KR102444407B1 - 감지 장치 - Google Patents

Abstract

실시 예에 따른 감지 장치는 절연층; 상기 절연층 위에 상호 일정 간격 이격되어 배치되는 제 1 및 2 전극; 및 상기 제 1 및 2 전극을 덮으며 상기 절연층 위에 배치되고, 내부에 탄소 미세 코일을 포함하는 감지층을 포함하고, 상기 감지층은, 상기 절연층 위에 상기 제 1 전극을 덮으며 배치되는 제 1 감지층과, 상기 절연층 위에 상기 제 2 전극을 덮으며 배치되는 제 2 감지층을 포함하고, 상기 제 1 감지층은, 상기 제 2 감지층과 물리적으로 분리된다.

Description

감지 장치{SENSING DEVICE}

실시 예는 감지 장치에 관한 것이다.

근래에 들어 자동차가 대중화됨에 따라 다양한 계층과 연령대에 걸쳐 자동차의 보급이 급속도로 이루어지고 있으며, 이러한 자동차 산업의 기술적 동향은 엔진 등과 같은 종래의 기계적 관점에서 탈피하여 운전자의 편의를 위한 각 시스템의 전자화 및 지능화로 점차 변모하고 있다.

최근에는, 이러한 자동차의 전자화 및 지능화의 일환으로 차량용 와이퍼의 동작을 강우량에 따라 자동적으로 제어하고자 하는 차량용 레인센서에 관한 기술이 개발되어, 우천시 운전자가 와이퍼를 작동시키지 않더라도 상기 차량용 레인센서가 강우량을 감지하여 와이퍼의 동작을 자동으로 제어하도록 하고 있다.

종래의 차량용 레인센서는 자동차의 전면 유리 내부에 발광부와 수광부를 설치하고, 우적(rain drops)에 의한 빛의 굴절율 변화로 인해 발생되는 수광부의 빛의 세기 변화를 이용하여 강우량을 판단하는 광학전도 방식을 주로 사용하였다.

하지만, 종래의 광학전도 방식의 레인센서는 그 구조 및 설치가 복잡하고 부품비용이 고가이기 때문에 생산비용의 상승을 초래한다는 문제점과, 측정면적이 작고 오염물에 의한 영향을 많이 받기 때문에 측정 정밀도가 떨어진다는 문제점이 있었다.

따라서, 이를 해결하기 위하여 최근에는 자동차의 전면 유리 내측에 설치된 컨덴서의 정전용량 변화를 이용하여 강우량을 감지하는 정전용량식 레인센서가 개발되었으며, 이러한 정전용량식 센서를 이용한 레인센서의 구성 및 센싱 원리는 하기 [문헌1]에 상세히 개시되어 있다.

그러나, 상기 [문헌1]에 개시된 레인센서의 경우에도 차량이 무선 통신지역과 같은 고주파(RF) 환경에 노출되는 경우 상기 외부 고주파에 의해 발생되는 노이즈(이하, '고주파 노이즈'라 함.)의 영향으로 센싱 정밀도가 저하되는 문제점을 가지고 있다.

또한, 최근에는 [문헌 2]에서와 같이, 복수의 컨덴서를 이용하여 강우량, 고주파 노이즈 및 와이퍼 노이즈를 모두 검출하고 실제 강우량의 산출시 상기 검출된 강우량에서 상기 고주파 노이즈와 와이퍼 노이즈를 제거함으로써, 종래 기술에 따른 정전용량식 차량용 레인센서보다 현저히 안정적이고 정밀하게 강우량을 감지할 수 있는 차량용 레인센서가 개발되고 있다.

그러나, 상기와 같은 정전 용량식 센서는 감도가 낮아 그 활용처가 극히 제한적이며, 고온이나 외부 환경 오염 등에 취약한 문제점이 있다.

[문헌1] 대한민국 등록특허 제10-781744호(2007.12.04. 등록공고)

[문헌2] 대한민국 등록특허 제10-0943401호(2010.02.12. 등록공고)

본 발명에 따른 실시 예에서는, 빗물 감지 감도를 증폭시킬 수 있는 탄소 미세 코일을 포함한 감지 장치를 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 실시 예에서는, 빗물 감지 감도를 증폭시킬 수 있는 전극 구조를 가지는 감지 장치를 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 실시 예에서는, 포지티브 전극을 매립하는 감지층과 네거티브 전극을 매립하는 감지층을 물리적으로 분리하여 신호 간섭을 최소화할 수 있는 감지 장치를 제공한다.

제안되는 실시 예에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 제안되는 실시 예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

실시 예에 따른 감지 장치는 절연층; 상기 절연층 위에 배치되는 전극; 및 상기 절연층 위에 배치되어 상기 전극을 매립하며, 탄소 미세 코일을 포함하는 감지층을 포함하고, 상기 전극은, 포지티브 극성을 갖는 제 1 전극부와, 네거티브 극성을 갖는 제 2 전극부를 포함하고, 상기 제 1 전극부는, 제 1 급전 전극과, 상기 제 1 급전 전극으로부터 일정 간격 이격되는 제 1 플로팅 전극을 포함하고, 상기 제 2 전극부는, 제 2 급전 전극과, 상기 제 2 급전 전극으로부터 일정 간격 이격되는 제 2 플로팅 전극을 포함한다.

또한, 상기 절연층 위에 배치되는 급전 단자 및 접지 단자를 더 포함하고, 상기 제 1 급전 전극 및 상기 제 2 급전 전극은, 상기 급전 단자와 연결되고, 상기 제 1 플로팅 전극 및 상기 제 2 플로팅 전극은, 상기 접자 단자와 연결된다.

또한, 상기 제 1 급전 전극, 상기 제 2 급전 전극, 상기 제 1 플로팅 전극 및 상기 제 2 플로팅 전극 각각은, 상기 절연층 위에 복수 회 턴하여 배치된다.

또한, 상기 감지층은, 상기 절연층 위에 배치되고, 상기 제 1 전극부를 매립하는 제 1 감지층과, 상기 절연층 위에 배치되고, 상기 제 2 전극부를 매립하는 제 2 감지층을 포함하며, 상기 제 1 감지층은, 상기 제 2 감지층과 물리적으로 분리된다.

또한, 상기 절연층 위에 배치되며, 상기 제 1 감지층의 주위를 감싸는 제 1 격벽부; 및, 상기 절연층 위에 배치되며, 상기 제 2 감지층의 주위를 감싸는 제 2 격벽부를 더 포함한다.

또한, 상기 제 1 격벽부는, 상기 제 2 격벽부와 물리적으로 분리된다.

또한, 상기 절연층 아래에 배치되고, 상기 제 1 및 2 급전 전극과 연결되는 처리 소자를 더 포함한다.

또한, 상기 처리 소자는, 상기 제 1 및 2 급전 전극과 연결되고, 상기 제 1 및 2 급전 전극으로부터 전달되는 상기 감지층 내의 커패시턴스 값의 변화에 따른 감지 신호를 출력하는 센싱부와, 차량의 전자 제어 유닛과 통신을 수행하여 상기 감지 신호를 상기 전자 제어 유닛으로 전송하는 제어부를 포함한다.

한편, 실시 예에 따른 와이퍼 구동 장치는 탄소 마이크로 코일을 포함하며, 상기 카본 마이크로 코일에 의해 형성되는 커패시턴스 값의 변화에 따른 감지 신호를 출력하는 센서; 및 상기 센서로부터 출력되는 감지 신호를 수신하고, 상기 수신된 감지 신호에 따라 와이퍼 구동 조건을 결정하는 차량 제어부를 포함하고, 상기 센서는, 절연층과, 상기 절연층 위에 배치되며, 포지티브 극성을 갖는 제 1 전극부와, 네거티브 극성을 갖는 제 2 전극부를 포함하는 전극과, 상기 절연층 위에 배치되어 상기 전극을 매립하며, 상기 탄소 미세 코일을 포함하는 감지층을 포함하고, 상기 감지층은, 상기 제 1 전극부를 매립하는 제 1 감지층과, 상기 제 2 전극부를 매립하며, 상기 제 1 감지층과 물리적으로 분리된 제 2 감지층을 포함한다.

또한, 상기 제 1 전극부는, 제 1 급전 전극과, 상기 제 1 급전 전극으로부터 일정 간격 이격되는 제 1 플로팅 전극을 포함하고, 상기 제 2 전극부는, 제 2 급전 전극과, 상기 제 2 급전 전극으로부터 일정 간격 이격되는 제 2 플로팅 전극을 포함한다.

또한, 상기 센서는, 상기 절연층 위에 배치되는 급전 단자 및 접지 단자를 더 포함하고, 상기 제 1 급전 전극 및 상기 제 2 급전 전극은, 상기 급전 단자와 연결되고, 상기 제 1 플로팅 전극 및 상기 제 2 플로팅 전극은, 상기 접자 단자와 연결된다.

또한, 상기 센서는, 상기 절연층 위에 배치되며, 상기 제 1 감지층의 주위를 감싸는 제 1 격벽부와, 상기 절연층 위에 배치되며, 상기 제 2 감지층의 주위를 감싸는 제 2 격벽부를 더 포함한다.

또한, 상기 센서는, 상기 절연층 아래에 배치되고, 상기 제 1 및 2 전극부와 연결되는 처리 소자를 더 포함하고, 상기 처리 소자는, 상기 제 1 및 2 급전 전극과 연결되고, 상기 제 1 및 2 전극부로부터 전달되는 상기 감지층 내의 커패시턴스 값의 변화에 따른 감지 신호를 출력하는 센싱부와, 상기 차량 제어부와 통신을 수행하여 상기 감지 신호를 상기 차량 제어부에 전송하는 센서 제어부를 포함한다.

또한, 상기 센싱부는, 상기 감지층의 커패시턴스 값의 변화에 대응하는 발진 주파수를 가지는 제 1 주파수를 출력하는 제 1 주파수 발생기와, 기설정된 기준 발진 주파수에 대응하는 제 2 주파수를 출력하는 제 2 주파수 발생기와, 상기 제 1 주파수와 상기 제 2 주파수의 차이 값을 출력하는 차이 주파수 발생기와, 상기 차이 주파수 발생기를 통해 출력되는 차이 값을 기설정된 필터링 영역 내에서 필터링하는 필터를 포함한다.

본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 감지층 내에 급전 전극 이외에 플로팅 전극을 추가로 배치함으로써, 빗물 감지 시에 추가 발생하는 커패시턴스 값을 최대화할 수 있으며, 이에 따른 빗물 감지 감도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 급전 전극 및 플로팅 전극 사이의 간격을 최소화하거나, 상기 급전 전극 및 플로팅 전극을 사각 형상 또는 사각 나선 형상이 갖도록 길게 연장 배치함으로써, 커패시턴스의 값의 변화량을 최대화할 수 있으며, 이에 따른 빗물 감지 감도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 네거티브 전극과 포지티브 전극을 매립하는 감지층을 물리적으로 분리시킴으로써, 상기 네거티브 전극과 상기 포지티브 전극 사이에서 발생하는 신호 간섭을 최소화할 수 있으며, 이에 따른 신호대잡음비를 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 유리 조성물의 제조 방법을 공정 순으로 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 탄소 미세 코일 분말(1)을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 유리 조성물(3)을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 유리 조성물(3)을 이용한 감지 장치의 동작 원리를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 탄소 미세 코일이 가지는 커패시터 기능을 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 유리 조성물(3)의 반응도 평가를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 탄소 미세 코일 분말(1)의 함량 및 유리 조성물(3)의 두께에 따른 반응도 평가를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 전면 유리에 감지 장치가 장착된 상태를 보여주는 측면도이다.
도 9a는 제 1 실시 예에 따른 감지 장치에 포함된 전극의 평면도이다.
도 9b는 제 1 실시 예에 따른 감지 장치에 포함된 전극의 단면도이다.
도 10a는 제 2 실시 예에 따른 감지 장치에 포함된 전극의 평면도이다.
도 10b는 제 2 실시 예에 따른 감지 장치에 포함된 전극의 단면도이다.
도 11은 제 2 실시 예에 따른 감지 장치의 상세 구조를 보여주는 단면도이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 탄소 미세 코일의 특성을 나타낸 것이다.
도 13은 종래 기술에 다른 2라인 전극 구조의 감지 감도를 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 4라인 전극 구조의 감지 감도를 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 와이퍼 구동 시스템의 구성을 보여주는 도면이다.
도 16은 도 15에 도시된 센싱부(219)의 구성을 보여주는 도면이다.
도 17 내지 19는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 차이 주파수 값의 변화를 나타낸 도면이다.
도 20은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 차이 주파수 값의 변화를 나타낸 도면이다.
도 21 내지 도 23는 본 발명의 실시 예에 따른 탄소 미세 코일의 변화 특성을 보여주는 그래프이다.
도 24는 본 발명의 실시 예에 따른 감지 장치의 감지 방법을 단계별로 설명하기 위한 흐름도이다.
도 25 및 도 26은 본 발명의 실시 예에 따른 감지 장치의 케이스를 보여주는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 유리 조성물의 제조 방법을 공정 순으로 나타낸 흐름도이다.

여기에서, 유리 조성물(3)은 추후 설명하는 감지 장치(200)의 감지층(216)을 구성한다. 즉, 상기 유리 조성물(3)은 상기 감지 장치(200)에 포함된 복수의 전극(211)을 매립하며 형성되는 감지층(216)이다. 그리고, 상기 감지층(216)은 탄소 미세 코일이 가지는 고유의 커패시턴스 값을 가진다. 그리고, 윈드 실드에 접촉하는 감지 대상물에 의해 가해지는 힘이나 유전율 변화에 의해 상기 탄소 미세 코일 간의 거리는 변화한다. 또한, 상기 탄소 미세 코일의 커패시턴스 값은 상기 거리의 변화에 따라 그에 따른 커패시턴스 값의 특성이 변하게 된다. 따라서, 본 발명에서는 상기 감지층(216)에 의해 변화하는 커패시턴스 값의 변화량을 토대로 상기 감지 대상물을 감지한다.

이하에서는, 상기 감지층(216)을 구성하는 유리 조성물(3)에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.

도 1을 참조하면, 유리 조성물(3)을 제조하기 위해, 우선적으로 상기 유리 조성물(3)을 구성하는 원료들의 배합 공정을 진행한다(1단계).

상기 원료들의 배합 공정은, 크게 원료 계량(whighing) 공정과 혼합 공정을 포함할 수 있다.

먼저, 상기 원료들의 배합을 위해, 상기 유리 조성물(3)를 구성하는 원료들을 적절한 혼합비에 따라 계량한다.

이때, 상기 유리 조성물(3)을 구성하는 원료에는, 유리 프릿(2)과 탄소 미세 코일 분말(1)을 포함한다. 상기 유리 프릿(2)은 유리 조성물(3)의 소성 공정 중에 상기 탄소 미세 코일 분말(1)과 결합하여, 상기 탄소 미세 코일 분말(1)의 반응 온도 이하의 범위 내에서, 외부 환경으로부터 상기 탄소 미세 코일 분말(1)에 의해 성장된 탄소 미세 코일을 보호한다.

유리 프릿(2)은, 용도에 따라 다양한 금속 산화물을 포함할 수 있다. 바람직하게, 상기 유리 프릿(2)은 유리의 주성분인 산화 규소를 포함할 수 있으며, 이와 다르게 상기 산화 규소에 탄산 나트륨, 알루미나 및 붕규산 중 적어도 어느 하나가 혼합된 혼합물로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 유리 조성물(3)은 산화납, 산화텔루륨, 산화비스무스, 산화아연, 산화텅스텐, 산화규소 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 산화물을 포함할 수 있다.

일 예로서, 상기 유리 프릿(2)은 산화납-산화규소-산화텔루륨-산화아연계(PbO-SiO2-TeO2-ZnO), 산화규소-산화텔루륨-산화비스무스-산화아연-산화텅스텐계(SiO2-TeO2-Bi2O3-ZnO-WO3), 산화납-산화규소-산화텔루륨-산화비스무스-산화아연-산화텅스텐계(PbO-SiO2-TeO2-Bi2O3-ZnO-WO3), 산화납-산화텔루륨-산화비스무스계(PbO-TeO2-Bi2O3), 또는 산화규소-산화텔루륨-산화비스무스-산화아연-산화텅스텐계(SiO2-TeO2-Bi2O3-ZnO-WO3)일 수 있다.

상기 유리 프릿(2)은 통상적인 방법을 사용하여 상기 기술된 금속 산화물로부터 제조할 수 있다. 예를 들면, 상기 기술된 금속 산화물들을 특정 조성으로 혼합하여 제조할 수 있다. 이때, 상기 혼합은 볼 밀(ball mill) 또는 플라네터리 밀(planetary mill)을 사용하여 진행될 수 있다. 이때, 상기 혼합된 조성물을 900℃-1300℃의 조건에서 용융시키고, 25℃에서 ??칭(quenching) 할 수 있다. 그리고, 상기 ??칭하여 얻은 결과물을 디스크 밀(disk mill), 플라네터리 밀 등에 의해 분쇄하여 본 발명의 실시 예에 따른 유리 조성물(3)을 제조할 수 있다.

이때, 상기 유리 조성물(3)의 혼합비에서, 상기 유리 프릿(2)은 90 내지 99 중량% 내에서 포함될 수 있다.

다음으로, 상기 유리 조성물(3)을 구성하는 탄소 미세 코일 분말(1)을 준비한다. 상기 탄소 미세 코일 분말(1)은 탄소 미세 코일을 포함한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 탄소 미세 코일 분말(1)을 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 탄소 미세 코일 분말(1)은 직선 모양이 아닌 돼지 꼬리처럼 말려져 있는 탄소 미세 코일을 포함하며, 섬유 소재가 가질 수 없는 독특한 구조를 지닌 비정질 탄소 섬유이다. 또한, 상기 탄소 미세 코일을 원래 코일 길이의 10배 이상의 길이로 늘어나는 초탄력성을 가진다.

상기 탄소 미세 코일의 모폴로지(Morphology)는 3D- 헬리컬(helical)/스파이럴(spiral) 구조를 가지며, 크리스털 구조는 비결정질(amorphous)이다.

다시 말해서, 상기와 같은 탄소 미세 코일은 탄소 섬유를 코일 모양으로 성장시키는 것에 의해 형성되며, 이에 따라 탄소 섬유를 코일 모양으로 성장시킨 형태의 단면 구조를 가진다.

여기에서, 상기 탄소 미세 코일은 탄소 나노 튜브(Carbon Nano Tube)와는 다른 성질을 가진다. 즉, 상기 탄소 나노 튜브는, 나노 튜브의 형태를 가지는 육각형의 탄소가 연결된 구조를 가진다.

반면에, 본 발명에서의 탄소 미세 코일은 탄소끼리의 구조 형태가 아닌 촉매를 이용하여 탄소를 마이크로 단위의 코일로 성장시킨 형태를 가진다.

즉, 상기와 같은 탄소 나노 튜브는 원소 자체의 결합의 형태에 따른 도체와 부도체가 되는 특성을 이용해 도체에서 부도체로 임피던스가 변하는 것을 이용해 측정 값을 획득하게 된다.

반면에, 본 발명의 실시 예에 따른 탄소 미세 코일은, 마이크로단위의 탄소로 제작된 코일의 형태로, 힘이나 유전율 변화에 의해 코일이 늘어나고 수축함에 따라 달라지는 L의 특성 및 각각의 탄소 미세 코일 간의 거리에 의한 C의 특성 등에 의해, 상기 탄소 미세 코일 간의 상호 작용에 따라 임피던스가 변하는 특성을 갖는다.

즉, 탄소 미세 코일 자체는 도체의 성질을 가지지만, 상기 경화제나 에폭시 레진 등은 부도체의 특성을 가진다. 상기와 같은 특성에 의해 탄소 미세 코일은 내부적으로 고유의 커패시턴스 값을 가진다. 또한, 상기 감지 대상물에 의한 힘이나 유전율 변화에 의해 상기 탄소 미세 코일 간의 거리가 변할 경우, 상기 탄소 미세 코일의 커패시턴스 값의 특성은 변하게 된다.

다시 말해서, 상기 탄소 미세 코일은 L-C-R의 특성을 가지며, 이에 따라, 주파수 흡수 특성, 일정 조건 만족 시에 발열 특성, 근접 센싱 특성 및 온도 특성을 가진다.

한편, 상기 탄소 미세 코일 분말(1)은 1 내지 10 중량%로 포함될 수 있다.

또한, 상기 유리 조성물(3)을 구성하는 원료에는 결합제(binder)가 더 포함될 수 있다. 상기 결합제(binder)는 1 중량% 이하의 함량을 가지고 유리 조성물(3)을 구성하는 원료 내에 포함될 수 있다. 상기 결합제(binder)는 상기 유리 프릿(2)과 상기 탄소 미세 코일 분말(1) 사이의 혼합 균일성을 증가시키기 위해 상기 원료 내에 포함될 수 있다. 또한, 상기 결합제(binder)는 상기 유리 프릿(2)과 상기 탄소 미세 코일 분말(1) 사이의 혼합 상태에 따라 선택적으로 제거되거나, 함량 조절이 이루어질 수 있다.

상기와 같은, 탄소 미세 코일 분말(1) 및 유리 프릿(2)의 혼합비에 따른 원료 계량은 전자 저울, EPMA(Electron Probe Micro-Analysis), SEM(Scanning Electron Microscope) 및 전자 현미경을 통해 진행될 수 있다.

다음으로, 상기와 같은 탄소 미세 코일 분말(1) 및 유리 프릿(2)이 계량되면, 상기 계량된 상기 유리 프릿(2)과 상기 탄소 미세 코일 분말(1)을 혼합하는 혼합 공정을 진행할 수 있다.

상기 혼합 공정은, V형 혼합기(V-Mixer), 볼-밀(Ball-Mill) 및 초진동 교반기를 통해 진행될 수 있다. 그리고, 상기 혼합 공정이 종료되면, 혼합 공정에 대한 평가 공정이 진행될 수 있다. 상기 평가 공정은 EPMA(Electron Probe Micro-Analysis), SEM(Scanning Electron Microscope), 전자 현미경 및 입도 분석기를 통해 혼합 상태를 평가할 수 있다.

상기 원료 배합 공정이 완료되면, 상기 배합된 원료를 플레이트 성형하는 공정을 진행한다(2단계).

상기 플레이트 성형 공정은, 상기 배합된 원료를 프레싱하는 공정을 포함할 수 있다. 상기 프레싱 공정은 프레스 또는 핫 프레스 장치에 의해 진행될 수 있다

그리고, 상기 프레싱 공정의 공정 조건은, 3ton 내지 5ton 사이의 압력 조건과, 5분~10분 사이의 시간 조건과, 상온(ordinary temperature)의 온도 조건을 포함한다. 상기 프레싱 공정이 완료되면, 상기 프레싱 공정의 평가를 진행한다. 상기 프레싱 공정의 평가는 상기 플레이트 성형 공정에 의해 상기 원료가 일정 형상으로 가압 성형됨에 따라 나타나는 소결 밀도를 통해 진행될 수 있다.

상기 프레싱 공정이 진행되면, 상기 프레싱된 원료를 가공하는 가공 공정을 진행한다(3단계).

상기 가공 공정은, 상기 플레이트 성형 공정이 진행된 원료를 소결하는 소결 공정을 포함할 수 있다.

상기 소결 공정은 소성로에서 진행될 수 있으며, 10℃/min의 승온 조건과, 450℃~700℃ 사이의 소결 온도 조건과, 1시간의 유지 시간 조건과, 에어 분위기 조건을 포함하는 소결 조건으로 진행될 수 있다.

상기 소결 공정이 진행되면, 상기 소결 공정에 평가 공정을 진행할 수 있으며, 상기 평가 공정은 상기 소결 공정이 진행된 조성물에 소결물에 대한 소결 밀도를 가지고 진행될 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 유리 조성물(3)을 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, (A)에 도시된 바와 같이, 유리 조성물(3)을 최초 배합 및 혼합된 상태에서는, 상기 유리 프릿(2)을 구성하는 원료와, 상기 탄소 미세 코일 분말(1)을 구성하는 원료가 단지 혼합된 상태를 가진다.

그리고, 상기와 같은 소결 조건에서, 상기 원료들을 일정 녹는점에 가까운 온도로 소결을 진행하면, 상기 유리 프릿(2)과 상기 탄소 미세 코일 분말(1) 사이의 접합 면에서 접합이 이루어지거나, 일부가 증착되어 서로 연결된 하나의 조성물이 제조된다.

상기와 같이, 소결 공정이 진행되면, 상기 제조된 유리 조성물(3)을 평가하는 신뢰성 평가 공정을 진행할 수 있다(4단계).

이때, 상기 신뢰성 평가 공정을 진행하기 전에 상기 유리 조성물(3)을 폴리싱할 수 있으며, 상기 폴리싱 공정은 선택적으로 스킵 가능하다.

상기 신뢰성 평가 공정은, 전기적 평가 공정을 통해 진행될 수 있다.

즉, 상기 유리 조성물(3)의 전기적 평가를 위해, 각각 제조된 유리 조성물(3)의 출력 값을 측정하는 과정을 진행할 수 있다. 이때, 상기 제조된 유리 조성물(3)에는 서로 다른 함량으로 상기 탄소 미세 코일 분말(1)이 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 탄소 미세 코일 분말(1)이 포함되지 않은 일반적인 정전 용량 센서(0중량%), 1 중량%로 상기 탄소 미세 코일 분말(1)이 포함된 유리 조성물(3), 5 중량%로 상기 탄소 미세 코일 분말(1)이 포함된 유리 조성물(3) 및 10 중량%로 상기 탄소 미세 코일 분말(1)이 포함된 유리 조성물(3)에 대한 전기적 평가를 각각 실시할 수 있다.

상기 전기적 평가는, 상기 유리 조성물(3)의 커패시턴스 값을 디지털 값으로 변환하여 출력하는 디지털 변환기의 출력 값이나, L 값/C값/R값을 각각 측정할 수 있는 L-C-R 미터를 가지고 진행할 수 있다.

그리고, 상기 전기적 평가는 상기 유리 조성물(3)을 포함하는 모듈 영역 내에 특정 감지 물체가 존재하지 않았을 때의 커패시턴스 값을 기준 값으로 설정하고, 그에 따라 상기 모듈 영역 내에 상기 특정 감지 물체가 들어왔을 때의 커패시턴스 값의 변화 값을 가지고 진행할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 유리 조성물(3)을 이용한 감지 장치의 동작 원리를 보여주는 도면이다.

도 4를 참조하면, 상기 유리 조성물(3) 내에는 상기 탄소 미세 코일 분말(1)에 의해 성장된 탄소 미세 코일이 포함되어 있다.

상기 탄소 미세 코일에 의해, 상기 유리 조성물(3)의 일정 반경 내에 감지 물체가 접근하거나, 상기 유리 조성물(3)의 표면에 감지 물체가 접촉하는 경우, 상기 유리 조성물(3) 주위에 자기장이 발생하게 된다.

그리고, 상기 발생하는 자기장에 의해 상기 유리 조성물(3) 내에 포함된 탄소 미세 코일의 배열 상태가 변경되며, 그에 따른 상기 유리 조성물(3)의 커패시턴스 값의 변화가 발생한다.

이때, 상기 유리 조성물(3)의 표면에는 전극(추후 설명)이 배치될 수 있다. 상기 전극은 센싱부(도 15참조, 219)와 제어부(도 15 참조, 200)와 연결되며, 상기 센싱부(219) 및 제어부(200)는 상기 전극을 통해 상기 유리 조성물(3)의 커패시턴스 값의 변화 값을 획득하고, 그에 따른 상기 감지 물체의 상태를 감지하게 된다. 여기에서, 상기 감지 물체의 상태는 상기 감지 물체와의 거리, 상기 감지 물체의 농도, 상기 감지 물체의 온도, 상기 감지 물체에 따른 습도 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 감지 물체가 수분(예를 들어, 빗물)인 경우, 상기 감지 물체의 상태는 상기 수분의 양을 포함할 수 있다.

다시 말해서, 상기 유리 조성물(3) 주위에 상기 감지 물체가 접근하면, 정전 유도 현상이 발생한다. 그리고, 상기 유리 조성물(3) 내에 포함된 탄소 미세 코일은 전극 내부에서 직/병렬의 커패시터의 기능을 수행한다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 탄소 미세 코일이 가지는 커패시터 기능을 설명하는 도면이다.

도 5를 참조하면, (A)에 도시된 바와 같이, 상기 탄소 미세 코일은 다수의 커패시터가 서로 직렬로 연결된 직렬 커패시터 역할을 수행할 수 있다.

또한, (B)에 도시된 바와 같이, 상기 탄소 미세 코일은 다수의 커패시터가 상호 병렬로 연결된 병렬 커패시터 역할을 수행할 수도 있다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 유리 조성물(3)의 반응도 평가를 나타낸 도면이다.

도 6에서는, 본 발명의 실시 예에 따른 탄소 미세 코일 분말(1)을 포함하는 유리 조성물(3)에 의해 제조된 정전용량 센서의 커패시턴스 변화 값과, 일반적인 정전용량 센서의 커패시턴스 변화 값의 비교 결과를 보여준다.

실험을 위해, 4개의 샘플을 준비했으며, 제 1 샘플은 A 함량의 탄소 미세 코일 분말(1)이 포함된 유리 조성물(3)로 구성되고, 제 2 샘플은 B 함량의 탄소 미세 코일 분말(1)이 포함된 유리 조성물(3)이며, 제 3 및 4 샘플은 탄소 미세 코일 분말(1)을 포함하지 않으면서 서로 정전 용량 특성이 다른 정전용량 센서이다.

상기 제 1 내지 4 샘플의 커패시턴스 변화 값을 표로 나타내면 아래와 같다.

	샘플 1 (CMC 유(宥) #1)	샘플 2 (CMC 유(宥) #2)	샘플 3 (CMC 무(無) #1)	샘플 4 (CMC 무(無) #2)
거리 1	1323	1374	859	897
거리 2	1066	1029	654	672
거리 3	708	687	450	464
거리 4	238	232	153	157
거리 5	32	31	17	17

도 6 및 표 1을 참조하면, 상기 탄소 미세 코일의 유/무에 따른 거리별 반응도는 크게 차이가 있는 것을 확인할 수 있었다.상기 거리 1 내지 거리 5는, 3mm~15mm를 단계별로 나누어 표시한 것이며, 반응도는 커패시턴스 변화 값을 아날로그-디지털 변환하여 획득한 값이다. 상기와 같이, 탄소 미세 코일이 포함된 센서의 경우, 기존의 센서보다 약 1.55배 높은 커패시턴스 값의 변화량을 가졌으며, 그에 따라 보다 높은 감도의 감지 장치를 제공할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 탄소 미세 코일 분말(1)의 함량 및 유리 조성물(3)의 두께에 따른 반응도 평가를 나타낸 도면이다.

도 7에서는, 본 발명의 실시 예에 따른 탄소 미세 코일 분말(1)의 함량을 서로 다르게 하고, 그에 따라 제조된 유리 조성물(3)의 두께를 변화시킴에 따라 나타나는 커패시턴스 변화 값의 비교 결과를 보여준다.

실험 결과를 표로 나타내면, 아래의 표 2와 같다.

	3 중량%	5 중량%	7 중량%
0T	29.60	29.60	29.60
0.2T	34.2	35.54	37.20
0.5T	36.13	37.9	39.20
1.0T	32.5	34.53	35.53
1.5T	33.17	33.93	34.43
2.0T	33.93	34.47	34.73

도 7 및 표 2를 참조하면, 상기 탄소 미세 코일의 유/무 및 그에 따른 함량에 따라 반응도가 큰 차이를 보이는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 상기 탄소 미세 코일 분말(1)을 포함하여 제조된 유리 조성물(3)의 두께에 따라서도 상기 반응도에 차이가 있는 것을 확인할 수 있었다.이때, 상기 탄소 미세 코일 분말(1)의 함량이 10 중량%를 초과하면, 점도 상승에 따른 제조 공정에 부적합하며, 그에 따라 상기 탄소 미세 코일 분말(1)의 함량을 10 중량%로 제한하였다.실험 결과, 상기 탄소 미세 코일 분말(1)이 7 중량%로 포함되면서, 상기 유리 조성물(3)의 두께가 0.5T인 경우에 최상의 커패시턴스 값의 변화를 보여주었다.

이하에서는, 상기와 같이 제조된 유리 조성물(3)을 이용하여 제조된 감지 장치에 대해 설명하기로 한다. 이때, 상기 감지 장치는, 온도 센서, 습도 센서, 근접 센서 등을 포함할 수 있다. 한편, 아래에서는 상기 감지 장치가 차량에 장착되는 레인 센서임을 예로 하여 설명하기로 한다.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 전면 유리에 감지 장치가 장착된 상태를 보여주는 측면도이고, 도 9a는 제 1 실시 예에 따른 감지 장치에 포함된 전극의 평면도이며, 도 9b는 제 1 실시 예에 따른 감지 장치에 포함된 전극의 단면도이고, 도 10a는 제 2 실시 예에 따른 감지 장치에 포함된 전극의 평면도이고, 도 10b는 제 2 실시 예에 따른 감지 장치에 포함된 전극의 단면도이며, 도 11은 제 2 실시 예에 따른 감지 장치의 상세 구조를 보여주는 단면도이다.

도 8 내지 11을 참조하면, 차량의 전면 유리(100)에는 감지 장치(200)가 장착된다. 감지 장치(200)는 차량의 전면 유리(10)의 마주하도록 설치된다. 감지 장치(200)는 상기 전면 유리(10)에 떨어지는 빗방울의 존재 여부나 상기 빗방울의 양에 따른 커패시턴스 값의 변화를 감지한다.

상기 감지 장치(200)는 차량의 전면 유리(100)의 일정 위치에 감지 영역을 형성하고, 그에 따라 상기 감지 영역 내에서 발생하는 빗방울의 상태에 따른 정보를 감지한다.

먼저, 제 1 실시 예에 따른 감지 장치에 대해 설명하기로 한다.

도 9a 및 도 9b를 참조하면, 감지 장치(200A)는 절연층(201), 단자(206), 전극(211) 격벽부(212, 213) 및 감지층(216)을 포함한다. 한편, 도 9a 및 도 9b에는 도시되지 않았지만, 상기 절연층(201) 내에는 도전부(217)가 배치될 수 있으며, 상기 도전부(217) 상에는 회로 패턴(218)이 배치될 수 있다. 그리고, 상기 회로 패턴(218) 상에는 센싱부(219) 및 제어부(220)가 장착될 수 있다. 또한, 상기 절연층(201)의 외면에는 보호 부재(221)가 배치될 수 있다.

상기 감지층(216)은 상기 설명한 유리 조성물(3)로 구성된다. 다시 말해서, 상기 감지층(216)은 상기 유리 조성물(3)일 수 있다.

상기와 같은 감지 장치(200A)는 차량의 전면 유리(100) 내면에 상기 감지층(216)이 마주보도록 배치된다. 그리고, 감지 장치(200)는 상기 전면 유리(100)의 외면에 접촉하는 빗방울의 존재 여부 및 빗방울의 양에 따른 커패시턴스의 변화량을 감지하여 와이퍼의 구동을 위한 정보를 제공한다. 여기에서, 상기 커패시턴스 값의 변화량은 임피던스 변화를 의미할 수도 있다.

절연층(201)은 전극(211) 및 감지층(216)이 장착되는 베이스 기판이다.

전극(211) 및 단자(206)는 상기 절연층(201) 위에 배치된다. 상기 전극(211)은 상기 감지층(216) 내부에 매립되면서 상기 절연층(201)의 상면 위에 배치된다.

상기 전극(211)은 복수 개로 형성된다. 그리고, 전극(211)은 상기 감지층(216)의 주위로 감지 물체가 접근함에 따라 발생하는 커패시턴스 값의 변화량을 감지한다.

상기 전극(211)은 포지티브 극성을 갖는 제 1 전극(207)과 네거티브 극성을 갖는 제 2 전극(208)을 포함한다.

다시 말해서, 상기 제 1 전극(207)은 급전되는 급전 전극이다. 또한, 상기 제 2 전극(208)도 급전되는 급전 전극이다.

상기 제 1 전극(207) 및 상기 제 2 전극(208)은 급전 단자(202, 203)와 연결되고, 그에 따라 추후 설명할 도 11의 센싱부(219) 및 상기 제어부(220)와 전기적으로 연결되는 전극이다.

또한, 상기 제 1 전극(207) 및 상기 제 2 전극(208)은 상기 절연층(201) 위에 일정 간격 이격되며 배치된다.

상기 제 1 전극(207)은 한정된 공간 내에서 최대의 길이를 가질 수 있도록, 상기 절연층(201) 위에 사각형 형상으로 적어도 한번 턴(Turn) 하여 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 9a에 도시된 바와 같이, 상기 감지 장치(200A)를 상면에서 보았을 때, 상기 제 1 전극(207)은 각각 사각 형상 또는 사각 나선 형상으로 배치될 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 제 1 전극(207)은 급전 단자(202)와 연결되는 일단에서 감지층(216) 내에 배치되는 타단으로 사각 형상 또는 사각 나선 형상으로 복수 회 턴하여 연장될 수 있다. 즉, 상기 제 1 전극(207)은 일단에서 직선으로 연장되다가 직각 방향으로 경로가 변경되어 사각 형상이 되도록 1회 턴하고, 내측에서 2회째 턴하는 식으로 복수 회 턴할 수 있다. 이때, 도면 상에서는 상기 제 1 전극(207)이 16회 턴하여 배치되어 있는 것으로 도시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

또한, 상기 제 2 전극(208)은 급전 단자(203)와 연결되는 일단에서 감지층(216) 내에 배치되는 타단으로 사각 형상 또는 사각 나선 형상으로 복수 회 턴하여 연장될 수 있다. 즉, 상기 제 2 전극(208)은 일단에서 직선으로 연장되다가 직각 방향으로 경로가 변경되어 사각 형상이 되도록 1회 턴하고, 내측에서 2회째 턴하는 식으로 복수 회 턴할 수 있다. 이때, 도면상에서는 상기 제 2 전극(208)이 16회 턴하여 배치되어 있는 것으로 도시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

한편, 상기 감지층(216)은 상기 절연층(201) 위에 배치되며, 그에 따라 상기 전극(211)을 매립한다.

바람직하게, 상기 감지층(216)은 소정의 두께를 가지며 상기 전극(211)이 형성된 절연층(201) 위에 배치된다. 여기에서, 전극(211)은 상기 제 1 전극(207) 및 제 2 전극(208)을 포함한다.

상기 감지층(216)은 전도성 물질을 포함하며, 외부의 물질에 의해 발생하는 자기장, 힘 및 유전율의 변화에 따라 커패시턴스 값이 변화하는 성질을 가진다.

바람직하게, 상기 감지층(216)은 스프링 형상을 갖는 탄소 미세 코일을 포함하며, 이는 상기 설명한 유리 조성물(3)이다.

상기 감지층(216)은 감지 장치(200)가 부착되는 전면 유리(100)의 표면에 특정 물질이 접촉함에 따라 가해지는 힘이나, 상기 특정 물질의 유전율에 의해 커패시턴스 값의 변화가 발생한다.

그리고, 상기 전극(211)은 상기 감지층(216)의 커패시턴스 값의 변화를 감지하고, 그에 따라 상기 커패시턴스 값의 변화에 따른 감지 신호를 센싱부(219)로 전달한다.

이때, 상기 감지층(216)은 복수의 영역으로 분리될 수 있다. 바람직하게, 상기 감지층(216)은 포지티브 극성을 갖는 전극이 매립되는 제 1 감지층(214)과, 상기 네거티브 극성을 갖는 전극이 매립되는 제 2 감지층(215)을 포함한다. 또한, 상기 절연층(201) 위에서, 상기 제 1 감지층(214)과 상기 제 2 감지층(215)은 물리적으로 분리되어 있다. 다시 말해서, 상기 제 1 감지층(214)과 상기 제 2 감지층(215)은 상호 접촉하지 않으며 상기 절연층(201) 위에 배치된다.

즉, 상기 제 1 전극(207) 및 상기 제 2 전극(208)은 서로 다른 극성을 갖는다. 이에 따라, 상기 제 1 전극(207)과 제 2 전극(208)이 동일한 감지층(216) 내에 배치되는 경우, 상호 전극부 간의 신호 간섭에 의해 SNR(신호대잡음비, Signal to Noise Ratio)가 나빠지는 문제가 있다.

따라서, 본 발명에서는 상기 제 1 전극(207)을 매립하는 제 1 감지층(214)과 상기 제 2 전극(208)을 매립하는 제 2 감지층(215)을 서로 물리적으로 분리시킴으로써, 상기 SNR을 향상시킬 수 있다.

상기 절연층(201) 위에는 상기 감지층(216)을 둘러싸는 격벽부(212, 213)가 배치된다. 상기 격벽부(212, 213)는 상기 감지층(216)의 분리에 따라 상기 제 1 감지층(214)을 둘러싸는 제 1 격벽부(212)와, 상기 제 2 감지층(215)을 둘러싸는 제 2 격벽부(213)를 포함할 수 있다.

상기 제 1 및 2 격벽부(212, 213)는 상기 감지층(216)을 상기 제 1 감지층(214)과 제 2 감지층(215)으로 물리적으로 분리시키는 격벽(또는 댐) 역할을 할 수 있다. 또한, 상기 제 1 및 2 격벽부(212, 213)는 상기 제 1 감지층(214) 및 제 2 감지층(215)의 상면의 평탄도를 유지하면서 디스펜싱 하기 위해 형성될 수 있다. 상기 제 1 및 2 격벽부(212, 213)는 실리콘으로 형성될 수 있다.

상기와 같이, 본 발명의 제 1 실시 예에서는 상기 전극이 매립되는 감지층을 서로 물리적으로 분리시켜 이에 따른 감지 감도를 향상시킬 수 있도록 한다.

도 10a, 도 10b 및 도 11을 참조하면, 감지 장치(200)는 절연층(201), 단자(206), 전극(211) 격벽부(212, 213), 감지층(216), 도전부(217), 회로 패턴(218), 센싱부(219), 제어부(220) 및 보호 부재(221)를 포함한다. 이때, 본 발명의 제 1 실시 예에서 구체적으로 설명하지 못한 상기 도전부(217), 회로 패턴(218), 센싱부(219), 제어부(220) 및 보호 부재(221)에 대해서는 하기에서 상세히 설명하기로 한다.

여기에서, 상기 감지층(216)은 상기 설명한 유리 조성물(3)로 구성된다. 다시 말해서, 상기 감지층(216)은 상기 유리 조성물(3)일 수 있다.

상기와 같은 감지 장치(200)는 차량의 전면 유리(100) 내면에 상기 감지층(216)이 마주보도록 배치된다. 그리고, 감지 장치(200)는 상기 전면 유리(100)의 외면에 접촉하는 빗방울의 존재 여부 및 빗방울의 양에 따른 커패시턴스의 변화량을 감지하여 와이퍼의 구동을 위한 정보를 제공한다. 여기에서, 상기 커패시턴스 값의 변화량은 임피던스 변화를 의미할 수도 있다.

절연층(201)은 전극(211) 및 감지층(216), 센싱부(219) 및 제어부(220)가 장착되는 베이스 기판이다.

전극(211) 및 단자(206)는 상기 절연층(201) 위에 배치된다. 상기 전극(211)은 상기 감지층(216) 내부에 매립되면서 상기 절연층(201)의 상면 위에 배치된다.

상기 전극(211)은 복수 개로 형성된다. 그리고, 전극(211)은 상기 감지층(216)의 주위로 감지 물체가 접근함에 따라 발생하는 커패시턴스 값의 변화량을 감지한다.

상기 전극(211)은 포지티브 극성을 갖는 제 1 전극(207)과 네거티브 극성을 갖는 제 2 전극(208)을 포함한다. 그리고, 제 1 전극(207, 209) 및 상기 제 2 전극(208, 210)은 메인 전극과 서브 전극을 각각 포함한다.

다시 말해서, 상기 제 1 전극(207, 209)은 급전되는 제 1 급전 전극(207) 및 상기 제 1 급전 전극(207)의 주위에 플로팅되는 제 1 플로팅 전극(209)을 포함한다. 또한, 상기 제 2 전극(208, 210)은 급전되는 제 2 급전 전극(208)과, 상기 제 2 급전 전극(208)의 주위에 플로팅되는 제 2 플로팅 전극(210)을 포함한다.

상기 제 1 급전 전극(207) 및 상기 제 2 급전 전극(208)은 급전 단자(202, 203)와 연결되고, 그에 따라 상기 센싱부(219) 및 상기 제어부(220)와 전기적으로 연결되는 전극이다.

상기 제 1 플로팅 전극(209) 및 상기 제 2 플로팅 전극(210)은 상기 제 1 급전 전극(207) 및 상기 제 2 급전 전극(208)과 각각 긴밀히 배치되며, 그에 따라 상기 감지층(216) 내부에서의 커패시턴스 값의 변화 비율을 증가시킨다. 다시 말해서, 기존에는 상기 제 1 급전 전극(207) 및 제 2 급전 전극(208)만을 포함하는 전극 구조를 가졌다.

상기 전극 구조는 상기 제 1 급전 전극(207) 및 상기 제 2 급전 전극(208) 사이에서 발생하는 커패시턴스 변화 값만을 가지고 빗물의 양을 감지하였다. 그러나, 이와 같은 전극 구조는, 비가 오지 않을 때의 커패시턴스 값과, 비가 올 때의 커패시턴스 값의 차이 값이 상대적으로 낮으며, 이에 따라 세밀한 감지 감도를 확보하는 데에는 어려움이 있었다.

즉, 상기와 같은 제 1 급전 전극(207) 및 상기 제 2 급전 전극(208)만을 포함하는 2 라인의 전극 구조는, 전형적인 안테나 구조로써, 상기 2 라인 전극의 전체 파장이 특정 주파수의 1/4 파장과 동기화될 때 EMC(Electro Magenetic Compatibility) 이슈가 발생하게 된다.

또한, 일반적인 감지 장치의 메커니즘은 기본 커패시턴스 값 대비 커패시턴스 변화량의 비율로 변화량을 계측한다. 이때, 감지 감도를 높이기 위해서는, 기본 커패시턴스 값이 낮거나 상기 커패시턴스 변화량이 커야만 한다. 그러나, 상기 2 라인 전극 구조에서는 상기 기본 커패시턴스 값을 낮추거나 커패시턴스 변화량을 크게 하는데에 한계가 있다.

따라서, 본 발명에서는 상기와 같이 제 1 급전 전극(207)의 주위에 상기 제 1 급전 전극(207)과 긴밀히 배치된 제 1 플로팅 전극(209)을 배치한다. 또한, 상기 제 2 급전 전극(208)의 주위에 상기 제 2 급전 전극(208)과 긴밀히 배치된 제 2 플로팅 전극(210)을 배치한다.

이때, 상기 제 1 플로팅 전극(209) 및 상기 제 2 플로팅 전극(210)은 각각 제 1 급전 전극(207) 및 상기 제 2 급전 전극(208)과 일정 간격 이격된 위치에 배치된다.

그리고, 상기 제 1 플로팅 전극(209) 및 상기 제 2 플로팅 전극(210)은 각각 접지 단자(204, 205)에 연결되어 접지될 수 있다.

이때, 감지 감도를 높이기 위해서는, 상기 제 1 플로팅 전극(209)과 상기 제 1 급전 전극(207) 사이의 간격을 최소화하면서 상기 제 1 플로팅 전극(209)과 상기 제 1 급전 전극(207)의 길이를 최대화해야 한다.

따라서, 제 1 플로팅 전극(209)과 상기 제 1 급전 전극(207)는 상기 절연층(201) 위에 일정 간격 이격되면서 상호 긴밀히 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 제 1 플로팅 전극(209)과 상기 제 1 급전 전극(207)은 한정된 공간 내에서 최대의 길이를 가질 수 있도록, 상기 절연층(201) 위에 사각형 형상으로 적어도 한번 턴(Turn) 하여 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 감지 장치(200)를 상면에서 보았을 때, 상기 제 1 플로팅 전극(209)과 상기 제 1 급전 전극(207)은 각각 사각 형상 또는 사각 나선 형상으로 배치될 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 제 1 급전 전극(207)은 급전 단자(202)와 연결되는 일단에서 감지층(216) 내에 배치되는 타단으로 사각 형상 또는 사각 나선 형상으로 복수 회 턴하여 연장될 수 있다. 즉, 상기 제 1 급전 전극(207)은 일단에서 직선으로 연장되다가 직각 방향으로 경로가 변경되어 사각 형상이 되도록 1회 턴하고, 내측에서 2회째 턴하는 식으로 복수 회 턴할 수 있다. 이때, 도면 상에서는 상기 제 1 급전 전극(207)이 16회 턴하여 배치되어 있는 것으로 도시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

또한, 상기 제 1 플로팅 전극(209)은 상기 제 1 급전 전극(207)과 일정 간격 이격된 위치에서, 상기 제 1 급전 전극(207)과 동일한 형상을 가지며 배치될 수 있다. 즉, 상기 제 1 플로팅 전극(209)은 접지 단자(204)와 연결되는 일단에서 상기 감지층(216) 내에 배치되는 타단으로 사각 형상 또는 사각 나선 형상으로 복수 회 턴하여 연장될 수 있다. 이때, 도면 상에는 상기 제 1 플로팅 전극(209)이 14회 턴하여 배치되어 있는 것으로 도시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

한편, 상기 감지층(216) 내에서 상기 제 1 급전 전극(207)이 최외각 부분에 배치되고, 상기 제 1 플로팅 전극(209)은 상기 제 1 급전 전극(207) 내에 긴밀히 배치될 수 있다.

또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 급전 전극(207)의 타단과, 상기 제 1 플로팅 전극(209)의 타단이 동일 방향에 배치되는 것이 아니라, 상기 감지층(216) 내에서 상기 제 1 급전 전극(207)의 타단을 포함하는 전극 부분과, 상기 제 1 플로팅 전극(209)의 타단을 포함하는 전극 부분이 서로 마주보며 배치되도록 한다.

또한, 상기 제 2 급전 전극(208)은 급전 단자(203)와 연결되는 일단에서 감지층(216) 내에 배치되는 타단으로 사각 형상 또는 사각 나선 형상으로 복수 회 턴하여 연장될 수 있다. 즉, 상기 제 2 급전 전극(208)은 일단에서 직선으로 연장되다가 직각 방향으로 경로가 변경되어 사각 형상이 되도록 1회 턴하고, 내측에서 2회째 턴하는 식으로 복수 회 턴할 수 있다. 이때, 도면 상에서는 상기 제 2 급전 전극(208)이 16회 턴하여 배치되어 있는 것으로 도시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

또한, 상기 제 2 플로팅 전극(210)은 상기 제 2 급전 전극(208)과 일정 간격 이격된 위치에서, 상기 제 2 급전 전극(208)과 동일한 형상을 가지며 배치될 수 있다. 즉, 상기 제 2 플로팅 전극(210)은 접지 단자(205)와 연결되는 일단에서 상기 감지층(216) 내에 배치되는 타단으로 사각 형상 또는 사각 나선 형상으로 복수 회 턴하여 연장될 수 있다. 이때, 도면상에는 상기 제 1 플로팅 전극(210)이 14회 턴하여 배치되어 있는 것으로 도시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

한편, 상기 감지층(216) 내에서 상기 제 2 급전 전극(208)이 최외각 부분에 배치되고, 상기 제 2 플로팅 전극(210)은 상기 제 2 급전 전극(208) 내에 긴밀히 배치될 수 있다.

또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 급전 전극(208)의 타단과, 상기 제 2 플로팅 전극(210)의 타단이 동일한 위치에서 턴이 종료되는 것이 아니라, 상기 감지층(216) 내에서 상기 제 2 급전 전극(208)의 타단을 포함하는 전극 부분과, 상기 제 2 플로팅 전극(210)의 타단을 포함하는 전극 부분이 서로 마주보며 배치되도록 턴을 종료한다.

한편, 상기 감지층(216)은 상기 절연층(201) 위에 배치되며, 그에 따라 상기 전극(211)을 매립한다.

바람직하게, 상기 감지층(216)은 소정의 두께를 가지며 상기 전극(211)이 형성된 절연층(201) 위에 배치된다. 여기에서, 전극(211)은 상기 제 1 급전 전극(207), 제 2 급전 전극(208), 제 1 플로팅 전극(209) 및 제 2 플로팅 전극(210)을 모두 포함한다.

상기 감지층(216)은 전도성 물질을 포함하며, 외부의 물질에 의해 발생하는 자기장, 힘 및 유전율의 변화에 따라 커패시턴스 값이 변화하는 성질을 가진다.

바람직하게, 상기 감지층(216)은 스프링 형상을 갖는 탄소 미세 코일을 포함하며, 이는 상기 설명한 유리 조성물(3)이다.

상기 감지층(216)은 감지 장치(200)가 부착되는 전면 유리(100)의 표면에 특정 물질이 접촉함에 따라 가해지는 힘이나, 상기 특정 물질의 유전율에 의해 커패시턴스 값의 변화가 발생한다.

그리고, 상기 전극(211)은 상기 감지층(216)의 커패시턴스 값의 변화를 감지하고, 그에 따라 상기 커패시턴스 값의 변화에 따른 감지 신호를 센싱부(219)로 전달한다.

이때, 상기 감지층(216)은 복수의 영역으로 분리될 수 있다. 바람직하게, 상기 감지층(216)은 포지티브 극성을 갖는 전극이 매립되는 제 1 감지층(214)과, 상기 네거티브 극성을 갖는 전극이 매립되는 제 2 감지층(215)을 포함한다. 또한, 상기 절연층(201) 위에서, 상기 제 1 감지층(214)과 상기 제 2 감지층(215)은 물리적으로 분리되어 있다. 다시 말해서, 상기 제 1 감지층(214)과 상기 제 2 감지층(215)은 상호 접촉하지 않으며 상기 절연층(201) 위에 배치된다.

즉, 상기 제 1 급전 전극(207) 및 상기 제 1 플로팅 전극(209)을 포함하는 제 1 전극부는, 상기 제 2 급전 전극(208) 및 상기 제 2 플로팅 전극(210)을 포함하는 제 2 전극부와 다른 극성을 갖는다. 이에 따라, 상기 제 1 전극부와 제 2 전극부가 동일한 감지층(216) 내에 배치되는 경우, 상호 전극부 간의 신호 간섭에 의해 SNR(신호대잡음비, Signal to Noise Ratio)가 나빠지는 문제가 있다.

따라서, 본 발명에서는 상기 제 1 급전 전극(207) 및 상기 제 1 플로팅 전극(209)을 포함하는 제 1 전극부를 매립하는 제 1 감지층(214)과 상기 제 2 급전 전극(208) 및 상기 제 2 플로팅 전극(210)을 포함하는 제 2 전극부를 매립하는 제 2 감지층(215)을 서로 물리적으로 분리시킴으로써, 상기 SNR을 향상시킬 수 있다.

상기 절연층(201) 위에는 상기 감지층(216)을 둘러싸는 격벽부(212, 213)가 배치된다. 상기 격벽부(212, 213)는 상기 감지층(216)의 분리에 따라 상기 제 1 감지층(214)을 둘러싸는 제 1 격벽부(212)와, 상기 제 2 감지층(215)을 둘러싸는 제 2 격벽부(213)를 포함할 수 있다.

상기 제 1 및 2 격벽부(212, 213)는 상기 감지층(216)을 상기 제 1 감지층(214)과 제 2 감지층(215)으로 물리적으로 분리시키는 격벽(또는 댐) 역할을 할 수 있다. 또한, 상기 제 1 및 2 격벽부(212, 213)는 상기 제 1 감지층(214) 및 제 2 감지층(215)의 상면의 평탄도를 유지하면서 디스펜싱 하기 위해 형성될 수 있다. 상기 제 1 및 2 격벽부(212, 213)는 실리콘으로 형성될 수 있다.

센싱부(219) 및 제어부(220)는 상기 절연층(201)의 하면에 배치된다. 바람직하게, 상기 센싱부(219) 및 제어부(220)는 상기 절연층(201)의 하면에 배치된 회로 패턴(218)과 전기적으로 연결된다. 센싱부(219)는 상기 전극(211)을 통해 전달되는 감지 신호에 따라 강우 여부 및 강우량을 감지하여 제어부(220)에 전달한다. 제어부(220)는 상기 센싱부(219)를 통해 전송되는 신호를 토대로 차량의 ECU (Electronic Control Unit, 300)과 통신을 수행한다. 이때, 상기 제어부(220)와 상기 차량의 ECU(300)는 LIN (Local Interconnect Network)를 통해 상호 신호를 주고 받을 수 있다.

즉, 일반적으로 임피던스의 REAL TERM은 저항, POSITIVE IMAGINARY TERM은 인덕턴스, 그리고 NEGATIVE IMAGINARY TERM은 커패시턴스로 이루어지며, 상기 저항, 인덕턴스 및 커패시턴스의 합산으로 이루어진다.

따라서, 일반적인 저항, 인덕터 및 커패시터와 같이 상기 감지 장치(200)도 상기 감지층(216)에서 발생하는 커패시턴스 값의 변화를 감지하기 위해 한 쌍의 전극(211)이 필요하다.

상기 전극(211)은 상기 감지층(216)의 감지 특성을 최적화시키면서, 상기 감지층(216)과 상기 센싱부(219) 사이를 연결하는 역할을 한다.

여기에서, 상기 전면 유리(100)의 표면에 특정 힘이 가해지거나, 특정 유전율을 가지는 물질이 접촉하는 경우, 상기 감지층(216)의 커패시턴스 값은 증가하게 되며, 이에 따라 저항값과 인덕턴스 값은 상기 커패시턴스 값과 반대로 감소하게 된다.

이때, 상기 감지되는 임피던스 값은 상기 저항 값, 인덕턴스 값 및 커패시턴스를 모두 합한 값이 되며, 이에 따라 표면에 가해지는 힘이나 유전율의 정도에 따라 상기 임피던스 값은 선형적으로 감소하게 된다.

한편, 상기 절연층(201) 내부에는 상기 절연층(201)을 관통하여 일단이 상기 급전 전극(207, 208)과 연결되고, 타단이 하부의 회로 패턴(218)과 연결되는 도전부(217)를 더 포함한다. 상기 도전부(217)는 상기 절연층(201)의 상면 및 하면을 관통하는 관통 홀을 금속 물질로 매립함에 따라 형성된다.

상기 도전부(217)의 일단은 상기 절연층(201)을 관통하여 상기 급전 전극(207, 208)과 연결되고, 상기 도전부(217)의 타단은 상기 절연층(201)의 하면에 배치된 회로 패턴(218)을 통해 상기 센싱부(219) 및 상기 제어부(220)와 전기적으로 연결된다.

한편, 상기 센싱부(219)는 AFE(Analog Front End)를 구비할 수 있다. 이때, 상기 AFE는 차동 증폭 기능을 수행하는데, 상기 차동 증폭을 Positive 증폭으로 할 것인지, 아니면 Negative 증폭으로 할 것인지에 따라 상기 강우 발생에 따른 임피던스의 변화 상태에 차이가 있다.

따라서, 상기 센싱부(219)는 상기 차동 증폭 상태에 따라 기준 값을 기준으로 상기 임피던스 값의 변화 상태를 감지하며, 상기 변화 상태의 정도가 임계값을 벗어나는 경우에는 상기 와이퍼를 구동시켜 빗방울을 제거하도록 한다.

이하에서는 상기 와이퍼의 구동 단계를 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

즉, 빗방울이 내리게 되면, 상기 빗방울이 전면 유리(100)에 일정 힘을 가지거나 유전율 변화를 발생시킨다. 그리고, 상기 가해지는 힘이나 유전율 변화에 따라 상기 감지층(216)에는 임피던스 변화가 발생한다.

이때, 상기 임피던스의 변화량은 상기 강우 여부 및 강우량에 대응될 수 있다. 즉, 상기 강우량에 비례하여 상기 감지층(216)에 가해지는 힘이나 유전율도 증가하게 되며, 상기 유전율이나 힘의 증가 정도에 반비례하여 상기 임피던스 변화량이 감소하게 된다.

상기와 같이, 상기 강우가 발생하면, 상기 감지층(216)의 임피던스 변화(명확하게는, 커패시턴스 값의 변화)가 발생하며, 상기 임피던스 변화에 따라 상기 센싱부(219)의 내부 클록에 대한 진폭 변화가 발생한다.

그리고, 상기 내부 클록의 진폭 변화에 따라 상기 센싱부(219)의 AFE의 차동 증폭에 따른 차동 신호가 출력된다. 이후, 상기 차동 신호가 출력되면, 상기 출력되는 차동 신호는 디지털 신호로 변환되어 제어부(220)를 통해 상기 차량의 ECU(300)로 전달된다.

상기 차량의 ECU(300)는 상기 전달되는 디지털 신호에 따른 임피던스 변화량을 토대로 상기 강우 여부 및 강우량을 파악하며, 상기 강우가 발생하고, 그에 따른 강우량이 임계점을 초과하게 되면, 빗방울 제거를 위한 와이퍼를 가동시킨다.

이하에서는, 상기 감지 장치(200)의 구동 원리에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

상기와 같이, 탄소 미세 코일로 이루어진 감지층(216) 내에는 상기 복수의 급전 전극과 복수의 플로팅 전극을 포함하는 전극(211)이 매립된다. 이때, 상기 감지층(216)은 그 자체로도 임피던스 변화량에 따른 강우 여부 및 강우량을 판단할 수 있으며, 상기 전극(211)의 형상에 따라서도 그 측정 감도가 달라진다. 이에 따라, 실시 예에서는 상기와 같은 사각 형상 또는 사각 나선 형상을 가지는 복수의 급전 전극과 플로팅 전극을 포함하는 전극(211)을 형성한다.

또한, 상기 설명한 바와 같이 임피던스는 실수(real)부와 허수(reactace)부로 구성되며, 허수부는 양의 허수부(inductive)와 음의 허수부 (capacitive)로 구성되는데, 이때 상기 탄소 미세 코일을 포함하는 감지 장치(200)는 상기 양의 허수부(inductive)와 음의 허수부(capacitive)의 두 가지 특성 변화를 이용하여 측정한다.

즉, 비가 올 때, 비의 양에 따라 차량의 전면 유리(100)에 가해지는 힘(force)이 달라지고, 또한 상기 전면 유리(100)에 존재하는 물(빗방울)의 양도 달라진다.

이때, 상기 탄소 미세 코일은 그 이름과 같이 아주 미세한 코일 집단으로 이루어져 있으며, 유전상수를 가지고 있는 유전체이기도 하다. 이때, 상기 힘(force)은 이 inductive 성분의 변화, 즉 탄소 미세 코일의 특성 변화를 통해 측정하고, 상기 전면 유리(010) 위에 존재하는 물의 양은 유전상수 변화에 의한 capacitive 변화에 의해 측정된다.

즉, 상기 감지 장치(200)를 구성하는 각각의 층은 특정 유전상수를 가진 유전체 역할을 하는데, 상기와 같이 비가 온다면 전극 입장에서는 물이라는 유전체가 새로 존재하게 되며, 이에 따른 capacitive 변화가 생기게 된다..

이때, 상기 감지층(216)의 면적에 따라 실수(real)부는 조절이 가능하다. 또한, 감지층(216)은 비가 오는 상황에서 상기 설명과 같이 inductive와 capacitive값 변화에 의해 임피던스 값 변화가 생긴다.

따라서, 실시 예에서는 상기와 같은 감지 장치(200)의 inductive와 capacitive 값 변화에 따른 임피던스 값 변화를 감지하여 강우 여부 및 강우량을 판단한다.

한편, 상기와 같은 감지 장치(200)는 전면유리(100)의 안쪽에 실리콘과 같은 접착 부재(도시하지 않음)을 형성하고, 상기 접착 부재에 의해 상기 전면 유리(100)의 특정 내부 영역에 장착된다. 이때, 상기 감지 장치(200)는 상기 접착 부재가 가지는 유전 상수까지 고려하여 임피던스 변화를 감지한다.

이하에서는, 상기 센싱부(219)의 동작에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

상기 센싱부(219)는 상기 전극(211)과 연결되며, 강우 여부 및 강우량에 따라 발생하는 상기 감지층(216)의 임피던스 변화에 따른 발진 주파수를 발생하고, 상기 발진 주파수와 기준 주파수의 차이에 따라 강우 여부 및 강우량을 판단한다.

이때, 상기 센싱부(219)는 기설정된 필터링 영역 내에서 상기 발진 주파수와 기준 주파수의 차이 주파수가 속해있는지를 감지하며, 상기 차이 주파수가 상기 기설정된 필터링 영역 내에 존재하는 경우에만 상기 차이 주파수에 대응하는 디지털 값을 출력한다.

이때, 상기와 같은 동작이 상기 센싱부(219)에 의해 이루어진다고 하였지만, 이는 일 실시 예에 불과하며, 상기 센싱부(219)는 상기 전극으로부터 전달되는 감지 신호에 따른 디지털 값만을 출력할 수 있으며, 상기 제어부(220)에서 아래와 같은 구체적인 감지 동작이 이루어질 수 있다.

즉, 상기 센싱부(219) 내에는 상기 감지 장치(200)의 특성에 따라 저역 통과 필터(LPF) 및 대역 통과 필터(BPF) 중 어느 하나의 필터가 포함될 수 있다.

그리고, 상기 저역 통과 필터와 대역 통과 필터는 그의 필터링 주파수의 범위가 서로 다르게 나타난다.

도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 탄소 미세 코일의 특성을 나타낸 것이다.

상기 탄소 미세 코일은 도 12에 도시된 바와 같이, 평상시에는 제 1 인덕턴스 값을 가지고 있으며, 상기 탄소 미세 코일에 힘이나 유전율이 가해짐에 따라 상기 인덕턴스 값이 감소하게 된다.

상기 인덕턴스 값은 상기 탄소 미세 코일 위에 놓이는 물질의 종류에 따라 서로 다른 감소량을 가지게 된다.

즉, 상기 인덕턴스 값은 상기 탄소 미세 코일에 강우에 따른 빗물이 접촉하는 경우에 비교적 적은 감소량을 가지고, 사람과 같은 인체의 일부가 접촉하는 경우에는 상기 빗물이 접촉하는 경우보다는 높은 감소량을 가지며, 금속물질이 접촉하는 경우에는 상기 빗물이나 인체가 접촉한 경우보다 더 높은 감소량을 가지게 된다.

이하에서는 일반적인 2라인 전극 구조의 감지 감도와, 본 발명의 실시 예에 따른 4라인 전극 구조의 감지 감도에 대해 설명하기로 한다.

도 13은 종래 기술에 다른 2라인 전극 구조의 감지 감도를 설명하기 위한 도면이고, 도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 4라인 전극 구조의 감지 감도를 설명하기 위한 도면이다.

먼저, 도 13을 참조하면, 센싱부(219)는 제 1 주파수(f1)를 발생하고, 그에 따라 내부 커패시턴스 값(Cr)과, 감지층(216)의 커패시턴스 값(Cs)에 따른 커패시턴스 값의 변화량에 따라 최종 변화량을 출력하게 된다.

이때, 전면 유리(100)에 비가 오지 않을 때의 변화비와, 비가 올 때의 변화비를 나타내면 아래와 같다.

Ro = Cs/Cr : 비가 오지 않을 때의 변화비

Rr= (Cs+△Cr)/Cr : 오기 올 때의 변화비

여기에서, Cs는 감지층(216) 내의 커패시턴스 값이고, Cr은 상기 센싱부(219) 내의 기준 커패시턴스 값이며, △Cr은 비가 오는 경우에 추가로 발생할 수 있는 커패시턴스 값을 의미한다.

상기와 같이, 동일한 Cr 조건에서는 상기 △Cr을 가능한 최대로 증가시킬 때, 이에 따른 Rr이 커지고, 이를 토대로 상기 센싱부(219)는 상기 커지는 Rr에 따른 변화 비율을 신호화 한다.

도 14를 참조하면, 도 14의 (a)는 본 발명의 실시 예에 따라 감지 장치(200)의 상부 방향 및 하부 방향으로 발생할 수 있는 커패시턴스 값을 보여주고, 도 14의 (b)는 감지 장치(200)의 측면 방향으로 발생할 수 있는 커패시턴스 값을 보여준다.

도 14의 (a)를 참조하면, 제 1 급전 전극(207)과 제 2 급전 전극(208) 사이에서, 상부 방향으로 발생하는 커패시턴스 값을 C21이라 하고, 하부 방향으로 발생하는 커패시턴스 값을 C1이라할 수 있다. 그리고, 제 1 급전 전극(207)과 제 1 플로팅 전극(209) 사이에서, 상부 방향으로 발생하는 커패시턴스 값을 C31이라 할 수 있다. 또한, 제 2 급전 전극(208)과 제 2 플로팅 전극(210) 사이에서, 상부 방향으로 발생하는 커패시턴스 값을 C32라 할 수 있다. 또한, 제 1 플로팅 전극(209)과 제 2 플로팅 전극(210) 사이에서, 하부 방향으로 발생하는 커패시턴스 값을 C0이라 할 수 있다.

또한, 도 14의 (b)를 참조하면, 상기 제 1 플로팅 전극(209)과 제 2 플로팅 전극(210) 사이에서, 측부 방향으로 발생하는 커패시턴스 값을 C22이라 할 수 있다.

여기에서, C0 및 C1은 본 발명의 4라인 전극 구조와, 종래의 2 라인 전극 구조에서 공통으로 적용되는 사항이므로, 아래의 비교에서는 제외한다.

그리고, 본 발명에서는 상기와 같이 급전 전극 이외에 플로팅 전극을 적용하여, 비가 올 때 추가로 발생하는 커패시턴스 값을 의미하는 △Cr을 최대한 크게 한다.

아래에서는, 비가 오지 않는 경우와 비가 오는 경우에서의 종래의 2 라인 전극 구조와, 본 발명의 4 라인 전극 구조를 비교하면 아래와 같다.

먼저, 기존의 2라인 전극 구조는 아래와 같이 표현될 수 있다.

(1) Cs1=C21, Ro=C21/Cr

: 비가 오지 않을 때의 종래의 2라인 전극 구조의 변화비

여기에서, 상기 Cs1은 2라인 전극 구조의 감지층(216) 내의 커패시턴스 값을 의미하고, Cr은 센싱부(219) 내의 기준 커패시턴스 값을 의미하며, Ro은 비가 오지 않을 때의 커패시턴스 값의 변화비를 의미한다.

(2) Cs1 = C21 + △Cr21, Rr= (C21/Cr) + (△Cr21/Cr)

: 비가 올 때의 종래의 2 라인 전극 구조의 변화비

다음으로, 본 발명에 따른 4라인 전극 구조는 아래와 같이 표현될 수 있다.

(1) Cs2 = C21+(C31/C32/C22), Ro = (C21/Cr)+((C31/32/C22)/Cr)

: 비가 오지 않을 때의 본 발명의 4라인 전극 구조의 변화비

여기에서, 상기 Cs1은 4라인 전극 구조의 감지층(216) 내의 커패시턴스 값을 의미하고, Cr은 센싱부(219) 내의 기준 커패시턴스 값을 의미하며, Ro은 비가 오지 않을 때의 커패시턴스 값의 변화비를 의미한다.

(2) Cs2=C21+△Cr21+((C31+△Cr31)/(C32+△Cr32)/(C22+△Cr22))

Rr= (C21/Cr)+(△Cr21/Cr)+((C31+△Cr31)/(C32+△Cr32)/(C22+△Cr22)/Cr)

: 비가 올 때의 본 발명의 4라인 전극 구조의 변화비

상기와 같이, 본 발명의 4라인 전극 구조에서는, 기존의 2라인 전극에 대비하여, "(C31+△Cr31)/(C32+△Cr32)/(C22+△Cr22)/Cr" 부분에 해당하는 플로팅 전극에 의한 추가적인 커패시턴스 값의 변화가 있으며, 상기 추가적인 커패시턴스 값의 변화를 토대로 감지 감도를 향상시킬 수 있다.

도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 와이퍼 구동 시스템의 구성을 보여주는 도면이다.

도 15를 참조하면, 와이퍼 구동 시스템은, 크게 감지 장치(200)와 차량으로 구분된다. 여기에서, 상기 차량은, 차량의 전장품의 전반적인 동작을 제어하는 ECU(300)와, 와이퍼의 동작을 조작하는 조작부(400)와 와이퍼를 구동시키는 모터(500)로 구분될 수 있다.

상기 설명한 바와 같이, 감지 장치(200)는 상기 감지층(216)과 전극(211) 등을 포함하는 감지부와, 센싱부(219)와 제어부(220)를 포함한다. 여기에서, 상기 제어부(220)는 차량의 ECU(300) 내의 제어부(301)와 통신을 수행하는 슬레이브 제어부이다.

감지부는 상기와 같이 전면 유리(100)에 비가 올 때와 오지 않을 때에서의 감지층(216) 내의 커패시턴스 변화가 발생하며, 이에 따른 변화 신호를 센싱부(219)로 전달한다.

센싱부(219)는 제 1 주파수를 발생하고, 상기 커패시턴스 값의 변화에 따라 변화하는 제 2 주파수를 발생하며, 상기 제 1 및 2 주파수의 차이에 따라 상기 비가 오는지 여부와, 비의 양을 감지한다. 상기 센싱부(219)의 구체적인 동작에 대해서는 하기에서 상세히 설명하기로 한다.

제어부(220)는 상기 차량의 ECU(300) 내의 제어부(301)와 통신을 하며, 그에 따라 상호 통신의 최적화를 위한 알고리즘을 적용한다. 상기 제어부(220)는 상기 차량의 ECU(300) 내의 제어부(301)의 제어신호에 따라 상기 센싱부(219)를 제어하며, 상기 센싱부(219)에서 감지된 신호를 상기 차량의 ECU(300) 내의 제어부(301)로 전달한다.

이때, 상기 제어부(220)와 상기 차량의 ECU(300) 내의 제어부(301) 사이는 LIN(Local Interconnect Network)에 따라 상호 정보를 교환할 수 있다.

상기 LIN은 마스터-슬레이브(master-slave) 원리에 따라 작동한다. 그리고 이의 신호 형태 및 프로토콜(＝디지털 정보의 형식)은 표준화되어 있다. 여기에서, 상기 마스터-슬레이브 원리란 중심이 되는 1대의 주-컴퓨터(master)와 이에 온라인으로 연결, 종속된 다수의 컴퓨터(slave)들이 각각의 데이터 처리 내용에 따라 작업을 분담해서 처리하는 시스템으로서 주/종속(master-slave) 시스템이라고도 한다.

한편, ECU(300)는 상기 차량의 전장품의 전반적인 동작을 제어한다. 특히, 상기 ECU(300)는 와이퍼(도시하지 않음)의 동작을 제어한다.

조작부(400)은 차량의 실내의 특정 영역에 설치되며, 그에 따라 운전자가 상기 와이퍼를 수동으로 조작시키기 위한 것이다.

모터(500)는 와이퍼와 연결되며, 그에 따라 상기 와이퍼를 동작시키기 위한 구동력을 제공한다.

ECU(300)는 상기 감지 장치(200) 및 상기 조작부(400)와 연결되며, 그에 따라 상기 와이퍼를 동작을 제어하기 위한 모터 구동 신호를 출력한다. 이를 위해, 제어부(301)는 상기 감지 장치(200)와 연결되며, 그에 따라 상기 감지 장치(200)로부터 출력되는 감지 신호를 수신한다. 이때, 상기 감지 신호는 특정 디지털 값을 가질 수 있으며, 제어부(301)는 상기 디지털 값을 토대로 비가 오는지 여부와, 그에 따른 비의 양을 계산할 수 있다.

또한, 제어부(301)는 상기 조작부(400)로부터 와이퍼 조작 신호가 입력되는지를 판단한다. 이때, 상기 제어부(301)와 조작부(400) 사이에는 통신부(304)가 배치된다. 상기 통신부(304)는 LIN(Local Interconnect Network) 방식에 따라 상기 조작부(400)로부터 입력되는 조작 신호를 제어부(301)에 전달한다.

제어부(301)는 상기 통신부(304)를 통해 전달되는 조작 신호 및 상기 감지 장치(200)를 통해 전달되는 감지 신호를 이용하여 상기 와이퍼를 구동시키기 위한 구동 신호를 출력한다.

신호 처리부(302)는 상기 제어부(301)를 통해 출력되는 구동 신호를 신호 처리하고, 그에 따라 상기 구동 신호에 따른 모터 제어 신호가 출력되도록 한다.

모터 구동부(303)는 상기 신호 처리부(302)를 통해 신호 처리된 구동 신호를 이용하여 상기 모터(500)를 구동시킨다. 이때, 상기 모터 구동부(303)는 상기 비가 오는지 여부와, 상기 조작 신호가 입력되었는지 여부와, 비의 양 또는 수동 설정된 스피드를 기준으로 상기 모터(500)의 구동 여부 및 구동 속도를 제어하는 모터 구동 신호를 출력한다.

도 16은 도 15에 도시된 센싱부(219)의 구성을 보여주는 도면이다.

도 16을 참조하면, 센싱부(219)는 제 1 주파수 발생기(2191), 제 2 주파수 발생기(2192), 차이 주파수 발생기(2193), 필터(2194) 및 아날로그 디지털 컨버터(2195)를 포함한다.

제 1 주파수 발생기(2191)는 상기 감지부와 연결되며, 상기 감지부의 임피던스 변화에 따른 제 1 주파수를 발생한다.

상기 제 1 주파수 발생기(2191)는 LC 발진 회로로 구성될 수 있다.

바람직하게, 상기 제 1 주파수 발생기(2191)는 상기 감지부를 구성하는 탄소 미세 코일과 커패시터를 사용하여, 상기 탄소 미세 코일의 인덕터스 값의 변화에 의해 변화하는 발진 주파수를 발생하도록 구성된다.

즉, 상기 제 1 주파수 발생기(2191)는 윈드 실드에 부착되는 탄소 미세 코일를 사용하여, 상기 감지부에 의한 발진 주파수를 발진시킨다.

다시 말해서, 상기 감지부를 구성하는 탄소 미세 코일의 인덕턴스 값과 커패시터의 커패시턴스 값은 상기 제 1 주파수 발생기(2191)의 발진 주파수를 결정한다.

제 2 주파수 발생기(2192)는 기준 발진기일 수 있으며, 기준 발진 주파수에 대응하는 제 2 주파수를 발생한다.

이때, 상기 제 1 주파수 발생기(2191)에서 발생하는 제 1 주파수는 미세한 변화를 가질 수 있으며, 이에 따라 본 발명의 제 1 실시 예에서는 상기 필터(2194)를 저역 통과 필터로 구성한다.

아래에서는 상기 필터(2194)가 저역 통과 필터로 구성된 것으로 가정하여 설명하기로 한다.

이때, 상기 감지부에 강우가 발생하지 않는 상태에서, 상기 제 1 주파수 발생기(2191)에서 발생한 제 1 주파수와 상기 제 2 주파수 발생기(2192)에서 발생하는 제 2 주파수는 동일한 값을 가지도록 설정될 수 있다.

그리고, 상기 감지부에 강우가 발생하면, 강우량에 따라 상기 제 1 주파수와 제 2 주파수의 차이가 커지게 되며, 상기 커지는 차이 값을 토대로 상기 강우량을 판단할 수 있도록 한다.

이때, 상기 감지부에 포함되는 탄소 미세 코일의 인덕턴스를 L이라 하고, 커패시터의 커패시턴스를 C라 하면, 제 1 주파수 발생기(2191)에서 발생하는 제 1 주파수(ω₀)는 수학식 1과 같다.

그리고, 상기 제 1 주파수 발생기(2191)에서 발생하는 제 1 주파수에 대응하는 제 1 전압 값(V₀)은 아래의 수학식 2와 같다.

또한, 상기 제 2 주파수 발생기(2192) 발생하는 제 2 주파수에 대응하는 제 2 전압 값(Vr)은 아래의 수학식 3과 같다.

차이 주파수 발생기(2193)는 상기 제 1 주파수 발생기(2191) 및 상기 제 2 주파수 발생기(2192)와 연결되며, 상기 제 1 주파수 발생기(2191)에서 발생한 제 1 주파수와, 상기 제 2 주파수 발생기(2192)에서 발생한 제 2 주파수의 차이에 대응하는 차이 값을 출력한다.

이때, 상기 차이 주파수 발생기(2193)에서 발생하는 차이 값(Vdmod)는 아래의 수학식 4와 같다.

여기에서, 상기 차이 값이 상기 수학식 4와 같은 값을 가지는 이유는, 상기 감지부에 강우가 발생하지 않는 경우에는 상기 제 1 주파수 발생기(2191)에서 발생하는 제 1 주파수와, 상기 제 2 주파수 발생기(2192)에서 발생하는 제 2 주파수가 서로 동일한 값을 가지기 때문이다.

필터(2194)는 상기 차이 주파수 발생기(2193)에서 발생하는 출력 값을 필터링하여 필터링된 출력 값을 출력한다.

이때, 상기 필터(2194)에는 일정한 크기의 주파수 범위에 대응하는 필터링 영역이 존재하며, 상기 필터링 영역 내에서 상기 차이 주파수 발생기(2193)의 출력 값을 필터링한다.

여기에서, 상기 필터링 영역은, 상기 필터(2194)의 종류와, 상기 감지부에 강우가 발생하였을 경우에 나타나는 탄소 미세 코일의 변화 특성에 의해 결정될 수 있다.

상기 탄소 미세 코일의 변화 특성에 대해서는 하기에서 더욱 상세히 설명하기로 한다.

한편, 상기 필터(2194)의 종류는 상기 탄소 미세 코일의 구조에 의해 결정될 수 있다.

즉, 상기 탄소 미세 코일의 인덕턴스 값이 강우 여부 및 강우량에 따라 큰 범위 내에서 변화하지 않고 미세하게 변화하며, 상기 미세하게 변화하는 값에 따라 상기 제 1 주파수 발생기(2191)에서 발생하는 제 1 주파수가 상기 제 2 주파수 발생기(2192)에서 발생하는 제 2 주파수와 큰 차이가 없는 경우에는 상기 필터(2194)를 저역 통과 필터로 구성할 수 있다.

그리고, 상기 상기 탄소 미세 코일의 인덕턴스 값의 변화에 따라 상기 제 1 주파수 발생기(2191)에서 발생하는 제 1 주파수가 상기 제 2 주파수 발생기(2192)에서 발생하는 제 2 주파수와 큰 차이가 있는 경우에는 상기 필터(2194)는 대역 통과 필터로 구성할 수 있다.

다시 말해서, 상기 필터(2194)의 종류는 상기 감지부를 구성하는 탄소 미세 코일의 면적 등과 같은 구조에 의해 결정될 수 있다.

아날로그 디지털 컨버터(2195)는 상기 필터(2194)를 통해 출력되는 출력 값을 디지털 값으로 변환하여 출력한다.

도 17 내지 19는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 차이 주파수 값의 변화를 나타낸 도면이다.

도 17을 참조하면, 상기 감지부에 특정 물질이 접촉하지 않으면서 유전율 변화가 발생하지 않는 경우, 상기 제 1 주파수 발생기(2191)에서 발생하는 제 1 주파수와, 상기 제 2 주파수 발생기(2192)에서 발생하는 제 2 주파수는 동일한 주파수를 가질 수 있다.

따라서, 상기 강우가 발생하지 않는 상태에서 상기 차이 주파수 발생기(2193)에서 출력되는 출력 값에 따라 상기 필터(2194)에서 필터링된 출력 값은 거의 DC 전압 수준이다.

그리고, 도 18을 참조하면, 상기 감지부에 특정 물질이 접촉하면서 유전율 변화가 발생하고, 상기 접촉 물질이 강우에 의한 빗물인 경우, 상기 필터(2194)에서 필터링되는 출력 값은 기설정된 필터링 영역 내에서 주파수 쉬프트가 발생하게 된다.

다시 말해서, 강우가 발생함에 따라 상기 감지부의 탄소 미세 코일의 인덕턴스 값의 변화가 발생하게 되면, 제 1 주파수 발생기(2191)에서 발생하는 제 1 주파수의 변화가 발생하게 되며, 이에 따라 상기 제 1 주파수와 제 2 주파수의 차이가 존재하게 된다.

이때, 상기 제 1 주파수와 제 2 주파수의 차이 주파수는 상기 발생한 강우의 강도(강우량)에 따라 증가하게 된다.

이에 따라, 본 발명의 실시 예에서는 상기 제 1 주파수와 제 2 주파수의 차이 주파수의 값에 따라 상기 강우량을 판단할 수 있다. 다시 말해서, 본 발명의 실시 예에서는 상기 필터(2194)에서 출력되는 신호에 따른 주파수 도메인 변화량에 따라 강우 여부 및 강우량을 판단한다.

여기에서, 상기 제 1 주파수와 제2 주파수의 차이는 강우에 따른 빗물이나 습기에 의해 발생할 수 있고, 이와 다르게 다른 이물질에 의해서도 발생할 수 있다.

상기 이물질에는 인체, 종이, 돌 및 금속 물질 등을 포함할 수 있다.

여기에서, 상기 탄소 미세 코일은 강우에 의한 인덕턴스 값의 변화 정도와, 상기 인체, 종이, 돌 및 금속 물질 등과 같은 이물질에 의한 인덕턴스 값의 변화 정도가 서로 다르게 나타난다.

다시 말해서, 상기 탄소 미세 코일의 인턱턴스 값은 상기 강우에 의해 발생하는 변화의 임계점과, 상기 인체, 종이, 돌 및 금속 물질 등과 같은 이물질에 의해 발생하는 변화의 임계점이 다르게 나타난다.

따라서, 상기 인덕턴스 값의 변화 임계점(탄소 미세 코일의 변화 특성)에 따라 상기 제 1 주파수와 제 2 주파수의 차이가 강우에 의해 발생한 것인지 아니면 이물질에 의해 발생한 것인지를 구분할 수 있다.

그리고, 실시 예에서는 상기 각각의 물질에 의해 발생하는 상기 탄소 미세 코일의 변화 특성에 따라 상기 필터(2194)의 필터링 영역을 결정하고, 상기 결정한 필터링 영역 내에서 상기 제 1 주파수와 제 2 주파수의 차이가 발생하는 경우에만 선택적으로 와이퍼를 구동시킬 수 있다.

도 19를 참조하면, 상기 제 1 주파수와 제 2 주파수의 차이가 상기 강우가 아닌 이물질에 의해 발생한 경우, 상기 차이 주파수는 상기 필터(2194)의 필터링 영역을 벗어난 주파수를 가질 수 있다.

이때, 상기 차이 주파수는 도 15에 도시된 바와 같이, 필터링 영역 내에 포함되어 있지 않기 때문에, 이와 같은 경우에는 상기 와이퍼를 구동시키지 않는다.

도 20은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 차이 주파수 값의 변화를 나타낸 도면이다.

도 20을 참조하면, 상기 감지부의 설계가 강우가 발생하지 않은 경우에서의 제 1 주파수가 제 2 주파수와 차이가 존재하고, 상기 강우가 발생하는 상황에서의 제 1 주파수의 증감 정도가 큰 경우, 상기 필터(2194)는 대역 통과 필터로 구성될 수 있다.

이때, 상기 필터(2194)의 필터링 영역은 상기 저역 통과 필터로 구성된 경우와는 다른 주파수 범위를 가질 수 있다.

그리고, 상기 필터링 영역 내에서 상기 차이 주파수의 변화에 따라 발생하는 차이 주파수의 이동 정도에 따라 강우 여부 및 강우량을 판단할 수 있다.

이때, 상기 필터(2194)가 대역 통과 필터인 경우, 상기 차이 주파수 발생기(2193)의 출력 값은 아래의 수학식 5와 같다.

도 21 내지 도 23는 본 발명의 실시 예에 따른 탄소 미세 코일의 변화 특성을 보여주는 그래프이다.

도 21을 참조하면, 탄소 미세 코일은 돌, 종이, 서보 모터, 휴대폰 1(전원 오프 상태), 휴대폰 2(전원 온 상태), 휴대폰 3(배터리 분리 상태), 배터리, 멀티 미터 및 물에 따라 서로 다른 변화 특성을 가지게 된다.

다시 말해서, 상기 탄소 미세 코일은 상기와 같은 물질에 따라 서로 다른 출력 값을 발생하게 된다.

상기 탄소 미세 코일의 출력 값의 변화를 보면, 동일한 돌이라도 접촉 면적 및 접촉 방향에 따라 서로 다른 변화가 발생하였으며, 돌의 크기가 클수록 무게와 접촉 면적이 증가하여 출력 값이 증가하게 된다.

그리고, 종이와 같은 비자성 물질이나, 서보모터와 같은 자성 물질이 접촉하는 경우에도 자기장에 의한 영향 없이 출력 값의 큰 변화가 발생하였다.

도 22 및 도 23를 참조하면, 본 발명에 따른 탄소 미세 코일의 출력 값은 인체가 접촉하는 경우와, 강우에 따른 물이 접촉하는 경우에 확연히 구분되는 특성을 가진다.

즉, 탄소 미세 코일의 출력 값은 인체가 접촉하는 경우에서 마이너스 값을 가지고 있으며, 강우와 같은 물이 접촉하는 경우에서 플러스 값을 가지고 있다.

따라서, 본 발명에서는 상기와 같은 탄소 미세 코일의 특성을 토대로 상기 제 1 주파수 발생기(2191)에서 발생한 제 1 주파수와, 제 2 주파수 발생기(2192)에서 발생한 제 2 주파수의 차이가 인체의 접촉에 의해 발생한 것인지, 아니면 강우에 의해 발생한 것인지를 명확히 구분할 수 있다.

이에 따라, 본 발명에서는 상기 감지 장치(200)의 반응 영역, 다시 말해서 상기 필터(2194)의 필터링 영역을 상기 강우의 의해 반응하는 상기 탄소 미세 코일의 특성을 토대로 결정하도록 한다.

따라서, 본 발명에서는 상기와 같은 탄소 미세 코일의 특성을 이용하여 감지부가 강우를 감지한 경우에서만 동작하도록 할 수 있고, 인체와 같은 이물질에 의해 변화가 감지된 경우에서는 와이퍼를 동작시키지 않을 수 있다.

즉, 일반적으로 운전자는 와이퍼의 동작을 오토로 동작시키고 있으나, 어린아이들이 호기심에 의해 윈드 실드 전면에 놓인 레인 센서를 만지는 경우가 발생하고 있으며, 종래 기술에 따르면 상기와 같은 경우에서 레인 센서의 감지에 따른 와이퍼가 동작하여 어린 아이들의 부상의 위험이 있었다.

그러나, 본 발명에서는 상기와 같은 어린아이들의 인체가 접촉한 경우에서 상기 제 1 주파수와 제 2 주파수의 차이가 발생하여도, 상기 와이퍼의 동작이 이루어지지 않도록 함으로써, 안전성을 더욱 확보할 수 있다.

상기와 같이 본 발명에서는 탄소 미세 코일의 인덕턴스의 변화에 따라 발생하는 발진 주파수의 변화 값으로 강우 여부 및 강우량을 판단한다.

한편, 기존의 광학 방식을 이용하는 종래 기술은, 같은 강우량에도 불구하고 외부 조도에 따라 포토다이오드에서 인지하는 광 신호가 다르므로 이를 보정하기 위한 광 센서가 추가로 적용되어야 하고, 강우 진행 시 레인 센서 주위에만 특정 수준의 빛이 분사될 때에 이에 따른 오동작을 방지하기 위한 근조도 센서를 추가 적용해야 하며, 이에 따른 외부 환경 변화에 의한 오작동 검증을 위한 보완 수단이 필수적으로 필요하다.

또한, 기존의 임피던스 방식을 이용하는 종래 기술은, 특정 임계점 이상의 센싱 수준에서 레인센서가 반응하지 않도록 별도의 회로 알고리즘 소프트웨어를 개발해야 하고, 특정 물질(돌, 사람, 금속체 등)에 대한 특정 수준의 센싱 수준 데이터 베이스화를 진행해야 하며, 비운전시에는 와이퍼 구동을 수동으로 변경해야 함으로써, 외부 환경변화보다는 특정 이물질의 레인 센서 접근에 의한 와이퍼 오동작 방지 수단이 필수적으로 필요하다.

그러나, 본 발명에서는 외부 환경이 레인 센서의 특성에 전혀 영향을 끼치지 않음으로써 특성 보정을 위한 추가적인 보정 센서가 불필요하여 이에 따른 비용을 절감할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 인덕턴스의 미세한 변화로도 강우 여부 및 강우량 측정이 가능하므로, 낮은 수준의 강우도 감지가 가능하고, 이물질 회피를 위한 별도의 소프트웨어 알고리즘 적용없이 회로적으로 윈드 실드 위의 이물질을 회피할 수 있다.

도 24는 본 발명의 실시 예에 따른 감지 장치의 감지 방법을 단계별로 설명하기 위한 흐름도이다.

도 24를 참조하면, 먼저 제 1 주파수 발생기(2191)는 감지부를 구성하는 탄소 미세 코일의 인덕턴스 값에 따른 제 1 주파수를 발생한다(10단계).

그리고, 제 2 주파수 발생기(2192)는 기설정된 기준 발진 주파수에 대응하는 제 2 주파수를 발생한다(11단계).

이어서, 차이 주파수 발생기(2193)는 상기 제 1 주파수 발생기(2191)에서 발생된 제 1 주파수와, 제 2 주파수 발생기(2192)에서 발생된 제 2 주파수를 수신하고, 그에 따라 상기 제 1 주파수와 제 2 주파수의 차이 주파수를 출력한다(12단계).

이에 따라, 필터(2194)는 상기 출력되는 차이 주파수를 필터링하여, 기설정된 필터링 영역 내에 상기 차이 주파수가 존재하는지를 판단한다(13단계).

그리고, 상기 차이 주파수가 기설정된 필터링 영역 내에 존재하면, 아날로그 디지털 컨버터(2195)는 상기 차이 주파수에 대응하는 출력 값을 생성하여 출력한다. 그리고, 제어부는 상기 출력되는 출력 값을 수신하고, 상기 수신한 출력 값을 토대로 강우 여부 및 이에 따른 강우량을 검출한다(14단계).

이어서, 제어부는 상기 검출한 강우량을 토대로 와이퍼의 구동 조건을 결정하고, 상기 결정된 구동 조건에 따라 와이퍼의 구동이 이루어지도록 제어한다(15단계).

한편, 상기 필터(2194)는 상기 수신한 차이 주파수가 기설정된 필터링 영역 내에 존재하지 않으면, 상기 수신한 차이 주파수에 대응하는 출력 값을 출력하지 않으며, 이에 따라 상기 수신한 차이 주파수를 무시한다(16단계).

즉, 이물질에 의해서 상기 제 1 주파수와 제 2 주파수의 차이가 발생한 경우에는 상기 차이 주파수가 상기 필터링 영역 내에 존재하지 않게 되며, 이에 따라 레인 센서가 반응하지 않게 된다.

도 25 및 도 26은 본 발명의 실시 예에 따른 감지 장치의 케이스를 보여준다.

도 25 및 도 26을 참조하면, 상기와 같은 감지 장치(200)는 상기 절연층(201)을 감싸면서, 내부에 상기 전극, 격벽부, 감지층, 센싱부 및 제어부를 수용하는 수용 공간을 갖는 케이스(221)가 배치된다.

상기 케이스(221)는 내부에 수용 공간을 가지며, 상기 수용 공간 내에 감지 장치(200)가 수용되는 제 1 케이스(2211)와, 상기 제 1 케이스(2211)의 하부에 배치되어 상기 제 1 케이스(2211)의 하부 영역을 덮는 제 2 케이스(2212)를 포함한다.

상기 제 1 케이스(2211)는 상면 외관을 이루는 상면부(22111)를 포함한다. 상기 상면부(22111)는 외면이 장착 대상의 구조물과 접촉하고, 내면이 내부에 수용되는 감지 장치와 접촉한다. 바람직하게, 상기 상면부(22111)의 내면은 상기 내부에 수용되는 감지 장치의 감지층(214, 215)의 상면과 직접 접촉한다.

그리고, 상기 제 1 케이스(2211)의 외면은 차량에 구비된 전면 유리(100)와 직접 접촉한다. 바람직하게, 상기 제 1 케이스(2211)의 외면은 접착력을 가지는 물질을 포함할 수 있으며, 그에 따라 제 1 케이스(2211)의 외면과 상기 전면 유리(100)가 직접 접촉할 수 있다.

또한, 이와 다르게 상기 제 1 케이스(2211)의 외면에는 별도의 접착 부재(도시하지 않음)가 배치될 수 있으며, 이에 따라 상기 전면 유리(100)와 상기 제 1 케이스(2211)의 상면 사이에는 상기 접착 부재가 추가로 배치될 수도 있을 것이다.

상기 제 1 케이스(2211)는 상기 상면부(22111)의 측단에서 하방으로 대략 수직으로 절곡되어 소정의 길이로 연장되는 측면부(22112)를 포함한다.

상기 측면부(22112)는 상기 상면부(22111)의 측부를 감싸며 배치되고, 사기 상면부(22111)의 하부를 개방한다. 상기 측면부(22112)의 높이는, 상기 감지 장치의 높이에 대응될 수 있다.

상기 측면부(22112)의 내면에는, 상기 측면부(22112)의 외부 방향으로 함몰된 삽입 홈(22114)이 형성된다. 상기 삽입 홈(22114)는 상기 측면부(22112) 내에 복수 개 형성된다. 다시 말해서, 상기 삽입 홈(22114)에는, 상기 제 2 케이스(2212)에 형성된 후크부(22123)가 삽입되며, 그에 따라 상기 후크부(22123)의 위치 및 상기 후크부(22123)의 수에 대응되게 형성된다.

한편, 상기 측면부(22112)는 4개로 구성될 수 있다. 즉, 상기 상면부(22111)는 사각 형상을 가질 수 있으며, 상기 측면부(22112)는 상기 상면부(22111)의 4개의 단부로부터 하방으로 수직 연장될 수 있다.

이때, 상기 측면부(22112) 중 적어도 어느 하나에는, 상기 측면부(22112)의 하부가 상부 방향으로 함몰된 제 1 개방부(22115)가 형성된다. 상기 제 1 개방부(22115)는 상기 제 1 케이스(2211)의 내부에 수용된 상기 감지 장치(200)의 적어도 일부를 노출한다. 바람직하게, 상기 제 1 개방부(22115)는 상기 감지 장치(200)의 제어부(220)의 인터페이스를 노출한다. 상기 제 1 개방부(22115)에는 상기 제어부(220)와 상기 ECU(300)의 제어부(301) 사이의 통신선(도시하지 않음)이 삽입될 수 있다.

제 2 케이스(2212)는 상기 제 1 케이스(2211)의 상기 개방된 하부를 덮는다. 이를 위해, 상기 제 2 케이스(2212)는 하면부(22121) 및 상기 하면부(22121)로부터 상부 방향으로 절곡되는 측면부(22122)를 포함한다.

이때, 상기 하면부(22121)는 외면 및 내면이 편평한 형상을 갖지 않고, 좌측에서 우측으로 갈수록 내면이 점차 높아질 수 있다. 다시 말해서, 상기 하면부(22121)는 일정 경사각을 가지며 좌측에서 우측으로 갈수록 점차 높이가 낮아지는 형상을 가질 수 있다. 바람직하게, 상기 하면부(22121)는 상기 제 1 케이스(2211)가 부착되는 전면 유리(100)가 가지는 경사각에 대응되게 기울어진 형상을 가질 수 있다.

상기 측면부(22122)는 상기 하면부(22121)의 측단에서 상부 방향으로 연장되도록 형성될 수 있다. 이때, 상기 측면부(22122)의 상면은 전체 영역에서 동일 평면 상에 놓이도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 측면부(22122)의 높이는 영역에 따라 서로 다를 수 있다. 바람직하게, 상기 하면부(22121)는 위치에 따라 서로 다른 높이를 가지고 있으며, 이에 따라 상기 측면부(22122)도 위치에 따라 서로 다른 높이를 가질 수 있다.

또한, 상기 측면부(22122) 및 상기 하면부(22121)에는 상기 측면부(22122)의 상부 방향으로 돌출된 후크부(22123)가 배치된다. 상기 후크부(22123)는 상기 삽입 홈(22114) 내에 끼움 결합된다.

또한, 상기 측면부(22122)의 적어도 일 영역에는 상기 제 1 개방부(22115)에 대응되는 제 2 개방부(22124)가 형성된다. 상기 제 2 개방부(2214)는 상기 제 1 개방부(22115)와 결합되어, 상기 통신선이 삽입되도록 상기 제 1 및 2 케이스(2211, 2212)의 내부 수용 공간을 일부 개방한다.

실시 예에 따르면, 강우가 발생하는 경우, 이에 즉각적으로 반응하여 강우량에 따른 구동 조건으로 와이퍼를 구동시킴으로써, 우천시에 운전자의 편의성을 향상시킬 수 있다.

또한, 실시 예에 의하면 탄소 미세 코일을 이용하여 강우 여부 및 강우량을 판단함으로써, 기존의 광학 방식에 대비하여 차별화된 특성(응답특성, 정밀, 정확도, 소비전력, 소형화 등)의 레인 센서를 제공할 수 있다.

또한, 실시 예에 의하면, 외부 환경이 레인 센서에 영향을 미치지 않음으로써, 상기 레인 센서의 특성 보정을 위한 추가적인 보정 센서가 불필요하며, 이에 따른 비용을 절감할 수 있다.

또한, 실시 예에 의하면, 탄소 미세 코일의 인덕턴스의 미세한 변화로도 강우 여부 및 강우량의 측정이 가능하므로, 낮은 수준의 강우의 감지도 가능하고, 이물질을 회피하기 위한 반응 영역을 설정하여 이물질에 의해 와이퍼가 구동되는 상황을 사전에 방지할 수 있다.

본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 감지층 내에 급전 전극 이외에 플로팅 전극을 추가로 배치함으로써, 빗물 감지 시에 추가 발생하는 커패시턴스 값을 최대화할 수 있으며, 이에 따른 빗물 감지 감도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 급전 전극 및 플로팅 전극 사이의 간격을 최소화하거나, 상기 급전 전극 및 플로팅 전극을 사각 형상 또는 사각 나선 형상이 갖도록 길게 연장 배치함으로써, 커패시턴스의 값의 변화량을 최대화할 수 있으며, 이에 따른 빗물 감지 감도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 네거티브 전극과 포지티브 전극을 매립하는 감지층을 물리적으로 분리시킴으로써, 상기 네거티브 전극과 상기 포지티브 전극 사이에서 발생하는 신호 간섭을 최소화할 수 있으며, 이에 따른 신호대잡음비를 향상시킬 수 있다.

이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 실시예를 한정하는 것이 아니며, 실시예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 설정하는 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

1. 절연층;
   상기 절연층 위에 배치되는 제1 전극;
   상기 절연층 위에 배치되고, 상기 제1 전극과 이격되는 제2 전극;
   상기 절연층 위에 상기 제1 전극을 덮으며 배치되고, 미세 탄소 코일을 포함하는 제1 감지층; 및
   상기 절연층 위에 상기 제2 전극을 덮으며 배치되고, 미세 탄소 코일을 포함하는 제2 감지층을 포함하고,
   상기 제1 감지층과 제2 감지층은 상호 이격되어 배치되는,
   감지장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 전극은,
   제1 극성을 갖는 제 1 급전 전극과,
   상기 제 1 급전 전극과 이격되는 제 1 플로팅 전극을 포함하고,
   상기 제2 전극은,
   상기 제1 극성과 다른 제2 극성을 갖는 제 2 급전 전극과,
   상기 제 2 급전 전극과 이격되는 제 2 플로팅 전극을 포함하는
   감지 장치.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 절연층 위에 배치되는 급전 단자 및 접지 단자를 더 포함하고,
   상기 제 1 급전 전극 및 상기 제 2 급전 전극은,
   상기 급전 단자와 연결되고,
   상기 제 1 플로팅 전극 및 상기 제 2 플로팅 전극은,
   상기 접지 단자와 연결되는
   감지 장치.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 제 1 급전 전극 및 상기 제1 플로팅 전극은,
   상기 절연층 위에 제1 방향으로 복수 회 턴하여 배치되고,
   상기 제2 급전 전극 및 상기 제2 플로팅 전극은,
   상기 절연층 위에 상기 제1 방향과 반대되는 제2 방향으로 복수 회 턴하여 배치되는,
   감지 장치.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 절연층 위에 배치되며, 상기 제 1 감지층의 주위를 감싸는 제 1 격벽부; 및,
   상기 절연층 위에 상기 제1 격벽부와 이격되어 배치되며, 상기 제 2 감지층의 주위를 감싸는 제 2 격벽부를 더 포함하는
   감지 장치.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,상기 절연층의 하면에 배치되고, 상기 제 1 및 2 급전 전극과 연결되는 처리 소자를 포함하고,
   상기 처리 소자는,
   상기 제1 및 제2 감지층 내의 커패시턴스 값의 변화에 따른 감지 신호를 출력하는 센싱부와,
   차량의 전자 제어 유닛과 통신을 수행하여 상기 감지 신호를 상기 전자 제어 유닛으로 전송하는 제어부를 포함하고,
   상기 센싱부는,
   상기 제 1 및 2 감지층의 커패시턴스 값의 변화에 대응하는 발진 주파수를 가지는 제 1 주파수를 출력하는 제 1 주파수 발생기와,
   기설정된 기준 발진 주파수에 대응하는 제 2 주파수를 출력하는 제 2 주파수 발생기와,
   상기 제 1 주파수와 상기 제 2 주파수의 차이 값을 출력하는 차이 주파수 발생기와,
   상기 차이 주파수 발생기를 통해 출력되는 차이 값을 기설정된 필터링 영역 내에서 필터링하는 필터를 포함하는
   감지 장치.
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