KR102079349B1 - 감지 성능이 향상된 태양광센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 통합센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전방 오토라이트센서, 상방 오토라이트센서, 레인센서, 포토센서, 디포그센서를 통합하여 하나의 모듈로 설치한 통합센서에 있어서, 포토센서와 같은 태양광 감지 센서에 태양광의 각도에 따른 입사광을 감지하고 감지된 입사광에 따라 차량 내 에어컨 등의 공조장치를 알맞게 제어하도록 할 수 있는 태양광센서에 대한 것이다. 본 발명에 의한 차량용 태양광센서는, 한 쌍의 센서가 운전석 측과 조수석 측에 설치되고, 편심렌즈에 의해 구획됨으로써, 태양광의 각도에 따른 서로 다른 일사량을 감지하고 운전석 측과 조수석 측에 보다 적합한 공조 제어를 가능하게 하는 효과를 갖는다. 또한 본 발명은 편심렌즈를 통해 차량 내부의 온도가 최고로 상승되는 시간대에 공기조화기의 출력이 최대가 될 수 있도록 하거나, 운전석과 조수석 중에 더 높은 온도 조건을 이루는 쪽을 판단하여 알맞은 공기조화를 하는 것을 보다 이상적인 제어값에 근접하도록 하는 효과를 갖는다. 또한 본 발명은 특정 각도에서 포토센서로 입사되는 입사량이 더 증가되도록 하여 보다 이상적인 공기제어를 도모하도록 하는 효과가 있다. 또한 본 발명은 기존의 입사각 분포 그래프의 최대값과 전체적인 값의 추이가 좀더 낮은 입사각으로 쉬프트 되도록 하여 이상 목표값에 근접되도록 하는 효과가 있다.

Description

감지 성능이 향상된 태양광센서 {Sun Sensor Module}

본 발명은 차량용 통합센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전방 오토라이트센서, 상방 오토라이트센서, 레인센서, 포토센서, 디포그센서를 통합하여 하나의 모듈로 설치한 통합센서에 있어서, 포토센서와 같은 태양광 감지 센서에 태양광의 각도에 따른 입사광을 감지하고 감지된 입사광에 따라 차량 내 에어컨 등의 공조장치를 알맞게 제어하도록 할 수 있는 태양광센서에 대한 것이다.

차량의 전방유리에는 차량의 헤드램프를 자동으로 제어하기 위한 오토라이트 센서, 비의 양을 감지하여 윈도우와이퍼를 제어하기 위한 레인센서, 실내 온도 및 공조 제어를 위한 포토센서, 김서림을 방지하기 위한 디포그센서가 구비된다.

최근에는 이러한 센서들을 하나의 패키지 안에 모두 포함시킨 통합센서가 출시되고 있는데, 여기에 포함된 포토센서는 공조장치를 제어하기 위한 용도로 사용된다. 일반적으로 차량 실내는 실내 환경에 따라서 최적의 온도 및 습도를 유지하여야 하며, 이를 위하여 차량의 실내 공기를 조절하기 위한 에어컨, 히터와 같은 공조장치가 차량에 설치되어 있다. 차량 내부 온도에 따라서 자동으로 에어컨의 세기가 제어되도록 구성되는데, 차량 내부의 온도는 태양광의 일사량에 따라 약 5 ℃에서 9 ℃ 정도로 크게 변화하므로, 태양광의 일사량을 감지하는 포토센서를 차량에 장착하고, 태양광의 일사량을 검출하여 에어컨의 강약, 온오프를 제어하도록 한다.

태양의 입사광은 그 각도에 따라, 차량 내부를 양달 또는 응달이 되도록 하는데, 차량 내부가 양달일 경우, 운전자가 느끼는 체감온도는 응달일 경우보다 상대적으로 높게 느껴진다. 그러나 종래 포토센서는 태양의 일사량에 따른 차량 내부의 온도 상승에 따라 차량 내 에어컨 등의 온도를 제어하는 기능만 할 뿐, 차량 내부로 입사되는 태양광의 입사 각도 등에 의하여 편차가 심한 운전자의 체감온도는 고려되지 않으므로, 운전자는 자신의 체감온도에 맞게 수동으로 온도제어장치를 제어하여야 하는 문제점이 있었다.

또한 이러한 체감온도를 고려하더라도, 운전석 측으로 입사되는 일사량과 조수석 측으로 입사되는 일사량이 개별적으로 측정되도록 하여 개별적으로 제어할 필요가 있게 된다.

도 8의 각도별 일사량 측정 그래프에, 도시된 바와 같이, 태양의 위치가 차량의 상측에 배치되어 햇빛의 입사각이 0도일 때에 좌측(Left) 및 우측(Right)의 센서에 입사되는 일사량이 동일하게 측정되고, 태양의 위치가 왼쪽으로 기울어져 햇빛의 입사각이 -90도 측으로 변화되면 좌측센서로 입력되는 일사량은 지속 감소되어 0%에 근접하게 되고, 우측센서로 입력되는 일사량은 증가되었다가 감소되며 조수석과 비교하여 운전석에 상대적으로 많은 양의 일사량이 공급되는 것이 감지되어 공기조화기의 작동이 이러한 조건에 부합되도록 제어된다.

상기한 바와 반대로 태양이 오른쪽으로 기울어 햇빛의 입사각이 90도 측으로 변화되면 좌측센서에서 감지되는 일사량이 증가되었다가 감소되고, 우측센서에서 감지되는 일사량이 지속 감소되어 공기조화기의 제어를 행할 수 있는 전기적 신호가 송출된다.

그러나 기존의 일사량 감지센서에 따르면, 태양의 위치가 -90도 나 90도일 때 일사량을 감지할 수 없는 문제가 있다. 또한 통계 및 이론적으로 운전석이나 조수석의 공조 제어를 위한 가장 적합한 일사량 측정 값은, 도 8 그래프의 파란색 라인(target, 마름모 점 표시)의 형태인 것으로 알려져 있다. 즉, 좌측센서 기준 40도(또는 우측센서 기준 -40도) 정도에서 최대 일사량이 측정되도록 하고, 90도까지 완만하게 감소되어야 하며, 또한 40도에서 0도로 갈수록 다소 급격히 하락하다가 0도를 기준으로 -90도까지는 선형적인 균일한 감소가 되도록 측정하는 것이 요구되고 있다.

그런데 기존의 방식에 따르면, 도 8 그래프의 붉은색 라인(기존안, 정사각형 점 표시)과 같이, 좌측센서 기준 40도에서 최대값이 수신되기는 하나 기준값(target)과의 차이가 어느 정도 나타나게 된다.

따라서 좌우측의 수신 일사량이 기준값(target)에 더욱 근접시켜야 하는데, 기준값과 최대한 일치시키려면 기존의 일사량 곡선이 전반적으로 좀더 내측 즉, 좌측센서 기준으로는 30~40도가 최대일사량이었던 것을 40~50도가 최대일사량이 되도록 쉬프트시켜야 한다. 우측센서도 마찬가지로 -30~-40도가 최대인 곡선그래프를 쉬프트시켜 -40~-50도가 최대가 되도록 하여야 한다.

등록특허 제10-0654975호

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 운전석 및 조수석에 공급되는 일사량이 개별적으로 측정하고 이상적인 값에 더욱 근접하도록 함으로써, 햇빛의 입사각에 따라 운전석과 조수석의 온도 조건에 맞게 개별적인 제어가 이루어질 수 있도록 하는 태양광센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 차량 내부의 온도가 최고로 상승되는 시간대에 공기조화기의 출력이 최대가 될 수 있도록 하고, 이때에 운전석과 조수석 중에 더 높은 온도 조건을 이루는 쪽을 판단하여 알맞은 공기조화기의 제어를 행할 수 있도록 하는 태양광센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 특정 입사각에서 입사되는 입사량을 인위적으로 조절하여, 이상적인 값에 최대한 근접시키는 태양광센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 기존의 입사각 분포 그래프의 최대값과 전체적인 값의 추이가 좀더 낮은 입사각으로 쉬프트 되도록 하는 태양광센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 하우징(3)과 커버(2)의 사이에 수용되는 기판(4)을 포함하는 차량용 태양광센서(9) 모듈에 있어서, 차량 상방의 태양광을 감지하도록 좌우측에 한 쌍이 이격 배치되는 감지소자(91); 및 상기 감지소자(91)의 상면에 배치되어 특성에 따라 굴절시키는 편심렌즈(90)를 포함하여 구성되고, 상기 편심렌즈(90)에는 상기 감지소자(91)들을 대면하는 방향으로 경사오목부(904)가 형성되고, 상기 편심렌즈(90)는: 본체부(901); 차량의 유리창 측을 향하도록 상기 본체부(901)의 일면에 형성되는 상면부(902); 상기 상면부(902)의 반대면으로 두께를 갖도록 형성되는 렌즈부(903); 및 상기 렌즈부(903) 내측으로 오목하게 인입 형성되는 상기 경사오목부(904);를 포함하고, 상기 경사오목부(904)는 단면상 타원형의 일부를 포함하도록 타원구형의 일부가 오목하게 내입되는 형상으로 형성되고, 상기 경사오목부(904)는 내입된 타원구형의 가상 장축이 기울어진 상태의 일부분 형상이 되도록 형성되고, 상기 가상 장축의 꼭지점인 오목중심부(905)가 상대적으로 상기 본체부(901)의 중앙부측으로 편심되어 위치되고, 상기 오목중심부(905)로부터 연장된 상기 가상 장축은 상기 본체부(901)의 중앙부로부터 외측을 향해 벌어지는 상태가 되도록 상기 경사오목부(904)가 형성되고, 상기 오목중심부(905)로부터 연장된 상기 가상 상축의 연장선은 상기 감지소자(91)의 위치보다 외측을 지나도록 구성되고, 한 쌍의 상기 감지소자(91) 중 좌측에 위치되는 감지소자(91)가 최대 일사량을 측정하는 입사각은 40° 내지 50°이고, 한 쌍의 상기 감지소자(91) 중 우측에 위치되는 감지소자(91)가 최대 일사량을 측정하는 입사각은 -40° 내지 -50°인 것을 특징으로 한다.

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상기 경사오목부(904)의 내측 개구 단면적은, 상기 렌즈부(903)의 표면에 상기 경사오목부(904)에 의해 형성된 표면 개구 단면적 보다 작은 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 차량용 태양광센서는, 한 쌍의 센서가 운전석 측과 조수석 측에 설치되고, 편심렌즈에 의해 구획됨으로써, 태양광의 각도에 따른 서로 다른 일사량을 감지하고 운전석 측과 조수석 측에 보다 적합한 공조 제어를 가능하게 하는 효과를 갖는다.

또한 본 발명은 편심렌즈를 통해 차량 내부의 온도가 최고로 상승되는 시간대에 공기조화기의 출력이 최대가 될 수 있도록 하거나, 운전석과 조수석 중에 더 높은 온도 조건을 이루는 쪽을 판단하여 알맞은 공기조화를 하는 것을 보다 이상적인 제어값에 근접하도록 하는 효과를 갖는다.

또한 본 발명은 특정 각도에서 포토센서로 입사되는 입사량이 더 증가되도록 하여 보다 이상적인 공기제어를 도모하도록 하는 효과가 있다.

또한 본 발명은 기존의 입사각 분포 그래프의 최대값과 전체적인 값의 추이가 좀더 낮은 입사각으로 쉬프트 되도록 하여 이상 목표값에 근접되도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 통합센서의 정면을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 통합센서를 분해하여 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 커버 내측을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 본 발명의 편심렌즈를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 편심렌즈를 측방 단면으로 나타내는 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 편심렌즈를 단면으로 나타내는 도면이다.
도 8은 각도별 일사량 측정 시뮬레이션 그래프를 나타내는 도면이다.

이하 첨부된 도면에 도시된 본 발명 구성의 실시예들을 참조하여, 본 발명의 구성을 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 통합센서의 정면을 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 통합센서(1)는 커버(2)가 차량의 앞유리에 밀착되도록 하는데, 앞유리를 향해 연성기판(5), 레인센서모듈(6), 정면 오토라이트센서(7), 상면 오토라이트센서(8), 포토센서(9)가 배치된다. 연성기판(5)이 노출되는 부분에는 서미스터와 같은 온도센서유닛이 배치되는데, 바람직하게는 연성기판(5) 기준으로 유리창의 반대측에 위치되도록 한다. 이러한 통합센서(1)는 하나의 패키지 내에 오토라이트센서, 포토센서, 레인센서모듈(6), 디포그센서를 모두 갖추고 있다.

도 2는 본 발명의 통합센서를 분해하여 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 커버 내측을 나타내는 도면이다. 도 2를 참조하면, 통합센서(1)는 하우징(3)과 커버(2)의 사이에 기판(4)을 수용하고, 하우징(3)의 하부에는 커버(2)를 향해 돌출되는 밀착지지부(31)가 돌출 형성된다.

기판(4)의 하부에는 밀착지지부(31)가 관통할 수 있도록 관통홀(41)이 형성되어 있으며, 관통홀(41)에는 연성기판(5)도 U형태로 삽입되어 밀착지지부(31)가 내입되면 그 단부를 감싸도록 배치된다.

밀착지지부(31)의 단부는 커버(2)의 하부에 형성된 노출공(21)을 향하므로, 밀착지지부(31)를 감싸는 연성기판(5)의 일 부분은 노출공(21)을 통해 외측으로 노출되며, 이 노출된 부분이 차량의 앞유리에 밀착된다.

레인센서(6)모듈, 정면 오토라이트센서(7), 상면 오토라이트센서(8), 포토센서(9)는 기판(4)과 커버(2)에 복합적으로 연계 배치된다. 본 발명의 대상이 되는 태양광센서는 통상적으로 포토센서(9) 모듈을 의미하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

도 4는 본 발명의 본 발명의 편심렌즈를 나타내는 도면이다. 도 4를 참조하면, 포토센서모듈(9)는 감지소자(91)의 상방으로 편심렌즈(90)를 구비하며, 이러한 편심렌즈(90)의 배치와 그 형상이 본 발명의 가장 큰 특징이다.

편심렌즈(90)는 좌우로 장형으로 형성되는데, 2개의 감지소자(91)의 상방을 모두 포집하도록 일체의 장형으로 형성되는 것이 바람직하나, 경우에 따라서는 각각의 감지소자(91)를 대면하며 상대적으로 단형의 편심렌즈(90)를 각각 사용하는 것도 가능할 것이다. 전자의 경우 1개의 편심렌즈(90)에 2개의 경사오목부(904)가 형성될 것이고, 후자의 경우 2개의 편심렌즈(90) 각각에 각 1개의 경사오목부(904)가 형성된 상태로 상호 대칭되도록 커버(2)에 설치될 것이다.

이하에서는 도면과 같이 1개의 편심렌즈(90)가 장형으로 형성되며 2개의 경사오목부(904)를 갖는 실시예를 기준으로 설명하도록 하나, 그 원리와 효과는 2개의 편심렌즈(90)를 각각 사용하는 경우와 동일한 것이다.

편심렌즈(90)는 가로 좌우로 커버(2)에 구비되며, 차량 앞유리를 향하는 커버측으로는 본체부(901) 상면의 상면부(902)를 형성한다. 상면부(902)는 평평한 면 형태이며, 이 부분을 통해 태양광이 입사된다. 입사된 태양광은 일정 두께를 갖는 렌즈부(903)를 지나게 되며, 일부는 경사오목부(904) 내로 경계 부분에서 굴절되며 출력된다.

도 5는 본 발명의 편심렌즈를 측방 단면으로 나타내는 도면이고, 도 6 및 도 7은 본 발명의 편심렌즈를 단면으로 나타내는 도면이다. 도 5 내지 도 7을 참조하면, 경사오목부(904)는 사방이 대칭되는 구형이 아닌 타원형의 단면을 갖도록, 타원구의 오목부를 갖도록 형성된다. 특히 그 타원구는 장축이 상방을 향하는 형상으로 하되, 장축이 수직이 아닌 내측 경사방향을 향하도록 한다.

도 5에 따르면, 경사오목부(904)는 타원구형으로 내입된 개방공간을 갖는데, 그 장축의 꼭지점을 오목중심부(905)로 칭하고, 오목중심부(905)를 관통하는 장축을 B-B선으로 표시한다. 이때 수직의 A-A선에 비해 B-B선은 양측에서 안쪽을 향하는 방향으로 모아지도록 타원구 오목부를 형성한다. 이로 인해 경사오목부(904)는 사방이 대칭되는 반구형이 아닌, 일측으로 기울어진 타원형의 내입 형상을 이루게 되는데, 경사오목부(904)의 하단 개방구는 타원구를 사선으로 썰은 형태의 단면적을 갖게 되며, 그 상방으로 상승할 수록 단면적은 감소하게 된다.

경사오목부(904)를 구형의 일부로 형성하고, 혹 타원구형의 일부로 형성하더라도, 최고점인 오목중심부(905)를 감지소자(91)의 수직 상단에 배치하는 것이 통상적으로 생각해 낼 수 있는 방법이라고 한다면, 본 발명은 한발 더 나아가 경사오목부(904)가 타원구형의 일부로 형성되는 동시에, 오목중심부(905)를 내측으로 치우치게 변형시킨다. 이와 동시에 오목중심부(905)를 관통하는 B-B선이 감지소자(91)를 관통하지 않고, 감지소자(91)보다 외측을 지나도록 형성한다.

즉, 감지소자(91)를 지나는 A-A 수직선에 비해 오목중심부(905)는 내측 방향에 있게 되며, 그 타원구형은 B-B선과 같이 상측에서 하측으로 갈수록 감지소자(91)의 외측을 향해 기울어지도록 한다.

이는 결국, 타원구형의 경사오목부(904)가 양방향에서 내측을 향해 기울어 짐에 따라, 렌즈부(903)의 가장 얇은 부분인 오목중심부(905)측도 내측으로 이동되면서, 감지소자(91) 기준으로는 좀더 낮은 입사각 위치의 렌즈부(903) 두께가 상대적으로 얇아지게 된다. 즉 오목중심부(905)가 좀더 큰 입사각 위치에 위치하면서, 그 부분으로 더 큰 입사량이 발생될 수 있게 된다. 이러한 효과는 오목중심부(905) 측 렌즈의 두께와, 그 부분의 곡률 특성 및 변화의 복합적인 요소로 달성되는 것이다.

이와 같이 경사오목부(904)는 구형이 아닌 상대적으로 뾰족한 형태의 타원구형으로 형성되고, 그 장축 꼭지점인 오목중심부(905)가 수직이 아닌 내측 안쪽으로 편심되어 기울어지는 형상을 함에 따라, 최대 일사량의 입사량도 마찬가지로 좀더 기울어진 각도 즉, 도 8의 초록색 라인(concept, 삼각형 점 표시)의 추이와 같이 쉬프트 됨을 알 수 있다. 즉 최대 일사량이 인지되는 입사각이 좀 더 커지면서 전체적인 변동 추이가 기준값(target)과 화살표와 같이 이동되며 좀 더 근접되는 것을 알 수 있다.

결국, 본 발명은 이러한 두 가지 형상적 특징에 의해, 좀 더 기준값에 근접한 일사량 입사 특성을 현출할 수 있게 되는 효과가 있다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1: 통합센서 2: 커버
3: 하우징 4: 기판
5: 연성기판 6: 레인센서모듈
7: 정면 오토라이트센서 8: 상면 오토라이트센서
9: 포토센서모듈 90: 편심렌즈
91: 감지소자 901: 본체부
902: 상면부 903: 렌즈부
904: 경사오목부 905: 오목중심부

Claims (6)

1. 하우징(3)과 커버(2)의 사이에 수용되는 기판(4)을 포함하는 차량용 태양광센서(9) 모듈에 있어서,
   차량 상방의 태양광을 감지하도록 좌우측에 한 쌍이 이격 배치되는 감지소자(91); 및
   상기 감지소자(91)의 상면에 배치되어 특성에 따라 굴절시키는 편심렌즈(90)를 포함하여 구성되고,
   상기 편심렌즈(90)에는 상기 감지소자(91)들을 대면하는 방향으로 경사오목부(904)가 형성되고,
   상기 편심렌즈(90)는:
   본체부(901);
   차량의 유리창 측을 향하도록 상기 본체부(901)의 일면에 형성되는 상면부(902);
   상기 상면부(902)의 반대면으로 두께를 갖도록 형성되는 렌즈부(903); 및
   상기 렌즈부(903) 내측으로 오목하게 인입 형성되는 상기 경사오목부(904);를 포함하고,
   상기 경사오목부(904)는 단면상 타원형의 일부를 포함하도록 타원구형의 일부가 오목하게 내입되는 형상으로 형성되고,
   상기 경사오목부(904)는 내입된 타원구형의 가상 장축이 기울어진 상태의 일부분 형상이 되도록 형성되고,
   상기 가상 장축의 꼭지점인 오목중심부(905)가 상대적으로 상기 본체부(901)의 중앙부측으로 편심되어 위치되고, 상기 오목중심부(905)로부터 연장된 상기 가상 장축은 상기 본체부(901)의 중앙부로부터 외측을 향해 벌어지는 상태가 되도록 상기 경사오목부(904)가 형성되고,
   상기 오목중심부(905)로부터 연장된 상기 가상 장축의 연장선은 상기 감지소자(91)의 위치보다 외측을 지나도록 구성되고,
   한 쌍의 상기 감지소자(91) 중 좌측에 위치되는 감지소자(91)가 최대 일사량을 측정하는 입사각은 40° 내지 50°이고,
   한 쌍의 상기 감지소자(91) 중 우측에 위치되는 감지소자(91)가 최대 일사량을 측정하는 입사각은 -40° 내지 -50°인 것을 특징으로 하는 감지 성능이 향상된 태양광센서.
   
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6. 제 1 항에 있어서,
   상기 경사오목부(904)의 내측 개구 단면적은,
   상기 렌즈부(903)의 표면에 상기 경사오목부(904)에 의해 형성된 표면 개구 단면적 보다 작은 것을 특징으로 하는 감지 성능이 향상된 태양광센서.

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