KR19990063054A - 레인 센서의 출력 안정화방법 및 보호방법 - Google Patents

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KR19990063054A
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window glass
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light emitting
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슈헤이 다나카
타다시 고야마
케이지 츠네토모
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마쯔무라 미노루
닛본 이따 가라스 가부시끼가이샤
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Abstract

창유리의 내면측에서 전반사되도록 창유리내로 광을 유도하는 발광수단(7)과, 창유리내에서 반사된 광을 수광하는 수광수단(8)으로 이루어지고, 상기 수광수단의 출력신호에 의거하여 창유리의 표면측에 부착된 물방울 양의 정도를 검출하여 와이퍼 구동장치(20)에 구동신호를 출력하는 레인 센서로서, 이 레인 센서(2)의 전원투입시에 와이퍼의 동작상황에 관계없이, 미리 설정해 놓은 기준치와 수광수단(8)의 증폭회로(17)의 출력신호와의 차(差)신호를 증폭회로(17)에 피드백하여, 증폭회로(17)의 출력신호가 일정 값으로 되도록 증폭회로(17)의 증폭도를 조정한다. 또한, 레인 센서(2)의 보호방법으로서, 발광소자(10)의 구동전류를 계측하여, 이 구동전류의 값이 주위온도로 환산하여 고온설정 온도를 초과할 경우에는, 스위치 회로(14)를 오프(off) 상태로 하여 구동회로(12)에 의해 발광소자(10)에 공급되는 구동전류를 정지시킨다.

Description

레인 센서의 출력 안정화방법 및 보호방법
본 발명은, 와이퍼의 구동을 제어할 때에 사용하는 레인 센서의 출력 안정화방법 및 주위온도의 상승 또는 저하에 따른 레인 센서의 오동작 등을 방지하는 레인 센서의 보호방법에 관한 것이다.
종래, 레인 센서를 응용한 제어장치로서는, 일본국 공개특허공고 평2-67945호 공보에 기재된 바와 같이, 투광수단(발광수단)과 검출수단(수광수단)을 창유리의 내측에 간격을 두고 서로 대향시켜, 창유리의 외측면을 닦는 와이퍼의 와이핑 영역내에 설치하고, 와이퍼의 작동전과 작동후에 있어서의 검출수단으로부터의 출력신호의 출력레벨을 기초로 창유리의 외측면에 물방울이 부착되었는지의 여부를 판단하여 와이퍼를 작동시키는 물방울 감응식 와이퍼 제어장치가 알려져 있다.
그러나, 종래의 물방울 감응식 와이퍼 제어장치에 있어서는, 창유리의 외측면에 물방울이 부착되지 않은 경우에도, 수광수단으로부터의 출력신호가 다음과 같은 경우에는 변동하게 된다. 예를 들어, 창유리의 외측면이 더러워진 경우, 발광출력이 어떤 이유로 변동한 경우(발광원의 출력의 경시(經時)변화 등), 주위온도의 변동에 의해 회로의 증폭도가 변동한 경우 또는 외부잡음이 변동한 경우 등이다.
따라서, 상기와 같은 경우에, 수광수단이 창유리의 외측면에 물방울이 부착된 것으로 하여 신호를 출력하여, 불필요한 때 와이퍼가 구동하는 경우가 있다는 문제점을 갖고 있다.
또한, 발광수단과 수광수단을 창유리의 내측에 간격을 두고 서로 대향시켜, 창유리의 외측면을 닦는 와이퍼의 와이핑 영역내에 설치하고, 와이퍼의 작동전과 작동후에 있어서의 수광수단으로부터의 출력신호의 출력 레벨을 기초로 창유리의 외측면에 물방울이 부착되어 있는지의 여부를 판단하여 와이퍼를 작동시키는 물방울 감응식 와이퍼 제어장치가 알려져 있다.
그러나, 종래의 물방울 감응식 와이퍼 제어장치에 있어서는, 강우상태 뿐만 아니라 와이퍼 구동이 불필요한 염천(炎天)하에서도, 레인 센서를 구동상태로 해 두기 때문에, 발광소자로서의 레이저 다이오드(LD) 등이 손상되거나 각종 회로가 오동작할 가능성이 있다는 문제점을 갖고 있다.
한편, 주위온도가 영하로 되면, 와이퍼가 동결하여 작동불능으로 될 경우가 있기 때문에, 레인 센서를 구동상태로 해 둠으로써 와이퍼의 구동모터에 과도한 구동전류가 흘러 구동모터를 소손(燒損)시킬 경우가 있다는 문제점을 갖고 있다.
상기의 과제를 해결하기 위해서 본 발명에 따른 레인 센서의 출력 안정화방법은, 창유리의 내면측에서 전반사(全反射)되도록 상기 창유리내로 광을 유도하는 발광수단과, 상기 창유리내에서 반사된 광을 수광하는 수광수단으로 이루어지고, 상기 수광수단의 출력신호에 의거하여 상기 창유리의 표면측에 부착된 물방울 양의 정도를 검출하여 와이퍼 구동장치에 구동신호를 출력하는 레인 센서의 출력 안정화방법으로서, 상기 레인 센서의 전원투입시에, 미리 설정해 놓은 기준치와 상기 수광수단의 증폭회로의 출력신호와의 차(差)신호를 상기 증폭회로에 피드백하여, 상기 증폭회로의 출력신호가 일정 값으로 되도록 상기 증폭회로의 증폭도를 조정하는 것이다.
이와 같이, 레인 센서의 전원투입시에 와이퍼의 동작상황에 관계없이, 미리 설정해 놓은 기준치와 수광수단의 증폭회로의 출력신호와의 차신호를 증폭회로에 피드백하여, 증폭회로의 출력신호가 일정 값으로 되도록 증폭회로의 증폭도를 조정하기 때문에, 창유리의 외측면이 더러워진 경우, 수광수단의 출력신호가 어떤 이유로 변동한 경우, 주위온도의 변동에 의해 회로의 증폭도가 변동한 경우, 또는 외부잡음이 변동한 경우 등에 있어서도, 레인 센서의 전원투입시로부터 증폭회로의 출력신호가 일정 값으로 유지되어, 감도 저하가 생기지 않는다.
본 발명에 따른 레인 센서의 보호방법은, 창유리의 내면측에서 전반사되도록 상기 창유리내로 광을 유도하는 발광수단과, 상기 창유리내에서 반사된 광을 수광하는 수광수단으로 이루어지고, 상기 수광수단의 출력신호에 의거하여 상기 창유리의 표면측에 부착된 물방울 양의 정도를 검출하는 레인 센서의 보호방법으로서, 상기 발광수단의 구동전류를 계측하여, 이 구동전류의 값이 주위온도로 환산하여 고온설정온도를 초과할 경우에는, 상기 발광수단에의 구동전류의 공급을 정지시키는 것이다.
이와 같이, 와이퍼 구동이 불필요한 염천하에 해당하는 온도로 고온설정온도를 설정함으로써, 주위온도가 고온설정온도를 초과하면 레인 센서가 비구동 상태로 되기 때문에, 발광소자로서의 레이저 다이오드(LD) 등이 손상되거나 각종 회로가 오동작하는 일이 없다.
또한, 본 발명에 따른 레인 센서의 보호방법은, 창유리의 내면측에서 전반사되도록 상기 창유리내로 광을 유도하는 발광수단과, 상기 창유리내에서 반사된 광을 수광하는 수광수단으로 이루어지고, 상기 수광수단의 출력신호에 의거하여 상기 창유리의 표면측에 부착된 물방울 양의 정도를 검출하는 레인 센서의 보호방법으로서, 상기 발광수단의 구동전류를 계측하여, 이 구동전류의 값이 주위온도로 환산하여 저온설정온도에 도달하지 않은 경우에는, 상기 발광수단에의 구동전류의 공급을 정지시키는 것이다.
이와 같이, 동결이 일어나지 않는 수 ℃로 저온설정온도를 설정함으로써, 주위온도가 저온설정온도에 도달하지 않으면 레인 센서가 비구동 상태로 되기 때문에, 와이퍼가 동결하여 작동불능으로 될 경우에 와이퍼의 구동모터에 과도한 구동전류가 흘러 구동모터를 소손시키는 일이 없다.
또한, 본 발명에 따른 레인 센서의 보호방법은, 창유리의 내면측에서 전반사되도록 상기 창유리내로 광을 유도하는 발광수단과, 상기 창유리내에서 반사된 광을 수광하는 수광수단으로 이루어지고, 상기 수광수단의 출력신호에 의거하여 상기 창유리의 표면측에 부착된 물방울 양의 정도를 검출하는 레인 센서의 보호방법으로서, 상기 레인 센서의 근방에 온도검출 소자를 배치하여, 이 온도검출 소자의 출력신호가 고온설정온도를 초과할 경우에는, 상기 발광수단에의 구동전류의 공급을 정지시키는 것이다.
이와 같이, 와이퍼 구동이 불필요한 염천하에 해당하는 온도로 고온설정온도를 설정함으로써, 주위온도가 고온설정온도를 초과하면 레인 센서가 비구동 상태로 되기 때문에, 발광소자로서의 레이저 다이오드(LD) 등이 손상되거나, 각종 회로가 오동작하는 일이 없다.
또한, 본 발명에 따른 레인 센서의 보호방법은, 창유리의 내면측에서 전반사되도록 상기 창유리내로 광을 유도하는 발광수단과, 상기 창유리내에서 반사된 광을 수광하는 수광수단으로 이루어지고, 상기 수광수단의 출력신호에 의거하여 상기 창유리의 표면측에 부착된 물방울 양의 정도를 검출하는 레인 센서의 보호방법으로서, 상기 레인 센서의 근방에 온도검출 소자를 배치하여, 이 온도검출 소자의 출력신호가 저온설정온도에 도달하지 않은 경우에는, 상기 발광수단에의 구동전류의 공급을 정지시키는 것이다.
이와 같이, 동결이 일어나지 않는 수 ℃로 저온설정온도를 설정함으로써, 주위온도가 저온설정온도에 도달하지 않으면 레인 센서가 비구동 상태로 되기 때문에, 와이퍼가 동결하여 작동불능으로 될 경우에 와이퍼의 구동모터에 과도한 구동전류가 흘러 구동모터를 소손시키는 일이 없다.
또한, 상기 고온설정 온도 및 상기 저온설정 온도의 값은 미리 설정하여 조절할 수 있다.
이와 같이, 저온설정 온도 또는 고온설정 온도는 미리 설정하여 조절할 수 있기 때문에, 사용환경에 따른 설정이 가능해진다.
도 1은 본 발명을 적용한 자동차 앞부분의 사시도.
도 2는 레인 센서의 구성도.
도 3은 회절격자의 작용설명도.
도 4는 본 발명에 따른 레인 센서의 출력 안정화방법을 실시하기 위한 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 레인 센서의 보호방법을 사용하는 와이퍼 제어장치의 구성도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
2: 레인 센서 5, 6: 회절격자 7: 발광수단
8: 수광수단 10: 발광소자 11, 15: 수광소자
12: 구동회로 13, 16: 검출회로 14: 스위치회로
14a: 전류계측부 14b: 온도설정부 14c: 비교부
14d: 스위치부 17: 증폭회로 18: 피드백회로
18a: 검출부 18b: 기준부 18c: 차동증폭기
19: 제어회로 20: 와이퍼 구동장치
이하, 본 발명의 실시형태를 첨부도면에 의거하여 설명한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 자동차 앞유리(1)의 실내 측면에서, 외측면을 닦는 와이퍼(9)의 와이핑 영역내에, 레인 센서(2)가 접착제(접착 테이프)(3)로 부착되어 있다. 접착제(접착 테이프)(3)는, 앞유리(1)의 굴절률(1.48)과 거의 동일한 굴절률을 가지는 것을 선정했다. 또한, 앞유리(1)에는, SiO2를 주성분으로 하는 5 mm 두께의 소다라임 유리기판을 사용했다.
레인 센서(2)는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 유리기판(4)의 표면에 레이저광에 의해 형성된 회절격자(5, 6)를 구비하고 있다. 또한, 접착제(3)를 유리기판(4)의 전면(全面)에 도포함으로써, 레인 센서(2)와 자동차 앞유리(1)를 밀착시킨다.
게다가, 한쪽 회절격자(5)의 근방에는 발광 다이오드(LED) 또는 레이저 다이오드(LD) 등의 발광소자를 구비한 발광수단(7)이 배치되고, 다른쪽 회절격자(6)의 근방에는 포토 다이오드(PD) 등의 수광소자를 구비한 수광수단(8)이 배치되어 있다. 이들 발광수단(7) 및 수광수단(8)을 회절격자(5, 6)에 밀착하도록 설치할 수도 있다.
또한, 회절격자(5, 6)는, 유리기판(4)의 표면에 레이저광을 조사함으로써 발생하는 애블레이션(ablation) 현상에 의해 직접 형성하는 것이 바람직하다.
회절격자는, 미세한 홈이 유리 등의 표면에 형성되어 있는 광학소자를 의미한다. 그 홈의 피치는 0.4 내지 3 ㎛ 정도의 범위로 설계된 것이 대부분이고, 용도에 따라서 구분하여 사용되고 있다. 그의 주요한 용도는 분광에 사용되지만, 단색광을 광원으로 사용하는 경우는, 광의 회절효과에 의해 광을 나누거나 굴절시킬 수 있다.
또한, 회절격자로서는 상기한 것 외에, 반사형의 회절격자 또는 슬릿형의 회절격자, 더 나아가서는 굴절률이 주기적으로 변하는 회절격자를 이용할 수도 있다.
본 발명에서 이용하는 효과는, 단색광을 회절격자에 입사한 경우, 어느 일정한 규칙에 의거하여 회절광이 발생하는 현상을 이용한다. 그 회절광은, 도 3에 나타낸 바와 같이, 입사광에 대하여 일정한 각도로 1차 회절광이 발생한다. 또한, 고차의 회절광도 발생하지만, 광량이 적어지기 때문에 1차 회절광을 주로 사용한다.
입사광이 투과하는 경우, 입사광과 회절광의 각도 관계는 다음의 수식 (1)로 나타내어진다. 즉, 입사광의 각도를 θ0으로 하고, m차 회절광의 각도를 θ, 입사광의 파장을 λ, 홈의 피치를 d, 출사측의 굴절률을 n, 입사측의 매질의 굴절률을 n0으로 하면, 다음과 같이 각도를 결정할 수 있다.
n·sinθ - n0·sinθ0= mλ/d ( m=0, ±1, ±2, …… ) (1)
입사측이 공기이고 출사측이 투명판인 경우, n0= 1.O이고, 투명판중을 진행하는 광의 각도는, 회절격자에 입사시키는 광의 각도를 변화시킴으로써 조정할 수 있다.
이상과 같이, 회절격자를 사용함으로써 임의의 각도로 투명판중에 광을 도입할 수 있다. 또한, 회절격자에의 입사각도를 적절히 선택함으로써, 도입된 광이 투명판중에서 전반사되도록 설정하는 것도 가능해진다.
또한, 투명판중에서 전반사하고 있는 광을 동일한 원리에 입각하여, 투명판으로부터 공기중으로 출사시키는 것도 가능하다.
또한, 공기와 유리의 계면에서 전반사가 시작될 때의 입사각, 즉, 임계각을 구하기 위해서는, 스넬(Snell)의 법칙을 이용하여 이하의 계산을 행한다. 스넬의 법칙의 일반식은 다음에 나타낸 수식 (2)와 같이 된다.
단, α 및 α0은, 굴절률 n의 물질과 굴절률 n0의 물질과의 계면의 법선에 대한 각도이다(α:입사각, α0:굴절각).
n0·sinα0= n·sinα (2)
유리의 굴절률을 상기와 같이 n = 1.48로 하고, 공기의 굴절률을 n0= 1로 한 경우, 유리판 내부에서 전반사하는 조건은 α0= 90°이므로, 수식 (2)로부터 α = 42.5°를 얻는다. 따라서, 입사각 α가 이 각도(42.5°) 이상이면, 유리매질중에서의 전반사가 일어난다.
한편, 물이 부착된 경우에도 유리내부에서 전반사가 일어나는 것은, 물의 굴절률을 1.33으로 하여 동일한 계산을 행하면 α = 64.0°로 된다. 따라서, 입사각 α가 42.5°내지 64.0°인 범위의 각도에서는, 물이 부착되어 있지 않을 때는 유리내부에서 전반사되고, 물이 부착되면 전반사되지 않게 되어, 유리내부의 광은 물을 통하여 외부로 새어나가게 된다.
이러한 반사를 일으키기 위해서, 회절격자의 입사각을 조정했다. 유리내부에서의 반사각이 42.5°로 되기 위한 회절격자에 대한 입사각을 상기 수식 (1)을 이용하여 계산했다. 홈의 피치(d)가 1020 ㎚이고 유리표면에 형성된 회절격자에서, He-Ne 레이저로부터 방출된 파장 633 ㎚의 레이저광의 +1차 회절광을 이용했을 때는 입사각이 22°로 된다.
유리내부에서의 반사각이 64.0°로 되기 위해서는, 동일한 계산으로부터 회절격자의 입사각이 45°로 되는 것을 알 수 있다. 본 실시예에서는, 회절격자(5)에 있어서 45°로 광을 입사시켰다. 이때, 전반사된 광은 다른 회절격자(6)로부터 출사했다.
게다가, 그 전반사점에 물방울(W)을 부착시킨 경우에, 회절격자(6)로부터 출사하는 광은 감소하고, 전반사점 전체에 물방울(W)이 부착된 경우에는, 약 1/50로 출력광이 감소했다.
즉, 유리표면 상의 물의 존재를 민감하게 감지하여, 출사광 강도로서 반영시키는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 회절격자(5)의 입사각을 서서히 증대시켜 나가도 동일한 현상이 일어났다.
그러나, 입사각이 64°정도보다 커지면, 물방울이 전반사점에 부착되어도, 출사하는 광량은 변화하지 않았다. 이것은, 물이 표면에 부착되어도 내부의 전반사 조건이 변하지 않는 각도와 거의 일치했다.
본 발명에 따른 레인 센서의 출력 안정화방법을 실시하기 위한 구성은, 도 4에 나타낸 바와 같이, 자동차 앞유리(1)의 내면측에서 전반사되도록 자동차 앞유리(1)내로 광을 유도하는 발광수단(7)과 자동차 앞유리(1)내에서 반사된 광을 수광하는 수광수단(8)으로 이루어진 레인 센서(2)와, 수광수단(8)의 출력신호에 의해 와이퍼(9)를 소망의 속도로 구동하는 와이퍼 구동장치(20)를 구비하고 있다.
발광수단(7)은, LED 또는 LD 등의 발광소자(10)와, 발광소자(10)의 출력광을 검출하는 PD 등의 수광소자(11)와, 발광소자(10)로부터 소정 주파수로 변조된 광을 출력시키는 구동회로(12)와, 수광소자(11)의 출력신호로부터 변조성분에 대응하는 신호를 취출하는 검출회로(13)로 이루어진다.
또한, 검출회로(13)의 출력신호가 구동회로(12)로 피드백된다. 발광수단(7)에서는, 수광소자(11)의 출력신호로부터 변조성분에 대응하는 신호를 검출회로(13)에 의해 취출하고, 이 신호를 발광소자(10)의 구동회로(12)로 피드백하여 발광소자(10)의 발광출력을 소망의 값으로 제어하기 때문에, 발광수단(7)의 주위온도가 변화하더라도 발광소자(10)의 발광출력을 소망의 값으로 유지할 수 있다.
또한, 수광수단(8)은, PD 등의 수광소자(15)와, 수광소자(15)의 출력신호로부터 발광소자(10)의 구동회로(12)에 따른 변조성분에 대응하는 신호를 취출하는 검출회로(16)와, 검출회로(16)의 출력신호를 증폭하는 증폭회로(17)와, 물방울이 자동차 앞유리(1)의 표면측에 부착되어 있지 않은 경우의 증폭회로(17)의 출력신호(S)를 일정값으로 하는 피드백회로(18)와, 증폭회로(17)의 출력신호(S)를 연산처리하여 3종의 신호(제 1 출력신호(D1), 제 2 출력신호(D2), 제 3 출력신호(D3))를 출력(온(on) 상태)하는 제어회로(19)로 이루어진다.
또한, 온 상태는, 정(正)논리이면 H 레벨(하이 레벨), 부(負)논리이면 L 레벨(로우 레벨)을 의미한다.
검출회로(16)는, 발광소자(10)의 변조성분에 대응하는 신호만을 수광소자(15)의 출력신호로부터 취출하여, 증폭회로(17) 및 제어회로(19)를 통하여 와이퍼 구동장치(20)에 입력하기 때문에, 예를 들어, 한여름의 강렬한 태양광 아래에서는 15만 룩스로 되는 반면, 심야의 어둠에서는 수(數) 룩스로 되는 외부광의 영향을 받아 와이퍼 제어장치가 오동작하는 경우가 없다.
피드백회로(18)는, 증폭회로(17)의 출력신호(S)를 검출(샘플링)하는 검출부(18a)와, 물방울이 자동차 앞유리(1)의 표면측에 부착되어 있지 않은 경우에 소망의 촐력신호(S)에 상당하는 기준전압(VR)을 부여하는 기준부(18b)와, 기준전압(VR)과 출력신호(S)와의 차(差)전압(VR - S = △V)을 증폭하여 증폭회로(17)에 출력하는 차등증폭기(18c)로 이루어진다.
기준전압(VR)과 증폭회로(17)의 출력신호(S)와의 차전압(△V)을 피드백하는 타이밍, 즉, 피드백회로(18)가 작동하는 타이밍은, 레인 센서(2)의 전원투입시에 와이퍼(9)의 동작상황에 관계없이 행하고, 그후 일정시간 간격, 예를 들어, 1분 간격으로 행한다.
증폭회로(17)에서는, 피드백회로(18)의 출력신호를 받아, 출력신호(S)가 기준전압(VR)으로 되도록 증폭도를 바꾼다.
따라서, 자동차 앞유리(1)의 외측면이 더러워진 경우, 수광수단(8)의 수광출력이 어떤 이유로 변동한 경우(발광소자(10)의 출력의 경시(經時)변화 등), 주위온도의 변동에 의해 회로의 증폭도가 변동한 경우, 또는 외부잡음이 변동한 경우 등에 있어서도, 레인 센서(2)의 전원투입시로부터 와이퍼의 동작상황에 관계없이, 증폭회로(17)의 출력신호(S)가 일정값으로 유지된다.
또한, 레인 센서(2)가 정지상태(예를 들어, 차량의 엔진을 정지시킨 상태)로 되기 직전의 차전압(△V)을 메모리(도시 생략)에 기억시켜 두고, 다음 번의 레인 센서(2) 기동시에는 상기 차전압(△V)을 피드백하는 것도 가능하다.
제어회로(19)에서는, 먼저 증폭회로(17)의 출력신호(S)를 3레벨의 설정전압(전압레벨이 높은 순서로 제 1 설정레벨(R1), 제 2 설정레벨(R2), 제 3 설정레벨(R3)로 함)과 비교한다.
본 발명에서 사용하는 레인 센서(2)는, 상술한 바와 같이, 자동차 앞유리(1)의 표면측에 물방울이 보다 많이 부착될수록 수광소자(15)의 출력신호 레벨이 저하하기 때문에, 자동차 앞유리(1)의 표면측에 물방울이 부착되어 있지 않은 경우의 출력신호(S)의 전압레벨이 가장 높고, 물방울이 많이 부착되어 있는 경우의 출력신호(S)의 전압레벨이 가장 낮아진다.
그리고, 증폭회로(17)의 출력신호(S)가 제 1 설정레벨(R1)보다 작은 경우(SRl)는, 제 1 출력신호(D1)를 H 레벨로 하고, 출력신호(S)가 제 2 설정레벨(R2)보다 작은 경우(SR2)는, 제 2 출력신호(D2)를 H 레벨로 하며, 출력신호(S)가 제 3 설정레벨(R3)보다 작은 경우(S3)는, 제 3 출력신호(D3)를 H 레벨로 한다.
여기서, 제 1 출력신호(D1)가 H 레벨인 경우는, 이슬비 또는 가랑비의 강우상태, 제 2 출력신호(D2)가 H 레벨인 경우는, 중간 정도의 강우상태, 제 3 출력신호(D3)가 H 레벨인 경우는, 호우의 강우상태에 각각 상당한다.
그리고, 제어회로(19)의 출력신호(Dl, D2, D3)가 모두 H 레벨로 되면, 와이퍼 구동신호(WD)가 와이퍼 구동장치(20)로부터 출력되어, 와이퍼(9)가 구동을 개시한다.
이때, 윈도우 워셔액을 소정량만 자동차 앞유리(1)에 분출한 후 또는 분출하면서 와이퍼(9)의 구동을 개시하도록 할 수도 있다.
그후, 제 3 출력신호(D3)가 L 레벨로 되어도, 제 2 출력신호(D2)가 H 레벨인 한 와이퍼 구동신호(WD)는 계속적으로 출력되고, 제 2 출력신호(D2)가 L 레벨로 되었을 때에 와이퍼 구동장치(20)는 와이퍼 구동신호(WD)의 출력을 정지한다.
따라서, 제 3 출력신호(D3)가 H 레벨로 되는 타이밍에서 와이퍼(9)가 구동을 개시하고, 제 2 출력신호(D2)가 L 레벨로 되는 타이밍에서 와이퍼(9)가 구동을 정지하게 된다.
이와 같이, 증폭회로(17)의 출력신호(S)가 일정값으로 되도록, 레인 센서(2)의 전원투입시에 와이퍼(9)의 동작상황에 관계없이, 피드백회로(18)에 의해 증폭회로(17)의 증폭도가 조정되고, 그후 소정의 타이밍에서 피드백회로(18)에 의해 증폭회로(17)의 증폭도가 조정되기 때문에, 출력신호(S)가 미리 설정되어 있는 설정전압(Rl, R2, R3)과 제어회로(19)에서 정확하게 비교되어, 강우 상황에 따른 와이퍼(9)의 구동이 레인 센서(2)의 전원투입시로부터 가능해진다.
다음으로, 본 발명에 따른 레인 센서의 보호방법을 사용하는 와이퍼 제어장치는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 자동차 앞유리(1)의 내면측에서 전반사되도록 자동차 앞유리(1)내로 광을 유도하는 발광수단(7)과 자동차 앞유리(1)내에서 반사된 광을 수광하는 수광수단(8) 등으로 이루어진 레인 센서(2)와, 수광수단(8)의 출력신호에 의해 와이퍼(9)를 소망의 속도로 구동하는 와이퍼 구동장치(20)를 구비하고 있다.
발광수단(7)은, LED 또는 LD 등의 발광소자(10)와, 발광소자(10)의 출력광을 검출하는 PD 등의 수광소자(11)와, 발광소자(10)로부터 소정 주파수로 변조된 광을 출력하기 위해서 발광소자(10)에 구동전류를 공급하는 구동회로(12)와, 수광소자(11)의 출력신호로부터 변조성분에 대응하는 신호를 취출하는 검출회로(13)와, 발광소자(10)와 구동회로(12)를 전기적으로 접속 또는 차단하는 스위치회로(14)로 이루어진다. 또한, 검출회로(13)의 출력신호가 구동회로(12)로 피드백되어 있다.
스위치회로(14)에는, 주위온도의 변화에 따라 변동하는 발광소자(10)의 구동전류를 계측하는 전류계측부(14a)와, 발광소자(10)에 공급하는 구동전류를 흐르게 하는 온도범위(예를 들어, 5∼60℃)를 결정하는, 즉, 저온설정 온도(RL)(5℃)와 고온설정 온도(RH)(60℃)를 미리 설정하는 온도설정부(14b)와, 온도설정부(14b)에 설정한 저온설정 온도(RL) 또는 고온설정 온도(고)와 전류계측부(14a)의 계측값(Id)을 비교하여 계측값(Id)이 설정된 온도범위를 벗어난 경우(IdRL 또는 IdRH)에 오프(off) 지령신호를 출력하는 비교부(14c)와, 비교부(14c)의 오프 지령신호에 의해 발광소자(10)와 구동회로(12)의 전기적 접속을 차단하는 스위치부(14d)로 이루어진다.
온도설정부(14b)에 설정하는 저온설정 온도(RL) 및 고온설정 온도(고)의 값은 조절가능하다.
또한, 발광소자(10)로서 사용하는 LED 또는 LD 등의 반도체 소자는, 부(負)의 온도계수를 갖기 때문에, 주위온도가 상승할수록 구동전류가 커지는 온도특성을 갖는다. 따라서, 레인 센서(2)가 구동중에 발광수단(7)을 구성하는 각종 회로가 설치되어 있는 프린트 기판의 온도 등의 주위온도가 상승하면, 발광소자(10)의 온도특성에 의해 발광소자(10)의 구동전류가 증가한다.
도 5에서는, 레인 센서(2)의 주위온도를 검출하는 수단으로서 발광소자(10)의 구동전류를 계측하는 전류계측부(14a)를 사용했으나, 발광소자(10)와 수광소자(15)중의 어느 한쪽 또는 양쪽의 근방에 온도검출 소자를 배치하여, 온도검출 소자의 출력신호와 저온설정 온도(RL) 또는 고온설정 온도(RH)를 비교부(14c)에서 비교할 수도 있다. 또한, 온도검출 소자로서는, 순방향 전압(Vf)이 온도에 따라 변화하는 것을 이용하는 다이오드 또는 열전쌍 등이 적용될 수 있다. 온도검출 소자를 여러개 마련할 경우에는, 그들의 출력신호의 평균치를 저온설정 온도(RL) 또는 고온설정 온도(RH)와 비교하는 것이 좋다.
또한, 발광수단(7)에서는, 수광소자(11)의 출력신호로부터 변조성분에 대응하는 신호를 검출회로(13)에 의해 취출하고, 이 신호를 발광소자(10)의 구동회로(12)에 피드백하여 발광소자(10)의 발광출력을 소망의 값으로 되도록 제어하기 때문에, 발광수단(7)의 주위온도가 변화하여도 발광소자(10)의 발광출력을 소망의 값으로 유지할 수 있다.
수광수단(8)은, PD 등의 수광소자(15)와, 수광소자(15)의 출력신호로부터 발광소자(10)의 구동회로(12)에 따른 변조성분에 대응하는 신호를 취출하는 검출회로(16)와, 검출회로(16)의 출력신호를 증폭하는 증폭회로(17)와, 증폭회로(17)의 출력신호(S)를 연산처리하여 3종의 신호(제 1 출력신호(D1), 제 2 출력신호(D2), 제 3 출력신호(D3))를 출력하는 제어회로(19)로 이루어진다.
검출회로(16)는, 발광소자(10)의 변조성분에 대응하는 신호만을 수광소자(15)의 출력신호로부터 취출하고, 증폭회로(17)와 제어회로(19) 등을 통하여 와이퍼 구동장치(20)에 입력하기 때문에, 예를 들어, 한여름의 강렬한 태양광 아래에서는 15만 룩스로 되는 반면, 심야의 어둠에서는 수 룩스로 되는 외부광의 영향을 받아 와이퍼 제어장치가 오동작하는 경우가 없다.
제어회로(19)에서는, 먼저 증폭회로(17)의 출력신호(S)를 미리 설정되어 있는 3레벨의 설정전압(전압레벨이 높은 순서로 제 1 설정레벨(R1), 제 2 설정레벨(R2), 제 3 설정레벨(R3)로 함)과 비교한다.
본 발명에서 사용하는 레인 센서(2)는, 상술한 바와 같이, 자동차 앞유리(1)의 표면측에 물방울이 보다 많이 부착될수록 수광소자(15)의 출력신호 레벨은 저하하기 때문에, 자동차 앞유리(1)의 표면측에 물방울이 부착되어 있지 않은 경우의 출력신호(S)의 전압레벨이 가장 높고, 물방울이 많이 부착되어 있는 경우의 출력신호(S)의 전압레벨이 가장 낮아진다.
그리고, 증폭회로(17)의 출력신호(S)가 제 1 설정레벨(R1)보다 작은 경우(SR1)는, 제 1 출력신호(D1)를 H 레벨로 하고, 출력신호(S)가 제 2 설정레벨(R2)보다 작은 경우(SR2)는, 제 2 출력신호(D2)를 H 레벨로 하며, 출력신호(S)가 제 3 설정레벨(R3)보다 작은 경우(SR3)는, 제 3 출력신호(D3)를 H 레벨로 한다.
여기서, 제 1 출력신호(D1)가 H 레벨인 경우는, 이슬비 또는 가랑비의 강우상태, 제 2 출력신호(D2)가 H 레벨인 경우는, 중간 정도의 강우상태, 제 3 출력신호(D3)가 H 레벨인 경우는, 호우의 강우상태에 각각 상당한다.
그리고, 레인 센서(2)의 전원투입후, 자동차 앞유리(1)의 표면측에 물방울이 부착되어 제어회로(18)의 출력신호(Dl, D2, D3)가 모두 H 레벨로 되면, 와이퍼 구동신호(WD)가 와이퍼 구동장치(20)로부터 출력되어, 와이퍼(9)가 구동을 개시한다.
이때, 윈도우 워셔액을 소정량만 자동차 앞유리(1)에 분출한 후 또는 분출하면서 와이퍼(9)의 구동을 개시하도록 할 수도 있다.
그후, 제 3 출력신호(D3)가 L 레벨로 되어도, 제 2 출력신호(D2)가 H 레벨인 한 와이퍼 구동신호(WD)가 계속적으로 출력되고, 제 2 출력신호(D2)가 L 레벨로 되었을 때에, 와이퍼 구동장치(20)는 와이퍼 구동신호(WD)의 출력을 정지한다.
따라서, 와이퍼 제어장치는, 제 3 출력신호(D3)가 H 레벨로 되는 타이밍에서 와이퍼(9)가 구동을 개시하고, 제 2 출력신호(D2)가 L 레벨로 되는 타이밍에서 와이퍼(9)가 구동을 정지하게 된다.
한편, 레인 센서(2)를 구동상태로 하여 염천하에서 자동차를 운전하거나, 정차해 두면, 발광소자(10)를 구성하는 각종 회로가 설치되어 있는 프린트 기판의 온도 등 주위온도가 상승하고, 스위치회로(14)에 있어서 다음과 같은 연산처리가 이루어진다.
우선, 주위온도가 상승하여 고온설정 온도(RH)(예를 들어, 60℃)를 초과하면, 주위온도에 대응하는 전류계측부(14a)의 계측값(Id)이 고온설정 온도(RH)를 초과한다(IdRH).
이어서, 비교부(14c)에서 고온설정 온도(RH)와 계측값(Id)이 항상 비교되기 때문에, IdRH의 조건을 충족시키면, 비교부(14c)가 오프 지령신호를 출력한다.
그리하면, 오프 지령신호에 의해 스위치부(14d)가 오프 상태로 되고, 발광소자(10)와 구동회로(12)의 전기적 접속이 차단되어, 구동회로(12)에 의한 발광소자(10)로의 구동전류의 공급이 정지된다.
따라서, 고온시에 있어서는, 발광소자(10)의 구동이 정지됨으로써, LED 또는 LD 등의 발광소자(10)를 구동함으로써 생기는 발광소자(10)의 손상이나 각종 회로의 오동작 등을 방지할 수 있다.
또한, 한랭지 등에서 레인 센서(2)를 구동상태로 하여, 자동차를 운전하거나 정차해 두면, 발광수단(7)을 구성하는 각종 회로가 설치되어 있는 프린트 기판의 온도 등 주위온도가 저하하고, 스위치회로(14)에 있어서 다음과 같은 연산처리가 이루어진다.
주위온도가 저하하여 저온설정 온도(RL)(예를 들어, 5℃)를 하회하면, 주위온도에 대응하는 전류계측부(14a)의 계측값(Id)이 저온설정 온도(RL)를 하회한다(IdRL).
이어서, 비교부(14c)에서 저온설정 온도(RL)와 계측값(Id)이 항상 비교되기 때문에, IdRL의 조건을 충족시키면, 비교부(14c)가 오프 지령신호를 출력한다.
그리하면, 오프 지령신호에 의해 스위치부(14d)가 오프 상태로 되고, 발광소자(10)와 구동회로(12)의 전기적 접속이 차단되며, 구동회로(12)에 의한 발광소자(10)로의 구동전류의 공급이 정지된다.
따라서, 저온시, 특히, 영하에 있어서는 발광소자(10)의 구동이 정지됨으로써, 와이퍼가 동결하여 작동불능으로 될 경우에 와이퍼의 구동모터에 과도한 구동전류가 흘러 구동모터를 소손시키는 일이 없다.
또한, 레인 센서(2)를 다시 구동상태로 하기 위해서는, 레인 센서(2)의 기동스위치를 일단 오프 상태로 하고 나서 다시 온 상태로 하면 된다. 즉, 레인 센서(2)의 기동스위치를 다시 온으로 하면, 스위치회로(14)가 리세트되어, 스위치부(14d)가 온 상태로 됨으로써, 레인 센서(2)는 구동상태로 되기 때문이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 레인 센서의 전원투입시에 와이퍼의 동작상황에 관계없이, 미리 설정해 놓은 기준치와 수광수단의 증폭회로의 출력신호와의 차신호를 증폭회로에 피드백하여, 증폭회로의 출력신호가 일정값으로 되도록 증폭회로의 증폭도를 조정하기 때문에, 창유리의 외측면이 더러워진 경우, 수광수단의 출력신호가 어떤 이유로 변동한 경우, 주위온도의 변동에 의해 회로의 증폭도가 변동한 경우 또는 외부잡음이 변동한 경우 등에 있어서도, 레인 센서의 전원투입시로부터 증폭회로의 출력신호가 일정값으로 유지되어, 감도 저하가 생기지 않는다.
또한, 와이퍼 구동이 불필요한 염천하에 해당하는 온도로 고온설정 온도를 설정함으로써, 주위 온도가 고온설정 온도를 초과하면 레인 센서가 비구동 상태로 되기 때문에, 발광소자로서의 레이저 다이오드(LD) 등이 손상되거나 각종 회로가 오동작하는 일이 없다.
또한, 동결되지 않는 수 ℃로 저온설정 온도를 설정함으로써, 주위 온도가 저온설정 온도에 도달하지 않으면 레인 센서가 비구동 상태로 되기 때문에, 와이퍼가 동결하여 작동불능으로 될 경우에 와이퍼의 구동모터에 과도한 구동전류가 흘러 구동모터를 소손시키는 일이 없다.
또한, 와이퍼 구동이 불필요한 염천하에 해당하는 온도로 고온설정 온도를 설정함으로써, 주위 온도가 고온설정 온도를 초과하면 레인 센서가 비구동 상태로 되기 때문에, 발광소자로서의 레이저 다이오드(LD) 등이 손상되거나 각종 회로가 오동작하는 일이 없다.
또한, 동결이 일어나지 않는 수 ℃로 저온설정 온도를 설정함으로써, 주위 온도가 저온설정 온도에 도달하지 않으면 레인 센서가 비구동 상태로 되기 때문에, 와이퍼가 동결하여 작동불능으로 될 경우에 와이퍼의 구동모터에 과도한 구동전류가 흘러 구동모터를 소손시키는 일이 없다.
또한, 저온설정 온도 또는 고온 설정 온도는 미리 설정하여 조절할 수 있기 때문에, 사용환경에 따른 설정이 가능해진다.

Claims (6)

  1. 창유리의 내면측에서 전반사되도록 상기 창유리내로 광을 유도하는 발광수단과, 상기 창유리내에서 반사된 광을 수광하는 수광수단으로 이루어지고, 상기 수광수단의 출력신호에 의거하여 상기 창유리의 표면측에 부착된 물방울 양의 정도를 검출하여 와이퍼 구동장치에 구동신호를 출력하는 레인 센서의 출력 안정화방법으로서, 상기 레인 센서의 전원투입시에, 미리 설정해 놓은 기준치와 상기 수광수단의 증폭회로의 출력신호와의 차(差)신호를 상기 증폭회로에 피드백하여, 상기 증폭회로의 출력신호가 일정 값으로 되도록 상기 증폭회로의 증폭도를 조정하는 것을 특징으로 하는 레인 센서의 출력 안정화방법.
  2. 창유리의 내면측에서 전반사되도록 상기 창유리내로 광을 유도하는 발광수단과, 상기 창유리내에서 반사된 광을 수광하는 수광수단으로 이루어지고, 상기 수광수단의 출력신호에 의거하여 상기 창유리의 표면측에 부착된 물방울 양의 정도를 검출하는 레인 센서의 보호방법으로서, 상기 발광수단의 구동전류를 계측하여, 이 구동전류의 값이 주위온도로 환산하여 고온설정 온도를 초과할 경우에는, 상기 발광수단에의 구동전류의 공급을 정지시키는 것을 특징으로 하는 레인 센서의 보호방법.
  3. 창유리의 내면측에서 전반사되도록 상기 창유리내로 광을 유도하는 발광수단과, 상기 창유리내에서 반사된 광을 수광하는 수광수단으로 이루어지고, 상기 수광수단의 출력신호에 의거하여 상기 창유리의 표면측에 부착된 물방울 양의 정도를 검출하는 레인 센서의 보호방법으로서, 상기 발광수단의 구동전류를 계측하여, 이 구동전류의 값이 주위온도로 환산하여 저온설정 온도에 도달하지 않을 경우에는, 상기 발광수단에의 구동전류의 공급을 정지시키는 것을 특징으로 하는 레인 센서의 보호방법.
  4. 창유리의 내면측에서 전반사되도록 상기 창유리내로 광을 유도하는 발광수단과, 상기 창유리내에서 반사된 광을 수광하는 수광수단으로 이루어지고, 상기 수광수단의 출력신호에 의거하여 상기 창유리의 표면측에 부착된 물방울 양의 정도를 검출하는 레인 센서의 보호방법으로서, 상기 레인 센서의 근방에 온도검출 소자를 배치하여, 이 온도검출 소자의 출력신호가 고온설정 온도를 초과할 경우에는, 상기 발광수단에의 구동전류의 공급을 정지시키는 것을 특징으로 하는 레인 센서의 보호방법.
  5. 창유리의 내면측에서 전반사되도록 상기 창유리내로 광을 유도하는 발광수단과, 상기 창유리내에서 반사된 광을 수광하는 수광수단으로 이루어지고, 상기 수광수단의 출력신호에 의거하여 상기 창유리의 표면측에 부착된 물방울 양의 정도를 검출하는 레인 센서의 보호방법으로서, 상기 레인 센서의 근방에 온도검출 소자를 배치하여, 이 온도검출 소자의 출력신호가 저온설정 온도에 도달하지 않은 경우에는, 상기 발광수단에의 구동전류의 공급을 정지시키는 것을 특징으로 하는 레인 센서의 보호방법.
  6. 제 2 항 내지 제 5 항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 고온설정 온도 및 상기 저온설정 온도의 값은 미리 설정하여 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 레인 센서의 보호방법.
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