변조시켜 변조광 신호(231)를 생성한다(S420단계). 광원부(240)는 이를 구동전류로 하여 발광다이오드를 발광시켜 광을 출력한다(S430단계). 이 때 반송파발생부(220)의 주파수는 디지털로 코딩된 신호의 주파수의 20배 이상으로 하는 것이 바람직하다(S510단계).
이제, 도 3과 도 4를 참조하면서 본 발명에 의한 디지털 지문인식 방법을 이용한 레인 센서의 구성중 광신호 수신부(150)의 상세 기능 및 광신호 발생 방법을 보다 상세하게 설명한다. 설명의 간략화와 이해의 명확성을 위하여 방법과 장치를 같이 설명하도록 한다. 아래에서 본원 발명의 구성 및 바람직한 일 실시예를 설명하면서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 누구라도 이해할 수 있는 내용은 설명을 생략하기로 한다.
광신호수신기(310)는 수광소자를 포함하고 있으며, 외부 잡음광 성분의 영향을 최소화하도록 반송파 주파수 성분만을 필터링한 후 복조하여 신호성분(311) 만을 출력한다(S450단계). 이때 광신호수신기(310)에서 출력되는 신호는 빗방울에 의하여 산란시(S440단계) 반사되는 정도가 각기 다르므로 다양한 진폭을 갖는 디지털 신호(311)가 얻어진다. 이를 디지털 신호처리 할 수 있도록 디지타이징부(320)는 임계치 이상의 전압을 갖는 신호만 논리신호 "1(high)"로 출력하고 그렇지 않은 경우에는 논리신호 "0(low)"으로 출력함으로써 잡음성분이 제거된 디지털 신호(321)를 출력하는 디지타이징 작업을 수행한다(S460단계). 이때 임계치는 레인센서의 운용자가 임의로 설정할 수 있는 것이 바람직하다.
수신 디지털 지문 신호발생부(330)는 펄스성의 강력한 외부 잡음의 영향을 배제하기 위하여 수신 디지털 지문 신호를 발생시킨다(S470단계). 이 수신 디지털 지문 신호는 광신호발생부(110)의 디지털 지문 신호 발생부(210)에서 생성하는 디지털 지문 신호와 동일한 값을 가지는 것이 바람직하다. 비교부(도면에서는 디코딩부(비교기)로 표현됨, 340)는 수신 디지털 지문 신호(331)와 디지타이징부(320)에서 출력하는 신호(321)를 비교한다(S470단계). 비교부(340)는 만약 이 두 신호가 동일하면 와이퍼를 구동할 것인지의 여부를 판단할 수 있는 빗방울 감지신호(341)을 생성하고, 와이퍼 구동인터페이스(미도시)를 통하여 CPU등 제어장치로 보내 와이퍼를 구동하기 위한 기본 정보로 활용하도록 한다(S480단계).
빗방울 감지신호에는 수신되는 광신호로부터 추출한 디지털 신호로부터 빗방울에 의하여 산란되어 손실된 신호의 개수에 비례하여 와이퍼의 동작속도를 조절하는 값도 포함되는 것이 바람직하다. 즉 빗방울이 많으면 그만큼 산란되어 원래의 신호보다 왜곡될 것이고, 적으면 원래의 신호를 유지하게 될 것이기 때문이다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
본 발명의 상기 방법은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.

Claims (9)

  1. 특정 코드값을 가지는 디지털 지문 신호를 변조한 후 발광 다이오드를 구동하여 광을 출력하는 광신호 발생부;
    윈드실드(windshield)를 통과한 상기 광을 수신하여 디지털 신호로 바꾼 후 상기 디지털 신호가 상기 디지털 지문 신호와 일치하는 경우에 와이퍼를 구동할 수 있는 신호를 출력하는 광신호 수신부; 및
    상기 광신호 발생부에서 출력하는 광이 상기 광신호 수신부에 직접 입력되지 않도록 차단하는 광차단부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 지문 방식을 이용하는 레인센서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광신호 발생부는
    일정한 주파수를 가지는 반송파로서 작동하는 정현파 신호를 출력하는 반송파 발생부;
    상기 특정 코드값을 가지는 디지털 지문 신호를 출력하는 디지털 지문 신호 발생부; 및
    상기 디지털 지문 신호를 상기 반송파로 변조하여 출력하는 전기신호 변조부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 지문 방식을 이용하는 레인센서.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 광차단부는
    상기 윈드실드에 부착되어 상기 광신호 발생부가 출력하는 광이 상기 광신호 수신부로 직접 전달되지 않도록 불투명체인 것을 특징으로 하는 디지털 지문 방식을 이용하는 레인센서.
  5. 제1항에 있어서, 상기 광신호 수신부는
    수신되는 광에서 반송파 주파수 성분만을 필터링한 후 복조하여 출력하는 광수신부;
    상기 광수신부의 출력신호에서 소정의 임계치 이상의 전압을 가지는 신호는 논리신호 1로 하고, 상기 임계치 미만의 전압을 가지는 신호는 논리신호 0으로 하는 상기 디지털 신호를 출력하는 디지타이징부 ;
    상기 광신호 송신부의 특정 코드값을 가지는 디지털 지문 신호와 동일한 수신 디지털 지문 신호를 생성하여 출력하는 수신 디지털 지문 신호 발생부; 및
    상기 수신 디지털 지문 신호와 상기 디지타이징부에서 출력하는 디지털 신호를 비교하여 동일하면 상기 와이퍼를 구동할 수 있는 신호를 출력하는 비교부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 지문 방식을 이용하는 레인센서.
  6. 특정 코드값을 가지는 디지털 지문 신호를 변조한 후 발광 다이오드를 구동하여 광을 출력하는 단계; 및
    윈드실드(windshield)를 통과한 상기 광을 수신하여 디지털 신호로 바꾼 후 상기 디지털 신호가 상기 디지털 지문 신호와 일치하는 경우에 와이퍼를 구동할 수 있는 신호를 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 지문 방식을 이용하는 레인센서의 빗방울 검출 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 광을 출력하는 단계는
    상기 특정 코드값을 가지는 디지털 지문 신호를 출력하는 단계 ;
    일정한 주파수를 가진 정현파를 반송파로 생성하여 출력하는 단계; 및
    상기 디지털 지문 신호를 상기 반송파로 변조하여 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 지문 방식을 이용하는 레인센서의 빗방울 검출 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 와이퍼를 구동할 수 있는 신호를 출력하는 단계는
    수신되는 광에서 반송파 주파수 성분만을 필터링한 후 복조하여 신호성분만을 출력하는 단계;
    상기 출력되는 신호성분에서 소정의 임계치 이상의 전압을 가지는 신호는 논리신호 1로 하고 상기 임계치 미만의 전압을 가지는 신호는 논리신호 0으로 하여 상기 디지털 신호를 출력하는 단계 ;
    상기 특정 코드값을 가지는 디지털 지문 신호와 동일한 수신 디지털 지문 신호를 생성하여 출력하는 단계; 및
    상기 수신 디지털 지문 신호와 상기 디지털 신호를 비교하여 동일하면 상기 와이퍼를 구동할 수 있는 신호를 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 지문 방식을 이용하는 레인센서의 빗방울 검출 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 디지털 신호에 포함된 빗방울을 감지한 신호의 개수에 비례하여 와이퍼의 동작속도를 조절하는 신호를 생성하는 단계;를 더 포함하는 디지털 지문 방식을 이용하는 레인센서의 빗방울 검출 방법.
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