KR20060109891A - 창유리，특히 차량의 윈드스크린용 레인 센서 - Google Patents

Abstract

창유리 상의 습도 검출을 위한 레인 센서에서, 송신기(2)에 의해 창유리에 방사된 광선의 결합 또는 분리를 위한 결합 수단(1, 7)이 제공된다. 광선은 여러 번 전반사 하면서 창유리 내의 광선 채널(3)을 따라 확산된다. 검출을 보조하지 않는 순수 확산 영역(9, 10, 10a)과 활성 부분 반사 영역(5, 11)이 형성되도록 결합된 광선을 재결합하는 추가 결합 수단(6, 6a)이 제안된다.

창유리, 결합 수단, 확산 영역, 반사 영역, 광선 채널

Description

창유리，특히 차량의 윈드스크린용 레인 센서{Rain sensor for glass panes，in particular for windscreens of motor vehicle}

본 발명은 독립 청구항의 전제부에 따른 레인 센서에 관한 것이다.

차량의 윈드스크린 와이퍼 장치의 제어에 이용될 수 있는, 전반사 원리로 작동하는 상기와 같은 레인 센서는 DE 197 01 258 A1에 공지되어 있다.

레인 센서는 예컨대 빗방울, 이슬, 안개, 녹기 시작한 눈 또는 우박을 습도로서 검출할 수 있다. 문제가 되는 광학 방법들 중 하나의 사용에 있어서 구분되는 다수의 레인 센서가 공지되어 있다. 예컨대 습기 입자에 산란된 광의 평가 또는 습기로 젖은 창유리 외측면의 사진 측량 관찰이 공지되어 있다.

현재 가장 유망한 방법은 전반사 원리를 이용하고 창유리의 광선 채널로부터 나온 광선의, 습기에 따른 부분 분리에 기초한다. 창유리의 경계면은 결합 수단, 예컨대 프리즘에 의해 충분한 크기의 각도로 창유리로 들어오는 광선을 우선 전반사 한다. 왜냐하면, 건조한 경계면에서 광선 각도는 반사되어 투과되는 광선 빔으로의 분할을 방지하기에 충분히 크기 때문이다. 빗방울이 광선 채널을 적시면, (창유리-공기에서 창유리-물로) 변경된 매체 전달에 42˚에서 60˚로 확산된 경계각이 적용되므로, 광의 상당 부분이 상기 빗방울 위로 방사된다. 채널의 감소된 광 전도성은 포토 다이오드 또는 광 트랜지스터에 의해 측정된다. DC 광 및 잡음 억제를 위해 일반적으로 송신 출력이 변조되고 수신기 신호는 위상감지에 의해 측정된다.

전반사의 원리에 따라 작동하는 레인 센서는 상기 일반적인 선행 기술 외에도, 특히 US 5 998 782, EP 0 893 317 A2 및 DE 195 30 289 A1에 공지되어 있다. 또한, DE 43 29 188 A1 에도 일반적인 부분 분리에 의한 광선의 약화뿐만 아니라, 창유리 외부에 배치된 산란광선 수신기를 이용하여 분리된, 빗방울에 부분 반사된 광선 성분을 유효 신호로 평가하는 것이 공지되어 있다.

기존의 레인 센서의 경우 대부분 윈드스크린의 매우 작은 영역(몇 cm)의 습도만 검출된다. 더 넓은 영역, 즉 비의 양에 따라 레인 센서에 의해 제어되는 윈드스크린 와이퍼가 작동하는 최적의 전체 영역을 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 이것은, 창유리의 측면 에지 상에 또는 측면 에지에 가까운 광선이 결합되고 반대편 측면 에지에서 다시 분리됨으로써 시야 장애 없이 달성될 수 있다. 그러나 다른 한편으로 광선 채널은 이러한 경우에 윈드스크린의 외부 영역, 즉 와이핑 영역 외부로 연장될 수 있다. 왜나햐면 (와이퍼에 의해 감지되지 않는) 외부 영역에는 일반적으로 창유리 상의 오염물 또는 물기가 존재하기 때문에, 와이핑 영역이 충분히 건조할 때 레인 센서는 예상치 않게 습도를 검출할 것이고 경우에 따라서 와이퍼 장치가 불필요하게 작동될 것이다.

이와 달리, 본 발명은 광선 채널을 따라, 즉 창유리의 일부를 따라, 존재할 수 있는 습기와 무관하게 광선이 약화되어 전반사 하에서 확산될 수 있는 비활성, 순수 확산 영역이 나타나는 독립 청구항의 특징에 따른 레인 센서를 제안한다. 상기 순수 확산 영역은 활성 부분 반사 영역으로 제한된, 광선 채널 또는 레인 센서의 검출 영역으로부터 효과적으로 분리된다.

상세하게는, 청구범위 제 1 항에 따른 본 발명에 따른 레인 센서는 광선 채널의 단부 사이에서 창유리 상에 또는 창유리 내부에 배치된 적어도 하나의 추가 결합 수단이 제공되는 것을 특징으로 하고, 결합된 광선의 재결합이 상기 결합 수단에 의해 이루어진다. 상기 재결합은 광선 채널의 단부 사이에 각각 적어도 하나의 확산 영역과 활성 부분 반사 영역이 형성되도록 이루어지고, 광선은 습윤한 창유리에서도 전반사 하에 확산 되도록 적어도 하나의 확산 영역 내로 결합 또는 재결합되는 한편, 건조한 창유리에서만 전반사 하에 확산되도록 적어도 하나의 부분 반사 영역 내로 결합 또는 재결합된다.

본 발명에 따른 상기 조치에 의해 자유롭게 선택 가능한 창유리 영역에 넒은 검출 영역을 제공하는 방법이 공지된다.

본 발명의 특히 바람직한 실시예에 따라, 광선은 채널 단부에서 제 1 확산 영역 내로 결합되고 반대편 단부에서 제 1 확산 영역 내로 분리되고, 광선 채널의 단부 사이에 차례로 두 개의 결합 수단이 배치되고, 상기 결합 수단은 상기 두 개의 외부 확산 영역 사이에서 광선 채널의 내부 활성 부분 반사 영역이 형성되도록 광선을 재결합한다. 이로써, 창유리는 차량의 윈드스크린로 형성될 수 있고, 광선 채널은 실질적으로 전체 윈드스크린에 걸쳐 적어도 윈드스크린의 측면 에지 근처까지 연장된다. 동시에 내부, 활성 부분 반사 영역의 확장은 실질적으로 윈드스크린의 와이퍼의 와이핑 영역의 측면 확장에 의해 주어지므로, 광선 송신기 및 광선 수신기는 윈드스크린의 측면 에지 영역 내에 서로 마주 놓이게 배치될 수 있다. 따라서 한편으로 전체 와이핑 영역이 검출되고, 다른 한편으로 윈드스크린의 외부 영역에 있는 오염물 또는 습기에 의한 장애 요인과 무관한 검출이 이루어진다.

창유리의 외측면 상의 습도 검출을 위해, 적어도 광선 채널의 영역에서 내측면에 작용하는 응결수 제거용 가열 장치가 창유리의 내측면에 배치되면 바람직하다. 가열 장치는 적어도 광선 채널의 일부를 따라 연장된 가열 와이어로 형성되는 것이 바람직하다.

바람직하게 본 발명은 상응하는 결합 수단이 배치된 결합 또는 분리 위치에 의해 광선 채널의 단부가 형성되는 실시예에 제한되지 않는다. 오히려 광선 채널의 단부가 결합 수단이 배치된 결합 및 분리 위치에 의해 형성되고 광선 채널의 반대편 단부는 반사 장치 또는 창유리의 반사 제한부에 의해 형성되는 것이 가능하다.

다른 실시예에 따라 창유리로부터 분리된 광선을 위한 광선 수신기가 제공되고 추가로 적어도 하나의 활성 부분 반사 영역에서 창유리로부터 방사되어 물방울에 부딪혀서 창유리 내측면을 향해 반사된 광선을 위한, 창유리 내측면에 가깝게 또는 창유리 내측면 상에 배치된 산란광선 탐지기가 제공되는 방법이 있다.

본 발명과 장점은 하기에서 도면에 의한 다수의 실시예를 통해 더 상세히 설명된다.

도 1은 개략적으로 도시된 결합 렌즈에 의한 본 발명의 기본적인 동작을 도시한 도면.

도 2는 도 1과 동일하게 도시된 바람직한 실시예.

도 3a-3c는 본 발명에 따라 사용된 결합 수단의 다양한 변형예.

도 4a-4b는 광선의 결합 및 분리 위치의 구조와 관련한 다양한 변형예.

도 5는 차량의 윈드스크린에서 도 2에 따른 실시예의 가능한 구현의 평면도.

도 6은 가열 장치에 의한 실시예를 개략적으로 도시한 평면도.

도 1은 결합 수단(1)이 광선 채널(3)의 시작부에 있는 위치에서 광선 송신기(2)에 의해 발생된 광선을 광선 채널(3)에 결합하는 실시예를 도시한다. 결합은 광선 채널(3)의 단부 사이에서 배치된 결합 수단(6)에까지 연장된 활성 부분 반사 영역(5)이 형성되는, 창유리 표면(4)의 수직선에 대한 각도로 이루어진다. "사이에 놓인" 결합 수단(6)은, 광선이 다른 경로에서 결합 수단(6, 7)에 의해 제한된 순수 확산 영역(9)에서 창유리 표면(4) 상에 물방울(24)이 존재하는 경우에도 다른 결합 수단(7)에 의해 광선 수신기(8)로 분리되는, 광선 채널(3)의 단부까지 전반사를 유지하면서 확산하는 방식으로 광선의 각도를 재결합한다.

습도 검출 영역은 도 1에 도시된 경우에 즉 활성 부분 반사 영역(5)에 의해서만 주어진다. 물론, 결합 후 광선이 먼저 순수 확산 영역(9)을 통해 이동한 후 분리될 때까지 활성 부분 반사 영역(5)을 통해 이동하는 반대 구조(도시되지 않음) 도 가능하다. 또한, 다수의 부분 반사 영역(5) 및 확산 영역(9)을 소정의 검출 표본에 의해 사전 설정된 방식으로 뿐만 아니라 예컨대 하기 설명된 바람직한 방식으로 검출하는 것도 가능하다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고, 상기 실시예에서 광선 채널(3)은 결합 수단(1, 7) 외에도 두 개의 차례로 배치된 "사이에 놓인" 결합 수단(6, 6a)이 제공된다. 결합 수단(1)에 의한 광선의 1차 결합은 상기 실시예에서 창유리 표면(4)의 수직선에 대해 60˚내지 90˚각도로 이루어진다. 이로써 창유리의 내부에서 광선이 나타나고, 상기 광선은 특히 영역(10) 내부에서 확산시 유리-물 경계면 상에 입사하더라도 표면(4)의 습도와 무관하게 제 1 순수 확산 영역(10)에서 전반사 하면서 확산된다. 따라서 (제 1) 확산 영역(10)에서, 도 1에서 설명된 확산 영역(9)과 유사하게 광 도체(광선 채널)로부터 광선 성분이 방사되지 않는다. 즉 여기에 존재하는 약간의 습기도 검출되지 않는다. 후속하여 광선은, 활성 부분 반사 영역(11)에서 42˚내지 60˚각도로 확산되도록 결합 수단(6)에 의해 재결합된다. 상기 새로운 각도 범위는 유리-물 경계면이 아닌 유리 공기 경계면의 경우에만 전반사 확산에 상응한다. 광선 채널(3)의 상기(내부, 그러나 반드시 중앙은 아닌) 활성 부분 반사 영역(11)에서, 즉 창유리 표면(4)의 상응하는 부분이 건조한 상태에서만 부분 분리가 방지되는 한편, 습한 경우 광선 성분이 분리된다. 이어서 원래 광선에 대한 광선 채널(3)에 남아있는 광선의 상응하는 감소가 평가된다.

광선의 각도를 다시 60˚내지 90˚범위로 재결합하기 위해 도 2에 도시된 추 가 결합 수단(6a)이 제공되고, 따라서 결합 수단(6a)으로부터 광선 채널(3)의 단부에 있는, 창유리로부터 나온 광선을 분리하는 추가 결합 수단(7)까지 제 2 확산 영역(10a)이 형성된다.

바람직하게 (재)결합 수단(6, 6a)은 특히 내부 활성 부분 반사 영역(11)이 실질적으로 윈드스크린 와이퍼(13)의 도 5에 도시된 와이핑 영역(12)과 일치하도록 배치될 수 있다. "외부" 결합 수단(1, 7) 또는 광선 송신기 및 광선 수신기(2, 8;도 2 내지 도 6에 도시되지 않음)는 윈드스크린의 측면 에지(14, 15;도 5 참조) 영역에 배치될 수 있다. 광선 채널(3)은 와이퍼(13)에 의해 감지되지 않는 윈드스크린의 외부 영역 내로 연장되지만, 습도의 검출은 원하는 바에 따라 조절 가능한 내부 활성 부분 반사 영역(11) 내로의 상기 광선 채널의 확장부에 제한된다. 광선 채널(3)에 배치된 측면 확산 영역(10, 10a; 도 2 및 도 5 참조)은 전반사에 의한 광선의 확산이 유지되면서 활성 검출 영역으로부터 제외된다.

모든 실시예에서 전제되지만, 광선 송신기(광선 모듈;2)(및 광선 수신기 8)는 명확함을 위해 도 1에만 도시된다. 송신기(2)는 UV 선-, 가시광선 또는 적외선 영역에서 작동하는 광원(16) 및 조준 렌즈(17)를 포함한다. 간섭성 및 엇결성 광원(16)이 이용될 수 있다. 조준 렌즈(17)는 유리 플레이트, 프리즘, 렌즈, 격자 또는 이와 유사한 것을 포함하며 파면, 광선의 강도 또는 위상의 변형에 이용된다. 광선 송신기(2) 및 특히 조준 렌즈(17)는 "외부" 결합 수단(1, 7)과 밀접하게 연결되어 구현될 수 있거나 또는 구성될 수 있다.

유사한 방식으로 광선 수신기(8)는 도 1과 달리, 광원(16)의 변조 주파수 및 작동파 길이와 동기화된 광학 탐지기(18), 예컨대 포토 다이오드 및 조준 렌즈(19)로 구성되고, 상기 조준 렌즈의 특징은 광선 송신기(2)의 조준 렌즈(7)의 특징에 매칭된다.

송신기 및 수신기 모듈(2, 8)은 공통의 장치에, 예컨대 백미러의 레그에 배치될 수 있거나 또는 별도로 장착될 수 있다. 창유리 내로 광선의 결합 또는 분리를 위한 결합 수단(1, 7)과의 상호 작용은 공지된 방식으로 간격에 걸쳐 멀리 광선을 확산함으로써 또는 결합 수단(1, 7) 상에 또는 창유리 표면(4) 상에 또는 창유리 에지 상에 직접 배치함으로써 이루어질 수 있다.

후속하는 도 3에서는 도 4에서와 같이, 명료함을 위해 광선 채널(3)에서의 본 발명에 따른 재결합의 설명이 배제되었다.

광선의 결합, 분리 또는 재결합을 위한 결합 수단(1, 6, 6a 및 7)은 유리 플레이트, 프리즘, 렌즈, 격자와 같은 종래의 광학 결합 소자 또는 광학 결합 장치에 의해, 즉 파면, 강도 또는 광선의 위상 변형에 이용되는 광학 소자의 조합이 구현될 수 있다. 결합 수단은 도 3a에 도시된 바와 같이, 그리고 상기 언급된 DE 197 01 258 A1 에 상세히 설명된 바와 같이 창유리 상에 평면으로 구성될 수 있다. 예컨대 별도의 결합 렌즈는 적절한 시멘트에 의해 창유리 상에 고정될 수 있다. 또한, 결합 수단(1, 6, 6a 및 7)은 도 3b에 도시된 바와 같이, 광학, 전기, 기계, 분자, 원자, 핵에 의한 방법을 통해 도파 창유리의 재료에 통합될 수 있다. 결합 수단(1, 6, 6a 및 7)은 도 3c에 도시된 바와 같이, 광선 채널(3)에 대해 수직으로, 특히 도파 디스크의 단부면에 배치될 수 있다. 도 3에 도시된 결합 수단(1, 6, 6a 및 7)의 배치 및 구성은 필요에 따라 송신기 및 수신기(2, 8)와 서로 조합될 수 있다.

기본적으로 광선 송신기(2) 및 수신기(8)와 결합 수단(1, 6, 6a 및 7)의 배치에 따라 습도의 검출을 위한 측정면을 변경할 수 있다. 즉, 특히 창유리의 외측 또는 내측면(4)을 향해 배치될 수 있다.

도 4는 광선이 광선 채널(3)의 단부로부터 반대편 단부를 향해 및 다시 반대로 확산되는, 즉 광선이 결합 위치에서 다시 분리되는 본 발명의 실시예를 도시한다. 이것은 송신기/수신기 모듈(2, 8)의 배치 또는 공간 사용과 관련하여 바람직할 수 있다. 도시된 바와 같이, 광선 채널(3)의 시작부는 결합 및 분리 위치로 형성되고, 상기 위치에 결합 수단(1, 7)이 배치된다. 광선 채널(3)의 단부는 반사 장치(20;도 4a 참조), 또는 창유리의 재반사 제한부(21;도 4b 참조)로 형성된다.

도 5는 본 발명에 따른 레인 센서가 장착된 차량 윈드스크린의, 도 1 및 2와 관련하여 이미 설명된 전체도를 도시한다.

도 6에 개략적으로 도시된 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 경우에 따라서 약 2 내지 3 초 내에 차량 윈드스크린의 내측면(4)의 응결수를 증발에 의해 분리시기키 위해 가열 장치, 특히 가열 와이어(22)를 배치할 수 있다. 가열 장치는 창유리의 내측면(4)에 조립 또는 매립 또는 창유리에 일체로 구현될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따라 광선 수신기(8)에 추가하여 창유리 내측면(4)에 가깝게 또는 창유리 내측면 상에 배치될, 창유리로부터 적어도 하나의 활성 부분 반사 영역(5, 11)에 방사되어 물방울(24)에 부딪혀 창유리 내측면(4)으로 반사 되는 광선 성분을 위한 산란광선 탐지기(23;도 2 참조)를 배치하는 방법이 있다. 상기 산란광선 탐지기(23)는 예를 들어 포토 다이오드는 송신기(2)의 광원(16)과 동기화되고 창유리 상의 습도, 즉 비의 양을 측정한다. 비의 양을 측정할 수 있는 대안적인 방법은 각각의 추가 광원에 해당하는 동기식 수신기를 배치하는 것이다. 이러한 경우에 비의 존재 및 비의 강도는 서로 독립적으로 측정될 수 있다. 정량적 신호는 와이퍼 속도의 제어를 위해 사용될 수 있다.

또한, 기본적으로 가열 장치와 상호 작용시 수신기(8) 및 산란광선 탐지기(23)의 신호의 적절한 처리에 의해, 강도는 윈드스크린의 내측면(4) 상의 응결수의 양을 검출하고 차량에 있는 팬의 트리거를 위해 사용하는 방법이 있다.

Claims (9)

1. 창유리, 특히 차량의 윈드스크린 상의 습도를 검출하기 위한 레인 센서로서, 상기 창유리 상에 또는 창유리 내에 배치된 결합 수단(1, 7)을 포함하고, 상기 결합 수단은 적어도 하나의 광선 송신기(2)로부터 방사된 광선을, 건조한 창유리에서 여러 번 전반사 하면서 창유리 내의 광선 채널(3)을 따라 창유리 표면(4) 내로 확산되도록 상기 창유리 내로 결합 또는 분리하는 차량의 윈드스크린용 레인 센서에 있어서,

   상기 광선 채널(3)의 단부 사이에서 상기 창유리 상에 또는 내에 배치된 적어도 하나의 추가의 결합 수단(6, 6a)이 제공되고, 상기 추가 결합 수단에 의해 상기 광선 채널(3)의 단부 사이에 각각 적어도 하나의 확산 영역(9, 10, 10a) 및 활성 부분 반사 영역(5, 11)이 형성되도록 결합된 광선의 재결합이 이루어지고, 상기 광선은 습윤한 창유리에서도 전반사 하에 확산되도록 적어도 하나의 확산 영역(9, 10, 10a) 내로 결합 또는 재결합되는 한편, 광선은 건조한 창유리에서만 전반사 하에 확산되도록 적어도 하나의 부분 반사 영역(5, 11) 내로 결합 또는 재결합되는 것을 특징으로 하는 차량의 윈드스크린 상의 습도를 검출하기 위한 레인 센서.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 광선은 상기 광선 채널(3)의 하나의 단부에서 제 1 확산 영역(10)에 결합되고 상기 광선 채널(3)의 반대편 단부에서는 제 2 확산 영역(10a)으로부터 분리되고, 상기 광선 채널(3)의 단부 사이에 차례로 배치된 2개의 결합 수단(6, 6a)이 배치되고, 상기 결합 수단은 두 개의 외부 확산 영역(10, 10a) 사이에서 광선 채널(3) 내에 내부 활성 부분 반사 영역(11)이 형성되도록 재결합되는 것을 특징으로 하는 차량의 윈드스크린 상의 습도를 검출하기 위한 레인 센서.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 창유리의 외측면(4) 상의 습도가 검출되고, 적어도 상기 광선 채널(3) 영역에서 내측면(4)에 작용하는 응결수 제거용 가열 장치가 상기 창유리의 내측면(4)에 제공되는 것을 특징으로 하는 차량의 윈드스크린 상의 습도를 검출하기 위한 레인 센서.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 가열 장치는 적어도 상기 광선 채널(3)의 일부를 따라 연장된 가열 와이어(22)로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량의 윈드스크린 상의 습도를 검출하기 위한 레인 센서.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광선 채널(3)의 단부는 결합 또는 분리 위치에 의해 형성되고, 상기 위치에 각각 적절한 결합 수단(1, 7)이 배치되는 것을 특징으로 하는 차량의 윈드스크린 상의 습도를 검출하기 위한 레인 센서.
6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광선 채널(3)의 하나의 단부는 결합 및 분리 위치에 의해 형성되고, 상기 위치에 결합 수단(1, 7)이 배치 되고, 상기 광선 채널(3)의 반대편 단부는 반사 장치(20) 또는 상기 창유리의 반사 제한부(21)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 차량의 윈드스크린 상의 습도를 검출하기 위한 레인 센서.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 창유리로부터 분리된 상기 광선을 위한 광선 수신기(8)가 제공되고, 상기 창유리 내측면에 가깝게 또는 상기 창유리 내측면 상에 배치된, 적어도 하나의 활성 부분 반사 영역(5, 11)에서 상기 창유리로부터 방사되어 물방울(24)에 부딪혀 상기 창유리 내측면(4)으로 반사되는 광선 성분을 위한 산란광선 검출기(23)가 제공되는 것을 특징으로 하는 차량의 윈드스크린 상의 습도를 검출하기 위한 레인 센서.
8. 제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 창유리는 차량의 윈드스크린으로 형성되고, 상기 광선 채널(3)은 상기 윈드스크린 위로 적어도 상기 윈드 실드의 측면 에지(14, 15)에 근접하게 연장되고, 상기 내부 활성 부분 반사 영역(11)의 길이는 실질적으로 상기 윈드스크린의 와이퍼(13)의 와이핑 영역(12)의 측면 길이에 의해 주어지는 것을 특징으로 하는 차량의 윈드스크린 상의 습도를 검출하기 위한 레인 센서.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 광선 송신기(2)와 상기 광선 수신기(8)는 상기 윈드스크린의 상기 측면 에지(14, 15) 영역 내에서 마주 놓이게 배치되는 것을 특징으 로 하는 차량의 윈드스크린 상의 습도를 검출하기 위한 레인 센서.

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