KR101533332B1 - 자동차용 레인센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 레인센서에 관한 것으로, 광 신호를 방사하는 발광부, 발광부에서 방사된 광 신호가 기설정된 초점에 모이도록 조절하여 윈드실드 글래스(Windshield Glass)로 전달하는 렌즈부, 윈드실드 글래스의 빗방울에 의해서 반사되는 광 신호를 수신하는 수광부 및 발광부를 제어하여 광 신호를 방사하고, 수광부를 통해 수신된 광 신호에 기초하여 비의 양을 예측하는 제어부를 포함한다.

Description

자동차용 레인센서{RAIN SENSOR FOR VEHICLE}

본 발명은 자동차용 레인센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 와이퍼의 동작 여부 또는 속도 등을 자동으로 조절할 수 있도록 비의 양을 예측함으로써, 운전 중에 운전자의 시선 분산이나 불필요한 동작의 발생을 방지하는데 도움이 되는 자동차용 레인센서에 관한 것이다.

레인센서(Rain Sensor)는 운전자가 별도로 조작을 하지 않더라고 빗물의 세기와 양 등을 스스로 감지하여 와이퍼의 속도나 작동 시간 등을 자동으로 제어하는 장치이다.

레인센서는 빗물감지기 또는 빗물감지센서라고도 하며, 운전자가 운전 도중에 와이퍼의 움직임이나 속도를 조절하기 위해서 별도의 움직임을 취하는 경우, 시선을 돌리거나 불필요한 동작을 함으로 인해서 발생하는 사고 또는 운전상의 불편함을 줄이기 위해 개발되었다.

빗물이 자동차의 윈드실드 글래스에 떨어지면 윈드실드 글래스 뒷면에 설치된 레인 센서가 적외선을 통해 빗물의 양과 속도를 감지하고, 감지된 빗물의 양과 속도에 따라 와이퍼 속도를 빠르게 또는 느리게 동작하도록 제어하는 방식으로 구현된다.

본 발명과 관련된 선행기술로는 한국 공개특허공보 제2011-0060495호(2011.06.08.공개, 발명의 명칭 : 광 산란을 이용한 레인 센서)가 있다.

종래의 레인센서는 센서로 사용되는 신호광원이 전면 윈드실드 글래스 내부로 도파되어야 하므로 입사시에 광결합기를 자동차 윈드쉴드와 완전히 밀착시키고 정확한 입사각을 유지해야 했고, 이러한 이유로 레인센서는 광학계가 복잡하고 설치가 어렵다는 문제가 있었다.

더불어 윈드실드 글래스의 빗방울에 의해 반사되는 광 신호 뿐만 아니라 윈드쉴드 글래스 표면에서 반사되는 주변 광의 반사광도 수광소자로 입사되어 정확하게 비의 양을 검출하기 어렵다는 문제가 있었다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 렌즈의 공초점 원리를 이용하되 방사되는 광의 진폭을 변조함으로써, 변조된 진폭에 대응되는 광 신호에만 기초하여 정확하게 비의 양을 예측할 수 있는 자동차용 레인센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 자동차용 레인센서는 광 신호를 방사하는 발광부; 상기 발광부에서 방사된 광 신호가 기설정된 초점에 모이도록 조절하여 윈드실드 글래스(Windshield Glass)로 전달하는 렌즈부; 상기 윈드실드 글래스의 빗방울에 의해서 반사되는 광 신호를 수신하는 수광부; 및 상기 발광부를 제어하여 광 신호를 방사하고, 상기 수광부를 통해 수신된 광 신호에 기초하여 비의 양을 예측하는 제어부를 포함한다.

본 발명에서 상기 렌즈부는 상기 발광부에서 방사된 광 신호의 방향을 일정하게 조절하는 복수의 콜리메이션(Collimation) 렌즈; 및 상기 콜리메이션 렌즈에 의해 방향이 조절된 광 신호를 서로 다르게 기설정된 초점에 모으는 복수의 컨벡스(Convex) 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 발광부는 레이저(Laser) 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 수광부는 포토(Photo) 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 발광부에서 방사된 광 신호의 경로가 되는 광섬유와 상기 수광부에서 수신하는 광 신호의 경로가 되는 광섬유를 일체형으로 접합하는 파이버 커플러(Fiber Coupler)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 제어부는 상기 광 신호의 진폭을 변조하여 방사하도록 상기 발광부를 제어하고, 상기 수광부를 통해 수신된 광 신호 중 상기 변조된 진폭에 대응되는 광 신호에 기초하여 비의 양을 예측하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 컨벡스 렌즈의 초점 거리에 대한 공초점 원리를 이용하여 비의 양을 간단하게 예측할 수 있다.

또한 본 발명에 따르면 광 신호의 진폭을 변조하여 발광 신호를 방사하고, 변조된 진폭에 대응되는 광 신호에 기초하여 비의 양을 예측하기 때문에 윈드실드 글래스 주변의 다른 광 신호에 의한 노이즈의 영향을 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 레인센서의 기능 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 레인센서에서 비의 양을 예측하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 레인센서를 통한 비의 양을 예측하는 과정을 설명하는 절차 흐름도이다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 레인센서를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 레인센서의 기능 블록도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 레인센서에서 비의 양을 예측하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 레인센서는 발광부(100), 수광부(200), 렌즈부(400) 및 제어부(500)를 포함한다.

발광부(100)는 제어부(500)의 제어에 따라 광 신호를 방사하고, 특히 본 실시예에서는 레이저(Laser) 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

수광부(200)는 윈드실드 글래스(Windshield Glass)의 빗방울에 의해서 반사되는 광 신호를 수신하고, 특히 본 실시예에서는 포토(Photo) 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그러나 발광부(100)와 수광부(200)는 전술한 예에 한정되는 것은 아니므로 광 신호를 방사하고 수신하는 다양한 구성은 무엇이든 포함될 수 있다.

렌즈부(400)는 발광부(100)에서 방사된 광 신호가 기설정된 초점에 모이도록 조절하여 윈드실드 글래스로 전달하는 구성으로, 구체적으로 복수의 콜리메이션(Collimation) 렌즈(420)와 복수의 컨벡스(Convex) 렌즈(440)를 포함한다.

즉, 본 실시예에서는 발광부(100)에서 방사된 광 신호를 윈드실드 글래스로 바로 전달하는 것이 아니라 일정 위치(컨벡스 렌즈(400)의 초점 거리)에 모이도록 조절하여 전달한다.

이를 위해서 콜리메이션 렌즈(420)는 발광부(100)에서 방사된 광 신호의 방향을 일정하게, 구체적으로는 컨벡스 렌즈(440)의 중심축에 대해서 평행하게 조절하여 컨벡스 렌즈(440)로 입사시키고, 컨벡스 렌즈(440)는 중심축에 평행하게 입사되는 광 신호를 미리 설정된 초점으로 모은다.

즉, 컨벡스 렌즈(440)는 중심축에 대해 평행하게 입사되는 광 신호를 초점으로 모으는 역할을 하기 때문에, 콜리메이션 렌즈(420)를 통해서 광 신호의 방향을 컨벡스 렌즈(440)의 중심축에 평행한 방향으로 조절한다.

추가적으로 본 실시예에서는 복수의 콜리메이션 렌즈(420)와 복수의 컨벡스 렌즈(440)를 포함함으로써, 발광부(100)에서 방사된 광 신호가 서로 다르게 기설정된 초점에 모이도록 조절할 수 있다.

제어부(500)는 발광부(100)를 제어하여 광 신호를 방사하고, 수광부(200)를 통해 수신된 광 신호에 기초하여 비의 양을 예측한다.

맑은 날씨에 윈드실드 글래스에서 반사되는 광 신호의 파워는 일정한 값을 갖는데, 비가 올 경우에는 윈드실드 글래스에 맺힌 빗방울에 의해서 반사되는 광 신호의 파워가 달라진다.

따라서 제어부(500)는 윈드실드 글래스의 빗방울에 의해서 반사되는 광 신호를 수광부(200)를 통해 수신하고, 광 신호의 파워에 기초하여 비의 양을 예측할 수 있다.

특히 본 실시예에서 제어부(500)는 컨벡스 렌즈(440)의 공초점 원리를 이용해서 비의 양을 예측하는데, 공초점 원리는 광원에서 시료의 초점과 맞지 않는 빛은 제거하고 초점과 일치하는 빛만 이용하는 것을 의미한다.

도 2를 참조하여 본 실시예에 따른 자동차용 레인센서에서 비의 양을 예측하는 원리를 구체적으로 살펴보면, 렌즈부(400)를 통과한 광 신호는 윈드실드 글래스의 빗방울에 의해서 반사되는데, 컨벡스 렌즈(440)의 초점 거리(b)에 빗방울이 위치할 때 광 신호의 반사가 상대적으로 가장 잘 일어나기 때문에, 수광부(200)를 통해서 수신되는 광 신호의 파워는 상대적으로 가장 큰 값을 갖는다.

즉, 빗방울이 윈드실드 글래스로부터 떨어진 거리를 의미하는 빗방울의 높이가 컨벡스 렌즈(440)의 초점 거리(b)와 동일한 경우에, 수광부(200)에서는 상대적으로 가장 큰 파워를 갖는 광 신호를 수신한다.

그리고 빗방울의 높이와 컨벡스 렌즈(440)의 초점 거리(b)의 차이가 상대적으로 클수록 빗방울에 의해 반사되어 수신되는 광 신호의 파워도 상대적으로 더 작은 값을 갖는다.

더불어 컨벡스 렌즈(440)의 초점 거리(b)를 기준으로 광 신호의 파워는 정규 분포(Normal Distribution) 형태로 나타나기 때문에, 빗방울의 높이가 컨벡스 렌즈(440)의 초점 거리(b)보다 짧은 거리인 a로 형성된 경우와 빗방울의 높이가 컨벡스 렌즈(440)의 초점 거리(b)보다 긴 거리인 c로 형성된 경우에 수광부(200)를 통해서 수신되는 광 신호의 파워는 동일하게 나타난다.

이 때, 빗방울의 높이가 a인 경우와 빗방울의 높이가 c인 경우에는 동일한 광 신호의 파워가 수신되기 때문에, 제어부(500)는 비의 양이 동일한 것으로 판단하게 된다.

따라서 본 실시예의 렌즈부(400)는 전술한 바와 같이 복수의 콜리메이션 렌즈(420)와 복수의 컨벡스 렌즈(440)를 포함함으로써, 광 신호가 서로 다르게 기설정된 초점에 모이도록 조절한다.

이와 같이 제어부(500)는 복수의 컨벡스 렌즈(440) 각각의 초점 거리와 수신되는 광 신호의 파워에 기초하여 비의 양을 예측할 수 있다.

예를 들어, 추가되는 컨벡스 렌즈(440)의 초점 거리가 (b)보다 짧은 경우에, 수신되는 광 신호의 파워가 초점 거리가 (b)인 컨벡스 렌즈(440)에 의한 광 신호의 파워보다 큰 값을 가지면 제어부(500)는 빗방울의 높이를 c가 아니라 a인 것으로 예측할 수 있다.

반면 추가되는 컨벡스 렌즈(440)의 초점 거리가 (b)보다 긴 경우에, 수신되는 광 신호의 파워가 초점 거리가 (b)인 컨벡스 렌즈(440)에 의한 광 신호의 파워보다 큰 값을 가지면 제어부(500)는 빗방울의 높이가 c인 것으로 예측할 수 있다.

이러한 규칙에 따라서 제어부(500)는 컨벡스 렌즈(440)의 초점 거리와 수신되는 광 신호의 파워에 기초하여 비의 양을 예측할 수 있다.

이 때, 본 실시예에 따른 컨벡스 렌즈(440)의 초점 거리는 차량에 설치되는 레인센서의 사양 등에 따라서 서로 달라지기 때문에, 해당 차량의 컨벡스 렌즈(440)의 초점 거리에 따라서 서로 다른 광 신호의 파워가 대응된 룩업테이블을 저장하고, 이를 통해서 비의 양을 예측할 수 있다.

더불어 본 실시예에서 제어부(500)는 광 신호의 진폭을 변조하여 방사하도록 발광부(100)를 제어하고, 수광부(200)를 통해 수신된 광 신호 중 변조된 진폭에 대응되는 광 신호에만 기초하여 비의 양을 예측한다.

수광부(200)는 발광부(100)에서 방사한 광 신호가 윈드실드 글래스에서 반사된 광 신호 뿐만 아니라, 자동차 외부에서 굴절되어 입사되는 광 신호 등 다양한 광 신호를 수신한다.

따라서 본 실시예에서는 발광부(100)의 광 신호 진폭을 변조하여 방사하고, 변조된 진폭에 대응되는 광 신호만을 고려하기 때문에, 윈드실드 글래스의 빗방울에 의해 반사되는 광 신호에 따라 정확하게 비의 양을 예측할 수 있다.

그리고 예측된 비의 양에 기초하여 제어부(500)는 와이퍼(미도시)의 속도 등을 자동으로 조절할 수 있다.

추가적으로 본 실시예에 따른 자동차용 레인센서는 파이버 커플러(Fiber Coupler)(300)를 포함할 수 있다.

파이버 커플러(300)는 발광부(100)에서 방사된 광 신호의 경로가 되는 광섬유와 수광부(200)에서 수신하는 광 신호의 경로가 되는 광섬유를 일체형으로 접합하여 형성함으로써, 윈드실드 글래스 뒷면의 제한된 영역에 설치되는 레인센서가 차지하는 공간을 줄일 수 있다.

이 때, 파이버 커플러(300)는 발광부(100)에 직접 연결된 광섬유와 수광부(200)에 직접 연결된 광섬유를 일측면으로 하고 타측면이 렌즈부(400)에 연결된 2×1의 형태로 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니므로 2×2 형태로 구성하고 잔여 광섬유 측으로 입사된 광 신호는 다시 반사되거나 회절되어 돌아오지 않도록 설계하여 설정될 수도 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 레인센서를 통한 비의 양을 예측하는 과정을 설명하는 절차 흐름도이다.

도 3을 참조하여 자동차용 레인센서를 통해 비의 양을 예측하는 과정을 살펴보면, 먼저 제어부(500)는 발광부(100)를 제어함으로써 광 신호의 진폭을 변조하여 방사한다(S10).

그리고 렌즈부(400)는 방사된 광 신호가 기설정된 초점에 모이도록 조절하여 윈드실드 글래스로 전달하는데(S20), 구체적으로 전술한 단계(S20)는 방사된 광 신호의 방향을 컨벡스 렌즈(440)의 중심축에 평행하도록 조절하는 단계(S22)와 방향이 조절된 광 신호를 일정 위치(컨벡스 렌즈(440)의 초점 거리)에 모이도록 전달하는 단계(S24)를 포함한다.

즉, 본 실시예에서는 발광부(100)에서 방사된 광 신호를 윈드실드 글래스로 바로 전달하는 것이 아니라 일정 위치에 모이도록 전달함으로써, 공초점 원리에 기초하여 비의 양을 예측한다.

다음으로 제어부(500)는 수광부(200)를 통해서 윈드실드 글래스의 빗방울에 의해서 반사되는 광 신호를 수신하고(S30), 수신된 광 신호에 기초하여 비의 양을 예측한다(S40).

특히 제어부(500)는 전술한 단계(S10)에서 광 신호의 진폭을 변조하여 방사하였기 때문에, 단계(S40)에서도 변조된 진폭에 대응되는 광 신호에만 기초하여 비의 양을 예측함으로써, 윈드실드 글래스의 빗방울에 의해 반사되는 광 신호에 따라 정확하게 비의 양을 예측할 수 있다.

본 실시예에 따르면 컨벡스 렌즈의 초점 거리에 대한 공초점 원리를 이용하여 비의 양을 간단하게 예측할 수 있다.

또한 본 실시예에 따르면 광 신호의 진폭을 변조하여 발광 신호를 방사하고, 변조된 진폭에 대응되는 광 신호에 기초하여 비의 양을 예측하기 때문에 윈드실드 글래스 주변의 다른 광 신호에 의한 노이즈의 영향을 줄일 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.

100: 발광부 200: 수광부
300: 파이버 커플러 400: 렌즈부
420: 콜리메이션 렌즈 440: 컨벡스 렌즈
500: 제어부

Claims (6)

1. 광 신호를 방사하는 발광부;
   상기 발광부에서 방사된 광 신호가 기설정된 초점에 모이도록 조절하여 윈드실드 글래스(Windshield Glass)로 전달하는 렌즈부;
   상기 윈드실드 글래스의 빗방울에 의해서 반사되는 광 신호를 수신하는 수광부; 및
   상기 발광부를 제어하여 광 신호를 방사하고, 상기 수광부를 통해 수신된 광 신호에 기초하여 비의 양을 예측하는 제어부를 포함하되, 상기 렌즈부는 상기 발광부에서 방사된 광 신호의 방향을 일정하게 조절하는 복수의 콜리메이션(Collimation) 렌즈 및 상기 콜리메이션 렌즈에 의해 방향이 조절된 광 신호를 서로 다르게 기설정된 초점에 모으는 복수의 컨벡스(Convex) 렌즈를 포함하고, 상기 제어부는 기설정된 초점 거리와 상기 수신된 광 신호의 파워에 기초하여 비의 양을 예측하는 것을 특징으로 하는 자동차용 레인센서.
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 발광부는 레이저(Laser) 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 레인센서.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 수광부는 포토(Photo) 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 레인센서.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 발광부에서 방사된 광 신호의 경로가 되는 광섬유와 상기 수광부에서 수신하는 광 신호의 경로가 되는 광섬유를 일체형으로 접합하는 파이버 커플러(Fiber Coupler)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 레인센서.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 광 신호의 진폭을 변조하여 방사하도록 상기 발광부를 제어하고, 상기 수광부를 통해 수신된 광 신호 중 상기 변조된 진폭에 대응되는 광 신호에 기초하여 비의 양을 예측하는 것을 특징으로 하는 자동차용 레인센서.

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